Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологическо - Лапо Андрей Витальевич
В 1984 г. на 27‑м Международном геологическом конгрессе в Москве я был свидетелем любопытного эпизода, когда известный советский микробиолог, член-корреспондент АН СССР Георгий Александрович Заварзин начал свой доклад с демонстрации слайда с цитатой из «Биосферы» В. И. Вернадского, а кончил его — после 40 минут изложения собственного фактического материала! — следующей фразой (цитирую свою запись): «Я очень сожалею, что мне не удалось добавить ничего нового к словам Вернадского, опубликованным в 1926 году».
В современном естествознании Вернадский остается лидером.
Завидная судьба…
Глава первая. Биосфера
Века и тысячелетия прошли, пока человеческая мысль могла отметить черты единого связного механизма в кажущейся хаотической картине природы.
Небольшая книга Вернадского «Биосфера» впервые вышла в Ленинграде в 1926 г. Издана она была тиражом всего 2 тыс. экз. Казалось бы, чисто научный труд, — но им зачитывались Михаил Пришвин и Николай Заболоцкий, а Геннадий Гор писал: «Есть книги, воздействие которых на читателя ни с чем не сравнимо. Такой необыкновенной книгой оказалась для меня «Биосфера»…»
В этой книге, впоследствии неоднократно переиздававшейся на русском [8] и других языках, биосфера Земли впервые была показана как единая динамическая система, управляемая жизнью. «Развитое В. И. Вернадским представление о биосфере как о пронизанной, преобразованной и постоянно преобразуемой организмами оболочке земного шара — одно из крупнейших обобщений естествознания нашего века», — свидетельствует наш современник, академик М. С. Гиляров.
Термин «биосфера» появился в научной литературе в 1875 г. Его автором был Эдуард Зюсс (1831—1914), с которым В. И. Вернадский был знаком лично, — известный австрийский геолог, «обобщитель геологических фактов», как называл его академик В. А. Обручев. Зюсс писал: «Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле (Земле. — А. Л.), а именно — органическая жизнь… На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу…»
Сконструировав новый термин, которому было суждено такое блестящее будущее, и, по существу, вводя в науку новое понятие, Э. Зюсс не дал ему никакого определения. Слово «биосфера» стало использоваться в геологической и географической литературе от случая к случаю, причем каждый понимал его по-своему.
В научной, популярной и даже учебной литературе в качестве автора термина «биосфера» иногда указывается знаменитый французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк (1744—1829). Это неверно: он ввел термин «биология» (а не «биосфера»). При этом, опередив свое время больше чем на столетие, Ламарк вплотную подошел к понятию биосферы и к осознанию планетарной роли жизни: «Сложные минеральные вещества всех видов, образующие внешнюю кору земного шара и встречающиеся там в виде отдельных скоплений, рудных тел, параллельных пластов и т. д. и образующие низменности, холмы, долины и горы, являются исключительно продуктами животных и растений, которые существовали на этих участках поверхности земного шара» (курсив Ламарка). Эти пророческие слова Ламарка были надолго забыты.
Вкладом принципиальной важности в разработку современного понимания биосферы явились и труды знаменитого немецкого естествоиспытателя-энциклопедиста Александра Гумбольдта (1769—1859). Именно Гумбольдт впервые сумел взглянуть на Землю как на единое целое. Этот глобальный (как мы теперь говорим) подход Гумбольдт развил в своем фундаментальном труде «Космос», над которым работал всю свою долгую жизнь. В нем, в частности, развивалась идея о повсеместном распространении жизни («всеоживленности» Земли), ее неразрывной связи с неорганическим миром (мысль, совершенно новая для XIX в.!) и даже был употреблен термин «жизнесфера» — правда, единожды и без всяких комментариев. Вернадский высоко ценил труды Гумбольдта: «Его постановка проблемы… приближается к геохимическим концепциям нашего времени. Для него живое вещество есть неразрывная и закономерная часть поверхности планеты, неотделимая от ее химической среды» [9].
Наконец, непосредственным предшественником Вернадского и его учителем был основоположник современного генетического почвоведения Василий Васильевич Докучаев (1846—1903), который первым осознал опасность дробления науки о природе на множество частных дисциплин. По мнению Докучаева, естествознание достигло больших успехов в изучении таких объектов природы, как живые организмы, минералы, горные породы и т. д. Однако изучались в то время именно отдельные объекты, «но не их соотношения, не та генетическая, вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой. А между тем именно эти соотношения, эти закономерные взаимодействия и составляют сущность познания естества, ядро истинной натурфилософии — лучшую и высшую прелесть естествознания».
Докучаев сконцентрировал свое внимание на почве: естественном теле, где происходит взаимодействие всех трех выделявшихся тогда «царств природы»: минералов, растений и животных. На примере почвы он всесторонне рассмотрел взаимодействие биотических и абиотических факторов в естественных телах. Поэтому, хотя термин «биосфера» в литературу ввел не Докучаев, а Зюсс, именно Докучаева считают предтечей современного учения о биосфере — естественном теле более высокого ранга, чем почва.
Творчески развив идеи своих предшественников — Ламарка, Гумбольдта, Докучаева — и использовав, по существу, «бесхозный» термин Зюсса, Вернадский создал принципиально новый подход к явлениям жизни. «Формирование интегративного подхода на уровне биосферы, как и само введение этого уровня организации живой материи, — целиком заслуга В. И. Вернадского», — пишет А. М. Гиляров.
Обыденно говоря, биосфера — это то, что нас окружает, та «природа», в которой мы живем. Вернадский в разных своих работах дал несколько определений биосферы, везде подчеркивая две ее отличительные особенности. Первая из них следующая: «Биосфера представляет оболочку жизни — область существования живого вещества» [10], вторая: «Биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д.» [11].
В своих работах В. И. Вернадский подчеркивал «всюдность» жизни. В самом деле, заселенными оказываются самые невероятные, казалось бы, местообитания: термальные источники, температура воды в которых достигает точки кипения, а в некоторых случаях даже несколько превышает ее — и вечные снега Гималаев, где на высоте 8300 м обитают по крайней мере 9 видов бактерий; безводные пустыни (в славящихся своей сухостью африканских пустынях живут, например, более 500 видов насекомых) — и сверхсоленые озера, где процветают цианобактерии, архебактерии и один из видов креветок, а жгутиковые и диатомовые водоросли хоть и влачат жалкое существование, но все же существуют! Заселено организмами даже… Мертвое море — в нем обитает несколько видов архебактерий и водорослей (не следует ли это название писать в кавычках: так называемое «Мертвое море»?).
Для учителя В. И. Вернадского — В. В. Докучаева — биотический и абиотический факторы были равноправными партнерами формирования почвы. Вернадский же, перейдя на глобальный уровень, показал, что ведущим фактором, преобразующим лик Земли, является жизнь. Ее особенность заключается не только в ускорении химических реакций — некоторые реакции вне организмов вообще не происходят при нормальных температурах и давлениях. Хорошо об этом сказал Л. С. Берг: «Организмы осуществляют нечто с физической точки зрения невероятное». Так, жиры и углеводы окисляются в организме при температуре около 37°, а вне его — при температурах 400÷500°C. Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляют при температуре 500° и давлении 300—350 атм. А микроорганизмы без особых затруднений проводят эту реакцию при обычной температуре и атмосферном давлении. Значит, в живых организмах должны развиваться какие-то особые катализаторы, ускоряющие протекание химических процессов. Такие белковые катализаторы, действительно, были найдены в живых организмах и получили название «ферментов». Действуют они очень специализированно; фермент и вещество, подверженное его действию, подходят друг к другу, как ключ к замку. Для протекания химических процессов достаточно ничтожных количеств ферментов. Во всем мире не наберется и десятка килограммов нитрогеназы — удивительного фермента, используемого организмами для синтеза азотистых соединений из атмосферного азота. Академик И. П. Павлов называл ферменты «возбудителями жизни».
