Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Шрифт:
Термитники в тропиках и «крепостные» сооружения в пустынях, сусликогенный рельеф полупустынь и бобровые луга лесной зоны — примеры грандиозной механической деятельности живого вещества в наземных экосистемах. С неменьшим успехом эта деятельность осуществляется живым веществом и в морских экосистемах.
На дне моря, как и на суше, организмы роют себе укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте. Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но некоторые из них, например миа, роют норы, которым позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров. В зоне прибоя и на перемываемом волнами песке — вот беда! — норы не выроешь и гнездо не совьешь. Приходится сверлить скальные породы. И сверлят. Сверлят водоросли и губки, бактерии и моллюски, цианобактерии, полихеты, морские ежи, рачки, мшанки… При этом,
Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Источенные ими породы находят даже в докембрийских отложениях, и поныне они продолжают свою разрушительную работу. Сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает иногда катастрофические последствия. Когда недавно в районе Сочи в результате непродуманного строительства берег лишился гальки, он начал отступать со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады, которые заселили каждый метр скального берега, сложенного сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был найден выход: берег стали укреплять поперечными стенками, а между ними засыпать гальку. В результате сверлильщики были уничтожены: движущаяся под ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную деятельность производит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб — он проник во многие реки и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает плотины.
Механическая деятельность живого вещества в значительной мере определяет микрорельеф морского дна. Положительные формы рельефа создаются активными фильтраторами и морской растительностью, скрепляющей отложения, а отрицательные — теми бентосными организмами, которые активно взмучивают ил: бентосными рыбами, декаподами, морскими ежами. Амплитуда микрорельефа обычно не превышает 30—50 см, однако угри, например, способны создавать и более глубокие воронки — до 1 м при диаметре до 3 м. В тропических и субтропических морях дно в прибрежной зоне обычно сплошь перерыто креветкой, выбросы которой имеют форму конусов высотой от 6 до 50 см. А в Баренцевом море в мелководных заливах с илисто-песчаным грунтом микрорельеф дна определяется конусами выбросов морских червей с высотой 15 см и диаметром основания 20 см. Невольно возникает аналогия с сусликогенным рельефом полупустынь (правда, поверхность морского дна более сглажена воздействием волн). Характер геологической деятельности II рода, осуществляемой живым веществом, оказывается принципиально сходным в море и на суше.
В. И. Вернадский, как мы упоминали в начале главы, подразделял геологическую деятельность живого вещества по характеру протекающих процессов. Несколько иначе подошел к этому вопросу современник Владимира Ивановича Н. И. Андрусов. Он писал, что химическая деятельность организмов вообще, имеющая геологическое значение, может быть сведена к двум категориям: во-первых, к образованию на наружной поверхности или внутри их твердых выделений, способных сохраняться; во-вторых, к образованию жидких и газообразных выделений, способных вступать в различные химические реакции с окружающим неорганическим миром. По существу, эту же мысль развивала на современном материале ленинградский микробиолог, доктор биологических наук Т. В. Аристовская. Она указала, что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий). В табл. 4 совмещены классификационные подходы Вернадского (горизонтальные ряды) и Андрусова — Аристовской (вертикальные столбцы).
Таблица 4
Характер и локализация процессов, осуществляемых живым веществом
| Род геологической деятельности | Характер процесса \ Где протекает процесс | Внутри организма | Вне организма |
|---|---|---|---|
| I | Химический (биохимический) | Переваривание пищи, построение тела организма | Выделение во внешнюю среду продуктов метаболизма и экскретов; внеклеточное пищеварение |
| II | Механический | Пропускание через желудочный тракт грунтоедов и илоедов неорганических компонентов пищи, не подверженных перевариванию | Перемещение неживого вещества организмами в ходе жизнедеятельности |
Каковы же функции
Таблица 5
Основные функции живого вещества в биосфере
| № п/п | Функции | Краткая характеристика происходящих процессов |
|---|---|---|
| 1 | Энергетическая | Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии — путем разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества |
| 2 | Концентрационная | Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества: а) используемых для построения тела организма; б) удаляемых из него при метаболизме |
| 3 | Деструктивная | 1) Минерализация необиогенного органического вещества; 2) разложение неживого неорганического вещества; 3) вовлечение образовавшихся веществ в биотический круговорот |
| 4 | Средообразующая | Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества) |
| 5 | Транспортная | Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении |
Энергетическая функция проявляется в ассимиляции живым веществом энергии и передаче ее по трофической цепи. Установлено, что на собственные нужды организмы расходуют не более 10—12% ассимилированной ими энергии; остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в биогенном веществе. После перехода в ископаемое состояние энергия «консервируется» в земной коре и служит энергетической базой для экзогенных геологических процессов.
Живое вещество является довольно совершенным приемником солнечной энергии. Вернадский подсчитал, что если поверхность Земли составляет едва 0,0001% поверхности Солнца, то суммарная поверхность ассимиляционного аппарата растений — от 0,86 до 4,2%. Измерения, произведенные красноярскими биофизиками в конце 70-х годов, подтвердили порядок величин, полученных В. И. Вернадским.
Еще совсем недавно солнечная энергия считалась единственным энергетическим источником всех биотических процессов. При этом считалось, что и хемоавтотрофы используют энергию, когда-то ранее ассимилированную фотоавтотрофами и в дальнейшем законсервированную в метабиосфере. Сейчас, однако, показано, что живое вещество с успехом может использовать и «первичную» эндогенную энергию: абиссальные рифтовые сгущения жизни, описанные в предыдущей главе, потребляют эндогенный сероводород и энергетически независимы от солнечного излучения. Масштабы этого новооткрытого приемника энергии пока трудно оценить, но факт остается фактом: живое вещество ассимилирует энергию из обоих источников, поступающих в биосферу, — космического и эндогенного. А в итоге, как четко сформулировал французский ботаник Г. Гегамян, «энергетический баланс планеты как космической системы зависит от живого вещества».
В «Путешествиях Гулливера» Дж. Свифта мимолетно описан член Великой Академии Лапуты, восемь лет разрабатывающий проект извлечения энергии из огурцов и хранения ее в герметически закупоренных склянках. Неизвестно, решил ли эту проблему лапутянский труженик науки, но человечество в течение тысячелетий, действительно, использовало исключительно энергию, заключенную в живом веществе (правда, не в огурцах, а в дровах). Первые трудности возникли в середине прошлого века. В «Вестнике естественных наук» за 1847 г. можно прочитать следующее: «Ныне, когда в скором времени железные дороги прорежут Россию в разных направлениях, когда уже в Москве за сносную сажень березовых дров случается платить по 45 рублей ассигнациями, ныне по необходимости общее внимание обращено на приискание нового горючего материала, который ожидают получить или в каменном угле, или в торфе».