Биогеохимические принципы (законы) В.И. Вернадского

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере, очень важными являются три основных положения, которые Владимир Иванович называл «биогеохимическими принципами».

В формулировке В. И. Вернадского они звучат следующим образом:

I принцип: «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».

II принцип: «Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы» (или в другой формулировке: «При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию»).

III принцип: «В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало».

Для Вернадского I биогеохимический принцип был тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. «Вихрь атомов», который представляет собой жизнь, по определению Жоржа Кювье, стремится к безграничной экспансии. Следствием этого и является максимальное проявление биогенной миграции атомов в биосфере.

II биогеохимический принцип, по существу, затрагивает кардинальную проблему современной биологической теории – вопрос о направленности эволюции организмов. По мысли Вернадского, преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или «научились» полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом, увеличивается «КПД» биосферы в целом. Чисто математически это показал недавно В. В. Алексеев, который на основе расчетов пришел к следующим выводам: «Эволюция должна идти в направлении увеличения скорости обмена веществом в системе». И далее: «Становится понятным, почему образовались ферменты, роль которых заключается в резком увеличении скоростей реакций, идущих при обычных условиях исключительно медленно».

II биохимический принцип Вернадского получает подтверждения на самом разнообразном эмпирическом материале. Так, в 1956 году почвовед В.Л. Ковда, ныне член-корреспондент АН СССР, изложил результаты химического исследования более 1300 образцов золы современных высших растений. На этом обширнейшем фактическом материале автор пришел к выводу, что (за несколькими исключениями) зольность растений возрастает от представителей древних таксонов к более молодым. Это закономерность – одно из частных проявлений II биогеохимического принципа. Вообще же его проявления в биосфере очень многообразны и довольно неожиданны. Возьмем другой пример из области ботаники.

Магаданский ботаник А.П. Хохряков установил своеобразную направленность эволюции высших растений – интенсификацию смен органов в ходе индивидуального развития организма. Так, по мнению Хохрякова, у древних древовидных плаунов – лепидодендронов смене была подвержена только часть листьев. У более продвинутых в эволюционном отношении растений – папоротникообразных – опадают также только листья, но у них в единицу времени по отношению к массе всего тела сменяется большая часть, чем у лепидодендронов. У наиболее примитивных голосеменных – саговников – сменам также подвержены только листья, да и то за исключением оснований. У хвойных периодически сменяются ветви и кора. Наконец, на примере цветковых мы наиболее четко видим переход от многолетних форм (деревья и кустарники) к однолетним (травы). Этот же переход наблюдается и у других таксонов высших растений: среди древних хвощей и плаунов господствовали древовидные формы, а современные нам хвощи и плауны – травы; среди папоротников в геологическом прошлом было много древовидных, а сейчас древовидные папоротники вымирают. Такая интенсификация смен, естественно, приводит к усилению биогенной миграции атомов в биосфере. И здесь «работает» II принцип... Правда, хвойные почему-то не хотят становиться травами, а мхи, наоборот, никогда не были деревьями (если только не были их предками древовидные растения девона – псилофиты).

А.П. Хохряков, будучи ботаником, рассматривает только растения; в более широком плане подошел к вопросу о направленности эволюции крупный советский геохимик профессор Александр Ильич Перельман. Он вычислил, что по отношению логарифмов ежегодной продукции к «моментальной биомассе» живого вещества (коэффициент «К») современные экосистемы образуют следующий ряд:

1. Таежные ландшафты (0,54–0,55).

2. Ландшафты влажных лиственных лесов:

а) умеренного пояса (0,59–0,62);

б) субтропического пояса (0,66);

в) тропического пояса (0,68);

3. Травяные ландшафты (0,83–0,95).

Можно предполагать, что это – своеобразный «эволюционный ряд» ландшафтов и что несуществующие ныне ландшафты имели значение «К» меньше 0,5.

Наконец, III биогеохимический принцип также связан со «всюдностью» или «давлением» жизни. Этот фактор обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой территории, где возможно нормальное функционирование живых организмов.

Несколько десятилетий тому назад многие палеонтологи думали, что экспансия жизни по земному шару происходила очень медленно.

Полагали, например, что наземные растения в карбоне и даже в перми были распространены преимущественно на болотистых приморских равнинах, а засухоустойчивая растительность сформировалась только в кайнозое. Ошибочность этих положений недавно подробно разобрал советский палеоботаник С. В. Мейен. По его мнению, наличие развитого растительного покрова на. континентах доказывается не только многочисленными находками растений в палеозойских континентальных отложениях. Фициальный анализ показал, что существовавшие в то время и условия осадконакопления принципиально не отличались от современных. Между тем, если бы наземной растительности не существовало, характер стока с материков был бы совершенно иным, чем ныне.

Происходила ли вообще в ходе геологической истории прогрессирующая экспансия жизни? Вернадский считал, что для однозначного ответа на этот вопрос фактическою материала недостаточно. Он писал: «Жизнь проникает всюду, где ее не было, но мы не можем утверждать, что это действительно были всегда свободные от жизни области планеты, никогда в другие геологические времена ею не занятые. Представляется возможным, что эти свободные от жизни области образовались в ближайшие геологические эпохи, и мы наблюдаем только освоение новыми формами жизни областей, в которых старое живое вещество почему бы то ни было исчезло. Возможно, что это так, например, для пещерной жизни. Но возможно и допущение, что мы здесь видим и реальное расширение области жизни, причем шла длительная эволюция организмов, приспособляющихся к новым условиям. Мне кажется, иначе трудно уверенно объяснять приспособления глубоководных, живущих глубже 6 км, организмов, но доказанным это считаться не может». Не может это считаться доказанным и поныне.

Биосфера – устойчивая динамическая система. Устойчивость биосферы проявляется в постоянстве:

общей ее массы – 1019 т

массы живого вещества – 1015 т

энергии, связанной с живым веществом – 1018 ккал

среднего химического состава всего живого.

«Количество живого вещества, по-видимому, является планетной костантой со времени археозойской эпохи, т.е. за все деления геологического времени… Между тем, морфологически за этот ход времени живой мир изменился до неузнаваемости. Очевидно, что его изменение заметно не отражалось ни на количестве живого вещества, ни на его среднем валовом составе…».

В процессе эволюции биосферы в пределах живой материи происходила лишь перегруппировка химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества. Эволюционный процесс в биосфере вначале привел к вовлечению в живое вещество максимального количества химических элементов из окружающей среды, затем к увеличивающемуся проявлению биогенной миграции атомов и созданию новых форм жизни, устойчивых в биосфере.

Вопрос 24