Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого

Наконец, непосредственным предшественником Вернадского и его учителем был основоположник современного генетического почвоведения Василий Васильевич Докучаев (1846—1903), который первым осознал опасность дробления науки о природе на множество частных дисциплин. По мнению Докучаева, естествознание достигло больших успехов в изучении таких объектов природы, как живые организмы, минералы, горные породы и т. д. Однако изучались в то время именно отдельные объекты, «но не их соотношения, не та генетическая, вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой. А между тем именно эти соотношения, эти закономерные взаимодействия и составляют сущность познания естества, ядро истинной натурфилософии — лучшую и высшую прелесть естествознания».

Докучаев сконцентрировал свое внимание на почве: естественном теле, где происходит взаимодействие всех трех выделявшихся тогда «царств природы»: минералов, растений и животных. На примере почвы он всесторонне рассмотрел взаимодействие биотических и абиотических факторов в естественных телах. Поэтому, хотя термин «биосфера» в литературу ввел не Докучаев, а Зюсс, именно Докучаева считают предтечей современного учения о биосфере — естественном теле более высокого ранга, чем почва.

Творчески развив идеи своих предшественников — Ламарка, Гумбольдта, Докучаева — и использовав, по существу, «бесхозный» термин Зюсса, Вернадский создал принципиально новый подход к явлениям жизни. «Формирование интегративного подхода на уровне биосферы, как и само введение этого уровня организации живой материи, — целиком заслуга В. И. Вернадского», — пишет А. М. Гиляров.

Обыденно говоря, биосфера — это то, что нас окружает, та «природа», в которой мы живем. Вернадский в разных своих работах дал несколько определений биосферы, везде подчеркивая две ее отличительные особенности. Первая из них следующая: «Биосфера представляет оболочку жизни — область существования живого вещества» [10] Вернадский В. И. Соч., т. 1, с. 178. , вторая: «Биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д.» [11] Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 14. .

В своих работах В. И. Вернадский подчеркивал «всюдность» жизни . В самом деле, заселенными оказываются самые невероятные, казалось бы, местообитания: термальные источники, температура воды в которых достигает точки кипения, а в некоторых случаях даже несколько превышает ее — и вечные снега Гималаев, где на высоте 8300 м обитают по крайней мере 9 видов бактерий; безводные пустыни (в славящихся своей сухостью африканских пустынях живут, например, более 500 видов насекомых) — и сверхсоленые озера, где процветают цианобактерии, архебактерии и один из видов креветок, а жгутиковые и диатомовые водоросли хоть и влачат жалкое существование, но все же существуют! Заселено организмами даже… Мертвое море — в нем обитает несколько видов архебактерий и водорослей (не следует ли это название писать в кавычках: так называемое «Мертвое море»?).

Для учителя В. И. Вернадского — В. В. Докучаева — биотический и абиотический факторы были равноправными партнерами формирования почвы. Вернадский же, перейдя на глобальный уровень, показал, что ведущим фактором, преобразующим лик Земли, является жизнь. Ее особенность заключается не только в ускорении химических реакций — некоторые реакции вне организмов вообще не происходят при нормальных температурах и давлениях. Хорошо об этом сказал Л. С. Берг: «Организмы осуществляют нечто с физической точки зрения невероятное». Так, жиры и углеводы окисляются в организме при температуре около 37°, а вне его — при температурах 400÷500°C. Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляют при температуре 500° и давлении 300—350 атм. А микроорганизмы без особых затруднений проводят эту реакцию при обычной температуре и атмосферном давлении. Значит, в живых организмах должны развиваться какие-то особые катализаторы, ускоряющие протекание химических процессов. Такие белковые катализаторы, действительно, были найдены в живых организмах и получили название « ферментов ». Действуют они очень специализированно; фермент и вещество, подверженное его действию, подходят друг к другу, как ключ к замку. Для протекания химических процессов достаточно ничтожных количеств ферментов. Во всем мире не наберется и десятка килограммов нитрогеназы — удивительного фермента, используемого организмами для синтеза азотистых соединений из атмосферного азота. Академик И. П. Павлов называл ферменты «возбудителями жизни».

Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своими «входом» и «выходом». Ее «вход» — это поток солнечной энергии, поступающий из космоса, «выход» — те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин ускользнули из биотического круговорота (иногда — на многие миллионы лет). Образно говоря, это выход в «геологию».

На языке современной науки биосферу называют саморегулируемой кибернетической системой , обладающей свойствами гомеостата. 50 лет назад таких терминов еще не существовало, и Вернадский говорил в этом смысле об «организованности биосферы» (а в более ранних работах — о ее «механизме»).

Одно из наиболее характерных проявлений организованности биосферы Вернадский видел в наличии озонового экрана, находящегося за пределами биосферы и поглощающего губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Состав газовой оболочки нашей планеты полностью регулируется жизнью.

Другой пример саморегулирования представляет собой Мировой океан. Реки ежегодно вносят в океан 1,5 млн. т карбоната кальция, а солевой состав океанической воды существенно не меняется. Почему? Организмы используют эти карбонаты для построения своих скелетов, а после их отмирания карбонаты осаждаются на дно. Так путем создания «кальциевых покровов» нашей планеты стабилизируется состав океанских вод. Этот механизм действует в биосфере уже многие миллионы лет.

Таким образом, саморегулирование биосферы Земли обеспечивается живыми организмами. Это позволяет считать биосферу централизованной кибернетической системой. Под таким названием объединяют системы, в которых один элемент (или подсистема) играет доминирующую роль в функционировании системы в целом. Этот элемент называют ведущей частью системы или ее центром . Живые организмы в биосфере и играют роль такого центра.