Земля и жизнь - Александр Вологдин

В природных водах, таким образом, оказываются в взаимосвязи и во взаимовлиянии самые разнообразные по свойствам химические элементы и соединения, на взаимоотношениях которых сказываются температура, ее изменение, изменение давления. Между растворенными в воде веществами возможны самые разнообразные химические связи. При пересыщении раствора каким-нибудь компонентом выпадает осадок, качественно отличный от первично растворенных веществ,- то в виде гидратов окислов элементов, то в виде их фосфатов, сульфатов, галоидных солей, с тем или иным количеством молекул воды на молекулу осажденного из раствора соединения.

Таким образом, вода в природе - это сложнейшая химическая лаборатория, где встречаются и входят во взаимодействие разнообразные химические элементы земной коры и атмосферы. Поэтому в природе не было более благоприятной обстановки, чем водная среда, для предбиологического этапа химического развития углеродных соединений и для возникновения первичных организмов.

Роль воды в природе оценивалась человеком различно в странах с различным климатом. В условиях жаркого климата южных стран вода - благо, без которого не может обойтись ни одно живое существо. Например, древние индийские сказания гласили, что вода - основа всей жизни мира, из которой произошло все остальное. Древний Египет с его своеобразной историей и культурой, существовавшей благодаря Нилу, был всем обязан этой реке, ее периодическим разливам, увлажнявшим и улучшавшим почву долины, и, естественно, представлял ее божеством. Аналогичное отношение к воде других древних народов Северной Африки, Ближнего Востока и Южной Азии являлось основой представлений о мироздании. Возникали учения древних мыслителей, по которым даже звезды, Луна и Солнце признавались вызванными к жизни испарением вод. В странах же с влажным климатом, с периодическими ливнями, разливами рек, затопляющих обширные участки суши, вода представлялась злым началом, олицетворяла злое божество, приносящее людям иногда большие несчастья. Началом мира здесь признавалось Солнце и его свет, породившие Землю. В них видели и начало жизни.

Некоторые мыслители (III-II в. до н. э.) полагали, что мир состоит из пяти элементов: воды, огня, дерева, металлов и земли, что изменения в природе происходят под влиянием взаимного уменьшения или увеличения этих пяти материальных сил. Позднее возникло учение, по которому все вещи произошли от первоначального жизненного "эфира".

Философские обобщения XVII-XVIII вв. в странах Западной Европы были первыми попытками создать представление о космосе. В XVIII в. французский естествоиспытатель Ж. Бюффон говорил о воде, что она может уходить с поверхности в глубины и вновь появляться на свет, что воды неба, падая на землю и стекая в океаны, разрушают ее поверхность. Тогда же высказывались и мысли о расплавленной массе Земли, о разрушительной силе небесной воды и созидающей силе вод океанов.

Постепенно, побеждая религиозную трактовку вопросов устройства Вселенной, научная мысль приближалась к современному мировоззрению. Уже в XIX в. стало общепризнанной истиной суждение о круговороте воды в природе, складывающемся из двух циклических процессов. Один из них, "внешний" цикл выражается в испарении воды под действием солнечных лучей с поверхности суши, морей и океанов, затем вода осаждается, стекая в ручьи и реки, пока не собирается вновь в водные бассейны земной поверхности. Второй, "внутренний" цикл состоит в просачивании воды в землю, где она проникает в глубины земной коры, в область высоких температур. Там, близ очагов расплавленной магмы, вода переходит в пар с высокой температурой и давлением, в результате чего создаются мощные запасы энергии, проявляющиеся затем при вулканических извержениях и при образовании гейзеров. Пары воды способствуют поднятию лавы на поверхность и выбросу пепла в атмосферу. При этом они поднимаются над жерлами вулканов на большие высоты, образуя облака. Вулканизм тогда связывался именно с деятельностью воды в этом "внутреннем" цикле ее движения и объяснялся проникновением морских вод в глубь земной коры по трещинам.

В XX в. новая наука уже по-новому трактует происхождение вод. Появилось представление о существовании вод земной поверхности, так называемых вадозных, и вод глубинных, поднимающихся из недр, где они были связаны с веществом земной коры,- вод ювенильных, или молодых. На эту мысль Э. Зюсса натолкнуло исследование поднятия горячей трещинной воды до высоты в 12-15 м известного гейзера Шпруделя в Карловых Варах. Воды ювенильные, подмешиваясь к вадозным, таким образом увеличивают количество воды в биосфере. Отсюда пришла идея о том, что гидросфера Земли создана глубинными процессами земной коры, которые, протекая в течение долгих геологических периодов, и создают на Земле запас вод атмосферы, морей и океанов, непрерывно пополняемый и в настоящее время. Вместе с парами ювенильной воды в биосферу тем же путем поступали и поступают разнообразные ювенильные газы, так называемые "благородные" - гелий, аргон, а также и "неблагородные" - сернистый газ, окись углерода, закись углерода, водород и др. В соответствии с этой идеей, ныне прочно вошедшей в представления геологов, вся вода земной поверхности является наследием догеологической и геологической истории Земли.

А. П. Павлов следующим образом рисует историю образования морей и океанов. "Суша, неравномерно нагретая, с многочисленными вулканами несколько иного типа, чем теперь, и с горячими источниками владела почти нераздельно поверхностью планеты. Это и была древнейшая на земле пустыня... Первобытные бури потрясали атмосферу Земли могучими страшными концертами. По временам разражавшиеся ливни выметали из диких скалистых горных долин в необозримые безжизненные и голые равнины разнообразные продукты дробления... Солнце льет свой жар сверху в тех местах, где холодные верхи гор не сгущают паров в тучи. Море еще не родилось или только еще нарождалось в наиболее глубоких впадинах... Снизу, еще близко к поверхности, недавно заключенный в каменную оболочку отрывок солнечной массы - раскаленная магма Земли. Местами она льется по Земле могучими потоками, доставляя свежий каменный материал для грядущих процессов разрушения, или выбрасывает из глубин новые массы паров - созидателей будущего моря".

Первичная гидросфера и атмосфера Земли еще не заслуживали название биосферы, но уже были средой ее зарождения.

Что же представляла собой древняя среда жизни?

Изучение ферментативных процессов обмена веществ у организмов приводит к выводу, что они у разных групп сходны по своему характеру, хотя и отличаются по структуре, и что они всегда связаны с восстановительной обстановкой. Следовательно, первичная среда, создавшая их, тоже должна была иметь восстановительный характер. Значит первичный обмен у организмов был бескислородным.

Жизнь на Земле связана с большим количеством так называемых "биофильных" химических элементов, среди которых виднейшее место занимают углерод, кислород, водород, азот и сера.

Появлению жизни на Земле предшествовала длительная и сложная эволюция веществ, состоящих из этих элементов,- от простых соединений к сложным, с их новыми свойствами и поведением в "добиосфере".

Уже давно возникло представление о "главном слое жизни", за который принимается в гидросфере Земли самый верхний "слой" водной среды с многообразным комплексом организмов планктона, среди которых основное место занимают микроскопические одноклеточные водоросли - фитопланктон. На суше роль главного слоя жизни играют поверхность и верхний слой почвы. В прибрежных зонах, по краям выступов суши, у границы их с водными бассейнами эти два типа главного слоя жизни совмещаются.

В геологической жизни Земли такие районы оказывались, в частности, основными производителями больших запасов углерода и, вообще, органического вещества. Исследователи отводят побережьям древнейших морей и океанов особое место, поскольку здесь, в условиях больших колебаний температуры, взаимодействовали самые разнообразные компоненты состава биосферы: горные породы, вода, солнечная и космическая радиация, углеводородные и иные жидкие и газообразные соединения.

Таким образом, древнейшая среда на Земле, в частности водная, представляла собой концентрированный раствор сложных органических соединений, механически и химически тесно связанный с твердым веществом земной коры и Находившийся под воздействием мощных излучений. Эта среда - колыбель первичных организмов - была восстановительной, бедной кислородом. Это была арена разнообразнейших химических и геохимических реакций, из которых многие шли с выделением тепловой энергии.

В такой обстановке должны были успешно развиваться многие микробиологические процессы, в частности, окисление водорода кислородом углекислоты с одновременным образованием метана и многие аналогичные процессы с участием других исходных веществ древнейшей природы.