Текст книги "Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого"

Автор книги: Андрей Лапо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 14 страниц)

«Почему это другие звери, которые гораздо меньше меня, имеют много детенышей, а я только одного?»

На это Сын неба отвечает ему: «Ты съел один целое маисовое поле. Подумай сам: будь у тебя два или три малыша, что осталось бы на долю людей? Вот и хватит тебе одного детеныша».

Ситуация изложена довольно точно – с той, правда, разницей, что рождаемость у слонов лимитируется не потребностями человека, а кормовыми ресурсами биосферы.

Вторая форма движения живого вещества, которую выделял Вернадский, – активная. Она осуществляется за счет собственного передвижения организмов, расселяющихся в местах, благоприятных для их существования. У раздельнополых животных расселение осуществляется самками, приносящими потомство на новых территориях. Самцы, закрепившиеся здесь, обеспечивают встречу полов и воспроизводство рода.

5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Различие между вирусом, например, и африканским слоном много больше, чем между любыми самыми контрастными представителями неживого вещества.

Химический состав живого вещества поразительно разнообразен. Известно свыше 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества. В то же время количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет всего около 2 тыс., т. е. на три порядка меньше. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено какой-либо одной фазой состояния вещества. Тела живых организмов всегда построены из веществ, находящихся во всех трех фазовых состояниях.

Однако при всем разнообразии состава живого вещества наблюдается удивительное биохимическое единство всего органического мира Земли. Все современные живые организмы построены в основном из белков, содержащих одни и те же аминокислоты, осуществляют передачу наследственной информации по одному и тому же пути (ДНК → РНК → белок) и, более того, используя один и тот же генетический код. Установление этого единства – одно из фундаментальнейших открытий биологии нашего времени. Как писал А. Сент-Дьердьи, «человек не так уж сильно отличается от травы, которая растет у него под ногами». С детства мы помним клич Маугли, обращенный ко всему живому: «Мы с тобой единой крови, ты и я!»

6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. «Живой океан» Станислава Лема (роман «Солярис») остается фантастикой. Размеры индивидуальных организмов колеблются в пределах от 20 нм у наиболее мелких вирусов до 100 м (диапазон больше 10⁹). Самые крупные в геологической истории организмы встречаются ныне: из животных это – киты, из растений – секвойи. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются предельными возможностями их газового обмена со средой.

7. Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяции организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами. Казалось бы, этому противоречит наш жизненный опыт – мы знаем чистые сосновые леса, где как будто ничего, кроме сосен, не растет, видели на экранах птичьи базары (иногда там представлены птицы только одного вида – например, чайки), лежбища морских львов на пустынных побережьях арктических морей… Однако это однообразие оказывается кажущимся. В самом «чистом» сосновом лесу обитает около тысячи разнообразных живых организмов. Ведь, как пишет Виктор Астафьев, «дерево – это целый мир! В стволе его дырки, продолбленные дятлами, и в каждой дырке кто-нибудь живет и трюкает: то жук какой, то птичка, то ящерка. В травке и в сплетении корней позапрятаны гнезда. Мышиные и сусликовые норки уходят под дерево. Муравейник привален к стволу…». Лес не мог бы существовать, если бы отмирающая хвоя, листья, ветви и стволы не разлагались сапротрофными организмами и минеральные вещества не возвращались в биотический круговорот. Чайки и морские львы не могли бы жить, если бы рядом не находилась их «столовая» – море, с обитателями которого они составляют единую экосистему.

Наверно, первым ученым, который сумел правильно понять системную организацию живого на Земле, был великий шведский натуралист Карл Линней (1707—1778). Свои представления на этот счет Линней изложил в 1749 г. в диссертации «Экономия природы». Больше 200 лет назад она была переведена на русский язык. Процитируем этот старинный перевод: «Если бы человек в первородной своей наготе, но в совершенных летах и со здравым рассудком вдруг вступил в сей мир и, напрягши все свои чувства, стал оный рассматривать как новое и временное свое жилище, то с ужасом бы увидел, что великолепная риза Земли, сотканная из многоразличных растений, безжалостно раздирается от червей, насекомых, рыб, земноводных, птиц и сосцекормящих тварей; увидел бы, что сии животные пожирают не только прекраснейшие цветы, но и взаимною свирепствуя жестокостию друг друга беспощадно терзают…» Нарисовав такую живописную и, казалось бы, хаотичную картину, Линней, намного опередив свое время, сумел с удивительной точностью расставить все по своим местам: «Рассмотрев уставы естества, во-первых, постигаем, что растения суть первые, самые многочисленные и главнейшие на земле жители, но что насекомые и другие животные начальствуют над ними, над коими также предпоставлены и другие хищные твари, но не многие, и что они опять также подлежат своим начальникам, коих еще и тех менее находится».

8. Принцип Реди («все живое из живого»), о котором мы уже говорили, является отличительной особенностью живого вещества. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений. Благодаря этому современное живое вещество, характеризуясь непрерывным обновлением, оказывается генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох.

 
Пусть вымерли все наши предки —
Бессмертные живые клетки
Наследье бережно хранят —
 

так, весьма патетично выразил это в поэтической форме французский поэт XIX в. А. Сюлли-Прюдом. Что же касается неживого абиогенного вещества, то оно поступает порциями в биосферу из космоса или из нижележащих оболочек земного шара. Отдельные такие порции могут образоваться в результате одинаковых процессов и, таким образом, быть аналогичными по составу, но генетической связи между собой они в общем случае не имеют.

9. Характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса. Воспроизводство живого вещества происходит не по типу «штамповки» – абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем порой медленных, порой более быстрых (в геологическом смысле!) морфологических и биохимических изменений. При этом направленный эволюционный процесс характерен главным образом для высших организмов, в то время как более примитивно организованные существа – прокариоты – по своей структуре консервативны. Кстати, именно наличие у высших организмов эволюционного процесса и создает принципиальную возможность определения геологического возраста по ископаемым остаткам организмов.

Однако и среди высших организмов есть такие, над которыми, кажется, не властно время. Они являются нашими современниками, но их ближайшие предки обитали в далекие геологические эпохи. В научно-популярной литературе их называют «живыми ископаемыми», а в научной – «персистентами». Это название было предложено немецким ученым Ц. Вильзером и образовано от латинского слова «persisto» – упорствовать. Самым известным сейчас персистентом является, безусловно, кистеперая рыба латимерия, или целакант, – предок всех наземных позвоночных. Ее считали вымершей по крайней мере 65 млн. лет назад – считали до тех пор, пока накануне рождества 1938 г. в сети южноафриканских рыбаков впервые не попался экземпляр нашего живого предка, упорно не желающего вымирать. К чести палеонтологов, он полностью соответствовал их реконструкциям, выполненным по ископаемым остаткам скелетов.

Латимерия – крупная живородящая рыба длиной до 1,8 м и весом до 80 кг, а иногда и более. Своим необычным видом она производит жутковатое впечатление. Один из экземпляров латимерии, выловленный вблизи Коморских островов некоторое время назад, выставлен в вестибюле Института океанологии АН СССР в Москве. Водится латимерия только в Индийском океане вблизи Коморских островов, причем встречается настолько редко, что каждый ее выловленный экземпляр, оцениваемый в 8—9 тыс. долларов, поступает в распоряжение ученых.

Хорошо известно и другое «живое ископаемое» – дракон с острова Комодо. Голландского летчика, впервые увидевшего его в 1911 г. во время вынужденной посадки на остров, после возвращения на родину едва не упекли в сумасшедший дом – настолько неправдоподобным казалось данное им описание животного. Есть персистенты и среди растений. Здесь самый яркий пример – гинкго, что в переводе с японского означает «серебряный абрикос». Сейчас гинкго можно увидеть главным образом в ботанических садах, а ближайшие его сородичи образовывали густые леса в юрское время – период, отделенный от нас 150 млн. лет!

10. Академик Борис Борисович Полынов (1877—1952) обратил внимание еще на одну особенность живого вещества: «Количество массы живого вещества, соответствующее данному моменту, не может дать представления о том грандиозном количестве ее, которое проводило свою работу в течение всего времени существования организмов». По существу, масса биогенного вещества метабиосферы – это интеграл массы живого вещества Земли по геологическому времени, составляющей, по оценке геохимика Сергея Германовича Неручева, 2,4·10²⁰ т. Это в 12 раз превышает массу земной коры. А масса абиогенного вещества земного происхождения является постоянной величиной в течение всей геологической истории. 1 г архейского гранита и сейчас остается 1 г этого же вещества, а та же масса живого вещества, оставаясь 1 г, в течение миллиардов лет существовала путем смены поколений и все это время производила геологическую работу. Соответственно и масса вещества, переработанная живыми организмами, намного превышает их собственную массу.

Своеобразная горная порода это живое вещество… Горная порода древняя – и вечно молодая, сама себя создающая и уничтожающая, чтобы вновь возникнуть в новых поколениях бесчисленных форм, ее составляющих. Птица Феникс древних легенд…

Как всякий объект научного исследования, живое вещество нуждается в классификации. Владимир Иванович писал: «Мы различаем живое вещество однородное – родовое, видовое и т. п. и живое вещество неоднородное, как лес, степь, биоценоз вообще, состоящее из однородных живых веществ, их закономерные смеси»[33]33
  Вернадский В. И. Проблемы биогеохимии. – Труды БИОГЕЛ ГЕОХИ АН СССР, вып. 16, с. 57.


[Закрыть] (курсив Вернадского. – А. Л.). И если неоднородное живое вещество в понимании Владимира Ивановича соответствует горной породе, то однородное живое вещество может рассматриваться как минерал.

Для характеристики однородного живого вещества на уровне видов Вернадский предлагал использовать три количественных показателя: а) химический состав; б) средний вес организмов; в) среднюю скорость заселения организма на всей поверхности земного шара.

Задачу исследования химического состава живого вещества Владимир Иванович поставил еще в 1918 г.[34]34
  См.: Протоколи засідань Фіз.-мат. видділу Укр. АН у Київі, 1919, в. 1, с. 43—45.


[Закрыть] Для ее решения он привлек биохимика, профессора Владимира Сергеевича Садикова (1874—1942) и начинавшего тогда научную работу Александра Павловича Виноградова (их совместные работы по исследованию живого вещества были опубликованы в 1924 г.). Методику химического анализа живого вещества разработал В. С. Садиков.

Широким фронтом исследования химического состава живого вещества развернулись в организованной Вернадским в 1928 г. в Ленинграде Биогеохимической лаборатории АН СССР. В первых сборниках ее трудов печатались такие, например, работы, как «Анализ планктона из Екатерининского пруда в Детском селе» А. П. Виноградова, «Минеральный состав скелетов некоторых современных иглокожих» К. Ф. Терентьевой, «Исследование химического состава красного клевера» Т. И. Горшковой. Дальнейшее развитие работы этого направления получили в обобщающих трудах Виноградова (1895—1975), впоследствии академика, сменившего Вернадского после его смерти на посту директора БИОГЕЛа. Еще в конце 30‑х – начале 40‑х годов А. П. Виноградов опубликовал обширную сводку «Химический элементарный состав организмов моря» (она была переведена и издана в США в 1953 г.). Исследования живого вещества «с мерой и весом» продолжаются и в настоящее время, причем теперь изучается уже не однородное, а разнородное живое вещество – главным образом биомасса и продуктивность различных экосистем, а на этой основе – и биосферы в целом.

К классификации живого вещества Вернадский подходил с геохимических позиций. При этом Владимир Иванович опирался на деление организмов по способу питания, разработанное в 80‑х годах прошлого века немецким биологом Вильгельмом Пфеффером (1845—1920). Вернадский писал: «Мы будем называть автотрофными все 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»[35]35
  Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 66.


[Закрыть]. «Автотрофы» значит «самокормящиеся» (от греч. «авт» – сам и «троф» – кормиться, питаться). Это – кормильцы биосферы. Они не только кормятся сами, но и кормят других.

Гетеротрофными В. Пфеффер назвал организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Это отражено в их названии: «гетер» по-гречески значит «другой», и следовательно, гетеротрофы – это «питающиеся другими». Хорошо известна русская пословица: «Один – с сошкой, семеро – с ложкой». В биосфере «семеро с ложкой» – это гетеротрофы, а «один с сошкой» – автотрофы.

Существуют и организмы со смешанным типом питания, которые Пфеффер называл миксотрофами (от греч. «микс» – смешивать). Наконец, имеются в биосфере и симбиотрофные организмы, о которых мы расскажем в конце этой главы.

Автотрофные организмы, которые в качестве источника энергии используют солнечный свет, называют фотоавтотрофами (от греческого «фот» – свет). Помимо света, углекислого газа и воды, для осуществления фотосинтеза им необходимы и другие элементы минерального питания: азот, фосфор, калий, кремний и другие элементы. Наземные растения потребляют их своими корнями из почвы, водоросли и фотосинтезирующие бактерии (есть и такие!) – из воды. Первым, кто доказал необходимость минерального питания растений, был знаменитый немецкий химик, основоположник агрохимии Юстус Либих (1803—1873).

Однако фотосинтез, как оказалось, не единственный способ образования первичного органического вещества из неорганической материи. Великий русский микробиолог Сергей Николаевич Виноградский (1856—1953) в 1889—1890 гг. доказал, что существуют особые микроорганизмы, получающие энергию в результате окисления неорганических веществ. Нитрификаторы – первые автотрофные микроорганизмы, открытые С. Н. Виноградским, – живут за счет энергии, выделяющейся при осуществляемом ими окислении аммиака до азотной кислоты. Некоторые удивительные свойства нитрификаторов Виноградский сформулировал так:

«1. Развитие в чисто минеральной среде в присутствии неорганического вещества, способного окисляться.

2. Вся жизнедеятельность теснейшим образом связана с наличием этого вещества, каким в случае нитрификации является аммиак.

3. Окисление этого вещества является единственным источником энергии.

4. Отсутствие потребности в органическом питании как источнике пластического материала и энергии»[36]36
  Виноградский С. Н. Микробиология почвы. М., Изд-во АН СССР, 1952, с. 169.


[Закрыть].

Явление, открытое Виноградским, получило название хемосинтеза, а осуществляющие его организмы стали называть хемоавтотрофными. Впоследствии были выявлены разнообразные бактерии, которые способны получать энергию в результате окисления самых разнообразных веществ: водорода, метана, угарного газа, некоторых соединений железа, серы и даже сурьмы. Таким образом, уже установлен целый мир хемоавтотрофных бактерий, играющих существенную роль в круговороте вещества в биосфере. Как мы узнаем из следующей главы, в океанских глубинах недавно были открыты удивительные экосистемы, где первичными продуцентами органического вещества являются бактерии, окисляющие глубинный сероводород. Более того – к хемосинтезу способны некоторые цианобактерии (сине-зеленые водоросли), и с учетом их вклада роль хемосинтеза в образовании первичной биологической продукции Мирового океана может быть довольно значительной.

Гетеротрофы и миксотрофы, как уже говорилось, самостоятельно не могут синтезировать органическое вещество – они используют его в готовом виде. Среди гетеротрофов по современной классификации Дж. М. Андерсона выделяется три категории организмов: некротрофы (от греч. «некр» – мертвый) – убивающие объект питания, биотрофы (от греч. «биос» – жизнь) – питающиеся за счет других организмов: паразиты, кровососы и пр., и сапротрофы (от греч. «сапр» – гниль) – питающиеся отмершей органикой. Человек как биологический вид принадлежит к числу некротрофов. Другие способы питания нам, людям, кажутся аморальными и внушают непреодолимое отвращение, хотя с точки зрения «биосферной морали» они ничуть не хуже (и не лучше!) нашей привычки убивать все то живое, что служит нам пищей.

В развитых экосистемах существует сложная пищевая цепь (иначе ее называют трофической), и потребители автотрофов – гетеротрофы – сами становятся жертвами других гетеротрофов. «Жук ел траву, жука клевала птица, хорек пил мозг из птичьей головы» – таковы три звена пищевой цепи гетеротрофов в изображении Николая Заболоцкого.

Трофическим уровнем называется совокупность живых организмов, обладающих сходным питанием. Организмы любого уровня трофической пирамиды питаются живым веществом нижележащего уровня. Низший трофический уровень (или, иначе говоря, основание трофической пирамиды) составляют автотрофы. С одного уровня на другой передается в среднем только 10% энергии. Остальная энергия или превращается в тепло и рассеивается или (чаще всего) просто не усваивается. Благодаря потерям энергии трофическая цепь не может быть бесконечной и включает небольшое число звеньев – не более 4—6.

«Жизнь может быть только там, где есть вместе синтез и органическое разрушение» – так писал великий французский физиолог Клод Бернар (1813—1878). В современных наземных экосистемах биомасса гетеротрофов составляет обычно десятые доли процента от биомассы автотрофов. Благодаря этому некротрофы и биотрофы потребляют не всю создаваемую автотрофами продукцию; значительная ее часть отмирает и достается на долю сапротрофам, которые расщепляют ее до простых минеральных соединений: углекислого газа, воды, азота и минеральных солей.

Когда бог Ану сотворил небо, небо – землю, земля реки, реки – канавы, канавы – слизь, а слизь – червя, то червь при взгляде на солнце заплакал, и слезы его предстали перед лицом богини Эи. «Что назначаешь ты мне в пищу и питье?» – спросил червь. – «Я дам тебе в пищу гнилую древесину и плоды дерева».

Именно так – если верить вавилонской клинописи – появились на Земле сапротрофы. Они не только предохраняют биосферу от самоотравления (многие продукты распада отмершего органического вещества чрезвычайно ядовиты), но, расщепляя органику, возвращают углерод и азот в минеральную форму – ведь только в такой форме эти элементы могут потребляться автотрофами. Характерно, что если некротрофы для нормального своего развития нуждаются в смешанной пище, состоящей из разнообразных веществ (белков, жиров, сахаров или крахмала), то сапротрофы при наличии источника азота и зольных элементов могут довольствоваться каким-нибудь одним органическим веществом, например белком или сахаром. Бактерии и грибы запросто разлагают биогенные органические вещества как растительного, так и животного происхождения. Больше того – им «по зубам» и многие органические материалы, которые совсем недавно созданы человеком: пластмассы, нафталин… Хуже бактерии справляются с полиэтиленом, однако если он подвергся ультрафиолетовому облучению, бактерии разлагают и полиэтилен.

Сочетание автотрофов и сапротрофов представляет собой простейшую экосистему. Недавно попытались экспериментально выяснить, насколько устойчивы такие экосистемы. Для этого 36 различных вариантов сочетаний автотрофов (микроскопические водоросли) и сапротрофов (грибы и бактерии) были запаяны в стеклянные пробирки и помещены в условия постоянного освещения. Эксперимент продолжался 3 года. За это время неспособными к самоподдержанию оказались 20 экспериментальных экосистем. Остальные 16 прекрасно развивались, причем биомасса автотрофов составляла в них от 90 до 99% (сапротрофов соответственно от 1 до 10%). В выживших экосистемах сапротрофное звено на 90% состояло из какого-нибудь одного преобладающего вида, которым в большинстве случаев оказались бактерии из группы псевдомонад.

Известный советский физиолог, академик Александр Михайлович Уголев недавно сформулировал задачи новой науки – трофологии. По его определению, «предмет трофологии – закономерности ассимиляции (т. е. поглощения и усвоения веществ, необходимых для жизни) на всех уровнях организации биологических систем – от клеточного, органного и организменного до популяционного и планетарного». Согласно основной концепции трофологии каждый вид живых организмов биосферы, с одной стороны, использует определенные источники питания, а с другой – сам служит пищевым объектом других видов. Таким образом, устанавливается парадоксальный вывод, что существует взаимная адаптация так называемых трофологических партнеров. Фигурально выражаясь, жертва не должна слишком быстро убегать от своего хищника, а хищник не должен чрезмерно легко ее нагонять. Только в этом случае хищники будут питаться преимущественно больными, дефектными и стареющими членами популяции, и ее численность как источника питания будет поддерживаться на определенном уровне. При таком подходе концепция межвидовой конкуренции, господствовавшая в прошлом веке, сменяется концепцией взаимной приспособляемости видов.

Мы рассмотрели деление живого вещества по способам питания организмов. Однако возможно разделение живого вещества на две категории – соматическое и репродуктивное – по совершенно другому принципу (известно, что соматическими в биологии называют клетки, выполняющие любые функции, кроме размножения). Масса репродуктивного живого вещества незначительна по отношению к соматическому, но именно репродуктивное живое вещество определяет непрерывность развития жизни на нашей планете. Биосферная же роль соматического живого вещества – транспортировка репродуктивного живого вещества во все уголки Земли, обеспечивающая «всюдность жизни».

«Кто есть кто» в биосфере? Попытаемся совместить два подхода к живому веществу: функциональный и биологический (систематический).

Жизнь в биосфере существует во внеклеточной и клеточной формах. Внеклеточную форму живого вещества представляют вирусы, открытые в 1892 г. русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864—1920) – сверстником и товарищем В. И. Вернадского по Петербургскому университету.

Вирусы настолько своеобразны и ни на что не похожи, что один из ведущих вирусологов современности – иностранный член АМН СССР Андрэ Львов – сформулировал следующее их исчерпывающее определение: «Вирус есть вирус».

В отличие от клеточных организмов вирусы лишены раздражимости и собственного аппарата синтеза белка. Они неспособны к самостоятельному существованию и развиваются только в клетках других живых организмов (естественно, клеточных): бактерий, растений, животных, включая человека. По существу, вирусы представляют собой лишь подсистему в целостной системе вирус – клетка, причем метаболические функции в масштабе этой системы целиком лежат на клетке. В соответствии с этим вирус как таковой никогда не имеет прямых трофических связей с окружающей его средой: он не питается в обычном понимании этого слова и не растет.

Казалось бы, вирусы – примитивнейшие существа, но генетический их аппарат поразительно разнообразен. По этому кардинальному признаку различия между вирусами полиомиелита, например, и оспы гораздо существеннее, чем между бактерией и человеком. Огромный мир внеклеточной жизни… Образовался он, по единодушному мнению ученых, путем своеобразного вырождения клеточных организмов.

Вирусы – бич всего живого. Поселяясь в живых клетках, они вызывают заболевание и – нередко – смерть организма-хозяина. На «совести» вирусов больше половины человеческих болезней: грипп, корь, свинка, ветряная оспа, краснуха; в их числе и самые страшные: рак, бешенство, инфекционный гепатит, клещевой энцефалит. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет человек в среднем 7 лет болеет вирусными заболеваниями.

Борьба человечества с вирусами осложняется чрезвычайно мелкими их размерами (в среднем вирусы в 100 раз мельче бактерий и различимы только в электронный микроскоп) и необычайной устойчивостью к условиям внешней среды. Некоторые вирусы выдерживают получасовое кипячение и кратковременную обработку обычными дезинфицирующими средствами, например спиртом или фенолом. Убить их можно только высоким давлением перегретого пара или ультрафиолетовыми лучами.

Как и все другие организмы, вирусы выполняют в биосфере свою особую функцию. Вызывая тяжелые заболевания живых организмов, вирусы элиминируют наиболее слабые особи и способствуют выживанию наиболее приспособленных. Естественный отбор в биосфере осуществляется в значительной мере вирусами.

Перейдем к рассмотрению клеточных форм жизни. Сейчас существует несколько систем их классификации. Мы будем пользоваться главным образом макросистемой академика А. Л. Тахтаджяна[37]37
  См.: Тахтаджян А. Л. Система органического мира. – БСЭ, 3 изд., т. 23, 1976, с. 1386—1391.


[Закрыть], но с некоторыми уточнениями, обусловленными новейшими исследованиями (табл. 2).

Таблица 2

Макросистема клеточных живых организмов [38]38
  Без учета симбиотрофных организмов.


[Закрыть] и их роль в биосфере

[39]39   По А. Л. Тахтаджяну (1976) с дополнениями по В. И. Дуда (1984) и другим авторам. [Закрыть]
Доядерные (прокариоты)	Дробянки	Бактерии (эубактерии)	+	+	+	+	+
		Архебактерии	+	+	−	+	+
		Цианеи (цианобактерии, или синезеленые водоросли)	+	+	−	−	+
Ядерные (эукариоты)	Растения	Низшие растения (водоросли)	+	−	−	−	+
		Высшие растения	+	−	Очень редко	?	+
	Грибы	Миксомицеты (слизевики)	−	−	+	+	−
		Грибы (высшие грибы)	−	−	+	+	−
	Животные	Простейшие	−	−	+	Очень редко	+
		Многоклеточные животные	−	−	+	+	+

По этой системе выделяются два надцарства клеточных организмов – прокариоты и эукариоты, основное различие между которыми – отсутствие у прокариотов клеточного ядра (их иначе называют доядерными). У прокариотов отсутствует также дифференциация соматического и репродуктивного живого вещества.

Рассмотрение прокариотов начнем с бактерий. Открыты они были в 1683 г. великим изобретателем микроскопа Антони ван Левенгуком (1632—1723). Полвека спустя в своей «Системе природы» (1735) Карл Линней все открытые к тому времени бактерии (а заодно и все другие микроорганизмы) объединил в «хаос», который угодно было сотворить богу и назначение которого человеку непонятно. У наших современников упоминания о бактериях обычно связаны с самыми неприятными ассоциациями: жар, озноб, болотная лихорадка… Между тем вызывают заболевания у человека только 0,1% из всех живущих на Земле бактерий (причем человек значительно эффективнее справляется с ними, чем с вирусными). И, как справедливо заметил уже знакомый нам Андрэ Львов, мы не должны сердиться на бактерии, так как если бы не было микробов, то не было бы жизни на Земле и не было бы… микробиологов. В этой шутке нет преувеличения – бактерии выполняют в биосфере необходимейшие функции. Человек начал использовать широчайшие возможности бактерий, даже не подозревая об их существовании – еще за несколько тысяч лет до нашей эры появились производства, основанные на жизнедеятельности бактерий: виноделие, пивоварение, хлебопечение, сыроварение. Понадобился долгий и трудный путь познания, завершившийся гениальными открытиями Луи Пастера, чтобы понять роль бактерий в этих привычных для человечества производствах.

Среди всего живущего на Земле подцарство бактерий держит рекорд по разнообразию способов питания: оно единственное, в котором есть представители всех типов питания.

Фотоавтотрофных бактерий на Земле около 50 видов. В отличие от всех других организмов бактерии не выделяют при фотосинтезе кислород. Но – простим им и это! – ведь бактерии наряду с другими прокариотами – древнейшие фотоавтотрофные организмы на нашей планете. Фотосинтез у них происходит принципиально иначе, чем у растений, и осуществляется при помощи другого пигмента – бактериохлорина. Продукция фотосинтезирующих бактерий иногда может быть довольно значительной: по данным В. М. Горленко, в некоторых озерах она достигает 75% всей первичной продукции. Обитают фотосинтезирующие бактерии как в пресных, так и в морских водах.

Основная роль бактерий в круговороте веществ в биосфере двоякая: 1) разложение отмершей органики и возвращение слагающих элементов в биотический круговорот; значительную часть этой работы бактерии проделывают в пищеварительных трактах многоклеточных животных; 2) непрерывное вовлечение в биотический круговорот все новых порций зольных элементов и азота. Еще в конце прошлого века Николай Иванович Андрусов (1861—1924), впоследствии академик, а в ту пору – сверхштатный экстраординарный профессор минералогии Юрьевского (ныне – Тартуского) университета, первым из русских геологов осознал эту роль бактерий в биосфере. «Бактерии, по-видимому, уже давно существуют на земном шаре. Та громадная роль, которую они играют в круговороте серы, азота и углерода, делает без них немыслимою жизнь остальных организмов», – писал он. А в последнее время главным образом благодаря работам члена-корреспондента АН СССР Георгия Александровича Заварзина выясняется важная роль бактерий и в формировании атмосферы Земли.

Функции бактерий в биосфере настолько многообразны, что в принципе возможно существование экосистем, где живое вещество представлено исключительно бактериями, часть которых относится к автотрофам, а другая – к биотрофам и сапротрофам. Никакие другие организмы (кроме цианобактерий) не способны к такому автономному существованию.

Бактерии вездесущи в биосфере. Голландский микробиолог Мартин Бейеринк (1851—1931) сформулировал следующий постулат, теперь носящий его имя: «Бактерии развиваются повсюду, где есть условия для их существования» (развиваются они, разумеется, не путем самозарождения – принцип Реди работает и здесь). Недавно жизнеспособные бактерии были найдены даже на Луне, куда они были занесены за несколько лет до этого каким-то ранее прибывшим с Земли космическим аппаратом.