Биосфера
есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого
является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем
с прекращением этого обмена веществ прокращается и жизнь” [5].
Сейчас появилась возможность вычислить скорость этого обмена. Так, по
данным Л.Н.Тюрюканова, в пшенице, например, полная смена атомов происходит
для фосфора за 15 суток, а для кальция – в 10 раз быстрее: за 1,5 суток!
Собственно говоря, постоянный обмен веществ между живым организмом и
внешней средой и обусловливает проявление большинства функций живого
вещества в биосфере, которые мы рассмотрим и этой части книги. По подсчетам
биолога П.Б.Гофмана-Кадошникова, в течение жизни человека через его тело
проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков, 1,3 т жиров. Между тем по
геохимическому эффекту своей физиологической деятельности человек отнюдь не
самый важный вид разнородного живого вещества биосферы. Геохимический
эффект физиологической деятельности организмов обратно пропорционален их
размерам, и наиболее значимой оказывается деятельность прокариотов –
бактерий и цианобактерий.
Большое значение имеет также количество пропускаемого через организм
вещества. В этом отношении максимальный геохимический эффект на суше имеют
грунтоеды, а в океане – илоеды и фильтраторы. Еще Чарлз Дарвин подсчитал,
что слой экскрементов, выделяемых дождевыми червями на плодородных почвах
Англии, составляет около 5 мм в год! Таким образом, почвенный пласт
мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускют через свой кишечник за
200 лет. В океане с дождевыми червями по “пропускной способности” могут
конкурировать их близкие родственники, представители того же типа кольчатых
червей – полихеты, а также ракообразные. Достаточно 40 экземпляров полихет
на 1 м2, чтобы поверхностный слой донных осадков мощностью в 20 – 30 см
ежегодно проходил через их кишечник. Субстрат при этом существенно
обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором по сравнению с
исходными илами.
Копролиты (ископаемые остатки экскрементов) известны в геологических
отложениях, начиная с ордовика, однако бесспорно, что большинство их при
геологических описаниях не учитывается. Происходит это из-за слабой
изученности вопроса и из-за отсутствия диагностических признаков для
определения копролитов.
Между тем в донных отложенияк современных водоемов фекальные комочки
беспозвоночных распространены очень широко и нередко являются основной
частью осадка. В южной Атлантике, например, илы почти нацело слагаются
фекалиями планктонных ракообразных, а по берегам Северного моря донные
осадки, образованные фекалиями мидий, имеют мощность до 8 м.
Биогенная миграция атомов II рода – механическая – отчетливо
проявляется в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом,
позволяющим животным создавать глубокие укрытия (гнездовые камеры термитов,
например, расположены на глубине 2 – 4 м от поверхности). Благодаря
выбросам землероев, в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся
минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биологический круговорот.
Недаром известный геолог Г.Ф.Мирчинк (1889 – 1942) называл сурка-тарбагана
“лучшим геологом Забайкалья” – его норы окружены “коллекциями” горных
пород, добытых с глубины нескольких метров!
Понятие “нора” и “гнездо” обычно ассоциируются у нас с грызунами и
птицами. Между тем биогенная миграция атомов II рода распространена не
только в наземных, но и в морских экосистемах, и здесь ее роль, может быть,
еще более значительна. И на дне моря организмы строят себе укрытия, причем
не только в мягком, но и в скальном грунте. Олигохеты и полихеты
углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски зарываются
обычно неглубоко, но некоторые из них – солениды и миа – роют норы, которым
позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров. В зоне прибоя
и на перемываемом волнами песке – вот беда! – норы не выроешь и гнездо не
совьешь. Приходится сверлить скальные породы. И сверлят. Сверлят водоросли
и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи, рачки...
Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Источенные
ими породы находят даже в докембрийских отложениях; и поныне они продолжают
свою разрушительную работу. Сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает
иногда катастрофические последствия . Когда в районе Сочи в результате
непродуманного строительства берег обнажился от гальки, он начал отступать
со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады,
которые заселили каждый метр скального берега, сложенного глинистыми
сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был
найден выход: берег стали укреплять поперечными стенками, а между ними
засыпать гальку. В результате сверлильщики были уничтожены, движущаяся под
ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную
деятельность проводит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб – он
проник во многие реки, и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает
плотины.
К биогенной миграции II рода можно отнести и перемещение самого
живого вещества. Сюда относятся сезонные перелеты птиц, перемещения
животных в поисках корма, массовые миграции животных. Естественно, что все
эти разнообразные формы движения живого вызывают и транспортировку
небиогенного вещества.
Вернадский, как мы видели, подразделял процессы, осуществляемые в
биосфере живым веществом, по характеру самих процессов. Несколько иначе
подошел к зтому вопросу современник Владимира Ивановича Н.А.Андрусов.
“Химическая деятельность организма вообще, имеющая геологическое значение
,– писал Андрусов,– может быть сведена к двум категориям: во-первых, к
образованию на наружной поверхности или внутри твердых выделений, способных
сохраняться; во-вторых, к образованию жидких и газообразных выделений,
способных вступать в различные химические реакции с окружающим
неорганическим миром”. По существу, эту же мысль развивала на современном
материале микробиолог Т.В.Аристовская. Она указала, что миграция атомов
химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом
жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий). В таблице
совмещены классификационные подходы Вернадского (горизонтальные ряды) и
Андрусова – Аристовской ( вертикальные столбцы). Для понимания той работы,
которую совершает живое вещество в биосфере, очень важными являются три
основных положения, которые Владимир Иванович называл “биогеохимическими
принципами”.
В формулировке В.И.Вернадского [6] они звучат следующим образом:
I принцип:”Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда
стремится к максимальному своему проявлению”.
II принцип: “Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к
созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении,
увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы” (или в другой
формулировке: “При эволюции видов выживают те организмы, которые своею
жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию”).
III принцип: “В течение всего геологического времени, с криптозоя,
заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого
вещества, которое тогда существовало”.
Для Вернадского I биогеохимический принцип был тесно связан со
способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных
условиях. “Вихрь атомов”, который представляет собой жизнь, по определению
Жоржа Кювье, стремится к безграничной зкспансии. Следствием этого и
является максимальное проявление биогенной миграции атомов в биосфере.
II биогеохимический принцип, по существу, затрагивает кардинальную
проблему современной биологической теории – вопрос о направленности
эволюции организмов. По мысли Вернадского, преимущества в ходе эволюции
получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы
энергии или “научились” полнее использовать химическую энергию, запасенную
в других организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом,
увеличивается “КПД” биосферы в целом. Чисто математически это показал
В.В.Алексеев, который на основе расчетов пришел к следующим выводам:
“Эволюция должна идти в направлении увеличения скорости обмена веществом в
системе”. И далее: “Становится понятным, почему образовались ферменты, роль
которых заключается в резком увеличении скоростей реакций, идущих при
обычных условиях исключительно медленно”.
II биохимический принцип Вернадского получает подтверждения на самом
разнообразном эмпирическом материале. Так, в 1956 году почвовед В.Л.Ковда
