big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Химическое строение живого вещества

Эти явления имеют еще другое следствие. Не только количество, но и средний химический состав живого вещества должен быть неизменным не только в историческое, но и в геологическое время.

С геохимической точки зрения это постоянство еще более несомненно, чем постоянство количества живого вещества, ибо каждое химическое изменение живого вещества должно было бы проявиться в образовании новых минералов или в увеличении и уменьшении их количества.

Между тем во всей геологической истории минералы всегда остаются теми же самыми. И если количество их меняется, то это изменение колеблется около среднего числа. Часто эти изменения связаны с живым веществом. Так, например, периоды усиленного образования каменного угля повторялись несколько раз в течение геологического времени. Тот же факт известен для минералов, совершенно не зависимых от жизни; так, например, появление нескольких ледяных периодов в течение геологического времени отвечало увеличению количества льда. Нам известно также несколько повторных проникновений в биосферу и стратисферу самородного золота или окиси олова (касситерита) и т. д.

Эти периодические изменения в количестве отдельных минералов, очевидно, зависят от каких-то причин иного рода, чем те, которые определяют изменения в явлениях жизни.

Мы должны усматривать в них периодические колебания физико-географических соотношений, которые связаны с явлениями, разыгрывающимися в глубинах земной коры, едва ли планеты, или с колебаниями в движении магматических очагов, которые, со своей стороны, связаны с орогеническими явлениями и с ходом радиоактивных процессов.

Такие периодические колебания и химического состава живого вещества и его количества весьма вероятны, так как общие причины, сейчас указанные, должны отражаться и на них.

Но эти колебания сейчас нами не отмечаются прежде всего потому, что не сознается еще постоянство среднего состава исреднего количества живого вещества, которое должно им предшествовать в нашем научном понимании.

В связи с этим должна быть прежде всего отмечена и учтена неизменность всех форм земной косной материи, всех самых разнообразных природных химических соединений — минералов, связанных своим генезисом с живым веществом. Это явление, наблюдаемое в течение всего геологического времени, т. е. геологические вечное. Эта неизменность может иметь место лишь при постоянстве химического состава живого вещества и его очень определенного химического строения, остающегося в среднем без изменения в течение всего геологического времени. В этой области выводы геохимии находятся на первый взгляд в противоречии с данными биологических наук и, в частности, палеонтологии.

Наиболее ярким эмпирическим обобщением, господствующим над всеми нашими представлениями о земном мире, является непрестанное и правильное изменение морфологической структуры живого вещества — эволюция видов. Идея эволюции органического мира представляет одно из величайших достижений человеческой мысли прошлого века. Очевидно, что морфологическое изменение должно быть тесно связано с изменением химическим, ибо форма организма, так же как форма всякого физического тела, обусловливается прежде всего его внутренним химическим строением. Эти два факта — морфологическая эволюция живого мира в течение геологического времени связанная при каждом изменении с химическим изменением и неизменность его среднего химического состава в тех же пределах есть твердо установленные эмпирические положения.

Их кажущееся противоречие требует объяснения. Можно как вероятную гипотезу допустить, что химическое изменение необходимо сопутствующее каждому морфологическому изменению, образованию вида, расы и т. д., совершается в химически неизменных рамках разнородного живого вещества. Общий его состав оставался в течение геологического времени всегда одинаковым. Отдельные химические изменения компенсируются другими, идущими в противоположную сторону в меняющихся в своем составе других однородных живых веществах, существующих одновременно. Если это объяснение соответствует действительности, приходится допустить, что в строении живого вещества взятого в целом, существуют характерные черты, не изменяющиеся при эволюции видов. Я не могу здесь углубляться в анализ этих очень важных и имеющих большой научный интерес вопросов. Я ограничусь замечанием, что выводы, вытекающие из неизменности среднего состава живого вещества в течение геологического времени, могут и должны лишь кажущимся образом противоречить морфологической (и химической) эволюции организованных существ.

Химический состав живого вещества нам известен лишь в самых общих чертах и в очень недостаточной мере.

Еще недавно не было ни одного полного анализа какого-либо живого организма, сравнимого по своей точности и достоверности с современными химическими анализами минералов или горных пород. Сейчас небольшое количество таких анализов произведено и частично опубликовано в Биогеохимической лаборатории нашей Академии наук. Работа систематически идет, но медленно. Только тогда, когда она войдет в жизнь, выйдет за пределы этого по существу небольшого учреждения, вызовет сознание ее необходимости в широких кругах биологов, положение изменится. Пока же геохимик должен работать в двух научных областях, которые ему одинаково необходимы, — в области косной материи и в области живого вещества — с научными фактами неодинаковой точности. Ему приходится выводить в биогеохимических проблемах научные следствия из большого количества неполных и недостаточных данных. Существуют тысячи неполных или неравноценных анализов частей организмов или их общей массы, высушенных при различных температурах, доходящих до 125°. Главная масса организма, содержащаяся в нем вода, нам известна менее точно, чем другие компоненты. Летучие части, так же как газообразные тела, образующиеся во время операции сушки до 100°, всегда утрачиваются и не принимаются во внимание. Они не отражаются в получаемых числах. Имеются сотни, может быть, тысячи анализов золы животных и растений, в которых отношение количества золы к среднему весу живого организма не указано. Вообще средний вес живого организма очень мало изучен, между тем как это число совершенно необходимо для всех геохимических выводов. Газовая составная часть организмов совершенно количественно не учтена, хотя вполне ясно ее огромное значение и то, что она количественно меняет средние числа состава живого вещества.

Подавляющая часть анализов была сделана ввиду специальных задач, интересовавших биологов, или для разрешения практических вопросов, интересовавших зоотехников, врачей, земледельцев. Нам приходится разыскивать отдельные геохимические данные среди этой случайной массы фактов, собранных в течение более 100 лет в результате огромной научной работы.

Несомненно, за последние годы наблюдается ясный перелом. Быстро и все быстрее увеличивается число точных количественных данных для отдельных элементов. Положение резко начинает в этом отношении меняться по сравнению с недавним временем, например с 1927 г., когда эта книга впервые появилась на русском языке. Очевидно, через немного лет мы получим достаточные данные для количественного выявления, в первом приближении, элементарного химического состава живого вещества.

В ближайшие годы это можно будет сделать для главных классов организмов — для большинства химических элементов.

Но пока точное количественное представление об элементарном составе живого вещества дано быть не может. Раньше, чем оно может быть сделано с той точностью, какую можно иметь для химического состава минералов, горных пород, литосферы, необходимо получить количественные данные для возможно большего числа отдельных видов, семейств, биоценозов.

Но все же можно уже сейчас дать как первое приближение порядок распространенности в живом веществе некоторых химических элементов из входящих в его состав и можно подойти к некоторым более крупным эмпирическим обобщениям, как это сделано недавно А. Виноградовым (1933), указавшим зависимость химического состава в связи с Периодической системой элементов. Полученная кривая резко отличается от такой же кривой для чисел Кларка — для состава литосферы.

Едва ли порядок большинства элементов изменится при более точном подсчете. Взаимное распределение элементов в пределах декады, однако, менее точно.

В табл. 9 (12) я даю результат подобного определения, располагая элементы в убывающем порядке по декадам.

Впервые таблица была мною дана в 1922 г. Если сравнить табл. 9 (12) с этой таблицей, можно учесть рост наших знаний за 12 лет.

Каждый ряд в таблице содержит химические элементы, количество которых достигает одинаковых десятков процентов среднего состава (декады).

Аналогичные подсчеты можно дать в декадах для отдельных больших классов семейств, отрядов организмов, конечно для относительно немногих. Можно, например, дать их для насекомых, высших хлорофильных растений, водорослей и т. п.; нельзя, однако, дать, например, для рыб.

Но даже в такой общей форме она могла бы помочь количественно учесть влияние живого вещества на ту среду, в которой они живут, если бы в тех же, хотя бы недостаточных, пределах мы смогли бы учесть состав среды жизни — биосферы. Но средний химический состав среды жизни — биосферы — неизвестен.

Мы точно знаем лишь состав литосферы, совершенно отличающийся от состава биосферы. Последняя должна быть обогащена углеродом, азотом, кальцием, калием и т. п., хотя бы потому, что вся охвачена живым веществом и органогенными минералами.

В осадочных породах, не говоря о почвах и об илах, процент углерода достигает нередко для некарбонатных пород 1—2% С. В карбонатных его содержание превышает 12%.

Состав литосферы в среднем соответствует составу изверженных кислых пород, а не составу среды, в которой идут жизненные процессы.

Хотя мы и не можем определить среднего состава биосферы, но очевидно, что он гораздо ближе к среднему составу живого вещества, чем состав литосферы. Это изменение создано жизнью.

Чего нельзя сделать для всех организмов, можно сделать для большей их части.

Для морских организмов это сравнение может быть сделано с известной точностью.

Средний состав гидросферы при современном состоянии наших знаний может быть представлен в декадах следующим образом (табл.10 (13)).

Сравнение табл. 9 (12) и 10 (13) дает нам уже ценные указания о химической работе живого вещества.

Вода в океане химически является очень определенным телом, сильным раствором, неизменным в основном в течение геологического времени. Но эта неизменность должна относиться только к среднему составу его солевой массы.

В областях концентрации жизни состав морской воды меняется более или менее сильно под влиянием геохимической энергии жизни.

Жизнь, как мы знаем, распределяется в морях и океанах неравномерно — рассеянная в одних частях, сгущенная в других.

В своих сгущениях, огромных по массе (на определенных площадях океана, постоянно или временно), живое вещество может составлять несколько процентов общей массы воды. А так как его состав явно очень отличен от состава морской воды, то эти участки гидросферы, взятые в целом, химически резко отличаются от остальной его массы.

Элементарный состав морского живого вещества является функцией состава соленой воды. Это, однако, очень сложная функция, как и вообще все связанные с жизнью геохимические явления.

Это положение вносит поправки и заставляет пересмотреть в биогеохимическом аспекте представления, в которых недостаточно учитывалась функциональная зависимость явлений жизни от среды жизни — от биосферы.

К числу таких представлений, вредно упрощающих химические взаимоотношения между живой и косной средой, относятся очень распространенные представления о сходстве состава внутренних жидкостей наземных млекопитающих с составом морской воды. Аналогию между составом этих двух жидкостей, весьма к тому же отдаленную и неполную, пытались объяснить как следствие того, что предки млекопитающих суши были морскими организмами.

Так пытались объяснить, в частности, состав крови. В солевой части состава растворов находили аналогию с составом морской воды.

С биогеохимической точки зрения это маловероятно, так как организм суши строит свой состав в зависимости от среды суши, а не может сохранять чуждый ему состав моря. Сейчас и биологи пришли к заключению, что состав крови меняется при переходе организмов моря на сушу (В. Даукин).

Однако и прямое наблюдение показывает, что состав морской воды недостаточен для объяснения состава жидкостей организма.

Не учитывая биогеохимического характера явления и органической связи состава организмов суши со средой, крупные ученые XIX в. допускали гипотезу, что древний океан имел другой состав, чем современный. Однако эта новая гипотеза противоречит установленным геологическим и геохимическим фактам. Некоторое сходство в составе обеих жидкостей при большем их различии требует иного объяснения, входить в которое я здесь не могу.

Живое вещество, взятое в целом (табл. 9(12)), имеет совершенно иной состав, чем состав соленой океанической массы. Живое вещество, рассеянное в морской воде, находится с ней в постоянном, очень энергичном химическом обмене: оно постоянно ей уступает свои атомы и извлекает из нее новые. Мы знаем, что при этом происходит закономерное обогащение живых организмов отдельными элементами. Этот факт вытекает уже из сравнения табл. 9 (12) и 10 (13). Они извлекают определенные атомы из солевой массы воды океана.

Но раньше чем делать это сравнение, нужно учесть, что живое вещество заимствует лишь часть своего состава из соленой морской воды. Оно извлекает углерод и азот непосредственно из газов атмосферы или из газов, растворенных в воде. Оно

представляет собой аппарат, увеличивающий содержание углерода и азота в море: вносит туда эти атомы.

Из сравнения табл. 9 (12) и 10 (13) явствует, что живое вещество обогащает океан следующими элементами, т. е. повышает их декаду (табл. 11 (14)).

Разнородное живое вещество океана, жизнь моря, взятая в целом, может быть рассматриваема как специальный механизм, совершенно изменяющий химию моря. Вся химия океана им охватывается. Оно обусловливает осаждение морских илов и вадозных минералов, образующихся на морском дне; в конце концов с ним связаны происходящие из них минералы осадочных пород.

Влияние жизни простирается глубже, в стратисферу и в метаморфическую геосферу. Вадозные минералы претерпевают дальнейшее изменение, и тем энергетическим фактором, который вызывает это изменение, является геохимическая энергия жизни. Вадозные минералы в этих процессах метаморфизма переходят во фреатические. Такой биогенный процесс, как мы видели, ярко выражен в истории нефтей.

Влияние океанического живого вещества на химию океана и особенно морей, если учесть эти послежизненные энергетические проявления, еще гораздо глубже, чем те процессы, которые дает живое вещество суши. Миграция атомов (табл. 10 (13), 11 (14)) дает слишком общее и недостаточное представление о биогеохимической роли морских организмов. Не учтено послежизненное их действие.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.