Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологическо

Вещества земного происхождения представлены в биосфере как живым, так и неживым веществом. К живому веществу, по определению Вернадского, относятся все живые организмы биосферы. Современное живое вещество является биогенным, так как оно образуется исключительно путем размножения уже существующего живого вещества. Остановимся немного подробнее на истории исследования этого вопроса.

У Аристотеля (384—322 гг. до н. э.), «отца всех наук», не было никаких сомнений, что растения самопроизвольно возникают из земли, рыбы — из ила, черви — из гниющих трупов павших животных. Благодаря незыблемому авторитету Аристотеля, эти воззрения стали общепринятыми. В энциклопедии античного естествознания — поэме «О природе вещей» Лукреция Кара (I в. до н. э.) — можно прочитать, например, следующие строки о гниющих веществах:

В научных трактатах XVI в. всерьез доказывалось, что утки зарождаются из дубовых досок разбитых кораблей, а казарки — из листьев, падающих в воду. Приводились даже рисунки, иллюстрирующие различные фазы этих превращений.

Противоположный тезис — «Все живое из живого» — Вернадский называл «принципом Реди». Франческо Реди (1626—1697) — натуралист, врач и поэт, который работал во Флоренции и в 1668 г. поставил знаменитый эксперимент, вошедший в историю науки. Он поместил в восемь сосудов по куску свежего сырого мяса, причем четыре сосуда запечатал, а четыре оставил открытыми. Мухи могли садиться на мясо только в открытых сосудах, и именно там появились «черви» (личинки мух). Затем Реди повторил эксперимент, не запечатывая сосуды, а только накрыв их марлей от мух. И при свободном доступе воздуха в сосудах, закрытых марлей, личинки не появлялись. Реди сделал справедливое заключение, что личинки возникают не сами по себе, а развиваются из яичек, которые ранее отложили туда мухи. За свои взгляды Реди в 1674 г. был обвинен в ереси — ведь его вывод вступал в противоречие не только с Аристотелем, но и с самим «Священным писанием», где есть упоминание о самозарождении пчелиного роя в туше издохшего льва. Франческо Реди, однако, от своих взглядов не отступился — мужества вообще ему было не занимать. Рассказывают, например, что однажды, чтобы доказать безвредность слюны и желчи гадюки, он выпил их в присутствии свидетелей (в числе которых находился герцог Тосканы).

Реди опередил свое время на столетия: гипотеза самозарождения, несмотря на явную свою нелепость, еще долго имела своих приверженцев. В нее верил Ж.‑Б. Ламарк, который в своей «Философии зоологии» (1803) посвятил абиогенезу особую главу. «Природа всегда творит», — писал он. А в середине XIX в. ученые были уверены, что они нашли, наконец, первичный белок, появляющийся путем самозарождения. Его «установили» в пробах глубоководных океанских илов, больше десяти лет хранившихся в крепком растворе спирта, и назвали «батибиусом». Однако экспедиция на «Челенджере», продолжавшаяся в течение трех с половиной лет начиная с 1872 г., безуспешно искала батибиус в океанских глубинах. Отрезвление наступило, когда сделали химический анализ батибиуса. Он оказался… гипсом, образовавшимся при длительном взаимодействии илов со спиртом.

Окончательное экспериментальное доказательство невозможности самозарождения жизни на примере бактерий было получено лишь через 200 лет после Реди великим французским ученым Луи Пастером (1822—1895) в серии классических опытов 1860—1861 гг.

«Принцип Реди» Вернадский не считал абсолютным. В статье «Об условиях появления жизни на Земле» Вернадский писал: «Принцип Реди не отрицает абиогенеза, он только указывает пределы, в которых абиогенез отсутствует. Возможны такие условия в земной истории, когда не было биосферы и существовали на земной коре физико-химические явления или состояния, которые в ней сейчас отсутствуют и которые необходимы для абиогенеза» [27].

Присутствующее в биосфере неживое вещество может быть как биогенным, так и абиогенным. Биогенное вещество создано в результате жизнедеятельности организмов. Сюда относятся остатки отмерших организмов, продукты их линьки и опада: хитиновые покровы членистоногих, выпавшие волосы и зубы млекопитающих, сброшенные рога оленей, теряемые по тем или иным причинам перья птиц, опадающие листья (а в некоторых случаях — и кора) деревьев, созревшие и отделившиеся от растения плоды, их пыльца и т. д. Масса их может быть очень значительна: например, речной рак за 20 лет своей жизни сбрасывает 50 панцирей; у древесных растений доля мертвого органического вещества (опада) к концу жизни превышает вес живого вещества в 3—4 раза.

Биогенным веществом являются также экскременты животных и продукты внешнего метаболизма живых организмов (недавние исследования показали, что в водных экосистемах от 10 до 40% первичной продукции планктонных водорослей, видимо, выделяется в среду и может служить источником углерода и энергии для других водных организмов). Очень велика роль продуктов внешнего метаболизма у бактерий. Высшие растения также выделяют в окружающую среду летучие вещества, которые называют фитонцидами. Своеобразными биогенными веществами, не нуждающимися в пояснениях, являются столь разнородные образования, как почечные и желчные камни, скорлупа яиц, жемчуг, живица (смола), нектар, молоко, мед, воск, натуральный шелк, паутина и т. д.

Биогенные вещества разбиваются на две категории:

а) необиогенное вещество, образованное живым веществом, существующим в данную геологическую эпоху;

б) палеобиогенное вещество, образованное живым веществом прошедших геологических эпох и сохранившееся в составе горных пород; это «жизнь, превращенная в камень» (А. П. Быстров).

Отличительной чертой необиогенного вещества является его крайняя неустойчивость в биосфере — обусловленная главным образом тем, что его энергично перерабатывают живые организмы; особенно это характерно для органических соединений. Лишь незначительная часть необиогенного вещества в особых условиях переходит в ископаемое состояние и превращается таким образом в палеобиогенное вещество.

Случаются, однако, и курьезы. Найдена, например, паутина, сотканная десятки миллионов лет назад! Сохранилась она благодаря счастливому случаю: на эту паутинку, как только она была соткана восьминогим предком наших пауков, каким-то образом попала смола; смола затвердела и была занесена осадками, а через миллионы лет нашли янтарь с заключенной в нем паутиной.

Изучением живого вещества занимаются науки биологического цикла; биогенное же вещество, по существу, не изучает специально ни одна из естественных наук. Поэтому, как сказано в решении одного из совещаний, «основное внимание геологов должно быть обращено на вещественные продукты жизнедеятельности организмов… В этом заключается одна из важных специфических особенностей подхода геологов к жизнедеятельности организма, о которой необходимо постоянно помнить» [28]. С этим нельзя не согласиться.