открыть спойлер

Отсюда следует, что почвенный пласт мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускают через свой кишечник за 200 лет!

Кажется, что дождевые черви созданы самой природой специально для пищеварения: они способны переваривать почти любые органические вещества, включая и новинки человеческой технологии.

При этом дождевые черви заглатывают многие элементы в количествах, значительно превышающих их потребности, а избытки выделяют в окружающую среду.

В результате почва, в которой находится достаточное количество червей, содержит вдвое больше магния, впятеро - азота, в И раз - калия, чем лишенная червей.

Можно себе представить, каких размеров достигает суммарный геохимический эффект деятельности дождевых червей, если при этом учесть, что по произведенным в США расчетам биомасса червей там в 10 раз превышает массу человеческого населения!

В донных отложениях современных водоемов фекальные комочки беспозвоночных распространены также очень широко и нередко являются основной частью осадка.

В Южной Атлантике, например, современные осадки илов почти нацело слагаются фекалиями фильтрующих планктонных ракообразных, а по берегам Северного моря донные осадки, образованные фекалиями мидий (также - фильтраторов), имеют мощность до 8 м.

По своей "пропускной способности" с дождевыми червями в океане могут конкурировать их близкие родственники, представители того же типа кольчатых червей - полихеты.

Как и в случае дождевых червей, химический состав субстрата при втом существенно изменяется: по сравнению с исходными илами он обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором.

Таким образом, пищеварительная деятельность грунтоедов на суше и илоедов и фильтраторов в океане является важным геохимическим фактором биосферы. По мнению ученых Ростовского университета, настало время говорить о рождении новой отрасли геохимии - трофической геохимии.

Ее основной проблемой является исследование процессов химического преобразования субстрата при его прохождении через пищеварительный тракт массовых видов грунтоедов, илоедов и фильтраторов.

Ископаемые остатки фекалий - их называют копролитами - известны в геологических отложениях начиная с ордовика. Бесспорно, однако, что большая часть копролитов при геологических описаниях не учитывается.

Происходит это из-за слабой изученности вопроса и из-за отсутствия четких диагностических признаков для определения копролитов.

Чаще фиксируются в древних осадках следы проедания илоедов - бесспорные свидетельства существования в геологическом прошлом I рода геологической деятельности живого вещества.

Механическая работа живого вещества - 2 род геологической деятельности - проявляется как в наземных, так ив водных экосистемах.

Интересно, что первая научная работа В. И. Вернадского, написанная еще в студенческие годы, была посвящена именно механической деятельности живого вещества.

Она была составлена В. И. Вернадским по материалам почвенной экспедиции 1884 г. в Екатеринославскую губернию и опубликована В. В. Докучаевым без ведома автора в 1889 г. (Вернадский в это время находился в заграничной научной командировке).

В этой работе В. И. Вернадский, едва перешагнувший за рубеж своего двадцатилетия, впервые в мировой литературе попытался количественно оценить влияние роющей деятельности сурка.

открыть спойлер

Норы млекопитающих обеспечивают более интенсивное увлажнение почв атмосферными осадками и поступление воды в более глубокие ее горизонты.

Роющая деятельность, продолжаясь в течение тысячелетий, стала важнейшим фактором формирования характерного для полупустынь микрорельефа "сусликогенного" облика, состоящего из микроповышений и западин.

В пустынях в результате совокупной деятельности ветра, растений (шишконосной эфедры), паукообразных, насекомых и мелких млекопитающих (полуденной песчанки) возникают целые "крепостные" сооружения высотой до 5 м.

В увлекательной книге А. В. Смирнова "Мир растений" (1982) так описывается процесс их возникновения на примере Каракумов.

Все начинается с того, что вокруг кустиков эфедры ветер надувает холмики песка.

Опавшие ветви эфедры цементируются песком, в котором много гипса. Образуется песчаный бугор с прочным куполом, в котором сохраняется постоянная температура.

В нем поселяются песчанки, паукообразные, насекомые - обычные обитатели пустыни. Песчанки проделывают в бугре множество ходов, зачастую перегрызая корневища эфедры.

Кусг местами усыхает, но разрастается дальше своими корневищами. Каждый новый куст собирает вокруг себя песок, и история повторяется сначала.

Так в пустыне появляются песчаные города с крепостными стенами (остатками первичного бугра) и башнями (вторичными дочерними буграми).

В тропиках подобными своеобразными памятниками механической деятельности живого вещества являются термитники. Их высота достигает 15 м!

Если бы люди умели строить сооружения в таком же соотношении к размерам своего тела, как термиты, то Землю бы украшали небоскребы высотой до 3400 м.

Исходный материал для своего строительства термиты, к вящей радости геологов, извлекают с глубины до 12 м (суркам до них далеко!).

При этом, располагая термитники на линиях тектонических нарушений и в зонах повышенной трещиноватости пород, они оказывают геологам дополнительные услуги, помогая тем самым в составлении крупномасштабных структурно-геоморфологических карт.

В лесных экосистемах важную механическую деятельность в виде строительства плотин осуществляют бобры.

Длина некоторых бобровых плотин достигает 100 м, а рекорд, зафиксированный на Джефферсон-Ривер (штат Монтана, США), составляет 700 м! Течение рек из-за плотин замедляется; иногда образуется даже целая цепь прудов со слабо проточной водой и широкие выровненные поймы.

В запрудах постепенно оседает ил. Если это происходит достаточно долго, то его отложения достигают большой мощности. При перемещении бобровых запруд или их исчезновении плодородные илы обнажаются, покрываясь густой растительностью.

Таким путем в Северной Америке образовались богатые пастбища и луга, которые называют Бобровыми".

Подобно человеку, но без использования техники, бобры преобразовали облик целой страны. Не зря индейцы считали бобра своим младшим братом, а у американцев существует пословица: "трудиться, как бобр".

Термитники в тропиках и "крепостные" сооружения в пустынях, сусликогенный рельеф полупустынь и бобровые луга лесной зоны - примеры грандиозной механической деятельности живого вещества в наземных экосистемах.

С неменьшим успехом эта деятельность осуществляется живым веществом и в морских экосистемах.

На дне моря, как и на суше, организмы роют себе укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте. Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более.

Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но некоторые из них, например миа, роют норы, которым позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров.

В зоне прибоя и на перемываемом волнами песке - вот беда! - норы не выроешь и гнездо не совьешь.

Приходится сверлить скальные породы. И сверлят.

открыть спойлер

Положительные формы рельефа создаются активными фильтраторами и морской растительностью, скрепляющей отложения, а отрицательные - теми бентосными организмами, которые активно взмучивают ил: бентосными рыбами, декаподами, морскими ежами.

Амплитуда микрорельефа обычно не превышает 30-50 см, однако угри, например, способны создавать и более глубокие воронки - до 1 м при диаметре до 3 м.

В тропических и субтропических морях дно в прибрежной зоне обычно сплошь перерыто креветкой, выбросы которой имеют форму конусов высотой от 6 до 50 см.

А в Баренцевом море в мелководных заливах с илисто-песчаным грунтом микрорельеф дна определяется конусами выбросов морских червей с высотой 15 см и диаметром основания 20 см.

Невольно возникает аналогия с сусликогенным рельефом полупустынь (правда, поверхность морского дна более сглажена воздействием волн).

Характер геологической деятельности II рода, осуществляемой живым веществом, оказывается принципиально сходным в море и на суше.

В. И. Вернадский, как мы упоминали в начале главы, подразделял геологическую деятельность живого вещества1 по характеру протекающих процессов. Несколько иначе подошел к этому вопросу современник Владимира Ивановича Н. И. Андрусов.

Он писал, что химическая деятельность организмов вообще, имеющая геологическое значение, может быть сведена к двум категориям: во-первых, к образованию на наружной поверхности или внутри их твердых выделений, способных сохраняться; во-вторых, к образованию жидких и газообразных выделений, способных вступать в различные химические реакции с окружающим неорганическим миром.

По существу, эту же мысль развивала на современном материале ленинградский микробиолог, доктор биологических наук Т. В. Аристовская.

Она указала, что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий).

В табл. 4 совмещены классификационные подходы Вернадского (горизонтальные ряды) и Андрусова - Ариётовской (вертикальные столбцы).

Каковы же функции живого вещества в биосфере? По Вернадскому, таких функций девять: а) газовая; б) кислородная; в) окислительная; г) кальциевая; д) восстановительная; е) концентрационная; ж) функция разрушения органических соединений; з) функция восстановительного разложения; и) функция метаболизма и дыхания организмов.

Эти выделенные Владимиром Ивановичем функции живого вещества с учетом накопленного за последние десятилетия материала можно несколько перегруппировать (табл. 5).

Энергетическая функция проявляется в ассимиляции живым веществом энергии и передаче ее по трофической цепи.

Установлено, что на собственные нужды организмы расходуют не более 10-12% ассимилированной ими энергии; остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в биогенном веществе.

После перехода в ископаемое состояние энергия "консервируется" в земной коре и служит энергетической базой для экзогенных геологических процессов.

Живое вещество является довольно совершенным приемником солнечной энергии. Вернадский подсчитал, что если поверхность Земли составляет едва 0,0001% поверх то суммарная поверхность ассимиляционное И0СТппарата растений - от 0,g6 до 4,2%.

открыть спойлер

Первые трудности возникли в середине прошлого века. В "Вестнике естественных наук" за 1847 г. можно прочитать следующее: "Ныне, когда в скором времени железные дороги прорежут Россию в разных направлениях, когда уже в Москве за Сносную сажень березовых дров случается платить по 45 рублей ассигнациями, ныне по необходимости общее внимание обращено на приискание нового горючего материала, который ожидают получить или в каменном угле, или в торфе".

Энергия, заключенная в горючих ископаемых, в течение 100 с лишним лет удовлетворяла потребности человечества.

Однако в наши дни человечество каждый год сжигает столько горючих ископаемых, сколько былые биосферы накопили их за миллион.

При таких темпах потребления энергии, как говорилось на 27-м Международном геологическом конгрессе в 1984 г., разведанных запасов нефти едва хватит на 32 года, газа - на 39 лет, угля - на 72 года.

И поневоле взоры человечества снова обратились к возобновимому источнику энергии - живому веществу, а точнее, к зеленой массе растений (Свифт как в воду глядел!), из которой путем микробиологической переработки получают жидкое или газообразное топливе.

В Бразилии, например, уже в ближайшие годы весь автомобильный транспорт должен перейти с бензина на этанол, получаемый при микробиогенной переработке сахарного тростника; та же схема получения горючего применяется и в Зимбабве.

А в нашей стране разрабатывается проект использования фотосинтеза для разложения воды с получением кислорода и водорода.

Для осуществления этого проекта выращивается культура двух микроорганизмов: водоросли и анаэробной цианобактерии.

Осуществится ли этот проект - покажет будущее.

Но, как бы то ни было, можно не сомневаться, что для удовлетворения своих потребностей человечество всегда в той или иной форме будет использовать энергетическую функцию живого вещества.

Вторая основная функция, осуществляемая живым веществом, в биосфере,- концентрационная.

Концентрируемое вещество частично используется для построения мягкого тела и скелета организмов, а частично - выделяется во внешнюю среду в виде экскрементов.

Концентрация вещества осуществляется двояко. Наиболее распространенный случай - это концентрация элементов в ионной форме из истинных растворов. Так строит свой скелет большинство морских беспозвоночных. Второй случай - это седиментация вещества из суспензий коллоидных растворов фильтрующими организмами.

Вопрос о концентрации живым веществом элементов из истинных растворов интенсивно разрабатывал выдающийся русский минералог, профессор Яков Владимирович Самойлов (1870-1925).

Он был не только учеником и соратником Вернадского, но и его крестным сыном; при крещении он получил отчество, образованное от имени Владимира Ивановича.

В отличие от своего учителя Самойлов подходил к этому вопросу не с геохимических, а с минералогических позиций. Фактического материала в начале века было маловато, и опираться иногда приходилось на интуицию.

И интуиция не подводила Якова Владимировича. В 1910 г. в статье о месторождениях барита Самойлов писал следующее: "И нам представляется уместным поставить вопрос... не имеются ли какие-нибудь организмы, содержащие в своей раковине барий, и следовательно, не происходит ли концентрация этого элемента в силу жизнедеятельности известных организмов..." Данных о нахождении бария в составе морских организмов не было. Но в том же 1910 г. выходит книга А. Ще-потьева "Исследование над низшими организмами", в которой были описаны кристаллы барита, найденные в организмах планктона - корненожках!

Предположение Я. В. Самойлова блестяще подтвердилось.

Сейчас установлено, что способность концентрировать элементы из весьма разбавленных растворов является характерной особенностью живого вещества. Известно, что в современной биосфере организмы массами извлекают из недосыщенных растворов углекислые соли кальция, магния и стронция, кремнезем, фосфаты, йод, фтор и другие компоненты.

открыть спойлер

Ее основы в конце 10-х годов нашего века были заложены Я. В. Самойловым (правда, сам Самойлов предлагал для новой отрасли науки другое, менее удачное название - "палеофизиология").

Своими современными успехами биоминералогия в значительной мере обязана профессору Хейнцу А. Ловеншта-му - выдающемуся ученому, вынужденному покинуть родную ему Германию в годы фашизма и сейчас работающему в США.

В телах живых организмов биоминералы могут встречаться изолированно. Однако чаще биоминералы слагают наружный или внутренний скелет живых организмов.

Внутренний скелет все представляют себе хорошо; наружным скелетом является футляр, которым организм защищает себя от внешней среды. Это известковые раковины моллюсков, морских ежей, роговые панцири черепах, раков и некоторых древних рыб.

У одноклеточных организмов, особенно планктонных, наружный скелет в особой моде. Щеголяют в нем не только животные из подцарства простейших, но и многие водоросли.

Форма панциря может быть довольно разнообразной, а что касается его материала, то многолетний (измеряемый сотнями миллионов лет) опыт показал, что лучше всего подходят для этого дела а:.юрфный кремнезем (его предпочитают наиболее примитивные организмы - одноклеточные водоросли, простейшие и губки) и углекислый кальций.

Некоторые организмы, впрочем, отдают предпочтение сульфатам.

Высшие растения скелета не имеют, и их минеральная составляющая представлена так называемыми фитолитами - продуктами выделения в форме кристаллов или округлых включений.

Фитолиты состоят Из неорганического (кремнезем) или органо-минерального вещества (щавелевокислый кальций). А некоторые многоклеточные водоросли, в противоположность высшим растениям, предпочитают, подобно животным, "подпорки" из карбоната кальция.

Низкоорганизованные виды организмов, как правило, выделяют только один минерал, хотя разные их виды, порядки и классы могут секретировать разные минералы.

У более сложно организованных 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.

Моллюски в отличие от человека получают свои железные зубы не в кабинете стоматолога, а еще в колыбели - у природы.

X. А. Ловенштам составил таблицу, иллюстрирующую распределение минералов в составе разнородного живого вещества (рис. 5). Оказалось, что среди крупных таксонов органического мира наибольшее количество минералов образуют многоклеточные животные: моллюски (20 минералов) и позвоночные (17).

Большинство минеральных образований, входящих в состав живого вещества, плохо растворимо в морской воде и благодаря этому после отмирания организмов накапливается в осадках (из этого правила имеются, конечно, и исключения).

По степени концентрации химических элементов Вернадский разбил живые организмы на 4 группы.

В первую группу - "организмы какого-либо элемента" - были включены организмы, концентрирующие данный элемент в количестве 10% и выше.

Существуют, например, кремниевые организмы (диатомовые водоросли, радиолярии, кремниевые губки), кальциевые (бактерии, водоросли, простейшие, моллюски, брахиоподы, иглокожие, мшанки и кораллы), железные (железобактерии) и т. д.

открыть спойлер

Через 8 лет В. А. Ковда добавил в число абсолютных органогенов еще 6 элементов: йод, бор, кальций, железо, медь и кобальт.

В дальнейшем число органогенов неудержимо росло, и в настоящее время установлено, что, если учитывать и те элементы, которые содержатся в небольших количествах, в состав живого вещества входят все элементы таблицы Менделеева.

При этом, как установили Г. Н. Саенко, М. Д. Корякова, В. Ф. Макиенко и И. Г. Добромыслова, организмы концентрируют из среды не один какой-либо элемент, а целую группу их, обычно состоящую из 4-7 поливалентных элементов.

Это явление получило название специфического группового концентрирования.

Интенсивность вовлечения химического элемента в биотический круговорот академик Б. Б. Полынов предложил измерять частным от деления числа, показывающего количество элемента в золе организма, на число, характеризующее его содержание в исходной породе. Позднее ученик Б. Б. Полынова профессор А. И. Перельман стал называть эту величину "коэффициентом биологического поглощения".

В целом для биосферы говорят о биофильности элементов: отношении их среднего содержания в живи"! веществе к кларку данного элемента в литосфере. Наибольшей биофильностью характеризуется углерод, менее биофильны азот и водород.

Концентрационная функция живого вещества к настоящему времени изучена довольно полно. Изучен биологический смысл концентрирования металлов живыми организмами, в частности микроорганизмами.

Делаются успешные попытки выразить в цифрах концентрационную функцию живого вещества. Так, по оценке профессора Всеволода Всеволодовича Добровольского, общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот на суше, составляет около 8 млрд. т.

Это в несколько раз превышает величину ионного стока с континентов или массу продуктов извержений всех вулканов мира на протяжении года.

А ученица и продолжательница дела В. И. Вернадского доктор биологических наук Евгения Александровна Бойченко и ее соавторы сопоставили данные по разведанным запасам некоторых элементов (цифры 1968 г.) с их ежегодным накоплением фотоавто-трофами .

Как видно из этих данных, ежегодно растительный покров пашей планеты концентрирует количества минерального вещества, для большинства элементов сопоставимые с их запасами в литосфере, накопленными за миллионы лет геологической истории.

Я думаю, что это лучшая иллюстрация к словам В. И. Вернадского, произнесенным в 1935 г.: "Биогеохимическая энергия является по быстроте концентрации твердого вещества из рассеянного его состояния, вероятно, величайшей силой - в аспекте геологического времени, - какая существует на нашей планете" .

Изучение концентрационной функции живого вещества имеет не только научное значение.

Оно используется и в практической работе геологов, в частности в форме биогео-хпмического метода поисков рудных месторождений. Идея его проста: растения, произрастающие над месторождениями, должны концентрировать в своих органах рудные элементы.

Следовательно, на основании изучения химического состава золы растений в принципе можно вести геологические поиски.

Начиная с 30-х годов сотрудники БИОГЕЛа начали испытывать биогеохимический метод поисков на Южном Урале для обнаружения повышенных концентраций цветных металлов; на Дальнем Востоке оконтуривание арсено-пиритовых месторождений производил С. М. Ткалич.

В те же годы шведские геологи Н. Брундин и С. Палмквист по данным химического состава золы листьев лесных деревьев пытались выявить месторождения платины, золота, вольфрама и других металлов.

Эти пионерские работы доказали высокую эффективность биогеохимического метода поисков. В настоящее время он находит широкое применение в СССР, США и Скандинавских странах.

Значительные открытия с помощью биогеохимического метода поисков были сделаны и в Канаде, где по повышенному содержанию молибдена в растениях было выявлено крупное молибденовое месторождение Эндако.

Третья основная функция живого вещества в биосфере - деструктивная - проявляется на стадии гипергене за и выражается в деструкции неживого вещества и его вовлечении в биотический круговорот.

открыть спойлер

Личная судьба Георгия Адамовича сложилась неблагоприятно, научной школы он не создал. Теперь труды его переизданы. И поныне исследователи используют результаты его Наблюдений и отводят им почетное место в обзорных работах о морских сверлильщиках.

Вь Деятельность сверлильщиков не ограничивается, однако, известняками - недавно показано, что они могут "рассверливать эффузивные породы и даже... стекло.

Од-Явако Г. А. Надсон был прав, что именно известняки наиболее подвержены атакам сверлильщиков. Для полного перемалывания слоя известняка мощностью 1 м сверлящим губкам требуется примерно 70 лет.

В морских экосистемах в качестве важного поставщика карбонатного детрита выступают морские ежи и рыбы, специализирующиеся на поедании бентоса.

Эти рыбы, представленные массовыми видами, обладают мощным зубным аппаратом, позволяющим легко дробить раковины, откусывать и перемалывать кончики кораллов. Откусанные кусочки карбоната кальция они пропускают через желудочный тракт и извергают в виде известкового вла.

Подсчитано, что в районе Виргинских островов морские ежи ежегодно отлагают таким путем несколько килограммов тонко измельченных карбонатов на квадратный метр дна!

Опираясь на эти наблюдения, можно предполагать, что широко распространенные в осадочных толщах органогенно-обломочные карбонатные породы возникли не за счет механического воздействия волн, как это считалось раньше, а в результате биогенного раздробления исходного карбонатного субстрата.

Если карбонаты в морских экосистемах измельчаются в результате механической деятельности живого вещества, то при разложении большинства породообразующих минералов на суше преобладает химическая деструкция.

Вообще химическое разложение различных минералов под действием живого вещества происходит в биосфере в огромных масштабах.

Существует значительное отличие биотического фактора от абиотического в интенсивности разложения минералов.

Оно заключается в том, что живые организмы оказывают на разлагаемый субстрат более разнообразное и глубокое воздействие, чем абиотические реагенты, и используют до полного истощения все имеющиеся в среде доступные источники энергии, включая и продукты собственного метаболизма.

Еще в начале нашего века был проделан следующий эксперимент. На измельченные породообразующие минералы было высеяно 14 видов бактерий, содержащихся в кишечнике дождевых червей.

Оказалось, что большинство минералов подверглось биогенному разложению, степень которого зависела как от вида бактерий, так и от состава минералов. Легче всего в раствор переходили щелочные элементы, затем щелочноземельные, а также железо, кремнезем и глинозем.

Плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из базальта 3% содержащегося в нем кремния, 11% алюминия, 59% магния, 64% железа.

Пионеры жизни на скалах - цианобактерии, бактерии, грибы и лишайники - ведут с горными породами настоящую химическую войну, воздействуя на них богатым арсеналом своеобразного оружия, включающего растворы как неорганических кислот - угольной, азотной, серной (вплоть до 10%-ного раствора, способного прожечь бумагу!),- так и органических.

Располагают химическим оружием и некоторые высшие растения - например, корни елей, растущих на бедных питательными веществами почвах, также выделяют сильные кислоты, разлагающие минералы абиогенного вещества.

Сейчас можно считать твердо установленным, что в биосфере происходит биогенное химическое разложение каолинита, серпентина, нефелина, мусковита, биотита, альбита, апатита и многих других минералов.

Разлагая те или иные минералы, организмы избирательно извлекают из них ( и тем самым вовлекают в биотический круговорот) кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, а также многие микроэлементы.

Например, слоновая трава в африканских саваннах ежегодно извлекает с 1 га почвы 250 кг кремнезема и 80 кг щелочей и щелочных земель, а джунгли с той же площади - даже 8 т кремнезема!

Процесс вовлечения химических элементов в биотический круговорот идет в биосфере повсеместно. Бактерии действуют даже в таких токсичных (с точки зрения человека) обстановках, как зона окисления сульфидных месторождений меди, сурьмы, молибдена, что, кстати, имеет большое рудообразующее значение. Бактерии окисляют даже золото - металл, который мы называем вечным.

открыть спойлер

Биосфера не только "фабрика макромолекул", как назвал ее известный советский биолог, профессор Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900-1981), но и гигантская мельница.

Как в японской сказке, эта мельница никак не может остановиться - мелет и мелет безостановочно уже четвертый миллиард лет. Мелет не соль - скалы! Энергичнее всего мельница жизни работает на суше, а среди морских экосистем - в прибрежных сгущениях жизни.

"Мы не имеем на Земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество", писал Вернадский.

Четвертая основная функция живого вещества в биосфере - средообразующая: преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности.

Если влияние внешней среды на организмы входит в круг традиционных тем биологии со времени ее возникновения, то обратная связь - воздействие организмов на среду (жизни - на "нежизнь") - стала вырисовываться значительно позже.

Выдающуюся роль в этом отношении сыграл труд Ч. Дарвина "Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей" (1881), о котором мы уже упоминали.

В нем на примере дождевых червей Дарвин впервые убедительно показал воздействие организмов на среду обитания. Важным событием явился также более поздний общий вывод М. А. Егунова (1901) о создании организмами неоднородности ("биоанизотропии") среды.

Основополагающий тезис сформулировал В. И. Вернадский: "Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему".

Наиболее очевидное (но не самое важное!) проявление влияния живого вещества на среду - механическое воздействие, или II род геологической деятельности живого вещества.

Многоклеточные животные, строя свои норы в грунте, сильно изменяют его свойства (например, благодаря рыхлению почвы дождевыми червями объем воздух;" в ней увеличивается в 2,5 раза).

Изменяют механические свойства почвы и корни высших растений (особенно древесных): они скрепляют ее и предохраняют от эрозии.

Так, если в прериях смыв поверхностного 20-сантиметрового слоя почвы происходит за 29 тыс. лет, то в лесах - В 6 раз медленнее: за 174 тыс. лет! Лесная растительность способна удерживать почву даже на склонах с уклоном до 20-40 .

Подобным же образом действуют и нитчатые цианобактерии: они создают подобие сети, которая предохраняет почву от эрозии. В горных почвах Таджикистана содержится иногда больше 100 м нитчатых цианобактерии в 1 г почвы!

По существу, это уже не почва, а войлок - никакой ливень ее не размоет.

Механическая деятельность живого вещества имеет, бесспорно, большое влияние на внешнюю среду, но по своим масштабам она не может сравниваться с влиянием необиогенного вещества, образуемого живыми организмами (I род геологической деятельности, протекающий вне организмов).

Чтобы полнее понять это влияние, остановимся вкратце на основных параметрах, характеризующих физико-химические условия среды. Таких параметров два: водородный показатель и окислительно-восстановительный потенциал.

Водородный показатель (его обозначают как рН) характеризует содержание водородных ионов в среде и численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов, Н+ в данной среде, выраженной в грамм-ионах на литр.

Для дистиллированной воды рН равно 7. Среди привычных нам объектов томатный сок имеет рН около 4, столовый уксус - около 3, а лимонный сок -около 2. Природные воды с рН от 6,95 до 7,3 считают нейтральными, ниже этого предела - кислыми, выше - щелочными.

Морская вода имеет рН 8, озерная вода, которую называют "мягкой",- рН от 5 до 6.

Окислительно-восстановительный потенциал среды (Eh) служит мерой ее способности к окислительно-восстановительным реакциям. Eh измеряется в вольтах или милливольтах.

открыть спойлер

Я полагаю, что объяснение со ссылкой на рН ничем не отличается от такого, потому что рН тоже мера - тот же аршин или метр и первозданной причиной не может быть, а кроме того, и сама рН очень часто находится в прямой зависимости от количества СО2, выделяемого организмами".

Высказывание Б. Б. Полынова хорошо подтверждается на примере природных вод Земли.

Так, кислая реакция вод чаще всего связана с растворением в них биогенных веществ - углекислого газа или гуминовых кислот. Процесс фотосинтеза в поверхностных частях водоемов вызывает уменьшение парциального давления углекислого газа и увеличение рН.

Процессы же разложения необиогенной органики идут во всей толще вод, и живое население везде дышит, а это приводит к противоположным результатам - увеличению парциального давления углекислого газа в воде и к понижению рН.

В донных осадках водоемов физико-химические условия среды определяются главным образом наличием органического необиогенного вещества: есть оно -обстановка восстановительная, нет - окислительная.

Восстановительные условия создаются в застойных средах при разложении отмершей органики сульфатредупирующими бактериями с образованием сероводорода.

Если при этом сероводород из среды не удаляется, происходит самоотравление системы.

В Черном море средообра-зующее действие живого вещества проявляется особенно ярко: донная пленка сульфатредуцирующих бактерий толщиной до 5 см отравляет сероводородом более чем километровую толщу морской воды, ограничивая распространение зоопланктона и крупных морских животных лишь верхними 200-300 м водной толщи!

Наряду с сульфатредуцирующими важную роль в биосфере играют и тионовые бактерии.

Если сульфатредуцирующие бактерии превращают сульфат-ион в сероводород, то тионовые осуществляют обратную реакцию - окисляют сероводород до серной кислоты. Средообразующую роль этой реакции доказывать не приходится.

Ситуацию, близкую к драматической, тионовые бактерии создали при строительстве Киевского метрополитена. До начала подземных работ они влачили жалкое существование в палеогеновых песках.

Доступ кислорода на глубину был затруднен, и бактерии испытывали "кислородное голодание".

При строительстве метро в забои стали закачивать сжатый воздух, и бактерии ожили. В результате их деятельности водородный показатель среды достиг значений меньше 1 (иначе говоря, подземные воды превратились в крепкий раствор серной кислоты).

Массивные болты железобетонных конструкций за один-два месяца разрушались наполовину.

Положение становилось критическим, а строители разводили руками - такого никогда не бывало. Выручили ученые из Института микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного в Киеве - они нашли виновников и посоветовали изменить способ проходки.

Строителям пришлось отказаться от закачки в тоннель сжатого воздуха.

Пример с Киевским метро - не единственный, когда микробиологи приходят на помощь строителям.

Известно, как много хлопот причиняют при строительстве плывуны, особенно та их разновидность, которую называют истинными плывунами (есть еще ложные плывуны, с которыми справляться легче).

Эти текучие грунты, обладающие огромным запасом внутренней энергии, перемещаются общей массой, как тесто или свежеприготовленный бетон.

Грунтовед Варвара Васильевна Радина при исследовании грунтов проектируемой Нижне-Обской ГЭС доказала, что необычные свойства истинных плывунов определяются средообразующей деятельностью сапротрофных бактерий, которые перерабатывают всегда имеющееся в плывунах органическое вещество.

90% образующихся при этом продуктов составляют газы.

При затрудненном обмене с окружающей средой эти газы накапливаются в грунтах с вкупе с содержащимися в них коллоидами переводят их в пластичное состояние.

Создается явление, сходное с "воздушной подушкой", применяемой в современной технике, когда подаваемым под давлением воздухом снимают трение между поверхностями двух сред.

открыть спойлер

Среди морских сообществ, оказывающих наибольшее влияние на окружающую среду, выделяются коралловые рифы, мидиевые банки, поселения морских ежей, заросли бентосных водорослей - макрофитов.

Значительное влияние на водную среду оказывают и птичьи базары. У скал, на которых они расположены, прибрежная полоса шириной около 50 м интенсивно обогащается фекалиями птиц.

В период гнездования содержание фосфатов и нитратов в морской воде может повышаться больше чем в 100 раз, а площадь участков моря, обогащенных этими элементами, иногда превышает 200 км 2.

На суше мощнейшим средообразующим агентом являются леса. Они регулируют поверхностный слой, увеличивают количество атмосферных осадков, охраняют поля от суховеев и пыльных бурь, очищают атмосферу от вредных газов и обогащают ее кислородом, озоном и фитонцидами.

Гектар леса за год очищает 18 млн. м 3 воздуха и обеспечивает кислородом семь человек.

Посадки некоторых древесных и даже травянистых культур, обладающих повышенной транспирационной способностью, используются для биодренажа переувлажненных земель.

Так, разведение в Колхиде эвкалиптов позволило успешно осушить и преобразовать в благодатный край эту прежде заболоченную и зараженную малярией территорию.

Менее всего средообразующее влияние живого вещества, казалось быг должно проявляться в слабо заселенных зонах биосферы. Но - очередной парадокс! - именно в пустынях роль живого вещества оказывается весьма значительной.

Биогеограф В. С. Залетаев пишет (речь вдет именно о пустынях): "Животные и растения здесь наряду с факторами абиотической среды оказываются мощными агентами средообразовательного процесса, влияющими на формирование рельефа поверхности, развитие ветроэро-зионных процессов, гидрологические свойства почв и миграцию солей в них, на структуру и плотность поверхности почвогрунтов, особенности микроклимата и в конечном итоге на структуру биогеоценозов и сам облик ландшафтов".

Живое вещество изменяет не только химические, но и физические параметры среды, ее термические, электрические и механические характеристики.

Существует, например, аргументированное мнение, что "бабье лето" вызвано деятельностью живого вещества, точнее, осенним пиком деятельности сапротрофов.

Все обстоит довольно просто: в это время много разлагающейся органики - значит, при ее разложении сапротрофами выделяется много тепла. Выходит, что "бабье лето" вызывают грибы...

Интересное проявление средообразующей деятельности живого вещества было обнаружено недавно советскими океанологами сначала на Черном, а потом и на Белом морях.

Оно получило название "биоэлектрического эффекта". Это явление заключается в создании живым веществом (фитопланктоном) электрического поля с отрицательным зарядом, а скоплениями необиогенного вещества (отмершего планктона) - положительных полей.

Многообразная средообразующая деятельность живого вещества выявляется в последние годы во все большем объеме и в самых различных проявлениях.

Один из наиболее общих выводов сформулировали недавно ученые Сибирского отделения АН СССР: "Растительный мир активно влияет на изменение газового состава в атмосфере и соответственно на ионный состав океанической воды, в то время как животные почти не оказывают влияния на атмосферу, но изменяют катионный состав морской воды".

В закономерностях влияния живого вещества на среду, видимо, многое еще остается неизвестным, а то, что известно, нуждается во всестороннем обдумывании и обобщении.

Поэтому мы излагали вопрос о средообразующей роли живого вещества так подробно и с привлечением самых разнообразных фактов. Создание общей теории средообразующей роли жизни - дело будущего.

открыть спойлер

Элементам минерального питания растений, таким образом, также обеспечен биогенный транспорт, по крайней мере вертикальный.

Вносят свою лепту в вертикальное перемещение вещества в наземных экосистемах и роющие организмы, доставляющие на поверхность материал из подпочвенных горизонтов.

Во второй главе мы уже говорили, что перемещение вещества по латерали в биосфере осуществляется многоклеточными животными, большинство которых обладает активной формой передвижения.

В море в транспортировке материала велика роль нектона, в частности рыб и млекопитающих. В глобальном масштабе благодаря транспортной функции живого вещества осуществляется перенос вещества против направления стока.

"Питание наземных организмов морской пищей,- писал Вернадский,- идет в таких размерах, что, может быть, компенсирует - во всяком случае возвращает на сушу - соизмеримую часть тех масс химических элементов, которые реки в растворе приносят с суши в море.

С мезозойской эры эту роль главным образом играют птицы".

Такую же роль выполняют и стаи морских рыб, поднимающиеся на нерест вверх по рекам, а из пресноводных водоемов значительная часть вещества выносится на сушу полчищами крылатых насекомых.

"Мыши и люди, почвы и песни - возможно, всего лишь средства, замедляющие движение атомов к морю",- писал популярный американский писатель и лесовод Олдо Леопольд (1887-1948).

Во всех случаях, которые мы рассмотрели выше, транспортная функция осуществляется живым веществом активно.

"Двигателем" при этом являются процессы жизнедеятельности. Однако бывает и иначе, когда живые организмы лишь пассивно способствуют перемещению вещества, а в качестве "двигателя" выступают другие механизмы.

Такого рода транспортную функцию выполняют циа-нобактерии и водоросли.

Известно, что дно некоторых водоемов бывает покрыто толстым ковром цианобактерий (в научной литературе такие ковры называют матами). Когда, фотосинтез происходит наиболее интенсивно, в матах накапливается кислород.

Под действием его подъемной силы фрагменты мата отрываются от дна, захватывая с собой частицы грунта. В устье Волги в весенние дни всплывших дернинок цианобактерий бывает так много, что создается впечатление ледохода. Это - первый случай.

В другом случае пассивную транспортную функцию в море осуществляют бентосные бурые водоросли. Во время штормов они отрываются от дна вместе с галькой, к которой прикреплены.

По наблюдениям, проведенным на Баренцевом море, вес открываемой таким образом гальки (и даже валунов) в отдельных случаях достигает 3,5 кг. Эти своеобразные "плавсредства" оказываются во власти бушующей стихии и становятся "на якорь" только после того, как волнение стихает - зачастую довольно далеко от места первоначального произрастания.

"Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы,- писал Вернадский.- Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени" (из этого высказывания и позаимствовано название данной главы).

Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение профессор А. И. Перельман предложил называть "законом Вернадского": "Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (Ог, СОг, H2S и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории".


Автор статей: Лапо А.В.
http://evosfera.ru/