Начала экскретологии - Вадим Романов

Наблюдения петербургского профессора П. А. Костычева, современника В. В. Докучаева, показали, что именно деятельность животных (в его опытах личинок грибных комариков) способствует превращению гниющих листьев в аморфный перегной. Если разложение происходит без животных, только при участии грибов и бактерий, то листья много лет сохраняют свою структуру. В трудах В. В. Докучаева можно прочитать: "Попробуйте пройтись по такой целинной древней степи и вырезать из неё кубик почвы, увидите вы, что в нём больше корней, трав, ходов жучков, личинок, чем земли. Все это бурлит, сверлит, точит, роет почву, и получается несравнимая ни с чем губка". Эта «губка», представляющая собой скопище органических и минеральных остатков бывшей жизни, используемой для построения новой жизни, и есть почва как глобальный экскрет.

Деятельность животных в почвах многообразна. Они не только непосредственно перерабатывают растительный опад, но и стимулируют активность микроорганизмов. При отсутствия животных микробы разлагают опад в несколько раз медленнее и он накапливается на поверхности. При этом в лесах резко возрастает опасность пожаров.

Рассеивая экскременты по поверхности и в толще почвы, животные разносят и микробов, создают благоприятные очаги для их размножения и деятельности. Пропуская через кишечник массу растительных тканей, примитивные животные размельчают их и тем самым многократно увеличивают суммарную поверхность растительного материала, доступную микроорганизмам, а также воздействию воздуха и воды.

С помощью собственных ферментов и ферментов симбиотических микроорганизмов беспозвоночные расщепляют целлюлозные компоненты клеток и высвобождают лигнин, который находится в сложном соединении с клетчаткой, что имеет большое значение для развития процессов гумификации органических остатков в почве. В ходе пищеварения в кишечнике почвенных беспозвоночных происходит частичная минерализация растительных остатков, а у некоторых групп – и частичная гумификация. Таким образом, экскременты животных – одна из составляющих почвенного гумуса.

Многие почвенные животные – такие как черви – заглатывают вместе с органическими пищевыми веществами минеральные частицы почвы, способствующие перетиранию в кишечнике пищи. Проходя через кишечник, минеральные частицы (глинистые, песчаные) перемешиваются, спрессовываются и склеиваются выделениями кишечника, образуя зернистые комочки разной величины. Чем их больше, тем плодороднее почва. Совершая вертикальные миграции в почве, животные заносят растительные остатки в глубокие горизонты и перемешивают органические и минеральные частицы. Передвижения животных способствуют и улучшению аэрации почвы, что также стимулирует аэробные процессы разложения органических остатков.

Следует отметить, что почвы как глобальные экскреты изменяются со временем. Во всех этих явлениях действующей силой выступают живые организмы: сначала микробы, затем лишайники, мхи и высшие растения. Им всюду сопутствуют и почвенные животные: простейшие, нематоды, клещи, ногохвостки, личинки насекомых и дождевые черви. При этом горная порода, на которой формируется почва, превращается в структуру, более мощную и более богатую гумусом.

Важную роль в этом процессе, называемом эволюцией почвы, играют воздействия атмосферного воздуха, воды и растворённых в ней химических веществ. Наконец, в современную эпоху, названную в начале века известным нашим геологом академиком А. П. Павловым антропогенной, то есть определяемой деятельностью человека, на почвенный покров всё большее влияние оказывает человек.

Растения также активно участвуют в процессах почвообразования. Они обеспечивают значительную часть биогенного круговорота на суше, избирательно накапливают отдельные химические элементы и соединения.

Большинство современных растений создаёт круговорот веществ, в котором на первом месте стоят азот, фосфор, калий, кальций, магний и натрий, на втором – кремнезем, а на третьем – различные окислы, изредка хлор и сера.

А вот древнейшие растения – хвощи и плауны резко отличаются по своему зольному питанию. Хвощи накапливают в первую очередь кремнезём (окись кремния), а плауны – глинозём (окись алюминия). Нетрудно сделать вывод, что характер почвообразования под палеозойскими хвощовыми и плауновыми лесами был иным, нежели сейчас, и возникающие на ней глобальные экскреты могли сформироваться в залежи нефти или алюминия.

Именно эволюция живого покрова планеты – биоты является постоянно действующим фактором активного изменения биогеоценоза, а с ним и почвы и других глобальных экскретов.

На этот счёт имеется гипотеза, что жизнь возникла именно в грунте первичных материалов Земли и что древнейшие существа планеты – почвенные микробы появились первыми в земном реголите – грунте, похожем на грунт Луны. Кстати, низшие растения действительно могут расти на грунте такого состава, что доказано экспериментально.

Важной составляющей почвообразования является процесс разложения минералов той горной породы, на которой образовалась почва. Разложение микробами горных пород имеет огромное значение для биосферы. Не будь его, живые организмы очень быстро исчерпали бы ресурсы большинства биогенных элементов. Особенно важно это в условиях влажного климата, где дожди постоянно промывают почву и выносят все растворимые элементы минерального питания, которые не успели перехватить другие микроорганизмы или же корни растений.

Существует множество микроорганизмов (в их числе бактерии, водоросли, грибы, актиномицеты, дрожжи), способных разрушать минералы и извлекать нужные им элементы или химические соединения – такие как кислород, азот, железо, серу, калий и др. Бактерии способны эффективно разрушать горные породы. Для этого у них есть целый арсенал «химического оружия»: ферменты, слизи, кислоты. Ферменты – средство строго избирательного воздействия. Например, с помощью ферментов серобактерии окисляют содержащие серу минералы. Многие микробы, попав в анаэробные условия, то есть в условия, где нет кислорода, способны с помощью особых ферментов "отнимать" кислород у окислов железа. А содержащие железо минералы при этом разрушаются.

Не столь избирательное, но ещё большее по масштабам действие оказывают на минералы различные слизи, выделяемые микробами. Многие бактерии в почвах буквально погружены в слизь. Именно она составляет основную массу органических полимеров, особенно полисахаридов. Содержащиеся в слизи кислоты могут разрушать кристаллические решётки минералов, тем самым переводя в раствор, в усвояемое состояние нужные микробам вещества.

Микробы выделяют кислоты и в чистом виде, даже такие сильные, как азотная и серная. Иногда эти кислоты для микробов являются не оружием нападения на минералы, а просто экскретами, отбросами. Отмечается [87], что автотрофные микроорганизмы, в частности нитрификаторы и серобактерии, могут порой "захлебнуться" в выделяемых ими же самими кислотах.

В биогеоценозе живут и другие существа, которые охотно поглощают минеральные соединения растворенных горных пород, но наиболее ярко выражена способность к кислотообразованию у микроскопических грибов. С помощью кислот микробы извлекают из минералов фосфор, многие металлы. В разложении горных пород достаточно велика и роль гумусовых кислот, фенольных соединений.

В процессе жизнедеятельности микробы выделяют и щёлочи, особенно при разложении органики, аммонификации. Накоплению в почве щёлочей способствует внесение навоза и других органических удобрений, если они содержат много азота. И вот уже щёлочи растворяют кварц, трудно растворимые фосфаты, алюмосиликаты, нефелины. Микробы выделяют и такие сильные химические реагенты, как водород, сероводород, метан, которые также разрушают минералы.

Все эти явления очень важны для почвообразования, для снабжения растений элементами минерального питания, для всей жизни биогеоценозов. Но совершенно очевидно, что эти же процессы ещё важнее для эволюции почвы, для формирования почвенного слоя, накопления запаса биогенных элементов в живом веществе экосистемы при развитии почв на чистой скальной поверхности, песке или глине. Здесь свободно поселяются автотрофные микроорганизмы, лишайники (они тоже выделяют кислоты и могут растворять минералы), а всё остальное – дело времени.

Однако микробы не только разрушают минералы, но и способствуют созданию многих новых, особенно содержащих кальций, фосфор, кремний, железо и алюминий. На их основе могут возникнуть залежи полезных ископаемых – глобальных экскретов. Например, плесневые грибы в опытах за неделю извлекали из размельченного базальта 54 % железа, 59 % – магния, 11 % – алюминия, немало кремния.

Как видим, важнейшие химические процессы в почвах регулируются деятельностью живого вещества, особенно микробов и высших растений. Поэтому почвы столь же изменчивы, непостоянны по своим свойствам, как и жизнь организмов, которые их создали.