1.3. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

Пока только на одной планете Солнечной системы – на Земле – известна жизнь. Формы существования живых организмов многочисленны. В настоящее

22

время мы выделяем бесклеточное живое вещество (вирусы), бактерии (имеющие и не имеющие ядра), растения, грибы, животные. Изучение их элементного состава показало, что они состоят из тех же химических элементов, что и неживые (косные) естественные тела. Однако еще В.И. Вернадским было подчеркнуто, что "между живыми и косными естественными телами биосферы нет переходов – граница между ними на всем протяжении геологической истории резкая и ясная".

Суммарная масса живого вещества (в пересчете на сухой вес) равняется (2,4...3,6) · 10¹² т (Реймерс), т.е. очень мала по сравнению с массой земной коры (28,46 · 10¹⁸ т). (Вспомним сравнение литосферы и живого вещества, сделанное В.М. Гольдшмидтом.)

Однако следует учесть, что определенная часть живых организмов постоянно отмирает, а на смену ей образуются новые организмы (по мнению В.И. Вернадского, общая масса живого вещества остается все время примерно одинаковой). Чтобы охарактеризовать течение этого процесса во времени, используют такой показатель, как ежегодная продукция живого вещества. Для Земли в целом он равняется 2,3 · 10¹¹ т. Выдающийся геохимик нашего времени А.И. Перельман подсчитал, что если последние 500 млн лет годичная продукция была близка к современной, то ее суммарное количество за это время превысило массу земной коры. Правда, вполне вероятно, что основная часть химических элементов, составляющих живые организмы, в процессе биологического круговорота снова попадает в организмы и существенного обмена между организмами и литосферой не происходит.

Каждый химический элемент, входя в организм, по В.И. Вернадскому, "проходит длинный ряд состояний, входит в ряд соединений, прежде чем выйти из него... Атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, захваченные жизненным вихрем, с трудом возвращаются назад в косную материю". В этой связи интересны данные, полученные при изучении миграции изотопов. Они позволяют считать, например, что выделяющийся при фотосинтезе кислород образуется преимущественно за счет воды, а кислород из углекислого газа идет на образование органических соединений. Всего же кислород составляет около 70% массы живого вещества. На долю углерода приходится 18%, а водорода – 10%. Таким образом, в сумме три этих элемента составляют свыше 98% всей массы живых организмов.

23

Еще пять химических элементов (Са, К, N, Na, Si) содержатся (каждый из них) в организмах в десятых долях процента. Естественно, что все остальные химические элементы обычно образуют в живом веществе концентрации от n · 10^-2 % до n · 10^-12 %.

Считается, что в живом веществе резко преобладает фитомасса, а зоомасса не превышает 2% массы растений. Леса же составляют около 82% фитомассы.

При изучении живого вещества отдельной проблемой стоит его специфика – коренные отличия от косного, неживого вещества. Впервые этот вопрос довольно детально рассматривался В.И. Вернадским. К настоящему времени можно выделить ряд таких основных отличий:

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромнейшей свободной энергией. В неорганическом мире с ней сопоставимы только незастывшие лавовые потоки. Но последние, очень быстро остывая, теряют ее.

2. В живом веществе скорость протекания химических реакций в тысячи (а иногда – в миллионы) раз выше, чем в неживой. При этом незначительные начальные порции масс и энергии могут вызвать трансформацию гораздо больших масс и энергий. Так, определенные виды гусениц перерабатывают в сутки в 200 раз больше пищи, чем их собственная масса.

3. Основные химические соединения, определяющие состав живого вещества (белки, ферменты и др.), устойчивы в природных условиях только в живых организмах.

4. Для живых организмов характерны две формы движения, выделенные В.И. Вернадским: пассивная, определяемая их ростом и размножением, и активная, осуществляемая за счет направленного перемещения. Первая из них характерна для всех организмов, вторая – в основном для животных. Пассивное движение организмов отличают стремление заполнить большинство пространства. В.И. Вернадский назвал этот процесс давлением жизни. Его сила (т. е. скорость размножения) в целом обратно пропорциональна размерам организмов. Очень большим давлением обладают бактерии, вирусы, грибы. У отдельных видов бактерий новое поколение образуется через 22...23 мин. При отсутствии преград к размножению они почти за сутки заняли бы всю поверхность Земли. В этих же условиях гриб дождевик (каждый экземпляр дает около 7,5 млрд спор) уже во втором

24

поколении имел бы объем, в 800 раз превышающий размеры нашей планеты. Слонам же для заселения поверхности Земли потребуется более 1000 лет. Рассмотренной особенностью пассивного движения объясняется распространение эпидемий, вызываемых бактериями и вирусами.

Движение второй формы происходит за счет собственного передвижения организмов. У раздельнополых оно осуществляется самками, приносящими потомство в новых районах.

5. Для организмов характерно гораздо большее морфологическое и химическое разнообразие, чем для неживой природы. Говоря о разнообразии размеров и морфологии, достаточно сравнить вирус со слоном или китом. Их размеры отличаются в миллиарды раз. Химический же состав живого вещества определяют более 2 млн различных органических соединений. Вспомним, что число природных минералов составляет всего около 2 тыс., т.е. в тысячу раз меньше.

Тела живых организмов могут состоять из веществ, находящихся одновременно в трех фазовых состояниях, и, несмотря на это, представлять единое целое.

6. При огромном разнообразии химического состава организмов они построены в основном из белков, содержащих одни и те же аминокислоты. Передача наследственной информации идет у них по одному пути (ДНК – РНК – белок) с использованием одного генетического кода.

7. Нормальное развитие организмов, в том числе человека, в природе возможно только в их сообществе с другими организмами (биоценоз). Это одно из основных положений безопасности жизнедеятельности людей на практике часто игнорируется. В процессе своей жизнедеятельности мы часто уничтожаем многие виды живых организмов (и часто – безвозвратно), забывая, что тем самым уменьшаем свою безопасность. Перефразируя Дж. Дона, можно сказать: уничтожая живые организмы, не спрашивай никогда, по ком звонит колокол – он звонит по Тебе.

8. Живое вещество существует только в форме непрерывного чередования поколений. Поэтому оно генетически связано с организмами прошлых геологических эпох.

9. Со сменой поколений идет эволюция живого вещества. Как правило, этот процесс наиболее характерен для высших организмов, поскольку чем примитивнее организм, тем он более консервативен. Периодически

25

возникает вопрос о начале жизни на нашей планете. Обычно высказываются две основные точки зрения на эту проблему: жизнь проникла на нашу планету из космического пространства и жизнь образовалась каким-то неизвестным путем из косной (неживой) материи в один из древнейших периодов ее геологического развития. Иначе подходил к этим проблемам В.И. Вернадский. В работе 1940 г. "Начало жизни и эволюция видов" все живые организмы он объединяет в "момент жизни", "жизненную среду" (не путать со средой обитания организмов). Отрицая начало жизни как точку, от которой в процессе эволюции должен расходиться пучок ветвей, он говорит о параллельных ветвях развития организмов, независимых в происхождении друг от друга, но составляющих единый момент жизни. Он остается в главных своих чертах постоянным в течение геологического времени. Однако при этом формы жизни изменяются. В соответствии с этим В.И. Вернадский считает несостоятельными и фантастичными попытки объяснить происхождение наземных организмов из морских. Кроме того, в другой своей работе "Биосфера" он указывает, что и "воздушная жизнь в рамках геологического времени так же стара, как и морская; ее формы развиваются и изменяются, но это изменение происходит всегда на земной поверхности".

Не разбирая подробно гипотез возникновения жизни на Земле, будем в дальнейшем придерживаться, вслед за В.И. Вернадским, точки зрения о практически одновременном формировании планеты Земля и возникновении на ней жизни. Результаты последних исследований в этой области все больше и больше согласуются с таким подходом к рассматриваемой проблеме. По поводу соседних с Землей планет пока достоверно можно говорить лишь о таких формах нахождения химических элементов, образующих поверхностные оболочки, как о минеральной, о газовых смесях и, вероятно, о состоянии рассеяния.

Минералы, определенные на всех доступных к настоящему времени планетах, близки к земным. Состав же газовых смесей, определенный на этих планетах, весьма отличается от земной атмосферы (см. табл. 1.1). В атмосфере ближайших к Земле планет (Венеры и Марса), помимо указанных в табл. 1.1, предварительно установлены в виде примесей N₂, CO и следы паров воды. Кроме того, в атмосфере Венеры отмечены пары HCI и HF. Достоверно говорить о наличии на указанных планетах коллоидной и

26

сорбированной форм пока нельзя. С освоением космического пространства на ближайших к нам планетах появились элементы в форме техногенных соединений.

Все сказанное позволяет сделать следующие выводы:

1. Планета Земля по своим параметрам и положению в Солнечной системе довольно близка к соседним планетам, но существенно отличается по формам нахождения химических элементов, образующих поверхности этих планет.
2. Только на Земле к настоящему времени выявлена биогенная форма нахождения элементов. Скорее всего, отсутствием этой формы можно объяснить весьма существенные отличия состава газовых смесей на ближайших к ней планетах, а, возможно, и отсутствие на них химических элементов в такой форме, как поверхностные водные растворы.
3. Создание на нашей планете условий, определяющих не только возможность жизни людей, но и безопасность их жизнедеятельности, следует связывать с наличием на планете живого вещества. Это необходимо учитывать при любых видах антропогенной деятельности и прилагать максимальные усилия для сохранения общей биомассы организмов и их существующего биоразнообразия.
4. Различные соотношения химических элементов, образующих на поверхности Земли основные формы нахождения, как и само соотношение различных форм, часто определяют развитие того или иного вида производственной деятельности в конкретном регионе и мероприятия по безопасности жизнедеятельности.

27