Жизнь в почве - Меркурий Гиляров

А недавно микробиологи открыли новый мир среди бактерий - архебактерии. Они - продуценты метана, того самого газа, который мы сжигаем в газовых горелках в кухонных плитах. Эти строго анаэробные бактерии встречаются на Земле повсюду, в том числе и в почвах.

Они разлагают органические вещества без доступа кислорода. Поразителен набор веществ, которые они используют в пищу: водород, углекислота, соли уксусной кислоты, простейшие органические молекулы с одним атомом углер_рда. Что же могло препятствовать таким или им подобным микроорганизмам жить на суше в докембрии? Очевидно, таких препятствий не было.

Пока это только предположение - остатков докембрийских почв с микробами еще никто не находил. Но согласимся с известным специалистом по докембрию академиком Б. С. Соколовым, который писал, что, как бы ни относиться к такой гипотезе, за время, прошедшее после 1947 года, когда она впервые была высказана Л. С. Бергом, ее никто не смог опровергнуть.

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.

Следы из земных глубин

Наши знания о химизме биосферы, о тех условиях, в которых появилась жизнь и почвенный покров, покоятся на очень прочном научном фундаменте. Достаточно упомянуть классическую работу академика В. И. Вернадского "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения", написанную в 30-е годы. Современная жизнь привнесла нечто совершенно новое в познание начальных этапов эволюции планет - прямые наблюдения в космосе. Космонавтика позволила "заглянуть" в такие процессы и обстановку ранних периодов жизни Солнечной системы, отстоящих от нас на 3-4,5 миллиарда лет.

Геохимики пришли к убеждению, что все планеты земного типа, а это Луна, Меркурий, Земля, Венера и Марс, имеют одинаковый состав. Разная масса этих планет определяет различия в степени сжатия вещества в их глубинах, а также то важнейшее для жизни обстоятельство, будет ли у планеты атмосфера и какого именно состава.

Химический и минералогический состав поверхности довольно сходен. Вся поверхность Луны сложена магматическими силикатными породами, содержащими много кремния, а также продуктами их разрушения. Здесь присутствуют известные и на Земле минералы: ортоклаз, плагиоклаз, диопсид, оливин, ильменит, апатит и другие.

Слоем раздробленных силикатных пород сложена поверхность Марса, а поверхность Венеры - базальтами и гранодиоритами.

Одинаковы всюду и доминирующие химические элементы. Тщательно изучен состав метеоритов - пришельцев к нам из глубин Солнечной системы. Они бывают разные по своему составу: железные, каменные и другие, но особенно интересуют ученых так называемые углистые хондриты - метеориты из темного, похожего на уголь вещества, которое содержит много органических соединений. Около 40 таких метеоритов найдено в Антарктике, в других районах Земли их разыскать труднее: кто обратит внимание на темный тусклый камешек? А среди вечных льдов он сразу бросается в глаза.

Так вот, в углистых хондритах много сложных органических соединений, в том числе и аминокислоты.

Определение абсолютного возраста метеоритов показывает, что в Солнечной системе сложные органические соединения были уже по меньшей мере за миллиард лет до возникновения жизни на Земле: ведь большинство метеорит ов - остатки того вещества, из которого сложены планеты. Вполне логично предположить, что эти первичные органические вещества могли послужить основой для развития жизни. Физики остроумно отметили, что окружающее нас вещество похоже на золу космического пожара, в котором оно было создано.

Мы уже говорили, что толщи первичных грунтов на древних материках издревле должны были быть заселены микробами. Но на саму "дневную" поверхность Земли организмы - а это были зеленые растения - взошли далеко не сразу.

Многие геохимики считают, что свободный кислород в очень малом количестве существовал и 4,5 миллиарда лет насад. Он - результат разложения молекул воды солнечным излучением. Но чтобы достичь уровня Пастера (0,01 процента от современной) - той концентрации, при которой дыхание микробам в 30-50 раз энергетически выгоднее брожения, микроорганизмам потребовалось 2,5 миллиарда лет "работы".

Уровень Пастера был преодолен только в позднем протерозое, не ранее одного миллиарда лет назад. Только тогда зеленые растения, еще без корней и листьев, ближайшие потомки водорослей, стали заселять сушу по побережьям океанов. Это имело колоссальные последствия для всей биосферы: масса живого вещества после заселения суши увеличилась в 800 раз, возникли почвы, образовался гигантский по разнообразию мир почвенных организмов.

Полагают, что первое время жизни на суше мешало жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца и обитали здесь лишь низкорослые псилофитьг и мелкие почвенные беспозвоночные. Но около 400 миллионов лет назад, когда количество кислорода в атмосфере достигло около 10 процентов современного, образовался и озоновый экран в атмосфере. К этому времени приурочено появление уже целых лесов из псилофитов, а также выход на сушу первых позвоночных животных.

Завоевание континентов растениями и животными вызвало образование континентальных отложений. Здесь самое значительное - появление органических отложений: угольных и торфяных толщ. В девоне возникли первые угольные месторождения, а следующий геологический период даже получил название "карбон" - так много в нем угольных отложений ("карбон" по-латыни и есть "уголь").

Нет нужды говорить, что сейчас такого не увидишь: вся мертвая органика в лесах, степях, пустынях, в мангровых зарослях по берегам морей быстро перерабатывается животными-сапрофагами и микроорганизмами.

Биологи не раз высказывали предположение, что угли могли раньше образовываться только потому, что, когда растения на суше уже были и отмершие их остатки на землю падали, почвенных животных и микробов, способных питаться этой органикой, еще не существовало. Или, может быть, их было еще слишком мало?

Как и когда появились на суше животные?

На этот вопрос современная палеонтология дает довольно точный ответ. Бесспорно, предки наземных животных - сначала это были беспозвоночные обитали в морях. Первые беспозвоночные, которые могли дышать атмосферным воздухом, появились в кембрии. Правда, известны они только из морских отложений. Но ведь и так бывает: ветром или водой наземные животные или растения сносятся в воду, в моря или озера, а там они попадают в осадки.

В ордовике отдельные участки суши были уже плотно заселены низшими растениями: грибами, одноклеточными водорослями, не говоря уже о бактериях. А о беспозвоночных, которые могли ими питаться, мы знаем очень мало. Никогда нельзя с уверенностью сказать, были ч и это настоящие наземные жители или же обитатели мелководных водоемов, которые лишь изредка выползали на берег.

По всей видимости, почвенная фауна материков стала формироваться в следующем периоде палеозоя - силуре, одновременно с заселением суши высшими растениями.

А уже в девоне мы знаем множество чисто наземных, подстилочных и почвенных обитателей. Особенно многочисленны были микроартроподы бескрылые насекомые, паукообразные, древнейшие многоножки. Удивительными существами той поры были многоножки-артоплевры. Их длина достигала полутора метров при толщине 10-12 сантиметров.

В карбоне на суше жили представители не менее 13 отрядов паукообразных и 12 отрядов настоящих насекомых, которые именно в это время научились летать.

Как видим, к карбону суша уже давно и основательно была заселена растениями и беспозвоночными животными. Вероятно, именно обилие напочвенных беспозвоночных побудило стремиться к выходу на сушу позвоночных животных. Здесь для них уже было достаточно пищи, а врагов никаких.

В конце девона - начале карбона первые земноводные, а именно стегоцефалы (панцирные земноводные),вышли на сушу. Здесь произошло то же явление в экологии, что ранее случалось в эволюции микроорганизмов:

новые группы организмов, вселяясь в уже освоенную их предшественниками среду, не уничтожали ранее существовавшие здесь экосистемы, а только перестраивали их, удлиняя и усложняя пищевые цепи. Так произошло и с почвенной фауной: мир почвенных беспозвоночных остался неизменным и продолжал развиваться по своим законам.

В карбоне произошла и первая в наземной фауне "экологическая катастрофа": вымерла половина отрядов наземных паукообразных, а остальные измельчали. Они не смогли конкурировать с первыми наземными позвоночными, хотя те бывали иногда размером с небольшую ящерицу. Часть паукообразных, а они до тех пор были самыми крупными и сильными хищниками на суше, пала в битве с земноводными, а остальные поспешили скрыться в такие экологические ниши, куда позвоночные проникнуть не смогли.