ГЛАВА ПЕРВАЯ. Значение живого вещества

3. Подходя к научному изучению природы, мы никогда не должны и не можем забывать, что оно всегда неизбежно связано с практическим значением его в жизни человечества, несмотря на историческую важность постоянно возникающих стремлений противоположного характера, протеста против узкого понимания прикладного значения науки; это является указателем реального хода развития науки. «Наука для науки» так же мало может существовать, как искусство для искусства. Знание искалось и ищется в науке для получения силы, для овладения природой, для практических приложений к жизни. Вся история естествознания и математики насквозь проникнута сознанием могущества, которое приносит человеку знание.

Особенно это должно чувствоваться, когда мы касаемся вопросов геохимии, где культурная жизнь человечества является могучей силой, меняющей химические явления нашей планеты. Очевидно, что изучение хода развития роста геохимического значения человечества должно повести за собой и большее проникновение человека в понимание прикладного характера научной работы.

Как во всех новых научных вопросах и новых отраслях науки, мы далеко не всегда можем заранее уловить, что окажется для человека нужным и важным. Поэтому сейчас можно указать лишь немногое, что можно предвидеть в начале работы.

4. Совершенно ясно, что применения геохимического изучения живого вещества могут идти в разных направлениях.

Прежде всего таким применением должно служить использование живого вещества в качестве источника тех или иных необходимых для человека элементов. Этот вопрос являлся предметом обсуждения в связи, например, с изменениями сложившихся экономических соотношений во время мирового потрясения 1914—1920 гг. Таковы вопросы о добыче йода, брома, калия, фосфора и т. д. Из всех этих химических элементов наибольшее значение до сих пор имеет добыча йода из золы некоторых водорослей, которая во многих местностях конкурирует с добычей его из чисто минеральных отложений (из некоторых озер, отложений селитры в Чили). Но и его минеральные отложения генетически связаны с живым веществом, ибо только одни организмы, по-видимому, собирают йод из его рассеяний: минеральные образования йода связаны с окончательным разрушением живого вещества. Йод добывается из лживого вещества, связанного с морем, главным образом из водорослей. Однако весьма вероятно, что и среди морских продуктов могут быть найдены более выгодные его источники (например, губки) — то же надо ждать и для наземных организмов. Здесь заслуживают серьезного количественного изучения мхи, грибы и продукты изменения — молодые торфы. Точно так же заслуживает серьезного систематического изучения нахождение калия. Но, помимо этого, изучение и других химических элементов стоит на очереди. Человек захватывает для своих потребностей все элементы. Постепенно количество таких захваченных им элементов все растет. Это правильный путь захвата сил природы и использования ее средств. Очевидно, при геохимическом изучении живого вещества должно такое использование пойти еще энергичнее и правильнее, так как не только при этом улучшается наше понимание распределения и концентрации элементов в земной коре, но и открываются их новые концентрации. Этого можно ждать для Zn, Си, V, редких земель и, надо думать, для очень редких элементов, вроде галлия или индия.

Другим возможным приложением геохимического изучения элементов является их применение во врачебных целях. Сейчас в этой области трудно сказать что-нибудь определенное, но совершенно ясно то огромное значение, какое имеют для врачебных целей использование тех или иных химических соединений элементов или самих элементов ввиду их огромного влияния на самые разнообразные проявления жизни. Мы знаем, какое огромное значение приобрели в ггом отношении соединения Hg, Bi, As, Р, J, Fe, Br и т. п. Еще недавно Кохер указал на важность с этой же медицинской точки зрения кремния и его соединений. Нельзя сомневаться, что человек находится только в начале своих достижений в этой области. А так как геохимическое изучение химических элементов связано с выяснением функции всех элементов более полным и точным, чем мы это знаем сейчас, то очевидно, в результате такого изучения явятся многочисленные приложения геохимии живого вещества к медицине, гигиене, ветеринарии и к дезинфекционной борьбе с вредителями (каково, например, теперь значение соединений меди в плодоводстве). Уже сейчас геохимическое значение этих применений элементов к жизни огромно и связано с добычей и рассеянием. Очевидно, увеличивая свое знание в этой области и его применение, человек только делает более интенсивной ту самую работу, которая выявляется для него с роковой неизбежностью ходом процессов химии земной коры.

Третьей областью работ этого порядка сейчас становится развитие учения о плодородии со всеми его многочисленными применениями как в науках агрономических, так и зоотехнических. Здесь я хочу лишь отметить этот вопрос, к некоторым сторонам которого я вернусь ниже, в главе о количестве живого вещества в земной коре. Надо иметь в виду, что вся научная постановка вопроса о плодородии, о количестве создаваемого жизненными процессами вещества на данной площади земли может быть правильно поставлена только на почве геохимических явлений. До сих пор этот вопрос ставился только ощупью, в узкой форме, без учета всех элементов создаваемого человеком при этом культурного сгущения. Он приводил при этом к такого рода обобщениям, в которых играл большую роль очень изменчивый экономический фактор; в числе таких обобщений является так называемый закон о прогрессивном уменьшении плодородия почвы по мере роста техники. Но вопрос о плодородии ставился с узко человеческой точки зрения: о получении продуктов, необходимых человеку. Это задача частная. Она может быть правильно поставлена и решена только тогда, когда выяснится основной вопрос: есть ли предел количеству вещества, которое может быть захвачено живой материей и введено ею в состав составляющих ее организмов на определенной площади земли? Чем обусловлен этот предел, если он есть, и как он количественно меняется в разных культурных сгущениях и при разных физико-географических условиях? Не связан ли он с предельной величиной энергии солнечных лучеиспусканий, может ли быть это использование увеличено? Может ли быть, и в какой мере, увеличена полезная для человека часть максимального плодородия земли? Очевидно, при таком изучении плодородия, само понятие его меняется, оказывается не связанным с антропоцентрическими представлениями.

Но можно ждать влияния геохимического изучения живого вещества не только в связи с изменением общих представлений о плодородии. Несомненно, это влияние скажется и в отдельных частных вопросах, отчасти уже ныне поднятых. Так, в последнее время подымается вопрос о влиянии на урожайность разных растений следов разных элементов, значение которых связано не с их вхождением в состав живого вещества в качестве частей их тела, а с влиянием их следов в качестве катализаторов. Так, марганец в разведении 1 : 10 млрд. уже явно влияет на урожай Sterigmacystis. Прибавляя на десятину небольшие количества таких элементов, можно значительно поднять урожайность того или иного растения. Ибо разные элементы влияют при этом на различные растения. Уже сейчас выяснено такое стимулирующее влияние Zn, Mn, S, Си, F, Li. Но, очевидно, мы находимся здесь при самом начале наших достижений и должно быть человек в конце концов сумеет комбинировать эти свойства для всех элементов и для всех растений. Это может быть достигнуто только тогда, когда связь живого вещества со свойствами элементов будет нами изучена с точки зрения создания живой материи, т. е. с геохимической точки зрения.

Очевидно, могут быть выдвинуты и другие приложения изучения геохимии живого вещества — но те или другие должны быть выдвинуты при самом начале научной работы в этой области, так как они свяжут ее с жизнью и тем самым увеличат интенсивность и мощность работы, привлекут к ней силы и средства. (Ф. 518, on. 1, д. 53, лл. 55—57.)

5. Из этих вопросов (ввиду их значения) я считаю необходимым коснуться двух-трех, хотя мы можем их только поставить, но не решить. Для быстрого улучшения научных знаний о них важно помнить.

Первым вопросом является химический состав биосферы и те различия, какие наблюдаются между составом земной коры и, в частности, биосферы, и составом живого вещества. Как известно, мы довольно точно в общих чертах знаем состав земной коры до глубины 20 км, но при исчислении этого состава не приняты во внимание те количества химических элементов, которые сосредоточены в организмах, т. е. в живом веществе. При огромном весе слоя земной коры в 20 км, может быть, ошибка от такого исчисления и не будет очень большой, хотя точно мы этого утверждать не можем. Дело меняется, когда мы переходим от земной коры к поверхностной ее пленке — к биосфере. Здесь мы не можем пренебрегать теми количествами химических элементов, которые сосредоточены в живом веществе, и поэтому мы не можем исчислить состав биосферы с той точностью, с какой исчисляем состав всей земной коры до 20 км мощностью. Кларк пытался исчислить средний состав осадочных пород, но от такого исчисления до состава биосферы еще далеко, и числа Кларка, очевидно, дают нам отдаленное понятие о составе биосферы.

Точно так же мало уточнено паше исчисление химического состава гидросферы, так как для анализа берется состав морской воды, в значительной мере лишенной организмов, процеженной через фильтры, задерживающие большую часть представителей морской жизни. И, очевидно, этот состав неверен.

Для того чтобы определить состав биосферы (и гидросферы — ее части), нам необходимо прежде всего знать химический состав проникающего ее живого вещества, т. е. отложить ответ на данный вопрос до систематического подбора правильным образом выбранного для анализа вещества — однородного живого вещества, постоянных и подвижных его сгущений.

Если бы мы знали этот состав и необходимое для этого количество живого вещества в земной коре, мы сразу могли бы охватить весь химический процесс, связанный с жизнью.

Мы скорее догадываемся, чем знаем, что и с химической точки зрения живое вещество производит огромную дифференциацию химических элементов в земной коре. Его состав не может быть равен составу биосферы. Так, например, мы знаем, что отношение Са : Mg в земной коре * почти равно 1. В биосфере — в коре выветривания — это отношение, должно быть, сохраняется, хотя во многом для нас явления, здесь наблюдаемые, неясны, и, может быть, Са здесь больше. По отношению к растениям мы теперь из опыта знаем, что оптимальные условия их роста связаны с отношением СаО : MgO, далеким от 1.

Очевидно, то же самое должно проявляться и в природных условиях, и растение не может брать Са : Mg в отношениях, отвечающих тем, которые господствуют в мертвой природе. То же самое мы наблюдаем и для других элементов, и давно уже замечено, что хлорофильные растения берут из почвы калий в количествах, резко меняющих обычное в литосфере отношение К : Na, близкое к 1. Сложный механизм растения и в других случаях берет элемент из земной коры в иных пропорциях, чем это наблюдается в мертвой природе, причем разные живые вещества относятся к этим процессам различно. Они приспособляют разные элементы для одной и той же цели, сообразно своей индивидуальности. Очень резко это видно из следующего примера. Скелетную часть растительного организма, поддерживающую организм, составляет склеренхима, в значительной степени уже мертвая ткань. Среди химических элементов, которые растение использует для ее построения, господствующую роль играют Са и Si. По-видимому, разные живые вещества используют их различно. Так, например, в золе коры некоторых растений содержатся:

Дуб HStre б* Слива

СаО 93,46 80,87 44,74 Si02 0,95 1,48 21,30

К сожалению, в этой интересной области явлений мы почти не имеем исследований, и потому в очень смутной форме можем уяснить себе общий геохимический эффект такой избирательной работы живого вещества.

По-видимому, в живом веществе мы видим такой механизм в земной коре, который извлекает из нее и концентрирует некоторые химические элементы, как раз те, которые носят название органогенных,— О, Н, N, S, Р и т. д. Концентрация водорода, по- видимому, отсутствует для гидросферы.

Другой задачей, связанной с выяснением химического состава живого вещества, является определение того значения, какое имеет живое вещество в истории отдельных химических элементов земной коры. Зная процентный состав биосферы и земной коры, мы, зная их вес, можем определить вес каждого из сосредоточенных в них химических элементов. Несомненно, например, что для азота огромная часть всего его запаса захватывается живым веществом, находится постоянно в биогеохимическом обмене; вероятно, оно значительно для фосфора и серы. Уже для кислорода и водорода захвачена значительно меньшая их часть по весу. Но вся картина этого явления, очевидно, не случайная, может нам выясниться только после того, как будет определен состав живого вещества, и этот состав будет изучен во всей его массе и во всех его частностях.

С этой точки зрения чрезвычайно важно проследить историю химических элементов в тех ценобиотических сгущениях и разрежениях, на которые распадается наша биосфера. По-видимому, мы имеем здесь не только морфологически, но и химически различные области. В этих областях идут совершенно закономерные передвижения химических элементов, полностью для нас закрытые вследствие недостатка точных данных. А между тем они постоянно повторяются периодически точно и правильно. Так, при созревании в поле собираются определенные химические элементы — К и Р — в зерне и исчезают из листьев; железо и кальций сосредоточиваются в наших лесах в наружных слоях коры и затем с ней рассеиваются в окружающей среде. В лиственных лесах нашей северной и средней России ежегодно осенью совершается интересный процесс разделения калия и кальция. Листопад — есть выделение кальция, а рядом с этим, в многочисленных покрывающих почву и растущих среди гниющей и падающей листвы шляпочных грибах концентрируется живое вещество, не заключающее кальций, или содержащее его следы, но богатое калием. В планктоне озер и прудов весной и осенью начинается массовое скопление диатомовых водорослей, т. е. идет сезонное колебание количества кремния.

Таких примеров можно привести множество. Мы их не знаем только потому, что до сих пор мало обращалась мысль исследователей в эти области и нет достаточного количества наблюдений.

6. Несомненно, все эти вопросы имеют не только геохимический, но и биологический интерес.

Но есть такая область вопросов этого рода, в которой биологический интерес стоит на первом месте, и тем не менее данные для его решения — точные химические анализы — не собираются.

Из числа таких вопросов я остановлюсь на одном, который интересует одинаково и биолога и геохимика,— на образовании специальных однородных живых веществ в связи с определенными свойствами химической среды, в которой они живут.

Мы увидим ниже, что для правильного охвата геохимических проблем надо было бы идти дальше вида, принимать во внимание меньшие, чем вид или раса, группы организмов. Биологические, экологические и элементарные группы играют огромную роль в геохимической реакции организма, причем для нас исчезает то исключительное значение, которое биолог придает наследственности изменений, важна лишь их неизменность при наличии данных условий.

Образование этих разностей зависит от различных причин как внешней среды, так и внутренних свойств организма, но среди них, несомненно, имеет большое значение и химический состав вида, различный в разных местностях. Едва ли можно сомневаться, что таких указаний немного лишь потому, что явление мало изучено. Ясно, что это явление общее и не будет ошибочным утверждение, что химический состав таких разностей отличается очень резко от химического состава воды, взятого в целом. Так, например, в старых интересных работах Вебера (1873—1875) над лиственницей и буком приведены данные резкого изменения как количества золы, так и ее состава для этих деревьев, растущих на горах и в низинах, причем ход изменения отличен для обоих видов растений. Для лиственницы по мере перехода ее в низины увеличивается количество золы и в ней калия и фосфора. Для бука количество золы при этих условиях тоже возрастает, но калий, сера и фосфор уменьшаются, а кремний и кальций — по крайней мере в листве — увеличиваются. В этих нагорных и равнинных разностях мы видим пример экологических разновидностей, причем геохимически совершенно неважно, что эти различия не передаются наследственно.

Другим еще более ярким примером может явиться вопрос об образовании новых видов под влиянием химического состава той почвы, в которой живут данные растения. Сейчас мы имеем такие указания для растений, но едва ли можно сомневаться и в значении этого процесса среди насекомых, к объяснению форм которых этот процесс не прилагался. А между тем именно здесь можно ожидать широкого проявления этих взаимосвязей и, может быть, именно этим объясняется необычайное количество видов этих организмов, превышающее число видов всех других организмов, растительных и животных вместе взятых.

Среди растений мы имеем случаи образования видов, богатых Mg, Zn, Са, которые выросли на почвах, богатых этими соединениями, и которые поглощают эти элементы, вводя их в свой состав. В некоторых случаях удалось вернуть эти виды путем культуры в те, которые являются для них исходными. [...]

Эти немногие примеры невольно заставляют относиться чрезвычайно внимательно к составу золы растений и к химическому характеру биологических видов, разновидностей и т. п. Вид, приспосабливающийся к особым химическим условиям среды, всегда меняется морфологически, даже тогда, когда он не сохраняет особые полученные им морфологически отличия путем наследственной передачи.

Становится очень вероятным, что значительная часть видов организмов, в частности растений, является морфологическими видами, созданными благодаря химическим особенностям той среды, на которой они живут, и того состава, какой они при этом получают. (Ф. 518, on. 1, д. 53, лл. 33 об.—38.)

К содержанию книги: Владимир Иванович Вернадский: Живое вещество

Последние добавления:

Вернадский - химическое строение биосферы

Тайны ледниковых эпох

ЭВОЛЮЦИЯ ПОЧВ В ГОЛОЦЕНЕ

Тимофеев-Ресовский. ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

Ковда. Биогеохимия почвенного покрова

Глазовская. Почвоведение и география почв

Сукачёв: Фитоценология - геоботаника

Академик Вернадский - ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

ГЛАВА ПЕРВАЯ. Значение живого вещества

Геохимическое изучение живого вещества