Жива речовина біосфери

План

1. Жива речовина

2. Кругообіг вуглецю

У своїх роботах Вернадський не обмежився загальним описом біосфери і з'ясуванням її загальних закономірностей. У 1920 р. у Ялті, у найтяжких умовах громадянської війни, ледь одужавши після страшного висипного тифу, Володимир Іванович записує в щоденнику "... Мені стало зрозуміло, що я усвідомлюю власне призначення — сказати людству нове в тому вченні про живу речовину, яке створюю, і що це є моє покликання, мій обов'язок".

Уявлення про живу речовину кардинально змінило науковий світогляд Вернадського. З 1916 року він почав переглядати всі основні уявлення науки. Якщо раніше вважалося, що живе є продуктом ускладнення інертної матерії Землі, то пізніше вчений визнав, що це твердження не обгрунтоване. Осмисливши весь гігантський досвід природознавства на новому витку, він створив нову картину розвитку Землі.

В основу цієї картини розвитку Землі як космічного тіла необхідно було покласти якусь вихідну гіпотезу, яка б фіксувала факт становлення життя на нашій планеті. В. Вернадський не працював спеціально над проблемою виникнення життя, обмежуючись констатацією факту, який він називав емпіричним узагальненням: життя на Землі виникло — і це є емпіричний факт. Його він і поклав в основу своєї реконструкції. Більше того, В. Вернадський був упевнений, що життя на Землі має дуже давнє походження. Відповідно до його припущень, виникнення Землі як комічного тіла, що відбулося близько 4-4,5 мільярдів років тому, і поява на ній життя відбулося за космічними масштабами майже одночасно. Ще одна цікава думка — "кількість життя" є величиною постійною. Відповідно до такої установки живий стан матерії визнавався головним, визначальним її станом.

Узявши за основу той факт, що життя, так чи інакше, на Землі виникло, Вернадський приходить до визначення поняття живої речовини. У книзі "Жива речовина" Володимир Іванович писав: "Я називатиму живою речовиною сукупність організмів, які беруть участь у геохімічних процесах. Організми, що утворюють сукупність, є елементами живої речовини. При цьому ми звертатимемо увагу не на всі властивості живої речовини, а тільки на ті, котрі пов'язані з її масою (вагою), хімічним складом й енергією. У такому вживанні "жива речовина" є новим поняттям у науці. Я свідомо не вишукую новий термін, а вживаю старий - "жива речовина", надаючи йому не зовсім звичного строго визначеного змісту".

На той час не існувало і не існує донині жодного доказу походження живої речовини з неживої. Між цими двома станами матерії не виявлено ніяких переходів, які вели б від інертного стану до одухотвореного. Збільшується, навпаки, кількість доказів оберненої спрямованості — утворення структур земної кори від речовин, які є рештками живих організмів. Не тільки гірські породи й копалини, але й атмосфера планети (а є думка, що і гідросфера) є повністю продуктом біосфери, результатом життєдіяльності тварин, рослин, бактерій. Через так звані біогеохімічні цикли — кругообіг хімічних елементів у земній корі, що пришвидшується завдяки живим організмам, запускається в дію весь механізм геологічних полій у земній корі. Зв'язок цей найчастіше не явний, а завуальований, але, виявивши достатню наполегливість, дослідники завжди можуть виявити першопричину — найчастіше хімічний вплив одного чи декількох організмів протягом тривалого проміжку часу. У земній корі неможливо відшукати шари, вільні від впливу живої речовини. Сьогоднішній стан біосфери свідчить про її минуле. Земля була живою завжди. Жива речовина минулого нерозривно пов'язана в часі з нами самими.

Який же зміст вкладав В. І. Вернадський у поняття "жива речовина"? Під "живою речовиною" він розумів насамперед сукупність організмів — рослин тварин, мікроорганізмів, людей.

Усі організми поділяються на автотрофні н гетеротрофні. Автотрофні організми незалежні від зовнішніх джерел органічної речовини; вони можуть створювати необхідні органічні речовини з неорганічних елементів. Енергію, необхідну для синтезу, автотрофні організми одержують завдяки сонячному випромінюванню (фотоснитезий автотрофія) або в процесі хімічних реакцій.

Гетеротрофні організми залежать від наявності зовнішнього джерела органічної речовини, споживаючи його із середовища існування. Вони не можуть синтезувати органічну речовину з неорганічних компонентів.

Розглядаючи живу речовину як цілісність, учений запропонував виражати ЇЇ показники кількісно, тобто визначити вагу компонентів, баланс енергії, характер простору, який їй відповідає, в атомному (елементному) складі. Інакше кажучи. Вернадський вважав за потрібне визначити кількісні критерії, величини, числа, які б описували якісну сукупність живих організмів. Кожен організм та угрупованим організмів можна уявити як певні ^поля атомів", які взаємно переплітаються і проникають одне в одного, пов'язані біогенною міграцією з атомними полями природних систем більш високих порядків: біогеоценозів, еколого-біосферних регіонів, біосфери в цілому.

У результаті всіх цих складних взаємодій формується неоднорідна геохімічна структура біосфери. У сфері життя — "живої речовини", у розумінні В. і. Вернадського, — постійно, з найдавніших геологічних часів, задіяно атоми (хімічні елементи), пов'язані з нею Життя "не випускає" їх далеко за свої межі: тимчасово втишаючії з кругообігу одних речовин, вони захоплюються іншими організмами, утягуються в нові цикли, нові угруповання атомів. Ми не знаємо ні початку, ні кінця цьому вічному руху, пов'язаного із життям потоку речовини іі енергії. І сама жива речовина в цілому виступає в геологічній історії планети як невпинний єдиний інтегральний потік живих організмів, як могутня геологічна сила, що докорінно змінює саму Землю. Енергетичним джерелом цього потужного потоку життя за всіх часів була сонячна енергія. В. І. Вернадський запропонував принципово нову наукову методологію — "атомного зрізу" живої речовини, вивчення біогеохімічних закономірностей "поля Життя". Це відразу ж поставило біогеохімію — науку про вивчення живої речовини, творцем якої був В. І. Вернадський, -у ряд точних наук про біосферу, де набули розвитку кількісні методи досліджень. Але жива речовина потребувала середовища для свого розвитку. Необхідно було науково визначити його розміри, властивості, структуру й функції. Таким "середовищем життя", що включало саме життя, і стала біосфера, яку відкрив для своїх сучасників В. І. Вернадський.

Жива речовина існує тільки у формі біосфери великого тіла, окремі частини якого виконують функції щодо взаємної підтримки й взаємного доповненння, немовби надаючи один одному послуги з метою підтримки життя. Якщо є організми, що накопичують деякі речовини, повинні бути для підтримання рівноваги організми з протилежною біогеохімічною функцією, тобто такі, які розкладають дану речовину на прості мінеральні складові, запускаючи їх знову в кругообіг. Якщо є бактерії, які окислюють, значить, повинні бути — і вони завжди є — бактерії, що відновлюють. Один чи кілька організмів вижити на Землі протягом навіть нетривалого проміжку часу не зможуть. На великому космічному кораблі, який зветься Земля, якщо і є щось незмінне, то це функція живого. І Вернадський цілком природно вважав константною величиною кількість атомів, захоплених у життєвий кругообіг, точніше кажучи, ту кількість, яка коливається біля якоїсь середньої величини. І так було завжди. За розрахунками Вернадського, швидкість захоплення організмами простору за геологічними мірками миттєва: для бактерій її можна порівняти зі швидкістю звуку в повітряному середовищі. І навіть найбільша з істот, яка найповільніше розмножується порівняно з іншими тваринами(а це слон), здатна зробити це лише за 1300 років, тобто в геологічних масштабах теж миттєво.

Яскравим прикладом незмінності організмів протягом всієї історії біосфери є так звані прокаріоти, або дроб'янки, які затято не бажають еволюціонувати.

На відміну від усього іншого живого світу, у їхніх клітинах немає ядра. Незважаючи на таку примітивність, а може завдяки їй, прокаріоти настільки всюдисущі, що "вбудовані" майже в кожну хімічну реакцію, що відбувається на поверхні. Вони скрізь: у так званій корі вивітрювання, у надрах, у гарячих джерелах, у воді, у вулканічних викидах. На якій-небудь ділянці реакції міститься жива речовина, яка перетворює геохімічну картину на біогеохімічну, продукуючи деяку необоротність цих реакцій і приводячи їх до якого-небудь результату. А оскільки швидкість поділу цих прокаріотів величезна, то й плоди їхньої біогеохімічної діяльності вражаючі. Розглянемо, наприклад, запаси руд Курської магнітної аномалії. Скрізь, де спостерігається підвищений вміст якого-небудь хімічного елемента порівняно із середнім його вмістом у земній корі, серед причин, як правило, слід шукати живу речовину, найчастіше прокаріот, або, інакше кажучи, літотрофні бактерії. Літотрофи (російською мовою — каменеїди) мають інший основний спосіб живлення — мінеральний, або хемосинтетичний, на відміну від фотосинтетичного. Переводячи мінеральні сполуки з однієї форми в іншу, вони видобувають при цьому енергію, і тому і не потребують ні сонячної енергії, як рослини, ні іншої органічної речовини, як тварини.

Літотрофи за своїми морфологічними особливостями й екологією настільки несхожі на інший живий світ, що утворили окреме надцарство живої природи. Між ним та іншим (евкаріотичним) живим світом така ж бездонна прірва без усіляких переходів і проміжних форм, як і між живою та неживою матерією. У той же час прокаріоти — цілком