ГЛАВА ПЯТАЯ. Живое вещество и особенности его изучения в геохимии

Смотрите также:

Какое вещество считается живым

Живое вещество

Живое вещество в почве

Все живое из живого – принцип Реди

Следы былых биосфер

Абиогенное вещество внеземного происхождения

Биосфера и ее живое вещество

Биогеохимический круговорот. Биогеоценозы...

Живое вещество суши

живое вещество

Живое вещество

Биогеохимия. Живое вещество

Исследования химического состава живого вещества

Зеленое живое вещество в биосфере

Вернадский Владимир Иванович

ВЕРНАДСКИЙ. БИОСФЕРА

НООСФЕРА. ВЕРНАДСКИЙ

Механические смеси однородного живого вещества

Из предыдущего ясно, что всякая однородная живая материя не будет однородной по составу своих элементов, будет представлять некоторую смесь. Вся окружающая нас живая природа — биосфера — является такой смесью, и сложная картина образуемой ею живой природы обусловливается чрезвычайно сложным характером этого смешения различных однородных живых веществ, их взаимного проникновения.

Во всем дальнейшем изложении мы будем пользоваться этим представлением о смесях и связанным с ним языком физико-химических наук, так как, охватывая явления жизни как проявление в форме живого вешества, массы, состава и энергии химических элементов, мы неизбежно должны сводить их, когда это возможно, к тем же самым понятиям, какие мы употребляем для остальной мертвой материи при изучении геохимических явлений. А для мертвой материи мы имеем всегда дело со смесями — механическими, минералогическими, физическими и химическими.

Во многих случаях смесь однородных живых веществ будет по существу отличаться от смесей мертвой материи, и мы неизбежно должны здесь ввести новый разряд смесей — смесей органических. Я ввожу этот новый термин с большой неохотой, однако его введение представляет, как мы увидим, большие удобства при изучении живого вещества с геохимической точки зрения и в значительной мере упрощает изложение разнообразных природных процессов, почему я буду употреблять его в дальнейшем изложении;.

Для однородных живых веществ можно различить два рода смесей — смеси механические и смеси органические.

Мы будем называть механическими смесями однородных живых веществ такие смеси, в которых элементы живого вещества — организмы — не проникают друг друга, а находятся отдельно и всецело в соприкосновении с внешней средой. Таковы, например, смеси трав на лугах, деревьев в лесу, зверей в лесах и т. п. Эти смеси совершенно подобны обычным механическим смесям, и их отличием может явиться только самопроизвольная подвижность организмов.

Органической смесью мы будем называть различные формы смешения однородных живых веществ, связанных с проникновением организмов друг в друга. Таковы разные случаи симбиоза, паразитизма и т. п. В этих случаях иногда очень резко нарушается отношение организмов к внешней среде. В биосфере мы видим проявление обеих форм смешения.

В свою очередь в каждом компоненте и механической и органической смесей однородных живых веществ мы должны принимать во внимание ту сложность его строения, которая была уже отмечена в предыдущих параграфах нри определении понятия о живом веществе.

Эта сложность заключается в различии элементов, строящих однородное яшвое вещество.

Вследствие этого различия элементов живого вещества и принцип, который кладется в основу наших представлений о механических смесях однородных живых веществ, что при образовании механической смеси свойства входящих в ее состав элементов не меняются, должен быть учитываем в связи с различием этих элементов, т. е. организмов, составляющих однородное живое вещество.

Практически мы будем считать каждую совокупность организмов какого-нибудь вида или расы, составляющую однородное живое вещество, состоящей из нескольких различных слагаемых разных типов организмов.

Эти различия связаны, во-первых, с разными морфологическими формами биологической структуры, например однородное живое вещество человека состоит из сложной совокупности, в которую входят представители разного пола и возраста. Однородное живое вещество термитов состоит из представителей разного пол а, возраста, социальных различий. Мы увидим ниже, что эти разные единицы могут составлять половые, возрастные, социальные разности, разности по поколениям однородного живого вещества; и обычное однородное живое вещество представляет сложную механическую смесь — механическую смесь 1-го рода — этих своих разностей.

Но на этом сложность механической смеси не кончается. Механическая смесь 1-го рода может быть тоже составной частью, т. е. в каждом однородном живом веществе можно различить несколько половых, социальных, возрастных и т. д. разностей. Это может происходить просто потому, что в биологическом развитии организма есть песколько морфологически разных индивидов, например несколько личинок, несколько морфологически разных самцов и т. п. В этом случае мы не выходим за пределы механической смеси 1-го рода, но получаем ее только более сложную.

Но есть и другого рода осложнение, связанное с тем, что, в сущности в видовое или расовое однородное живое вещество входят несколько различных механических смесей 1-го рода, которые не могут быть в условиях нашей работы отделены друг от друга и в природе встречаются вместе, оказывают геохимические воздействия совместно.

Такие смеси мы будем называть механическими смесями 2-го рода.

Это тесно связано с указанной раньше сложностью вида или расы, на основании которой мы строим однородное живое вещество.

Мы положим в основу нашего представления о таком веществе линнеевский вид или подвид, или вид биологический, и мы всегда должны иметь в виду, что он состоит из многих элементарных видов или популяций. И в том и в другом случае мы здесь получим сложное представление о свойствах элемента однородного живого вещества.

Теоретически мы должны различать как бы два разных элемента однородного вещества. Вид А состоит из неделимых — а, а1, а11, а111... — которые собраны в свою очередь в сложные индивиды а, а1, а11... Изучая обычный вид, мы получаем вне- чатлепие о составе его из ос, а1, а11, и индивидуальные колебания будут здесь отвечать всем тем пределам колебаний, какие характеризуют различия между неделимыми а, а1 ... ап. Но полученные средние будут неодинаковы в зависимости от данного состава — в данной местности — какого-нибудь видового одно род-' ного живого вещества. Ибо ничто не указывает нам на то, чтобы все элементы популяции (чистые линии) и все элементарные виды линнеевского вида присутствовали в данном нахождении этого линнеевского вида.

Сверх того у нас нет никаких оснований думать, чтобы и в пределах чистой линии и элементарного вида не было индивидуальных колебаний в свойствах организмов. Наоборот, все указывает на существование таких колебаний. [...]

Притом все элементы и а1, и а являются сложными состоят из нескольких форм биологического характера, неделимых, отличающихся морфологически, а следовательно, и химически, по полу, возрасту и т. п. Каждый из них может быть представлен как сложная совокупность, сложное строение которой иногда резко проявляется в окружающей природе.

В геохимии мы изучаем только сложные элементы вида, свойства которых получаются путем вывода средних из индивидуальных колебаний; эти средние попадают в пределы колебаний а—ап и оказываются в этом смысле с ними тождественными.

При изучении механических смесей однородных живых смесей мы должны отличать однородные живые вещества, господствующие по весу в смеси, и те, которые в них находятся в небольших количествах — примеси.

Биосфера в этом отношении представляет чрезвычайно характерное явление в земной коре. В ее сгущениях и ее разрея^ениях, в ее биоценозах находятся относительно немногие из миллионов видов и рас ее составляющих в значительных количествах. Вероятно, только немногие десятки тысяч или тысячи однородных живых веществ являются господствующими, и в то же время обычно встречаются смеси довольно однородные по своему составу с резким преобладанием одного или немногих однородных живых веществ.

Это характерное свойство механических смесей мы видим во всех частях биосферы, встречаемся с ним на каждом шагу.

К сожалению, мы имеем здесь очень немногие количественные данные, так как явления весовых соотношений мало обращали на себя внимание научных работников. Однако кое-какие примеры можно привести. Так, например, мы видим это ясно выраженным в тех механических смесях видовых однородных живых веществ, которые представляют собой луга умеренного климата Северного полушария. Мы имеем в этом смысле любопытные многолетние наблюдения в Ротамстеде в Англии. Здесь состав лугов в зависимости от удобрения менялся в разные годы с 1862 по 1914 г.

Злаки Grammeae (от 35,61 до 100% по весу)

Предел коле- Предел коле

баний, %        баний %

Anthoxanthum odoratum 0,02—38,53         Роа pratensis  0 —22,67

Alopecurus pratensis 0,03—28,72    Роа trivialis    0 —32,93

Agrostis vulgaris       0,03—29,46    Briza media    0 —20,15

Holcus lanatus           0,03—90,90    Dactylis glomerata 0,11—39,31

Arrhenatherum avena-           0 —43,30        Festuca ovina 0,12—72,88

ceum   Bromus mollis           0 —42,10

Avena pubescens       0 —14,54        Lolium perenne          0 —13,80

Avena flavescens       0 — 9,08

Для всех остальных видов злаков мы никогда не имели количества, превышающего для отдельного вида 5%, и никогда их общий вес не превышал 2,5%.

Весовое содержание Papillionaceae менялось в пределах 0,40— 83%, а всех других семейств, вместе взятых, в пределах 0,41 — 43%. Количество всех видов, которые наблюдались, доходило до 52 в год, а число видов, превышающих когда бы то ни было 5% по весу в каком-нибудь из разнообразных по свойствам участков, доходило в течение указанных 52 лет всего до 27.

Эта таблица дает нам довольно хорошую картину явления, причем для данного участка и для данного года обычно являлись преобладающими немногие, как это, например, мы видим для 1914 г. (два вида больше 5%, один из них больше 90% по весу). То же имеем и для других лет, например: в 1862 г. 6 видов из 50 составили более 53,06% по весу [соответственно 11,36; 5,04; 9,65; 13,30; 6,37 (злаки); 7,34 (Plantago lanceolata) ]; в 1877 г. 5 видов из 52 — более 60,09% по весу [соответственно 5; 5,12; 13,28; 12,55; 7,25; 21,89 (злаки)]; в 1903 г. 5 видов из 47 — более 62,46% по весу [соответственно 5,07; 20,15; 17,45 (злаки); 13,81 (Poterium sanguisorba); 5,98 (Leontodon hispidus) ]; в 1914 г. 5 видов из 40 — более 61,90% по весу [соответственно 12,52; 23,62 (злаки); 8,70 (Centaurea nigriceps); 17,06 (Leontodon hispidus)].

Эти все числа приведены для одного и того же участка, в котором за 52 года не было никакого удобрения.

В общем учете геохимических проявлений однородных живых веществ мы должны, таким образом, в каждом ценобиозе — сгущении или разрежении — учитывать относительно немногие из составных частей сложной природной смеси, а огромные количества будут в них рассеянными и потому могут быть нами оставлены в стороне.

В огромном большинстве случаев мы можем оставить в стороне все примеси ценобиозов и изучать только господствующие или заметные по весовому содержанию в пей однородные живые вещества.

Однако это может быть делаемо далеко не всегда, ибо с геохимической точки зрения однородное живое вещество может представляться нам под двумя очень различными аспектами. При изучении биосферы можно изучать:

1)        однородное живое вещество, взятое целиком,— однородное живое вещество всей земной коры,— охватывающее всех неделимых данного вида, где бы они на земной поверхности ни находились;

2)        однородное живое вещество данного вида или расы, находящееся в какой-нибудь определенной местности или определенном сгущении и разрежении живого веи^ества.

При этом в первом случае часто имеют значение и редкие однородные живые вещества, во втором с геохимической точки зрения получают значение только господствующие или заметные части механической смеси, которую представляет собой биоценоз.

Редкие в биоценозе однородные живые вещества, взятые во всех биоценозах, в своей массе могут нередко являться гораздо более важными в истории земной коры, чем некоторые господствующие части биоценозов. Так, например, едва ли можно сомневаться, что какие-нибудь широко распространенные виды растений, никогда не образующие сообществ, взятые в массе, представляют геохимическую силу огромного значения, ибо все их всюду рассеянные неделимые везде производят — в общем — одинакового рода работу, и взятая в сумме эта работа рассеянных организмов не пропадает и должна быть учитываема в своем значении.

В этом отношении интересно обратить внимание на характер тех растительных видов, ареал нахождения которых превышает 3Л поверхности суши. Среди них мы найдем один вид — Sene- cio, который распространен по всему земному шару, и с десяток видов менее обычных. И пи одни из них обычно не являются господствующими. Они все представляют собой формы рассеянного однородного живого вещества. А между тем очевидно, что благодаря своей огромной распространенности они имеют большое геохимическое значение, но должны учитываться не в биоценозе, а в биосфере.

Есть еще другой случай, где имеет значение такой же учет, это тогда, когда данное однородное живое вещество, господствующее или примесь, имеет значение в истории какого-нибудь химического элемента. Ибо где бы ни находились элементы данного однородного живого вещества, они всегда будут производить одинакового рода геохимическую работу и взятые в целом могут иметь большое значение. Мне кажется, с этой точки зрения имеют большое значение рассеянные особи организмов, химически особенные. Так, например, не безразлична в истории меди роль наземных моллюсков из рода Helix, хотя бы они и были представлены в отдельном ценобиозе в относительно небольшом весовом количестве, или роль в той же истории меди разных видов птиц Turacidae в тропических областях Африки, постоянно собирающих медь в пигменте своих перьев и отдающих ее во время дождей, при линьке. Очень ярко это видно в истории таких газов, как кислород, азот, водород, где роль микроорганизмов не может быть оставляема без внимания и где небольшое количество вещества, в них сосредоточенное, в ценобиозе искупается интенсивностью их биохимического процесса. Точно так я^е мы не можем оставлять без внимания в истории С02 ту роль, которую играют рассеянные в цеонобиозах животные, в частности человек, когда мы попробуем оценить эту роль в масштабе биосферы.

В этом отношении мы имеем здесь аналогию тому, что мы наблюдаем для минералов, где «редкие», т. е. находящиеся в небольших количествах и в немногих местах минералы приобретают в истории отдельного химического элемента большое значение, как, например, в истории германия — аргиродит и каидильдит, или в истории лантана — паризит. Точно так же и в минералогии мы можем учитывать в истории каждого химического элемента роль минералов, не считаясь с его количеством в данном участке земной коры, а беря его количество во всей земной коре, например роль лейцита в истории калия.

121. Гораздо большее значение имеет сейчас с геохимической точки зрения изучение отдельных ценобиозов, составляющих биосферу и представляющих собой механические смеси однородных живых веществ. Здесь действие некоторых форм этой живой материи усиливается и проявляется наиболее ярко благодаря тому, что обычно организмы, не составляющие виды, образуют сообщества, стада, «тучи», скопления — встречаются вместе в одной местности, вблизи друг от друга. В этом отношении они редко отличаются, например, от неделимых рода, чем в значительной мере и обусловливается малое геохимическое его значение.

Обычно такие скопления однородной живой материи резко выделяются в сгущениях или разрежениях, представляют действительные сообщества, где свойства данного однородного живого вещества выступают на первое место, определяют все свойства яшвого сгущения. В других они в значительной степени разбавлены неделимыми иного вида или расы, не представляют однородного скопления.

Изучая химический эффект таких скоплений, мы будем различать механические смеси двоякого рода: 1) смеси, более или менее слояшые однородных живых веществ, и 2) такие участки земной коры, в которых одно какое-нибудь однородное живое вещество выступает на первое место.

Эти явления меняются как в связи с видовым характером однородного живого вещества, так и с географическими условиями. Так, например, тропический лес, в котором почти каждое дерево принадлежит к разным видам и расам, является типичным представителем смесей 1-го рода, и наш хвойный лес — сосновый, еловый или кедровый — дает яркий пример второго типа, представляет пример естественного выделения видового (или расового) однородного живого вещества на земной поверхности.

В геохимии однородное живое вещество изучается главным образом с точки зрения его состава, веса, энергии, точно так же, как с этой точки зрения изучаются и составляющие земную кору минералы или горные породы. Мы можем для наших целей рассматривать скопления живого вещества, наблюдаемые на земной поверхности, только с этих точек зрения.

В таком случае скопления с преобладанием однородного живого вещества будут вполне аналогичны —с геохимической точки зрения, т. е. в связи с проявлением их в геохимических явлениях,— с простыми горными породами. Мы уже видели, что однородное живое вещество, взятое в чистом виде, аналогично геохимически минералу, а разнородное — горной породе. Изучая химический эффект этих тел в земной коре, можно для хвойного леса умеренного пояса иараллелизовать его, например, с выходами гипса, а для тропического леса — с выходами какой-нибудь сложной горной породы, например гранита.

Это не есть только словесные аналогии; ограниченные весом, составом и энергией живые вещества действительно геохимически тождественны в своем значении в естественных земных процессах минералам и горным породам, сведенным к тем же проявлениям. Правда, на первый взгляд резким отличием является то, что живые вещества занимают значительно меньшие объемы; они тянутся на земной поверхности в виде тонкой пленки, тогда как горные породы образуют большие массы. Такие случаи, как мощный слой океанического планктона до 300—400 м мощностью, являются исключением для скоплений живого вещества. Однако химический эффект такого живого вещества чрезвычайно увеличивается благодаря огромной свободной энергии, ему свойственной. В этом отношении мы не имеем ничего подобного среди горных пород, за исключением, может быть, не застывших лавовых потоков, еще более интенсивных в своем химическом проявлении, но очень недолговечных.

И в минералах и в горных породах мы видим различные степени и формы их химического проявления в земной коре в зависимости от физико-географических условий, в которых они находятся. Под разными широтами резко идут процессы выветривания, в ином отношении к химическим процессам будет порода в тропическом лесу или тропической пустыне, находящаяся на дне озера или моря, или же в непосредственном соприкосновении с атмосферой и т. п. Еще более резко это проявляется для живой материи.

Нельзя сомневаться, что, подобно другим видовым признакам и в том же порядке изменений, состав, вес и энергия одного и того же организма заметно меняются в связи с изменением внешних физико-географических условий. К сожалению, мы здесь мало имеем числовых данных, но правильность этого заключения неизбежно вытекает из тех морфологических различий, какие мы видим ярко выраженными у распространенных и космополитических видов организмов. Роскошь, разнообразие и гармоническая красота окружающей нас природы в значительной мере вызвана не только изменением видов и родов, но и различным обликом скоплений неделимых одного и того же вида в разных местностях.

Поэтому для скоплений однородного лживого вещества еще в большей, может быть, степени, чем для минералов и горных пород, имеет значение изучение их веса, состава и энергии в связи с физико-географическими условиями их нахождения. Мы всегда для однородного живого вещества должны знать как местность, откуда мы берем для исследования его образцы, так и его видовой состав.

Изучая такие скопления, мы изучаем разные часта однородного живого вещества, которые не вполне одинаковы в разных географических областях.

К содержанию книги: Владимир Иванович Вернадский: Живое вещество