А. И. Опарин в своем замечательном труде "Возникновение жизни на Земле" нарисовал очень убедительную картину химической эволюции органических веществ, предшественников "живого вещества" В. И. Вернадского, путем трех основных типов реакций: конденсации первичных органических веществ химического происхождения, полимеризации - гидролиза, и окислительно-восстановительной реакции. А. И. Опарин создал много новых интересных представлений о возникновении жизни, но он недостаточно учитывает роли в этом процессе солнечных и космических излучений, чему В. И. Вернадский придавал большое, почти ведущее значение.
Нижнюю границу области жизни - биосферы - В. И. Вернадский определял на глубине в три и более километра от дневной поверхности. Он делал это на основании планетного значения микробного живого вещества, главным образом анаэробного (живущего в бескислородной среде), достигающего таких глубин. И на всю мощность биосферы, от этой границы в недрах Земли до нижних слоев атмосферы он распространял проявления биогенной миграции химических элементов, биогеохимической энергии организмов, которые, являясь "закономерной функцией биосферы", распределены в ней в строгой связи с ее структурой.
По состоянию знаний того времени о биохимических процессах В. И. Вернадскому о многом приходилось говорить в общей форме. Большей частью он не конкретизировал свои представления о деятельности организмов в круговороте веществ. Этой области вопросов посвятил большие труды академик А. П. Виноградов, уделивший серьезное внимание химизму организмов моря. Ему принадлежит и первая, единственная в своем роде, замечательная схема взаимосвязи между живым и минеральным (косным) веществом для условного эволюционного ряда современных организмов, приведшая его к идее "пирамиды" минерального субстрата жизни, к идее постепенной химической эволюции живого вещества, освобождения его от минерагенной части химических элементов, постепенного отхода организма от использования биогеохимической энергии и перехода к использованию энергии только биохимических превращений. Чем выше уровень химического развития живого однородного вещества, тем меньшее участие в его составе принимают минерогенные химические элементы.
Взаимосвязь жизни и среды обитания В. И. Вернадский иногда определял понятием "биокосное тело", как, например, почва, вода пресного водоема и т. д. Это области, зоны и участки биосферы, где живое вещество перерабатывает геологическую оболочку биосферы, меняет ее физические, химические и механические свойства. В связи с этим "косным" - неживым - В. И. Вернадский называл главную массу вещества биосферы, не входящую в живое вещество,- ее горные породы и минералы, химические элементы которых в процессе биогенной миграции атомов могут "входить в естественные живые тела и уходить обратно". Это проявляется в процессах дыхания, питания, размножения, выделений, свойственных живому веществу, которое он считал "закономерной функцией" биосферы, подчеркивая постоянную теснейшую связь между организмом и средой, что, как он отмечал, "не всегда правильно учитывалось" исследователями. В. И. Вернадский отмечал, что биокосные тела характерны для биосферы. К ним он относил, в частности, и зону выветривания горных пород, которое считал биокосным процессом, подчеркивая биогеохимическую природу разрушения горных пород в коре выветривания.
Мы поставили перед собой задачу проследить влияние живого вещества на минеральное - косное, на основании прежних и новых данных о породо- и рудообразующей деятельности ископаемых автотрофных организмов. Новые материалы повлекли за собой новые выводы, частью очень интересные, касающиеся ряда смежных научных дисциплин. В связи с этим возникла и неотложная необходимость внесения существенных поправок в некоторые взгляды, а именно по вопросу происхождения некоторых горных пород и минералов. Но следует при этом отметить, что наши представления о связи живого и минерального вещества в природе не выходят за общие рамки, гениально очерченные В. И. Вернадским. Мы можем предложить лишь ряд конкретных представлений о некоторых биокосных телах, телах, сложенных живым и минеральным веществом.
Коснемся теперь более детально организмов - концентраторов минерального вещества, минерогенных элементов, косного вещества, расположенных в основании "пирамиды" А. П. Виноградова. Их существовало и существует в природе множество. Есть концентраторы специализированные - автотрофы и работающие биогеохимически, так сказать, "по совместительству" - миксотрофы.
Алюминий химически осаждается в слизистой оболочке бактериями, например рода кренотрикс, содержащими его до 17,7%. Кремний усваивается диатомеями, кремневыми губками и др. Кальций осаждается разнообразными водорослями (синезеленые, красные, харовые и др.). Водоросли осаждают карбонат кальция, поглощая СО2 и Са(НСО3)2. Известен вид бактерий, осаждающих СаСОэ внутри клетки. У других карбонат кальция выделяется в виде кристаллов при распаде их клеточного вещества. Кальций в огромных количествах, как это хорошо известно, потребляют и позвоночные животные, строящие из фосфатов кальция и кальцийорганических соединений свой скелет и различные части организма.
Магний накапливается литотамниями, некоторыми мшанками и др.
Железо, кроме представителей железобактерий, усваивается многими представителями водорослей. По существу оно используется всем миром животных.
Марганец усваивается целым рядом марганцевых организмов, такими как лептотрикс, некоторыми диатомовыми.
Фосфор, в виде фосфатов, отмечался В. И. Вернадским в составе раковин лигнул - брахиопод с роговой раковиной. Роль бактерий в его накоплении ранее исследователями не учитывалась.
Сера является источником энергии для колоссального количества организмов различного систематического положения, от бактерий (тионовые, пурпурные и др.) до высших организмов, поскольку сера непременная составная часть белка.
Из упомянутых организмов для нас особо интересны автотрофные, к которым В. И. Вернадский относил такие 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". Среди автотрофов он различал две группы: зеленые хлорофильные организмы - "главный механизм биосферы, создающий фотосинтезом органические тела", "источник действенной химической энергии биосферы" - и мир автотрофных бактерий.
Массу зеленых автотрофов В. И. Вернадский считал количественно близкой к половине животного живого вещества. Важно отметить, что количество живого вещества, собранное в форме автотрофных бактерий, он считал гораздо меньшим. Об этих бактериях он говорил, что они рассеяны всюду: в почвах, иле водных бассейнов, в морской воде,- но что "нигде нет тех их количеств, которые были бы сравнимы с количеством автотрофной зелени суши, не говоря о зеленом планктоне океана".
Он признавал при этом, что "геохимическая энергия бактерий гораздо выше той же энергии зеленых масс... является максимальной для живых существ". Причину же "малого скопления" живой материи в этой форме он считал связанной с недостаточными количествами находящихся в биосфере не вполне окисленных и неокисленных соединений азота, серы, железа, марганца, углерода. По его мнению, автотрофные бактерии находятся ныне в состоянии непрерывного недостатка пищи, "недоедания". Он отмечал своеобразное "вторичное равновесие между бактериями, восстанавливающими сульфаты и их окисляющими, как это, например, наблюдается в озерных грязях, сырых почвах, морской воде. Такое же равновесие он отмечал между бактериями, окисляющими азот, и гетеротрофами, раскисляющими нитраты. Поэтому главную массу живого вещества В. И. Вернадский считал сосредоточенной в освещенной Солнцем части нашей планеты, где собраны гетеротрофные организмы и автотрофные бактерии, тесно связанные с продуктами жизни зеленых организмов и свободным кислородом. Из этой зоны автотрофы проникают и в темные области биосферы, где нижнюю границу для анаэробов он определял до глубины в 500 м и где размах их жизнедеятельности считал ограниченным.
