Текст книги "Астробиология"

Автор книги: Гавриил Тихов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 3 страниц)

ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ НИЗШИХ ОРГАНИЗМОВ К УСЛОВИЯМ СРЕДЫ

Самая высокая температура, которую выдерживают некоторые существа, например споры грибов или бактерий, приближается к 140°Ц.

Еще больше устойчивость организмов при низкой температуре.

Выдающийся советский ученый академик Вернадский создал учение о биосфере – оболочке земной коры. Он доказал, что наряду с неорганической материей в ней существует материя живая. В своих трудах Вернадский рассказывает, что французский физик Поль Беккерель опускал мхи, лишайники и водоросли на несколько недель в жидкий воздух с температурой -190°Ц. При отогревании в горячей воде они оживали.

Даже после 6 лет высушивания и погружения в жидкий воздух Беккерель оживлял лишайники —

стенница (ксантория) – с живущими на них коловратками и тихоходками. Ученый еще делал опыты и при самых низких доступных температурах (гелий -271°). Обезвоженные споры бактерий, водорослей, грибов, мхов, папоротников, очищенные от кожицы семена, подвергнутые действию этой температуры в пустоте, давали после размораживания нормальное потомство.

Многие виды бактерий и грибов живут без свободного кислорода. Их называют анаэробными.

Водоросли и мхи размножаются в запаянной трубке, наполненной водяными парами стерилизованных минеральных растворов, которые лишены растворенного кислорода. Эти организмы живут сначала без воздуха, производя угольную кислоту. Затем, восстанавливая фотосинтез, создают новую, кислородную атмосферу. Осциллярии жили таким образом 8 лет в атмосфере, созданной ими самими, пока не истощилась их питательная среда.

Холод, засоленность, ядовитые вещества – все это не помеха для жизни микробов, по крайней мере некоторых из них. Приспособительная способность этих одноклеточных существ неисчерпаема.

В горячих источниках, с температурой до 90°Ц, обнаружены своеобразные, приспособившиеся к этим условиям организмы.

Экспедиция микробиологов в 1946 году открыла жизнь даже в бесплодных, обезвоженных почвах пустыни Сахары, где в некоторых районах максимальная температура воздуха достигает 55°. Дождливых дней в году насчитывается здесь всего от двух до пяти. Поверхность земли – точно раскаленная сковородка. Даже с помощью специальных приборов в почве пустыни не удается обнаружить воду. И вот в этих, казалось бы невозможных для жизни условиях в грамме песка нашли до 100 тысяч микробов.

Микробы пустыни оказались очень тонкими химиками, их водососущая сила была выше всяких норм, известных для флоры засушливых районов.

Специальные приборы регистрировали «дыхание» почвы; следовательно, микробы были жизнедеятельны. Стеклянные пластинки, зарытые в исследуемую почву, через две недели оказывались покрытыми плесневыми грибами и бактериями.

Еще более обитаемы «черные пески» – пустыня Кара-Кум. В комочке почвы величиной с наперсток находится более полумиллиона разнообразных видов микроорганизмов. Правда, жизнь микробов чуть теплится, но в этих существах таится недюжинная скрытая сила, которая проявляется, как только условия становятся более подходящими.

Таким образом, исследования, проведенные в пустыне, заставляют расширить наши представления о границах жизни.

Очень интересные многочисленные примеры приспособляемости низших организмов к среде приведены в работах академика Вернадского.

Плесневые грибы, бактерии, дрожжи выдерживают давление до 3 000 атмосфер без всякого видимого изменения своих свойств. Жизнь дрожжей сохраняется при 8 000 атмосфер давления. С другой стороны, скрытые формы жизни – семена или споры – могут сохраняться длительное время в «безвоздушном» пространстве, то-есть при давлениях, равных тысячным долям атмосферы.

Огромна и область химических изменений, которые выдерживает жизнь.

Споры и зерна – скрытые формы жизни – могут, повидимому, неопределенное время находиться без всякого вреда в среде, лишенной газов и воды, то-есть вполне сухой.

Химические среды, в которых может существовать жизнь, чрезвычайно разнообразны.

Бацилла «борацикола», живущая в горячих борных источниках Тосканы, свободно выдерживает 10-процентный раствор серной кислоты при обычной температуре.

Известны плесневые грибки, которые живут в крепких растворах различных солей, купоросов, селитр, гибельных для других организмов. Та же бацилла «борацикола» выдерживает 0,3-процентный раствор сулемы, а некоторые другие бактерии и инфузории даже ее концентрированные растворы. Дрожжи живут в растворах фтористого натрия. Личинки некоторых мух выживают в 10-процентном растворе формалина.

В начале нашего века русский биолог С. Н. Виноградский доказал существование живых существ, лишенных хлорофилла, но добывающих себе питание из неорганических веществ. Эти невидимые существа – бактерии живут в почвах, в верхних слоях земной коры, проникают в глубокие толщи океана. Для поддержания своей жизнедеятельности они употребляют химическую энергию минералов, богатых кислородом, и поэтому не зависят от других организмов и солнечных лучей.

Число видов таких бактерий незначительно, оно не превышает сотни, между тем видов зеленых растений известно до 180 000. Но одна бактерия может произвести в один день по крайней мере несколько триллионов особей, между тем как одна одноклеточная зеленая водоросль, из всех зеленых растений наиболее быстро размножающаяся, дает в тот же промежуток времени лишь несколько особей, а большей частью гораздо меньше, около одной особи в 2–3 дня. Поэтому, несмотря на микроскопические размеры, из-за поразительной силы размножения значение бактерий в природе огромно.

Как видим, приведенные академиком Вернадским примеры убедительно показывают беспредельность приспособляемости различных форм жизни.

ВОЗМОЖНА ЛИ ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ПЛАНЕТАХ

Зная физические и химические свойства планет солнечной системы и познакомившись с приспособляемостью микроорганизмов к условиям среды, мы можем с уверенностью говорить о существовании на Марсе и Венере микроорганизмов.

Можно ли сказать то же о планетах-гигантах – Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне?

Как известно, температура на внешних оболочках их атмосфер очень низка: от -140 до -200°Ц. Они содержат очень много газообразного метана, а Юпитер и Сатурн – также аммиака. В таких условиях высшие земные организмы существовать не могут.

Однако известны бактерии, которые могут жить в метане, хотя при обыкновенных условиях и нуждаются в кислороде. Некоторые из них могут вместо кислорода использовать нитраты, то-есть азотные соединения.

Метан образуется при сбраживании многих органических веществ. Те же самые бактерии, которые вызывают метановое брожение органических веществ, способны в присутствии молекулярного водорода восстанавливать углекислый газ до метана.

Можно с уверенностью сказать, что в атмосферах планет-гигантов находится водород. Поэтому присутствие метана в атмосферах этих планет можно объяснить деятельностью бактерий.

Можно предположить, что метан и аммиак образуются в атмосферных глубинах планет-гигантов также и в результате разложения отживших микроорганизмов и поднимаются из уплотненных внутренних слоев в верхние слои атмосфер.

Это предположение подтверждается и следующими обстоятельствами.

В земных горных породах, а также в вулканических газах обычно присутствует метан. Для разных вулканов содержание метана в выделяющихся из них газах составляет от 3 до 12 процентов. В газах, выделяющихся из графита, – до 40 процентов метана, из базальта – свыше 10 процентов, из гранита – 3 процента. Раньше предполагали, что метан, выделяющийся из горных пород при нагревании, образуется под воздействием воды на карбиды металлов. Однако при нагревании с водой карбидов кальция, натрия, калия выделяется не метан, а ацетилен. Поэтому теперь считают, что источником метана в данных случаях является органическое вещество.

Где же могут существовать на планетах-гигантах микроорганизмы? Можно думать, что с погружением в атмосферы этих планет температура повышается и на некоторой глубине становится несколько выше нуля, а потому там могут жить бактерии.

Тот факт, что метан и аммиак могут образовываться и без участия организмов (метан, например, имеется в небольших количествах даже на кометах), не является возражением против наших предположений.

Метан (CH 4) состоит из углерода (С) и водорода (Н), а аммиак (NH 3) – из азота (N) и водорода (Н). Но все эти элементы – углерод, водород и азот – имеют изотопы, которые занимают одно и то же место в таблице Менделеева, но имеют разный атомный вес. Так, у углерода два изотопа с атомными весами 12 и 13, у водорода три – с атомными весами 1, 2 и 3 и у азота – два с атомными весами 14 и 15.

Есть основание считать, что изотопный состав метана и аммиака органического происхождения отличается от изотопного состава этих газов неорганического происхождения, а потому должны различаться и их спектры. Следовательно, изучая спектры этих газов органического и неорганического происхождения и сравнивая их со спектрами планет-гигантов, можно будет решить, есть ли на этих планетах аммиак и метан органического происхождения. Интересно отметить, что при сравнении спектра метана из светильного газа, имеющего органическое происхождение, со спектрами планет-гигантов получилось полное сходство, тогда как между спектром этих планет и аммиака лабораторного, синтетического, найдено различие.

Итак, есть основание предполагать, что микроорганизмы существуют и на планетах-гигантах.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АСТРОБИОЛОГИИ

Для дальнейшего развития работ по астробиологии надо углубить и расширить астроботанические исследования. Необходимо продолжить изучение воз-можности жизни организмов на других планетах. И, наконец, всемерно укреплять связи астроботаники с практическими задачами, решаемыми наукой.

Ученые выдвинули идею создания астробиологического института. Мощные астрономические инструменты позволят нам исследовать свет планет, проникая возможно дальше в инфракрасные лучи.

Новейшие приборы дадут возможность производить тщательные исследования спектра аммиака (органического и минерального происхождения) при очень низких температурах и разных давлениях.

Хорошо организованные экспедиции позволят изучать оптические свойства растений в самых разнообразных климатах земного шара от высоких гор и Арктики до влажных и сухих тропических стран.

Большое содействие смогут оказать нам ученые Китайской Народной Республики. На высокогорьях Тибета климат гораздо ближе к марсианскому, чем даже у нас на Памире, а на юго-востоке Китая природа уже тропическая.

На встрече советских астрономов с делегацией китайских ученых в Пулковской обсерватории 27 марта 1953 года ботаники Китая заинтересовались проблемами астробиологии и изъявили желание начать наблюдения цвета тибетских растений.

Детальное изучение «оптической приспособляемости» к суровым климатическим условиям помогут нашей агротехнике в выведении морозоустойчивых и засухоустойчивых видов растений, в продвижении культур на север и в места с засушливым климатом. Тесная связь астробиологии с астрономией, физикой, химией, биологией объединит усилия исследователей. Все это даст науке единый комплекс знаний о жизни на Земле и других планетах.

А в будущем, когда советская наука и техника дадут сверхмощные приборы для наблюдения, перед астробиологией откроются поистине неограниченные возможности. Человечеству будут доступны тайны жизни на других планетах. Изучение жизни на Земле и на других планетах сольется воедино.

ВЕЗДЕСУЩАЯ ЖИЗНЬ
(Пояснительный текст к «Таблице жизни»

Бесконечно разнообразны жизненные формы, неисчерпаема их приспособляемость к условиям внешней среды.

Академик В. И. Вернадский в книге «Биосфера» впервые поставил вопрос о границах биосферы – об области существования жизни. Где же проходят эти границы?

При определении границ жизни надо различать две формы жизни – активную, когда живые организмы находятся в состоянии энергичного обмена веществ с окружающей средой, могут размножаться, и пассивную, когда живые организмы находятся в состоянии скрытой жизни – в виде семян, спор, в состоянии анабиоза. Безусловно, зона пассивной жизни значительно шире зоны активной жизни.

Человек в лабораторных условиях может создавать искусственно отрицательные температуры почти до абсолютного нуля -273°. В температуре жидкого гелия -271°,88 могут выживать споры бактерий. При температуре в -240° удавалось выдерживать в подсушенном состоянии круглых червей – нематод и близких к ним тихоходок. При этом они не теряли способности оживать после перенесения их в тепло и смачивания.

В последнее время в биологии получены новые данные о состоянии, в котором может находиться живое вещество при низких отрицательных температурах. Уже давно было известно, что при замерзании живая клетка гибнет от образования кристаллов льда, разрушающих клеточную структуру. Следовательно, чем меньше в клетке воды, тем больше должна быть ее стойкость к отрицательным температурам. Подсушивание организмов перед погружением в морозную атмосферу способствует их большей морозоустойчивости. Еще более действенно быстрое погружение в морозную среду. Мелкие организмы и отдельные клетки при этом не образуют кристаллов льда, а переходят в особое стеклообразное состояние.

Однако при отрицательных температурах зона активной жизни для животных с переменной температурой и растений очень невелика. Для морской фауны и флоры она лежит между нулем и -1°,8, для наземной примерно такая же.

Максимальной температурой, при которой еще возможна активная полноценная жизнь, надо считать температуру горячих источников – гейзеров (+92°). В них обнаружены бактерии и водоросли. Эти наблюдения чрезвычайно интересны потому, что температурный предел жизни для огромного большинства животных и растений ограничивается моментом свертывания (коагуляции) белка. Для яичного белка эта граница лежит около +75°. Бактерии и водоросли из горячих источников, видимо, обладают особым жаростойким белком, создавшимся в процессе эволюционного приспособления их к жизни в столь исключительных температурных условиях.

Весьма возможно, что могут существовать организмы, способные выдерживать еще более высокие темпкратуры, так как критическая температура находится в прямой зависимости от давления. Это надо помнить, рассматривая вопрос о возможности жизни на Венере.

Рассмотрим теперь фактор давления. Глубоководные драги экспедиции Института океанологии Академии наук СССР подняли многочисленных животных со дна глубочайших впадин мирового океана – с глубины свыше 8 000 метров, где они жили под давлением в 800 атмосфер. (При погружении в воду на каждые 10 метров давление увеличивается на одну атмосферу.) В нефтеносных скважинах советские микробиологи обнаружили живых бактерий на глубине в 1 000 метров. По мнению академика В. И. Вернадского, живые организмы могут встречаться под землей на глубине в 4 000 метров.

В лабораторных условиях удалось создать давления, намного превышающие все известные нам в земных условиях.

Оказалось, что дрожжевые грибки могут выдерживать давление в 8000 атмосфер. Оно примерно в десять раз больше, чем на самых больших глубинах океана.

Разреженную атмосферу различные организмы выдерживают по-разному. Шар-зонд принес споры бактерий и плесневых грибков с высоты 33 000 метров – из пронизываемых мощным космическим излучением заоблачных областей атмосферы. В горах на высоте в 6 200 метров наблюдали рост цветковых растений. Тли были найдены в воздухе на высоте в 8 200 метров, а в экспериментальных условиях мухи оказались способными к размножению при давлении в 25 миллиметров ртутного столба. Из теплокровных животных птицы, повидимому, лучше, чем млекопитающие, переносят разреженную атмосферу. Если человек на высоте в 7 000 метров и при давлении примерно в 225 миллиметров ртутного столба теряет сознание, то крупные горные птицы – кондоры – парят около высочайших вершин (Эверест в Гималаях, высотой в 8 882 метра).

Здесь дается условная таблица существования жизни в зависимости от параметров внешней среды – температуры и давления.

Несмотря на то, что таблица не отражает всех характеристик среды, в частности ее химического состава, она все же отчетливо показывает почти безграничную приспособляемость самых различных живых организмов к внешним условиям. Почти от абсолютного нуля, от -273°, и до +170°Ц простирается область существования жизни! Почти весь диапазон давлений – от 0 до 8000 атмосфер – может быть населен живыми организмами!

В таких границах, обозначенных на таблице пунктирной линией, живут споры бактерий. Они могут существовать на всех планетах, за исключением Плутона, Меркурия, Луны и астероидов.

Приспособляемость червей уже несколько меньше. Круглые черви выдерживают температуру от -240° до +120° и давление от 0,5 до 800 атмосфер.

Споровые растения (границы: температуры от -190° до +93°, давления от 0,5 до 550 атмосфер) могут существовать в условиях Юпитера и Сатурна.

Семена высших растений сохраняют свою жизнедеятельность при температуре от -190° до +120° и давлении от 0,55 до 550 атмосфер.

Насекомые переносят температуру от -80° до +50° и давление от 0,1 до 520 атмосфер. Они могут существовать в марсианских условиях.

Наземные растения переносят температуру от -65° до +80°, давление от 0,4 до 1 атмосферы.

Границы существования млекопитающих простираются от температуры в -65° до +50°. Давление, которое они выдерживают, колеблется от 0,5 до 3 атмосфер.

Цветные прямоугольники, около которых нарисованы планеты, показывают температурные и атмосферные условия на планетах.

Для планет-гигантов данные о температурах взяты по радиометрическим измерениям, для Плутона – по расчетам. Данные об атмосферном давлении этих планет получены из допущения, что эти атмосферы подобны земной и плотность их зависит только от силы тяжести на поверхности планет.

Из сопоставления видно, что температуры и атмосферные давления хотя бы для двух планет – Венеры и Марса – широко захватывают область существования жизни, а для большинства остальных планет не выходят за границы этой области. Во всяком случае, возможность существования на Венере и Марсе даже известных нам, приспособившихся к земным условиям, простейших организмов отрицать нельзя.

С биологической точки зрения не лишена основания гипотеза о возможности существования на планетах-гигантах организмов с большей приспособленностью к низким температурным условиям, чем те, которые имеются на Земле.

Вместе с тем таблица выявила огромные пробелы наших знаний в этой области. Почти не выяснено влияние высокого давления на живые организмы разных классов. Совершенно не изучено комплексное влияние на них различных температур и давлений. Именно этим, а не невозможностью существования там живых существ объясняется наличие «незаселенных» областей в отдалении от осей координат таблицы.

Доктор биологических наук, профессор В. Алпатов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ф. Энгельс, Диалектика природы. Госполитиздат, 1952. Введение (стр. 5-19); «Из истории науки» (стр. 145–158); «Биология» (стр. 238–252); «Естествознание и философия» (стр. 159–165).

Тихов Г. А., Планета Марс. Изд. АН КазССР, 1948

Тихов Г. А., Новейшие исследования по вопросу о растительности на планете Марс. Изд. «Правда», 1948.

Тихов Г. А., Астроботаника. Изд. АН КазССР, 1949.

Шаронов В. В., Марс. Изд. АН СССР, 1947.

Шаронов В. В., Есть ли жизнь на планетах. Изд. «Молодая гвардия», 1950.

Сытинская Н. Н., Есть ли жизнь на небесных телах. Изд АН СССР, 1950.

Сытинская Н. Н., Есть ли жизнь на других планетах. Госкультпросветиздат, 1952.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные свойства главных планет солнечной системы

Рождение астроботаники

Самоизлучение растений

Оптическая приспособляемость растений к высоким температурам

Двойная роль самоизлучения в жизни растений

Растения в суровых условиях существования

Гипотеза о палеоботанике Марса и Венеры

Приспособленность низших организмов к условиям среды

Возможна ли жизнь микроорганизмов на планетах

Перспективы развития астробиологии

Вездесущая жизнь (пояснительный текст к «Таблице жизни»)

Список литературы

Уважаемые читатели!

Присылайте ваши отзывы о содержании, художественном оформлении и полиграфическом исполнении книги, а также пожелания автору и издательству.

Комсомольских и библиотечных работников просим написать о работе, проведенной с этой книгой.

Укажите ваш адрес, профессию и возраст.

Пишите по адресу: Москва, Сущевская ул., 21, издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», массовый отдел.

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЦК ВЛКСМ

«МОЛОДАЯ ГВАРДИЯ»

1953

Редактор В. Пекелис

Худож. редактор Н. Печникова. Технич. редактор М. Терюшин. А02588 Подп. к печ. 4/VII 1953 г. Бумага 70х108 1/ 32=1,06 бум. л.= 2,914 печ. л. + 9 вклеек. Уч. – изд. л. 2,16. Тираж 50 000 экз. Цена 2 р. 50 к. Заказ 964. Типография «Красное знамя» изд-ва «Молодая гвардия». Москва, Сущевская, 21.