Земля и жизнь - Александр Вологдин

Мы поставили перед собой задачу проследить влияние живого вещества на минеральное - косное, на основании прежних и новых данных о породо- и рудообразующей деятельности ископаемых автотрофных организмов. Новые материалы повлекли за собой новые выводы, частью очень интересные, касающиеся ряда смежных научных дисциплин. В связи с этим возникла и неотложная необходимость внесения существенных поправок в некоторые взгляды, а именно по вопросу происхождения некоторых горных пород и минералов. Но следует при этом отметить, что наши представления о связи живого и минерального вещества в природе не выходят за общие рамки, гениально очерченные В. И. Вернадским. Мы можем предложить лишь ряд конкретных представлений о некоторых биокосных телах, телах, сложенных живым и минеральным веществом.

Коснемся теперь более детально организмов - концентраторов минерального вещества, минерогенных элементов, косного вещества, расположенных в основании "пирамиды" А. П. Виноградова. Их существовало и существует в природе множество. Есть концентраторы специализированные - автотрофы и работающие биогеохимически, так сказать, "по совместительству" - миксотрофы.

Алюминий химически осаждается в слизистой оболочке бактериями, например рода кренотрикс, содержащими его до 17,7%. Кремний усваивается диатомеями, кремневыми губками и др. Кальций осаждается разнообразными водорослями (синезеленые, красные, харовые и др.). Водоросли осаждают карбонат кальция, поглощая СО2 и Са(НСО3)2. Известен вид бактерий, осаждающих СаСОэ внутри клетки. У других карбонат кальция выделяется в виде кристаллов при распаде их клеточного вещества. Кальций в огромных количествах, как это хорошо известно, потребляют и позвоночные животные, строящие из фосфатов кальция и кальцийорганических соединений свой скелет и различные части организма.

Магний накапливается литотамниями, некоторыми мшанками и др.

Железо, кроме представителей железобактерий, усваивается многими представителями водорослей. По существу оно используется всем миром животных.

Марганец усваивается целым рядом марганцевых организмов, такими как лептотрикс, некоторыми диатомовыми.

Фосфор, в виде фосфатов, отмечался В. И. Вернадским в составе раковин лигнул - брахиопод с роговой раковиной. Роль бактерий в его накоплении ранее исследователями не учитывалась.

Сера является источником энергии для колоссального количества организмов различного систематического положения, от бактерий (тионовые, пурпурные и др.) до высших организмов, поскольку сера непременная составная часть белка.

Из упомянутых организмов для нас особо интересны автотрофные, к которым В. И. Вернадский относил такие организмы, которые "берут все нужные им для жизни химические элементы, в современной биосфере, из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма". Среди автотрофов он различал две группы: зеленые хлорофильные организмы - "главный механизм биосферы, создающий фотосинтезом органические тела", "источник действенной химической энергии биосферы" - и мир автотрофных бактерий.

Массу зеленых автотрофов В. И. Вернадский считал количественно близкой к половине животного живого вещества. Важно отметить, что количество живого вещества, собранное в форме автотрофных бактерий, он считал гораздо меньшим. Об этих бактериях он говорил, что они рассеяны всюду: в почвах, иле водных бассейнов, в морской воде,- но что "нигде нет тех их количеств, которые были бы сравнимы с количеством автотрофной зелени суши, не говоря о зеленом планктоне океана".

Он признавал при этом, что "геохимическая энергия бактерий гораздо выше той же энергии зеленых масс... является максимальной для живых существ". Причину же "малого скопления" живой материи в этой форме он считал связанной с недостаточными количествами находящихся в биосфере не вполне окисленных и неокисленных соединений азота, серы, железа, марганца, углерода. По его мнению, автотрофные бактерии находятся ныне в состоянии непрерывного недостатка пищи, "недоедания". Он отмечал своеобразное "вторичное равновесие между бактериями, восстанавливающими сульфаты и их окисляющими, как это, например, наблюдается в озерных грязях, сырых почвах, морской воде. Такое же равновесие он отмечал между бактериями, окисляющими азот, и гетеротрофами, раскисляющими нитраты. Поэтому главную массу живого вещества В. И. Вернадский считал сосредоточенной в освещенной Солнцем части нашей планеты, где собраны гетеротрофные организмы и автотрофные бактерии, тесно связанные с продуктами жизни зеленых организмов и свободным кислородом. Из этой зоны автотрофы проникают и в темные области биосферы, где нижнюю границу для анаэробов он определял до глубины в 500 м и где размах их жизнедеятельности считал ограниченным.

В наших исследованиях мы начали подбирать материалы по рассеянному, законсервированному в горных породах органическому веществу, ранее вообще не изучавшемуся, которое должно было иметь местами весьма сложный состав. Его изучение позволило бы нам подойти к представлениям о составе исходного первичного органического вещества, к химическому составу самих древних организмов. Это органическое вещество осадочных горных пород во многих случаях не связано с составом видимых остатков организмов, обычных объектов палеонтологического исследования. Поэтому нам пришлось в ряде случаев принять его отчасти за остаточное органическое вещество бактериального происхождения. Местами оно оказалось четко связанным с веществом ископаемых синезеленых водорослей.

Зародившаяся мысль о значительной роли ископаемых древних автотрофных и иных бактерий в породо- и минералообразовании привела нас в некоторые районы Тянь-Шаня, в горные районы Сибири - к разрезам древнейших осадочных отложений, где мы знали или предполагали аномальные концентрации ряда интересных минеральных веществ. Это были залежи фосфатов в кембрии Каратау (Казахстан), а также слои с осадочными рудами железа и марганца, различные железисто-кремнистые породы, известняки различных типов. Как оказалось, очень интересные материалы имеются в районах известных контактовых месторождений железа и месторождений марганца неясного происхождения. Интересные материалы дало и изучение процесса цементации некоторых древних обломочных пород, а также процессов выветривания горных пород, в том числе и интрузивных.

Эти материалы привели к необходимости пересмотреть взгляды на породообразующую роль микроорганизмов, особенно ископаемых. Первое место среди них теперь приходится приписывать бактериям.

Изучая деятельность морских денитрифицирующих бактерий в Атлантическом океане, Г. Дрю открыл формы, осаждающие из морской воды карбонат кальция. Эти бактерии оказались денитрифицирующими и декальцинирующими. Они как бы снижают содержание нитратов в морской среде, ограничивая тем самым масштаб жизнедеятельности фитопланктона. Бактерии проявляют свою "деятельность" в районах тропических и субтропических морей и океанов. Оптимальная температура для них - около 29,5° С. Рост их отмечается при температуре выше 10°, при 33°С он начинает замедляться. Образуемый ими карбонатный осадок в виде белого облака - мути - медленно оседает (в лабораторных условиях) или остается в течение длительного времени во взвешенном состоянии. Такое явление можно наблюдать и в СССР на оз. Балхаш. Осадок получается или иловидный, или в виде мелких шариков типа оолитов, если в воду добавлять мелко раздробленный гипс. Шарики эти, в частности, со дна Большого Соленого озера в Северной Америке, состоят из арагонита с постепенными переходами в кальцит. Кальцит иногда образовывался непосредственно из известковой мути при отстаивании пробы морской воды, причем отмечалось выделение сероводорода, которое происходило при участии бактерий.

Советские микробиологи полагают, что выделение карбоната кальция бактериями из морской воды и других минерализованных сред происходит за счет сульфата кальция (гипса) в процессе его разрушения, иногда с получением конечного продукта в виде серы. Ход реакций представляется таким:

CaSО4 → CaS CaS + СО2 → СаСО3 + S

Таким образом, выпадение карбоната кальция, а иногда и магния из природных водных сред приходится считать связанным в той или иной степени с жизнедеятельностью бактерий. Процесс этот в морях геологического прошлого некоторые литологи и геологи иногда недооценивают, иногда совсем не принимают во внимание как массовое явление.

Как известно, карбонатные породы начали входить в состав осадочных отложений непосредственно с архейского времени, с момента начала формирования древнейших нормальноосадочных пород. Если биогенное происхождение многих известных слоев и горизонтов известняков, например: рифовых, археоциатовых, коралловых, брахиоподовых, фораминиферовых и прочих, не вызывало никаких сомнений, то в отношении многих толщ и свит таких "плотных" пород вопрос о генезисе не всегда был ясен. Чем древнее карбонатные породы, тем чаще мы встречаем так называемые "немые" слои и толщи, лишенные видимых остатков ископаемых организмов. Подобные породы мы находим, в сущности, во всех геологических системах. Слои с органическими остатками в природе все же редкость, но там, где они имеются, мы уделяем им преимущественное внимание, в результате чего наши коллекции относительно богаче остатками ископаемых макроорганизмов, чем отображаемые ими естественные разрезы соответствующих геологических свит и серий.