Александр Вологдин - Земля и жизнь

Жизнь на Земле связана с большим количеством так называемых "биофильных" химических элементов, среди которых виднейшее место занимают углерод, кислород, водород, азот и сера.

Появлению жизни на Земле предшествовала длительная и сложная эволюция веществ, состоящих из этих элементов,- от простых соединений к сложным, с их новыми свойствами и поведением в "добиосфере".

Уже давно возникло представление о "главном слое жизни", за который принимается в гидросфере Земли самый верхний "слой" водной среды с многообразным комплексом организмов планктона, среди которых основное место занимают микроскопические одноклеточные водоросли - фитопланктон. На суше роль главного слоя жизни играют поверхность и верхний слой почвы. В прибрежных зонах, по краям выступов суши, у границы их с водными бассейнами эти два типа главного слоя жизни совмещаются.

В геологической жизни Земли такие районы оказывались, в частности, основными производителями больших запасов углерода и, вообще, органического вещества. Исследователи отводят побережьям древнейших морей и океанов особое место, поскольку здесь, в условиях больших колебаний температуры, взаимодействовали самые разнообразные компоненты состава биосферы: горные породы, вода, солнечная и космическая радиация, углеводородные и иные жидкие и газообразные соединения.

Таким образом, древнейшая среда на Земле, в частности водная, представляла собой концентрированный раствор сложных органических соединений, механически и химически тесно связанный с твердым веществом земной коры и Находившийся под воздействием мощных излучений. Эта среда - колыбель первичных организмов - была восстановительной, бедной кислородом. Это была арена разнообразнейших химических и геохимических реакций, из которых многие шли с выделением тепловой энергии.

В такой обстановке должны были успешно развиваться многие микробиологические процессы, в частности, окисление водорода кислородом углекислоты с одновременным образованием метана и многие аналогичные процессы с участием других исходных веществ древнейшей природы.

Создается впечатление, что древнейшая среда на поверхности нашей планеты не была гибельной для многих групп микроорганизмов. Наоборот, можно полагать, что все главнейшие компоненты первичного состава биосферы, каждый в отдельности, могли быть основой, жизненным субстратом соответствующих проявлений жизни. В отношении типов сред, способствовавших возникновению жизни и ее развитию, между учеными существуют значительные расхождения во взглядах. Известны весьма решительные высказывания в пользу почвенных растворов в качестве предполагаемой среды возникновения жизни, притом в условиях высыхания мелких материковых водоемов.

Имеются высказывания в пользу прибрежных зон мелководных бассейнов, где этому могло благоприятствовать сочетание природных факторов: увеличения запасов углекислоты, влияния химически действующих солнечных лучей, одновременного присутствия в растворах усложненных углеродных соединений и минеральных веществ земной коры. Под защищающим от гибельных лучей слоем почвы или на малых глубинах водоемов средой жизни в основном была, конечно, вода.

Итак, средой жизни является вода. Она же является обязательным компонентом в веществе живой клетки - внутриклеточной средой при процессах обмена, а также материалом в этих процессах.

Зародыши жизни - коацерваты - представляли собой полужидкие коллоидные вещества, проницаемые для некоторых растворенных в водной среде солей, газов и самой воды. Как известно, коллоидным веществом весьма свойственна способность к поглощению и связыванию различных веществ из окружающей среды. К сожалению, природные коллоиды, в частности минеральные, в специальных исследованиях, касающихся иногда явно органогенных образований, как железо-марганцевые конкреции на дне современных морей и океанов, вещества фосфоритового состава, кремниевый гель (силикогель) и другие, обычно пока трактуются авторами вне связи с биологическими явлениями.

Между тем в вопросе первичной среды жизни и ее возникновения Н. Г. Холодный придавал большое значение коллоидным органическим соединениям. Поэтому, подытоживая изложенное выше, можно сказать, что средой возникновения жизни на Земле были природные водные растворы сложных органических и минеральных соединений с соответствующими температурами и давлениями, создававшиеся в результате сложного химического взаимодействия вещества земной коры, гидросферы и атмосферы.

В связи с этим можно признать, что средой и местом массового возникновения жизни были влажные почвы, водная среда прибрежной зоны морских бассейнов, лагун и внутриконтинентальных водоемов, их зоны прибоя, в особенности зона приливов и отливов.

Изменение температуры химических процессов способно отражаться на изотопном составе углерода, благодаря чему открывается возможность определения температур древних сред, в частности температур, при которых образовались каменноугольные пласты.

По содержанию С13 и О18 Г. Юри измерил в 1951 г. температуру отложения карбоната кальция в юрском белемните. Выраженная слоистость раковины - проявление сезонности развития животного. Установление повышенного содержания С12 в биогенных карбонатных образованиях было проверено на архейской окаменелости возраста 1,4 млрд. лет.

Интересно, что метаморфизм и, вообще, любой нагрев, даже искусственный, различных графитов не изменяет у них отношение С12 к С13. Углерод животного происхождения имеет отношение изотопов углерода в пределах от 90,1 до 92,5, углерод растительного происхождения в пределах от 90,6 до 93,1, ископаемая древесина - от 90,1 до 92,2, торф до 92,8, лигнит - от 90,87 до 91,10, битуминозные угли - от 90,53 до 92,1 как и антрациты и полуантрациты.

Выяснено, что неорганические процессы, включая вулканизм, способствуют увеличению запаса С13, тогда как органические обогащают вещество изотопом С12. Полагают, что современная атмосфера Земли почти полностью была биогенного происхождения. В этой атмосфере первичной двуокиси углерода присутствует немного.

С14 - радиоактивный изотоп углерода - образуется под действием космической радиации на азот атмосферы, поскольку его ядро способно поглощать нейтроны космического излучения. Возникающий таким путем изотоп С14 реагирует с кислородом атмосферы, образуя С14O2 или С14O которая окисляется в озоновом слое до окиси углерода. Опускаясь, С14 поглощается наземными и водными растениями.

Элементарный углерод не играет роли в процессах на земной поверхности в ее водах и на суше. Он представлен здесь в виде относительно прочного соединения - углекислоты СO2.