Владимир Комаров - Происхождение растений

Но вот ниже, по склону, среди лав и пемзы выступает на дневную поверхность небольшой горячий ключ. Это круглый бассейн, на дне которого кипит вода и прорываются водяные нары, а от него вниз стекает по камням тонкая струя зарождающегося ручейка.

С точным термометром в руках начинаем мы наблюдения. В глубине ключевой воронки термометр показывает 99°, вода в ней совершенно чистая, синеватая. В канавке стока уже в полутора шагах от ее начала при температуре 85° на камнях дна появляются тонкие белые или сероватые пленки. Это колонии бактерий. Несколько ниже, при 82°, к ним присоединяются еще и темные сине-зеленые пленки так называемых циановых водорослей, считаемых справедливо за один из примитивных представителей класса водорослей и являющихся в то же время близкими родственниками класса бактерий.

Следовательно, после крупных вулканических катастроф жизнь легко заносится на склоны вулканов в виде бактерий, и первым ее осуществлением являются бактерии горячих ключей, перерабатывающие минеральные растворы ключевых вод.

В эпоху возникновения жизни на Земле горячие ключи, образовывавшиеся среди непрочной еще литосферы, легко могли стать первым пристанищем жизни. Ключи эти содержат в своих водах весьма разнообразные минеральные соединения, растворяемые перегретым паром и горячей водой на пути ее по трещинам литосферы. Взаимодействие встречающихся при этом растворов и способность их образовывать сложные соединения пока совершенно не изучены. Особенно неясна здесь роль первичных углеродистых соединений неорганического происхождения. Все это необходимо выяснить.

Морская вода представляет собою гораздо большую однородность и, вероятно, никогда не достигала точки кипения, разве в горячих же ключах, выбивающихся иногда в вулканических странах из-под берега.

Кроме того, глубины океана мало благоприятны для простейших организмов, обычно концентрирующихся у его поверхности, там, где в воду проникают и воздух и свет, при небольших давлениях воды.

Предполагая, таким образом, что жизнь зародилась первоначально в горячих ключах, богатых растворами солей, в том числе также и солей угольной и азотной кислот, мы охотнее допускаем зарождение ее простейших форм из неорганических осадков на дне ключей, чем занос из других звездных миров. Этого нельзя доказать, но, может быть, со временем химикам и удастся произвести синтез белков, и тогда вопрос станет гораздо доступнее нашему пониманию, чем это имеет место теперь.

В последнее время открыт ряд организмов (бактериофаг и другие), которые невидимы и о присутствии которых мы узнаем только по результатам их работы. Здесь имеют место характерные явления жизни в виде обмена и размножения, но нет определенной структуры, если не считать молекулярной. Такие организмы ближе к понятию о живом веществе, чем об организмах, так как именно организации-то в них и нельзя открыть[18].

Итак, жизнь некогда зародилась на Земле в виде простейших растительных организмов, не требовавших для своего существования ни света, ни кислорода воздуха, ни органического вещества. Зародилась в виде мельчайших бесструктурных существ, из которых впоследствии образовались остальные.

Отсюда тот живой интерес, с которым К. Маркс и Ф. Энгельс отметили в своей переписке извещение Гексли о якобы открытом им глубоководном организме батибии, состоявшем из белковой слизи. Хотя впоследствии химический анализ не подтвердил этого, самая идея не потеряла значения.

«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения»[19].

Глава IV

КРУГОВОРОТ ЖИЗНИ И КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДЕ

Известно, что если сжечь массу различных растении, предварительно высушив их до постоянного веса, то получится, с одной стороны, водяной пар и углекислый газ, а с другой стороны — зола. Если теперь разложить полученные вещества на элементы, то мы получим в процентах следующие соотношения:

Углерод….. 45

Кислород… 42

Водород…. 6,5

Азот………. 1,5

Остальные: сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо, хлор, кремний, иод, бром, натрий

В то время как первые 4 элемента составляют 95 % общего веса сухого вещества растений, все остальные встречающиеся в их золе простые вещества дают в сумме всего 5 %. Тем не менее, без серы, фосфора, калия, кальция, магния и железа, как показывают точные опыты с культурами на минеральных растворах, растения существовать не могут.

Жизнь растений тесно связана с поглощением элементов, составляющих их тело. Обмен веществ — главная и наиболее важная для нас работа растений. Посмотрим, откуда они заимствуют эти элементы и куда отдают их по использовании. Надо иметь в виду, что растения не поглощают твердой пищи, не имеют пищеварительной полости, а питаются водными растворами необходимых для их дыхания и роста веществ, которые поглощают путем всасывания корнями и внутренними частями мякоти листьев. Для того, чтобы выяснить значение и перемещения каждого из существенных для жизни растений элементов, прибегнем к методу выяснения того круговорота веществ, который постоянно происходит на Земле, то переводя интересующий нас элемент в свободное состояние, то снова связывая его в составе сложных соединений, входящих в состав тела растений или участвующих в их обмене с внешней средой.

1. УГЛЕРОД

Согласно сводке В. И. Вернадского (Геохимия, 1927), среднее содержание углерода в земной коре соответствует 0,4–0,5 % от общего ее веса. В странах, богатых известняками (углекислый кальций), количество углерода выше и достигает 10–12 %. Но во всех подобных случаях значительная часть этого запаса углерода образовалась за счет остатков живых существ и, особенно, растений, погребенных под слоями наносов.

Первичными соединениями углерода, возникшими помимо участия организмов в его накоплении, как показывают химические исследования продуктов вулканизма, являются углекислота, окись углерода, углеводороды, наконец, некоторые производные муравьиной кислоты, которая может образовываться при высоких температурах путем восстановления углекислоты в присутствии воды.

Угольная кислота, как уже упоминалось, выделяется вулканами в огромных количествах и затем более или менее равномерно распределяется в атмосфере. Как известно, она составляет 0,03 % общего веса нижних слоев атмосферы. И хотя углерод составляет только 3/11 веса углекислоты, а остальные 8/11 приходятся на кислород, тем не менее общий запас углерода в атмосфере исчислен в 800 биллионов кг.

Углекислота[20] воздуха, как и все газы, способна диффундировать, т. е. равномерно распределяться во всем доступном ей пространстве. Сквозь невидимые глазу отверстия в кожице листьев, называемые устьицами, она проникает во внутренние полости листа, воздушные ходы, и здесь растворяется в жидкости, смачивающей оболочки живых клеток мякоти листа. Водный раствор углекислоты встречает внутри клеток зеленые хлорофильные зерна и при их содействии разлагается действием солнечных лучей, распадаясь на углерод и кислород. Кислород выделяется наружу, а углерод вступает в соединение с элементами воды, кислородом и водородом и образует тройные соединения, называемые углеводами, причем основным соединением этого рода приходится считать виноградный сахар, или иначе глюкозу. Далее идут крахмал, тростниковый сахар, клетчатка и многие другие менее распространенные тела той же химической группы углеводов.

В процессе дыхания растение, поглощая из воздуха свободный кислород, снова образует углекислоту за счет углеводов и отдает ее назад атмосфере. Процесс этот называется также диссимиляцией и сопровождается потерей в весе, тогда как усвоение углерода углекислоты — ассимиляция дает увеличение веса.

В тех случаях, когда кислорода недостаточно для полного окисления сахара на углекислоту и воду, возникают обычно процессы брожения, дающие при распаде сахара выход спирта и углекислоты. Значительная часть поглощенного растением углерода утилизируется им на постройку его тканей и отдается обратно только после его гибели, когда процессы гниения и брожения разложат и древесину и другие части растения с конечным образованием тюх же углекислоты и воды, метана и пр.

В самом растении углевод претерпевает весьма сложные превращения, входя в состав живого вещества, а также в образуемые растением запасы.

С превращениями углерода тесно связаны превращения солнечной энергии, поглощаемой зелеными растениями одновременно с углекислотой. При усвоении углерода и образования углеводов поглощается масса энергии и вся она переходит в потенциальную химическую энергию углеводов. Если вместо углеводов образуются жирные масла, или за счет углеводов и жирных масел путем присоединения к ним азотистых соединений образуются белки или протеины, то и в них вводится потенциальная химическая энергия, заимствованная от Солнца.