Размножение организмов - важнейшие проявление «механизма земной коры», И В нем главное отличие живого от мертвого.

Область жизни - вся поверхность планеты. По выражению В. И. Вернадского, жизнь «всюдна» и стремится охватить все доступное пространство, расширяясь в геологическом времени. Растекание жизни есть проявление ее внутренней энергии. Эта энергия проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел - это геохимическая энергия жизни. Наблюдая за заселением пустых пространств, человек может созерцать движение солнечной энергии, превращенной в земную - биохимическую.

Размножение совершается с удивительной и неизменной математической правильностью и идет в биосфере непрерывно мириады лет. Если бы не было препятствий во внешней среде, то любые организмы, особенно бактерии, могли бы создать с непостижимой быстротой невероятные количества сложнейших химических соединений, являющихся вместилищем огромной химической энергии. Так, в морской воде обитают шаровые бактерии объемом 10^-12 см³. Если бы для их жизни не было препятствий, то менее чем за 1,5 суток они образовали бы пленку, покрывающую земной шар. Скорость продвижения шаровых бактерий по земной поверхности была бы равна 33100 см^.с^-1. Эта скорость может рассматриваться как потенциальная скорость передачи жизни (геохимической энергии). С такой скоростью бактерия могла бы за 1,47 суток путем размножения совершить полный оборот вокруг земного шара.

Скорость передачи жизни по наибольшему ей доступному расстоянию есть характерная для каждого вида организмов постоянная величина, которую можно использовать для выражения его геохимической энергии жизни; она отражает пределы возможного распространения вида, ограниченные размерами данной планеты. Аналогично тому, как вес тела зависит от того, на планете оно находится, так и скорость распространения жизни на Земле должна отличаться от таковой на других планетах (если она там есть). Жизнь в биосфере есть чисто земное планетное явление, ограниченное пределами физических свойств планеты, и прежде всего ее размерами. Предельное, одинаковое для всех организмов расстояние, по которому может распространяться жизнь, равно длине земного экватора, т. е. 40075721 м. Скорость продвижения организмов зависит также от их размеров и темпов размножения.

Для самых мелких организмов скорость продвижения жизни близка к скорости звука - 33100 см/с, для крупных она составляет доли сантиметра в секунду. Так, для индийского слона, например, - 0,09 см/с. Кроме того, существует максимально возможное число особей для каждого вида, которое никогда не может быть превышено, N_max. Эта величина соответствует максимальному заполнению данным организмом земной поверхности. Скорость достижения N_maх(v) для каждого вида своя и зависит от числа организмов, появляющихся в единицу времени (∆).

Газовый обмен организмов, т. е. дыхание, также имеет важнейшее значение. Газовый режим тоже ставит пределы скорости распространения жизни. Газы биосферы те же, которые образуются при газовом обмене живых организмов: О₂, N₂, СО₂, Н₂О, Н₂, СН₄, NH₃. И это не случайность." Свободный кислород образуется только благодаря зеленым организмам. Тесная связь газов с жизнью указывает не то, что газовый состав биосферы - чисто земное явление, определяемое фотосинтезом и дыханием организмов в масштабе планеты.

Количество организмов, появляющихся путем размножения в единицу времени, не может перейти за пределы, нарушающие свойства газов, т. е. число организмов в 1 см³ среды не может превышать числа газовых молекул в нем (около 2,7^.10¹⁹). В биосфере идет борьба не только за пищу, но и за нужный газ, так как последний контролирует размножение.

В каждый момент живое вещество в биосфере разрушается и вновь создается, главным образом не ростом, а размножением. Поколения создаются в сроки от десятков минут до сотен лет. Ими обновляется биосфера. Главное условие жизни определяется полем существования зеленой растительности, т. е. областью планеты, пронизанной солнечным светом. Здесь же собраны не только автотрофные, но и гетеротрофные организмы, так как в своем существовании они тесно связаны с продуктами жизни зеленых организмов, т. е. с кислородом и органическими веществами.

В течение миллионов лет геологического времени шло и сейчас идет постоянное проникновение живого вещества в обе стороны от зеленого покрова. Мы живем в стадии медленного расширения поля жизни. Может быть, одним из проявлений этого является биохимическое создание новых форм лучистой энергии гетеротрофными организмами. К таковым можно отнести свечение микроскопических организмов в морских глубинах или свечение поверхности моря, которое позволяет фитопланктону синтезировать органические вещества в часы, когда до него не доходит солнечный свет. Глубоководные экспедиции встречали зелень е растения (водоросли Halionella в Тихом океане) на глубине 2 км, т. е. там, куда не проникают лучи Солнца. Эти факты еще ждут объяснений. Но если бы оказалось, что живое вещество способно трансформировать лучистую энергию не только в химическую, но и вторичную лучистую, то, возможно, это расширило бы область - жизни.

Новой в биосфере является и световая энергия, созданная человеком: электричество, например. Но пока в фотосинтезе планеты она практически" не играет никакой роли, так как составляет ничтожную делю от солнечной энергии, используемой растениями.

 

Эволюция биосферы

Начало эволюции (лат. evolutio - развитие) - это начало жизни. В. И. Вернадский считал жизнь явлением вечным, подобно мате­рии или энергии. Хотя в основе его учения о биосфере и лежат представления о глубочайшей взаимосвязи живого и неживого, он полагал, что барьер между косной и живой материей непроходим.

Возникновение жизни на Земле - вопрос дискуссионный. По мнению В. И. Вернадского, в обозримой геологической истории образование живого вещества из неживого на Земле произойти не могло. Отправной точкой его воззрении в этой области был принцип, сформулированный флорентийским врачом Франческо Реди в 1668 г.: «Все живое от живого». Доказательство тому он видел в работах Л. Пастера и П. Кюри об особенностях молекулярного строения органического вещества. Живое вещество обладает свойством оптической диссимметрии (гр. dys - нарушение, symmetric - зеркальное расположение), т. е. является фильтром способным отделять правовращающие молекулы от левовращающих. Благодаря концентрации молекул одинаковой симметрии живое вещество способно поляризовать световые лучи. В неживом веществе молекулы, поляризующие свет, могут быть смешаны в произвольных пропорциях. В. И. Вернадский уделял большое внимание этому факту, высказав гипотезу о том, что диссимметричные структуры стабильны в основном в живом веществе.

Отстраняясь от каких-либо экстраполяции и гипотез, основываясь только на эмпирических (гр. empeiriа - опыт) обобщениях, он говорил, что на Земле нет условий, которые могли бы обеспечить возникновение жизни не биогенным путем из косного вещества, т.е. нет условий для абиогенеза (гр. abiogenesis - небиологическое происхождение). Позднее, под влиянием успехов в абиогенном синтезе органических веществ, он склонялся к признанию абиогенеза, но не одного какого-то вида, а сразу комплекса организмов разных геохимических функций и в условиях, предшествовавших геологическому времени. В 1931 г. он утверждал, что «принцип Реди» безусловно верен, но справедлив лишь в условиях биосферы и даже считал возможным абиогенез в нынешних условиях, который, однако, нельзя наблюдать в силу недостаточности уровня знаний. В своей работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», опубликованной впервые в 1965 г., он писал: «Надо искать не следов начала жизни на нашей планете и вообще на планетах, но материально-энергетические условия для проявления планетной жизни». Таким образом, В. И Вернадский в последних своих работах допускал идею абиогенеза в опреде­ленных условиях догеологической истории планеты.

Для В. И. Вернадского было несомненным существование

биосферы в течение 2 млрд. лет, но была ли она раньше - он – сомневался. Теперь возраст биосферы, по последам косвенным данный оценивается приблизительно в 4 млрд. лет.

"За последние полвека накоплено много материалов, расширяющих наши познания о появлении жизни на Земле.

Во-первых, можно считать доказанным отсутствие жизни на Марсе и Венере, на которых В. И. Вернадский предполагал возможность существования живого вещества. Теперь изучено достаточно много космической материи, состоящей из различных смесей право- и левовращающих молекул. Результаты доказывают, что земная жизнь не привнесена на Землю с ближайших планет.

Во-вторых, получены и достаточно хорошо изучены природные органические вещества абиогенного происхождения. В книге М. Руттена (1974) описаны опыты по получению аминокислот из водорода, аммиака и метана в бескислородной среде под действием электрических разрядов и ультрафиолетового излучения. В России подобные опыты проводил А. И. Опарин (1936). Вскоре такие соединения были обнаружены в грозовых тучах после молний и в стерильно отобранных горячих вулканических пеплах (Е. К. Мархинин, 1980). При этом в одинаковых по химическому составу органических веществах биогенного и абиогенного происхождения наблюдается диссимметрия, т. е. всегда преобладает одна группа молекул, чаще всего левовращающих. Эти факты указывают на стирание граней между живым веществом и его абиогенными аналогами. Поэтому ученые второй половины XX века (А, И. Опарин, Дж. Бернал, М. Руттен, Р. С. Юнг и др.), не допуская занесения жизни на Землю с других планет, признавали абиогенез на Земле.

По-видимому, абиогенез мог происходить в условиях, отличных от ныне существующих, при первичной бескислородной атмосфере. В настоящее время проблема сводится к выяснению времени превращения абиогенных органических соединений в биогенные и к выяснению причин появления резко диссимметричной структуры ДНК в живом веществе. Вероятно, что нарушение зеркальной симметрии - необходимый этап эволюции. Физик В. И. Гольданский (1986) считает, что появление диссимметрии в органическом веществе уже обеспечивает возможность начальных форм размножения. В последние годы, однако, получают подтверждение идеи В. И. Вернадского и о возможном космическом происхождении живого вещества. Исследования в Антарктиде обнаружили большое количество метеоритов на поверхности льда, В них были найдены различные аминокислоты, нуклеотиды, которые не могли образоваться во льдах Антарктиды. Можно предполагать, что абиогенные органические вещества существуют и в далеких космических просторах. Таким образом, если не живое вещество, то его «матрица» в виде абиогенного органического вещества существует в космосе и может переноситься на звездные расстояния. Поэтому идею В. И. Вернадского о «вечности» жизни в современном представлении можно сформулировать так: жизнь -это этап эволюции материи, возможность, присущая всем пространствам и временам.

Академик Н. Н. Моисеев (1994) высказывает такую точку зрения: картину мира можно представить как эволюцию единой системы - Вселенной - от начального взрыва до появления живого вещества и разума, а в конце концов и общества. Развитие этой системы происходит за счет внутренних взаимодействий, присущих самой системе. Имеет место грандиозный процесс самоорганизации, в котором появление живого вещества является одним из важнейших этапов. В пользу этого говорят последние исследования в физике. Обнаружено, что мировые константы (скорость света, гравитационная постоянная и др.) обладают удивительным свойством. Их изменение даже на малые доли процента привело бы к такому изменению мирового процесса самоорганизации, которое исключило бы появление структур, дающих возможность возникновения живого вещества (как Солнечная система, например). Иными словами, «живое вещество» определяет вел тины мировых констант, а мировые константы дают возможность возникновения живого вещества. Этот парадокс заставляет трактовать роль живого вещества в мироздании по-иному: мир таков потому, что мы есть. Следовательно, можно предполагать, что «Вселенная, может быть, является не самостоятельной системой, а лишь составляющей некой суперсистемы, в которой одним из принципов отбора является возможность появления живого вещества» (Н. Н. Моисеев, 1994).

В допущениях абиогенеза на нашей планете на уровне предположений остается этап перехода от косного к живому веществу, который знаменуется появлением метаболизма (гр. metabole - перемена) и размножения. С этого момента возникает процесс переноса энергии и информации из поколения в поколение.

Эволюция живого вещества шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, увеличения число видов и совершенствования их приспособленности.

Усложнение жизни связано с развитием многоклеточных организмов. В этом отношении наиболее признана колониальная гипотеза. Считают, что образовавшиеся в результате деления клетки не разошлись в пространстве, а образоваликолонии. Позже в клетках возникли различия в химическом составе, а затем и в функциональной специализации. Многоклеточные организмы совершенствовались и приобретали различия в течение многих миллионов лет. Совершенствовался круговорот веществ в непрерывном обмене веществом и энергией между организмами и средой, в процессах рождения и смерти. Завладевая все новыми областями земной коры, организмы приспосабливались к новым физико-химическим условиям, что неизбежно приводило к гибели части организмов и дальнейшему естественному отбору. Эволюционный процесс сопровождался повышением эффективности преобразования энергии и вещества организмами, популяциями и сообществами. И в этой эволюции четко прослеживается постепенное развитие и усложнение нервней системы. Достигнутый уровень мозга, - писал В. И. Вернадский, - не идет уже вспять - только вперед. Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, ознаменовавший своим появлением новый этап развития жизни - антропогенез (гp. antropos - человек) (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Эволюция биосферы

Появление человека привело к ускорению процесса эволюции биосферы. В истории антропогенеза неоднократно происходили качественные перестройки. В первой половине каменного века - палеолите (гр. palaios - древний, lithos - камень) у человека сформировались зачатки нравственности. Стадо антропоидов постепенно стало превращаться в человеческое общество. Естественный отбор перешел с уровня организма на уровень племен, народов, цивилизаций. Нечто подобное произошло и во второй половине каменного века - неолите (гр. neos - новый): преодолев глобальный экологический кризис, который привел к исчезновению крупных копытных, в том числе мамонтов, люди освоили земледелие и скотоводство, создали новую экологическую нишу.

Выходы из кризисов происходили естественным путем, и на них уходили десятки тысяч лет. Человечество все активнее перестраивало экосистемы, все больше вовлекало в биогеохимические циклы запасы планеты - остатки былых биосфер. В. И. Вернадский воспринимал все это как естественный процесс развития, в 1925 г. он писал: «Измененная культурой поверхность не есть что-то чуждое Природе и в ней наносное, но есть естественное и неизбежное проявление жизни как природною явления». Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, он пришел к выводу о том, что человечеству как разумной части живого вещества придется взять на себя ответственность за будущее планеты. Будущее требует активного вмешательства разума в судьбу биосферы. Во взаимодействии природы и общества все должно измениться: и биогеохимические циклы, и способность природы обеспечивать потребности человечества, а может быть, и природа самого человека и общества. Все это должно делаться целенаправленно с участием разума.

Новое состояние биосферы ученый назвал ноосферой (гр. noos - разум). Термин был введен Эдуардом Леруа (1927), позднее им широко пользовался Пьер Тейяр де Шарден (1930).