И их суммарный геологический и геохимический эффекты

В учении о биосфере сливаются воедино науки о Земле, о жизни и о космосе. Наиболее полная и глубокая концепция биосферы принадлежит Вернадскому. Последующие разработки касаются преимущественно частных биологических и экологических проблем. До сих пор часть ученых продолжает трактовать биосферу как совокупность всех живых организмов, а ведь в учении о биосфере речь идет о той части нашей планеты, которая пронизана солнечными лучами и жизнью. Биосфера определяет изменчивый и прекрасный облик Земли. Мы всецело принадлежим биосфере – и телом, и духовной жизнью, прошлым и будущим, став ее органом самопознания и преобразования.

Вернадский первым понял это. Но были и предшественники. В монографии "Биосфера" он упомянул имя великого французского натуралиста Ж.-Б. Ламарка (а также Окена и Стеффенса) как одного из натуралистов-философов начала Х1Х в., высказавшего мысль о большой геологической значимости жизнедеятельности организмов. Двадцать лет спустя в статье, посвященной ноосфере (1945), Вернадский писал, что понятие "биосфера" (область жизни) "введено было в биологию Ламарком, а в геологию – Э. Зюссом..." Во времена Ламарка этот термин употреблялся лишь в смысле "сферический организм", правда, Ламарку принадлежат замечательные высказывания о геологической роли живых организмов, предвосхитившие некоторые положения учения о биосфере. Однако войти в биологию это учение не смогло. Знаменитый австрийский ученый Э. Зюсс ввел в научный оборот многие термины, в том числе термин "биосфера", но о сущности биосферы он почти ничего не написал. По-видимому, он отождествлял биосферу с "пространственно ограниченной совокупностью организмов". О биосфере, как оболочке планеты, он и его последователи говорили вскользь, перечисляя сферы Земли.

Первыми услышали начала учения о биосфере студенты Сорбонны (Франция), которым Вернадский читал лекции по геохимии в 1923-1924 гг. Эти лекции вдохновили французских ученых Т. Шардена и Э. Леруа на глубокие раздумья о сущности человека. Леруа вскоре написал научно-философские работы о ноосфере (сфере разума), оставив на втором месте идеи о биосфере.

В начале ХХ в. биосфера отождествлялась с пленкой жизни и потому ускользала от глобальных взглядов геологов и географов ввиду своей ничтожности, малости по сравнению с величественными атмосферой, гидросферой, земной корой и глубокими горизонтами планеты. Идеи Вернадского о живом веществе и биосфере быстро нашли отклик в узком кругу специалистов, но общественный резонанс опоздал без малого на полвека. Рассмотрим, в чем заключается сущность учения Вернадского о биосфере.

Типы вещества в биосфере

В книге "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения" В.И. Вернадский рассмотрел типы вещества, слагающие биосферу:

"вещество ее состоит из 7 глубоко разнородных природных частей, геологически не случайных. Во-первых, из совокупности живых организмов, живого вещества, рассеянного в миллиардах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией (биогеохимической энергией) и являющихся могучей геологической силой...";

во-вторых, "... биогенное вещество, источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.). Живые организмы в нем после его образования геологически малоактивны";

в-третьих, "... вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твердое, жидкое, газообразное...";

"четвертая часть – это биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других. Таковы вся океаническая и почти вся другая вода биосферы, нефть, почва, кора выветривания и т. д. Организмы играют в них ведущую роль ...";

в-пятых, "вещество, находящееся в радиоактивном распаде ...";

в-шестых, "... все вещество биосферы... проникнуто шестой формой вещества – рассеянными атомами, которые непрерывно создаются из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений ..." (современная наука считает, что химические элементы не могут находиться в земной коре в атомарном состоянии, они образуют те или иные соединения);

в седьмых, "... вещество космического происхождения..." (Вернадский, 1987. С. 51-52).

Биогеохимические принципы

Живое вещество, по Вернадскому, есть совокупность живых организмов. Биогенная миграция атомов – это миграция, связанная с деятельностью живых организмов. Для понимания той работы, которую совершает живое вещество на планете, важны три положения, которые Вернадский назвал "биогеохимическими принципами":

1. "Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению" (Вернадский, 1987. С. 262).

Первый принцип тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. Следствием этого и является максимальное проявление биогенной миграции атомов в биосфере. Одно из проявлений геологической активности живого вещества – скорость размножения организмов (табл. 2).

В начале Х1Х в. К. Эренберг дал картину поразительной силы воспроизведения одноклеточных диатомовых водорослей. Одна диатомея, если не встретит препятствий, за восемь дней может образовать массу материи, равную объему Земли, а в течение следующего дня удвоить эту массу. Бактерия холеры способна теоретически за тридцать часов покрыть сплошной пленкой всю поверхность планеты. Инфузория туфелька может за пять лет выработать протоплазму, по объему в десятки тысяч раз превышающую нашу планету.

Идеальная геохимическая активность не реализуется прежде всего из-за ограниченности плацдарма жизни, заполненного живым веществом с определенной плотностью, а также потока солнечных лучей, достигающих земной поверхности. По подсчетам Вернадского в каждый момент на Земле существует около 10²⁰-10²¹ г живого вещества, которое "вечно разрушается и создается главным образом, не ростом, а размножением. Поколения создаются в промежутки от десятков минут до сотен лет. Ими обновляется вещество, охваченное жизнью. То, что находится каждую минуту в наличности, составляет ничтожную долю созданного в году, так как колоссальные количества создаются и разрушаются даже в течение суток" (Вернадский, 1967. С. 261). Это динамическое равновесие поддерживается трудно охватываемым мыслью количеством живого вещества, созданного за несколько миллиардов лет истории планеты. "Все вещество биосферы может, без сомнения, в течение краткого момента геологического времени пройти через живые организмы" (Вернадский, 1987. С. 274).

2. "Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы" (Вернадский, 1987. С. 262). Вторая формулировка этого принципа такова: "При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию..." (Вернадский, 1980. С. 260).

Второй принцип затрагивает проблему направленности эволюции организмов. Преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или "научились" полнее использовать химическую энергию, заключенную в других организмах. Эволюционный процесс идет с различной скоростью для отдельных видов. Наряду с изменчивыми организмами, приспосабливающимися к новым условиям среды, существуют организмы, которые морфологически и химически не меняются. Однако эти организмы, не меняющие биогенную миграцию атомов, составляют небольшую часть. Уменьшению биогенной миграции препятствует борьба за существование. Так, паразиты усиливают свое положение в борьбе за существование за счет увеличения энергии размножения на фоне упрощения морфологической структуры.

Обосновать данный принцип материалами биологических исследований в свое время Вернадский не мог в достаточной степени. Позднее В.А. Ковда показал, что зольность растений возрастает от представителей древних таксонов к молодым. По А.П. Хохрякову, у высших растений от примитивных видов к цветковым происходит интенсификация смен органов в ходе индивидуального развития: у лепидодендронов менялась часть листьев, у папоротникообразных – тоже листья, но больше в единицу времени, у примитивных голосеменных – саговниковых – только листья без оснований, у хвойных – периодически ветви и кора, у цветковых идет переход от многолетних древесных форм к однолетним. Эти переходы усиливают биогенную миграцию атомов в биосфере.

3."... в течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало" (Вернадский, 1987. С. 262).

Третий принцип также связан с "давлением" жизни – безостановочным захватом живым веществом любой территории, где возможно существование. В противоположность глубоко укоренившимся представлениям о первичности организма и производности всех остальных форм существования живого Вернадский обосновал идею о том, что первичная биосфера с самого начала была сложной неоднородной системой. В ее состав входили не только первичные виды, но и первичные биоценозы, так как ни один вид не мог бы самостоятельно исполнять основные геохимические функции биосферы. Одновременно образуется несколько форм жизни, которая изначально могла функционировать лишь в форме биологического круговорота веществ и потоков трансформации энергии.

По наиболее распространенной точке зрения экспансия жизни на планете происходила медленно: наземные растения в карбоне и перми были распространены преимущественно на болотистых приморских равнинах, а засухоустойчивая растительность сформировалась лишь в кайнозое. Одна из научных гипотез утверждает, что развитый растительный покров на континентах доказывается не только многочисленными находками в палеозойских континентальных отложениях, но и тем, что условия осадконакопления принципиально не отличаются от современных. Происходила ли прогрессирующая экспансия жизни в ходе геологической истории? И современные данные не позволяют однозначно ответить на этот вопрос.

Лекция 3

Основные функции живого вещества в биосфере

В.И. Вернадский (1980) выделил 9 биогеохимических функций биосферы:

· газовую – все газы атмосферы создаются и изменяются биогенным путем;

· кислородную – образование свободного кислорода;

· окислительную – окисление бедных кислородом соединений, имеет место для элементов Fe, Mn, S, Cu, N, C, H;

· кальциевую – выделение кальция в виде чистых солей;

· восстановительную – создание сульфидов металлов и сероводорода;

· концентрационную – скопление элементов рассеянных в окружающей среде;

· функцию разрушения органических соединений – разложение их с выделением воды, углекислого газа и азота;

· функцию восстановительного разложения образование сероводорода, метана, водорода и т. п.;

· функцию метаболизма и дыхания – поглощение кислорода и воды, выделение углекислого газа с миграцией органических элементов.

Вернадский отмечал, что все без исключения геохимические фун­кции живого вещества в биосфере могут выполняться простейшими одноклеточными организмами. В то же время все геохимические функции не может выполнять одна форма жизни; в ходе геологического времени происходила смена разных организмов, замещающих друг друга в исполнении функции без изменения самой функции.

А.В. Лапо (1979, 1987), объединив некоторые биогеохимические функции, следующим образом трактует функции живого вещества в современной биосфере.

Энергетическая функция проявляется в ассимиляции энергии – главным образом солнечной. С энергетической точки зрения образование живого вещества – это процесс поглощения солнечной энергии, которая в потенциальной форме аккумулируется в свободном кислороде и органических соединениях. Минерализация органических соединений как внутри живых организмов, так и во внешней среде сопровождается освобождением энергии, поглощенной при фотосинтезе. Энергия освобождается не только в тепловой, но и химической форме, носителями которой служат природные воды: обогащаясь СО₂, Н₂S и другими продуктами минерализации, воды становятся химически высокоактивными, преобразуя компоненты неживой природы. Так, благодаря автотрофам солнечная энергия не просто отражается от поверхности, а глубоко проникает в глубь земной коры.

Концентрационная функция связана с избирательным поглощением веществ из внешней среды. Это может быть концентрация в ионной форме из истинных растворов (так строят скелет морские беспозвоночные) или из коллоидных растворов фильтрующими организмами. Организмы массами извлекают из ненасыщенных растворов углекислые соли кальция, магния и стронция, кремнезем, фосфаты, йод, фтор и др. Водоросли концентрируют элементы, содержащиеся в среде в концентрациях не менее 10 мг/л, более энергично действуют бактерии. Животные потребляют их из живого вещества автотрофов, концентрация многих элементов в них выше, чем в автотрофах. Некоторые элементы сильно концентрируются в продуктах выделения животных (содержание урана в гуано побережья Перу в 10 тыс. раз выше, чем в морской воде). Некоторые элементы концентрируются очень немногими организмами, но в значительных количествах. Так, радиолярии строят свой скелет из аморфного кремнезема, но одно семейство – акантарии – предпочитают использовать стронций. Редкий элемент ванадий входит в состав крови примитивных хордовых – асцидий (окиси ванадия до 15% золы), их культивируют в Японии. В Новой Зеландии нашли кустарник, в золе листьев которого содержится до 1% никеля.

Для оценки степени концентрации элементов живыми организмами применяют коэффициент биологического поглощения. Если разделить содержание элементов в золе наземных растений на их процент в почве, то полученные коэффициенты составят для кальция, натрия, калия, магния, стронция, цинка, бора, селена единицы и десятки, а для фосфора, серы, хлора, йода и брома десятки и сотни. У морских организмов отношение содержания металлов на сухой вес к их содержанию в морской воде измеряется десятками и сотнями тысяч (для титана, железа, марганца, никеля и кобальта), а иногда и превышают миллион (хром). В целом говорят о биофильности элементов биосферы: отношения их среднего содержания в живом веществе к содержанию данного элемента в литосфере. Наибольшей биофильностью характеризуется углерод, менее биофильны азот и водород.

Концентрация химических элементов живым веществом может проявляться в виде морфологически оформленных минеральных образований и в виде органоминеральных соединений. Минеральные образования являются продуктами секреции специальных желез, минеральный скелет живых организмов может быть карбонатный, фосфатный, сульфатный, образованный гидратами, гидроокисями и силикатами. Скелет животных может быть внутренним и наружным. Минеральная составляющая высших растений представлена фитолитами – продуктами выделения в виде кристаллов или округлых включений, состоящих из кремнезема или щавелевокислого кальция. Некоторые многоклеточные водоросли предпочитают подпорки из карбоната кальция. У некоторых животных скелет может быть построен из двух минералов, а иногда в их теле представлен и какой-нибудь третий минерал. Например, у некоторых моллюсков раковины сложены из арагонита и кальцита, а жевательный аппарат инкрустирован кристаллами гетита – гидрата окиси железа. Х.А. Ловенштам составил таблицу, иллюстрирующую распределение минералов в составе разнородного живого вещества (табл. 3). Оказалось, что среди крупных таксонов организмов наибольшее количество минералов образуют многоклеточные животные: моллюски (20 минералов) и позвоночные (17). Большинство минеральных образований плохо растворимо в морской воде и после отмирания организмов накапливается в осадках. Органоминеральные образования быстро разлагаются и вновь включаются в биологический круговорот.

Деструктивная функция живого вещества – деструкция неживого вещества и его включение в биологический круговорот. Биогенное органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений: углекислоты, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д., занимаются этим сапрофиты. Разлагается и неорганическое вещество. Например, "сверлящие" цианобактерии и некоторые водоросли селятся на карбонатных породах, возвращая в биологический круговорот кальций, магний, фосфор. Коралловые рифы разгрызаются некоторыми рыбами и морскими ежами, которые поглощают карбонаты кальция, а извергают известковый ил. Алюмосиликаты разлагаются при химическом воздействии: цианобактерии, бактерии, грибы, лишайники воздействуют на горные породы растворами угольной, азотной, серной кислот (с концентрацией до 10%). Корни елей на бедных почвах также выделяют сильные кислоты. Химически разлагаются в биосфере каолин, нефелин, серпентин, биотит, мусковит, апатит и многие другие минералы. Разлагая минералы, организмы избирательно поглощают макро- и микроэлементы. Так, слоновая трава в африканских саванах извлекает с 1 га за год 250 кг кремния и 80 кг щелочных и щелочноземельных элементов, а растительность джунглей – даже 8 т кремния. Процесс вовлечения химических элементов в биологический круговорот идет повсеместно, бактерии действуют в таких токсичных зонах (с точки зрения человека), как зоны окисления сульфидных месторождений меди, сурьмы, молибдена, бактерии окисляют даже золото.

Энергичнее всего "мельница жизни" действует на суше, а на воде – в прибрежных сгущениях жизни.

Средообразующая функция живого вещества: преобразование фи­зико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. Обратная связь – воздействие организмов на среду стала вырисовываться только со времени открытия фотосинтеза. Наиболее очевидное ее проявление – механическое воздействие, или второй род геологической деятельности живого. Многоклеточные животные, строя свои норы в грунте, сильно изменяют его свойства (при рыхлении червями объем воздуха увеличивается в 2,5 раза). Изменяют механические свойства почвы и корни высших растений, скрепляют, предохраняют от эрозии. Так, смыв поверхностного 20-сантиметрового слоя почвы в прериях происходит за 29 тыс. лет, а в лесах - за 174 тыс. лет. Лес способен удерживать почву на склоне 20-40⁰. Подобно действуют нитчатые цианобактерии, создающие подобие сети, которая защищает почву от эрозии. В горных почвах Таджикистана содержится иногда более 100 м нитчатых цианобактерий в 1 г почвы. Это уже не почва, а войлок.

Но средообразующая механическая деятельность живого не соизмерима с влиянием на среду необиогенного вещества, образуемого живыми организмами (1 род геологической деятельности, происходящий вне живого организма). К основным параметрам, характеризующим физико-химическое состояние среды, относится водородный показатель и окислительно-восстановительный потенциал. Водородный показатель рН характеризует содержание водородных ионов в среде и численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в данной среде, выраженное в грамм-ионах на литр. Величина рН изменяется от 0 до 14. Для дистиллированной воды рН=7. Природные воды с рН=6,95-7,3 считают нейтральными, ниже – кислые, выше – щелочные.

Окислительно-восстановительный потенциал – Еh служит мерой ее окислительно-восстановительной способности, измеряется в В или мВ. При положительных значениях Eh среда является окислительной, при отрицательных – восстановительной (в морских илах Eh колеблется от 600 до – 350 мВ).

Фотосинтез в биосфере можно представить в виде (упрощенном)

6СО₂ + 6Н₂О + 674 кал = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

Автотрофы непрерывно производят кислород, поэтому в поверхностной части биосферы существует окислительная обстановка, содер­жание углекислого газа поддерживается на низком уровне за счет интенсивного поглощения живым веществом. Однако при фотосинтезе образуются также и сильные восстановители – органические вещества. Биогенное вещество, образующееся после отмирания живого, попадая на дно водоемов, в болотные почвы, разлагается, и в условиях недостатка кислорода формируется резко восстановительная среда. При разных типах брожения образуются газы разного состава. Так, при разложении органики в анаэробных условиях - водород, аммиак, органические кислоты и анионы SO₄, PO₄, NO₃.

Основные газы атмосферы образуются биогенно: кислород и азот, кроме того, доказано, что 50% водорода возникает в результате деятельности живых организмов. Окись углерода также биогенна, в водах океана ее содержание в сотни раз превышает концентрацию, равновесную с атмосферой. Роль растений в атмосфере известна уже давно, а вот значение бактерий недавно. Бактерии формируют состав почвенного воздуха, а приземный слой атмосферы находится с ним в равновесии. Именно бактерии формируют промышленные скопления полезных ископаемых.

Через биогенное вещество меняется состав природных вод. Продукты разложения степных трав образуют растворы нейтральной и слабощелочной реакции, полыни и опад саксаула – щелочной, а масса отмершей хвои, вереска, лишайников и сфагнума – кислой. Кислая реакция вод связана с растворением биогенных СО₂ или гумусовых кислот. Фотосинтез снижает парциальное давление СО₂ и повышает рН. Так, при цветении пресноводных водоемов хлорококковыми водорослями или цианобактериями рН повышается до 9-10 и выше. Организмы, поглощающие из морской воды карбонаты и кремнезем, не только изменяют состав, но и изменяют кислотность за счет содержания щелочей. В донных осадках физико-химическая обстановка определяется наличием органического вещества: восстановительная создается при разложении органики сульфатвосстанавливающими бактериями с образованием сероводорода (при наличии сульфатов). Если не удаляется сероводород идет самоотравление системы (сероводородная зона Черного моря).

Наибольшее средообразующее влияние оказывают микроорганизмы, они изменяют среду в соответствии с потребностями. В сильнокислой среде выделяют нейтральные продукты, в щелочной – кислоты. По мнению некоторых ученых, эволюция микроорганизмов шла по пути развития способности изменять среду, а более высокоорганизованные совершенствовались в обособлении от внешней среды. Сульфатвосстанавливающие и тионовые бактерии имеют важнейшее значение в биосфере: первые превращают сульфат-ион в сероводород, вторые обратно - до серной кислоты. Драматическая ситуация возникла при строительстве Киевского метрополитена. Поступление кислорода в палеогеновые пески привело к активизации бактерий: образовалась серная кислота, и рН стал меньше 1. Массивные болты железобетонных конструкций за 1-2 месяца разрушались наполовину. Пришлось отказаться от закачки сжатого воздуха.

Недавно установлено, что живое вещество изменяет не только химические, но и физические параметры среды, ее термические, электрические и механические характеристики. Существует аргументированное мнение, что "бабье лето" вызвано осенним пиком деятельности сапрофитов (при разложении выделяется много тепла). В Черном и Белом морях обнаружен "биоэлектрический эффект": фитопланктон создает электрическое поле с отрицательным зарядом, а скопление отмершего планктона – с положительным зарядом.

Наука получает все новые данные по средообразующей роли живого, при этом растения воздействуют на газовый состав атмосферы и ионный состав океанической воды, а животные почти не влияют на атмосферу, но изменяют катионный состав морской воды.

Пятая основная функция живого вещества – транспортная. Неживое вещество в биосфере перемещается под действием силы тяжести, исключительно сверху вниз. Живое вещество определяет обратное движение снизу вверх, против уклона местности, из океана на сушу. Растения перемещают растворы из подземных органов в надземные. Главную роль в горизонтальном перемещении веществ играют птицы, крылатые насекомые, также стаи морских рыб, поднимающихся на нерест вверх по рекам. Перенос вещества при этом сопоставим с действием смерчей и ураганов.

Воздавая должное памяти основоположника учения о биосфере, геохимик А.И. Перельман (1989) предложил называть "законом Вернадского" следующее положение:

"Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории".

Эволюция биосферы

Взаимодействие эволюции видов и эволюции биосферы

О возникновении биосферы. В первые годы деятельности Вернадский придерживался гипотезы о вечном существовании жизни в космосе и о появлении жизни на нашей планете в результате заноса микроорганизмов или спор из космического пространства (гипотезы Г.Рихтера и С. Аррениуса). Абиогенез казался невозможным из-за спе­цифики живого вещества перед косным. После гипотезы А.И. Опарина о закономерном возникновении жизни в условиях восстановительной среды Вернадский, признавая возможность абиогенного происхождения жизни, считал правильным говорить о возникновении биосферы: "Вне биосферы мы жизнь научно не знаем и проявлений ее научно не видим... Говоря о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности говорим только об образовании на ней биосферы" (Вернадский, 1980. С. 278, 287).

Одноклеточные организмы способны выполнить все биогеохимические функции биосферы, возможно, именно таковым было появление жизни на планете. В биосфере всегда существовало разнородное живое вещество, и жизнь всегда исполняла разнородные биогеохимические функции. Он считал недопустимым рассматривать возникновение жизни как абиогенез однообразных организмов, появление должно быть представлено "совокупностью многих видов, морфологически принадлежащих к разным резко разделенным классам организмов..."(Вернадский, 1980. С. 290). Если же жизнь возникла с одной простейшей формы, ее дробление на формы, выполняющие разные геохимические функции, должно было произойти чрезвычайно быстро – вне эволюционного порядка, поскольку эволюционный процесс всегда уже идет внутри биосферы. Комплекс одноклеточных организмов обладает чрезвычайной скоростью размножения: в течение немногих дней жизнь могла охватить всю поверхность планеты, образовать биосферу и дать начало процессу эволюции живых организмов.

Среди организмов нет форм, способных одновременно выполнять все функции биосферы. Мир живых организмов представляет собой исторически сложившуюся форму организации биогенных потоков вещества и энергии. "Необходимо считаться с особенностью геохимических функций организмов и механизма биосферы, вызывающих сложность жизни, существование неразрывного комплекса организмов, распадающихся на многочисленные морфологически различные формы. В биосфере всегда наблюдалось, говоря терминами геохимии, разнородное живое вещество и жизнь всегда исполняла одновременно разнородные биогеохимические функции". Первичная жизнь могла су­ществовать в форме комплекса "многих видов, морфологически при­надлежащих к разным, резко разделенным классам организмов".

Долгое время эти оригинальные идеи ученого оставались не востребованными. В свете современных знаний становится ясным, что жизнь – это свойство, присущее экосистеме в целом, а не отдельным организмам или изолированным скоплениям молекулярных соединений. Отсюда следует, что в раннем археозое на основе высокомолекулярных белковых и нуклеотидных соединений возникали не единицы, а миллионы открытых систем, способных более или менее продолжительное время находиться в состоянии динамического равновесия. Но лишь немногие из них достигали той степени внутренней слаженности и сбалансированности процессов метаболизма, которые были необходимы для их самосохранения и воспроизведения в условиях зарождающейся биосферы.

Предположение Вернадского о практически одновременном (в масштабе геологического времени) формировании планеты и жизни завоевывают популярность и среди геологов. На смену взглядам о длительном, охватывающем несколько миллиардов лет периоде биопоэза приходят идеи о том, что предбиологическая эволюция шла очень быстро. Ее основные достижения (абиогенный синтез органических соединений, формирование матричного синтеза органических молекул, образование жизни вирусоидного типа, обладающей точным аппаратом самовоспроизведения макромолекулярных комплексов РНК и ДНК, развитие прокариотов) заняли гораздо меньше времени, чем вся последующая эволюция жизни.

Общие представления об эволюции биосферы. Строение и функции биосферы определяются особенностями Земли и Космоса. На уровне живого вещества и биосферы идет постоянная миграция атомов, соединяющихся в сложные молекулы и вновь рассыпающихся; атомы и молекулы переходят из атмосферы в гидросферу, в земную кору и замыкают свои круговороты, возвращаясь в первоначальную среду. Живое вещество активно регулирует геохимическую миграцию атомов. Благодаря ему за сотни миллионов лет геологической истории сохраняется стабильность биосферы и осуществляется эволюция как живых организмов, так и всей биосферы в целом. Этот вид постоянно изменчивого равновесного состояния Вернадский назвал динамическим равновесием. Биосфера развивается, самосовершенствуется, все более полно и в большем масштабе накапливает, трансформирует энергию, усложняет организацию, обогащается информацией. Источниками энергии геологических явлений являются космическая энергия, преимущественно солнечная, а также планетарная, связанная со строением и космической историей Земли, и внутренняя энергия материи – радиоактивная. Особая роль у живого вещества, активно трансформирующего солнечную энергию в химическое молекулярное движение и в сложность биологических структур.

В земной коре постоянно движутся атомы и молекулы, осуществляются разнообразные геохимические обороты, в значительной степени определяемые деятельностью живого вещества. Между смежными геосферами идет непрерывный обмен веществ и энергии, накапливаемой в биосфере и земной коре. Получается так, словно за долгую геологическую историю солнечные лучи пронизывают всю земную кору в среднем до 30 км (на эту глубину погружаются минералы и горные породы, рожденные на земной поверхности под влиянием живого вещества). Следовательно, геохимическая энергия жизни сказывается на всей литосфере. Земная кора – область былых биосфер и аккумуляции солнечной энергии.

Реконструкции начальных этапов развития биосферы всегда гипотетичны. Практически известен лишь один этап – это современная, сложно дифференцированная биосфера, включающая более миллиона видов животных и растений, каждый из которых выполняет в ней различные функции: средообразующие, деструктивные, концентрационные, энергетические и транспортные. Такая биосфера могла сформироваться лишь в результате длительного развития. Еще в 1926 г. Вернадский отметил противоречие между "эмпирическим фактом материально-энергетической устойчивости биосферы и установленным Дарвином фактом исторических преобразований живого". Обдумывая это противоречие, он сделал ряд важных выводов, имеющих большое значение для понимания эволюции биосферы. "Эволюционный процесс живых веществ непрерывно в течение всего геологического времени охватывает всю биосферу и различным образом, менее резко, но сказывается, на ее косных природных телах. Уже по одному этому мы можем и должны говорить об эволюционном процессе самой биосферы в целом". Он не раз отмечал, что эволюция живых организмов придала биосфере облик: "В ходе геологического времени растет мощность выявления живого вещества в биосфере, увеличивается его в ней значение и его воздействие на косное вещество биосферы". Таким образом, по Вернадскому, в ходе эволюции жизни происходили и определенные изменения в биосфере: изменялись ее биогеохимические функции, расширялась зона распространения жизни, усложнялся биологический круговорот и т.д. Он стремился найти характеристики, связывающие эволюцию мира живых организмов с общим строением и энергетикой биосферы. Эта связь более четко проявилась в изменении геохимического строения биосферы, общей массы, продуктивности и разнообразия живых организмов, энергетики и общепланетарного биологического круговорота.

Единство процессов видообразования и эволюции биосферы. Вернадский впервые выдвинул идею об эволюции поверхностной оболочки Земли как целостном процессе взаимодействия живого вещества и косной материи. Ведущую роль во взаимодействии отводил жизни – "великому, постоянному и непрерывному нарушителю химической косности поверхности нашей планеты" (Вернадский, 1967. С. 242). Уже в середине 1920-х гг. он выделил вид как главный носитель эволюции. В изучении эволюции считал главным установление связи "эволюции видов с механизмом биосферы, с ходом биогеохимических процессов". Существование подобной связи не вызывало у него сомнений, так как "основные числа, характеризующие эти процессы, являются видовыми признаками, меняющимися в процессе эволюции". К числу таких признаков он относил общую биомассу вида, его химический состав и геохимическую энергию. Эволюцию химической и энергетической структур биосферы рассматривал как интегральный результат преобразований, происходящих на видовом уровне организации жизни. Изменение морфологического строения живых организмов, наблюдаемое в ходе эволюции, в ходе геологического времени, неизбежно проводит к изменению их химического состава. Факторы и движущие силы видообразования представляют собой ведущие источники преобразования всей биосферы, "эволюция видов переходит в эволюцию биосферы". Эволюционный процесс присущ только живому веществу. В косном веществе нет его проявлений. Исключением являются биокосные природные тела, всегда связанные с живым веществом.

В то же время он учитывал детерминирующее влияние структуры биосферы на эволюцию каждого вида: "Жизнь неразрывно связана с биосферой, и ее эволюция в значительной степени определяется ее строением".

Таким образом, Вернадский впервые выдвинул задачу синтеза основных положений эволюционной теории с созданным им учением о биосфере.

В области эволюционной теории, названной микроэволюцией, Вернадский придерживался принципов селекционизма. Но в дарвиниз­ме он видел преимущественно учение, раскрывающее процессы видообразования, но не объясняющее движущие силы и закономерности макроэволюции.

Геохимическая трактовка вида и видообразования. Связывая эволюцию видов и биосферы, Вернадский подчеркивал необходимость изучать видообразование не только с точки зрения преобразования морфологических и физиологических признаков организмов, но и изменения их массы, элементарного состава и геохимической энергии. Благодаря начатым им работам в этом направлении было показано, что вид является морфологической системой, помноженной на геохимическую определенность. Он подчеркивал, что хотя носители геохимической энергии – организмы – дискретны, в совокупности они представляют единое целое, занимающее определенное место в геохимических и энергетических процессах биосферы.

Вернадский ввел термин "биогеохимическая энергия организмов", обозначавший эффект воздействия данного вида на окружающую среду. С повышением геохимической энергии ускоряется осуществляемая да