Текстуральная концепция Биосферы

Оглавление:

ПРЕДИСЛОВИЕ.
ГЛАВА 1. ЛИНЕЙНАЯ ДОМИНАНТА В ПОНИМАНИИ ПРИРОДЫ ЖИВОЙ МАТЕРИИ:
Введение.
1.1. В системе естествознания не определен предмет огромной науки – биологии.
1.2. Линейный порядок в природе и в жизни человека.
1.3. Всеобщий закон ассоциации идентичных и квазиидентичных образований.
1.4. Главная загадка жизни: изначальное разрушение оптической симметрии. В чем его биологический смысл?
1.5. Как, каким путем могло произойти разрушение оптической симметрии в начале жизни?
1.6. Возникновение универсальной биолингвистики.
1.7. Было ли время у эволюции на эволюцию?
1.8. Диктатура генетической (полинуклеотидной) нити.
1.9. Линейный принцип биологической архитектоники.
1.10. Жизнь: свобода в объятиях паутины.
1.11. Линейное преобразование природы.
Заключение.
ГЛАВА 2. ВСЕЛЕНСКИЙ АРБОРЕТУМ:
Введение.
2.1. За отдельными деревьями как-то не заметили леса...
2.2. Сердцевина Мироздания.
2.3. Корни и кроны.
2.4. Дивергенция и бифуркация.
2.5. Ветвящаяся Вселенная.
2.6. «Но древо жизни вечно зеленеет!».
Заключение.
ГЛАВА 3. ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА:
Введение.
3.1. Незамеченная общебиологическая закономерность эволюционного морфогенеза.
3.2. Первыми деревьями были животные. Наружное и внутреннее ветвление.
3.3. Крутой поворот в эволюции биосферы: укоренение жизни в континентальной коре выветривания.
3.4. Великий симбиоз: происхождение эукариотной клетки
3.5. Происхождение многоклеточных животных.
3.6.  Долгий путь к разуму.
Заключение.
ГЛАВА 4. БИОСФЕРА В ОБЪЯТИЯХ ПАУТИНЫ:
Введение.
4.1. Пауки не были первыми.
4.2. Грибная паутина.
4.3. В сетях высших растений.
4.4. В сетях рукотворных.
4.5. «Нитебоязнь», или нематофобия.
4.6. Океан в паутине: побочные эффекты рыболовного промысла.
4.7. Феномен синтетической паутины.
4.8. Экологический проект «геотекстиль».
Заключение.
ГЛАВА 5. СОЛЬ БИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ:
Введение.
5.1. Соль нужна всем!
5.2. Минеральная компонента органической жизни.
5.3. Минеральный кризис в биосфере и способы его разрешения.
5.4. Главная солонка биосферы.
5.5. Как был посолен первичный Океан.
5.6. Парадоксы океанического плодородия.
5.7. Океанический предшественник континентального почвенного плодородия.
5.8. Океанические черты континентальной жизни.
5.9. Биосфера на гидропонике.
5.10. Экологический парадокс дождевого тропического. леса: процветающая жизнь при отсутствии почвенного плодородия.
5.11. Генеральное направление эволюции: от высоких деревьев – к низким травам.
5.12. Под властью травянистой растительности.
5.13. «Хитрость разума»:
овладение континентальным почвенным плодородием.
5.14. Агрохимическая зависимость цивилизации.
5.15. Минеральная память о прошлом биосферы. Палеонтологическая летопись.
5.16. Геохимический парадокс динозавров.
Заключение.
ГЛАВА 6. ТУК ЗЕМЛИ:
Введение.
6.1. Ошибка Людвига Больцмана.
6.2. В объятиях паутины.
6.3. Создатель и хранитель земного плодородия - два в одном.
6.4. Культурная революция в биосфере.
6.5. Как же быть без царя?
Заключение.
ПОСЛЕСЛОВИЕ. ВСЕЛЕНСКАЯ ПАУТИНА.


Биосфера не имеет реальной альтернативы для выживания человеческой цивилизации. Надежда на то, что Космос поможет Земле, спасет людей, если они погубят Биосферу, иллюзорна. Это очередное и к тому же вреднейшее заблуждение человеческого ума. Не ищите спасения вне Биосферы Земли!

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сначала  определимся с понятием «биосфера». Нередко под биосферой понимают совокупность всех живых организмов и всех биологических видов, обитающих на планете Земля или (и) область (сферу) их распространения на планете. Что в корне неправильно. Биосфера – это поверхностно-планетарная оболочка, представленная живым веществом, и в то же время, глобальная экосистема Земли. Стало быть, биосфера есть понятие геобиологического порядка.

Теперь, что значит текстуральная. Это слово происходит от греч. texo - тку, сплетаю и лат. textum – ткань.

Текстуральность - коренное понятие моей концепции Биосферы. Но есть и другие, с ним связанные  ключевые понятия.
 
Нить (греч. nema – одномерная, линейная структура, длина которой значительно, на порядки, превышает ее поперечные размеры). Нематоморфизм (нитеобразие, нитеподобие, нитеформие). Нематостатика (ограничение подвижности какого-либо объекта, главным образом биологического) с помощью нити и ее текстуральных производных.

Дерево (лат. dendron – ветвящаяся центрально-периферическая система, способная к тому же истончаться своими конечными терминалами до нити (так что dendro переходит в texo). Дендроморфизм (древоподобие). Дендро-морфогенез (становление и развитие, процесс, результатом которого является дерево).


Учение о биосфере - крупнейшее естественнонаучное и мировоззренческое достижение современности. Его фундаментальные положения, сформулированные В.И. Вернадским, получили дальнейшее развитие и разностороннюю интерпретацию (с точки зрения теории биологической эволюции и философской методологии, геологии и геохимии, почвоведения, физической географии, кибернетики, генетики, энергетики), что нашло отражение в обширной мировой литературе.

Все это не означает, однако, что в данной  области знания не осталось места для дальнейших теоретических изысканий (причем фундаментального порядка), а также и для новых практических выводов.

Здесь я хочу взглянуть на охваченную жизнью земную оболочку с нетрадиционной стороны, а именно с точки зрения морфологической и особенно экоморфологической структуры живой материи.

При этом я остаюсь верен своему кредо: «Знать и понимать – не одно и то же. Можно знать (и даже много), но не понимать. Можно видеть - и не замечать». Знание – сила! Но и понимание – сила! Мое исследование будет построено на понимании выверенных фактов, в ряде случаев  - на их нетривиальной научной интерпретации, особенно касаемо некоторых вопросов биологической эволюции, а также структуризации и функционирования биосферы.

Поскольку биосфера начиналась с появлением жизни на Земле, начну и я свое повествование с самого начала, то есть с моего понимания природы живой материи.

ГЛАВА 1. ЛИНЕЙНАЯ ДОМИНАНТА В ПОНИМАНИИ ПРИРОДЫ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Я хочу узнать, как Господь создал этот мир.    Мне неинтересно отдельно то или иное явление, спектр того или иного элемента;   я хочу знать Его мысли. Всё остальное – детали.
А. Эйнштейн


ВВЕДЕНИЕ

Исторически сложилось так, что научная мысль, в своих попытках раскрыть сущность жизни, сосредоточилась главным образом на функциональных аспектах этого сложнейшего космического феномена, а с некоторых пор - и на возможности его описания мерой абстрактной сложности, безотносительно уже к какому-либо конкретному материальному субстрату. Развитию именно такой, отвлеченной и умозрительной тенденции в значительной мере способствовали математики (А.Н Колмогоров, А.А. Ляпунов), кибернетики (Н. Винер, А.А. Берг) и астрофизики (Ф. Дайсон, Ф. Хойл).

«Жизнь есть скорее процесс, чем структура», - утверждал создатель общей теории систем Л. Берталанфи. «Химическим аспектам возникновения жизни я придаю большее значение, нежели физической форме», - подчеркивал в своих трудах выдающийся физик-кристаллограф Дж. Бернал. «Сущность жизни связана с организацией, а не с субстанцией», - вторил им позднее Ф. Дайсон. Этот могучий лейтмотив, заданный в свое время столь крупными научными авторитетами, настойчиво повторяется и ныне в различного рода публикациях, особенно философского характера.

Мной сделана попытка отойти от этих устойчивых стереотипов и посмотреть на столь многосложный предмет иначе, под другим углом зрения. Разумеется, с самых общих, принципиальных позиций, но опираясь при этом, все-таки, на строгие и выверенные научные факты. По традиции, идущей от Э. Шрёдингера, я вновь задался вопросом: «что же такое жизнь?». Но теперь уже, с иной стороны. С точки зрения конструирования живой материи. Жизнь - это только процесс или еще и структура? - спросил я себя.
 
При всем этом всякого рода произвольные постулаты, абстрактные и запредельные метафизические представления о жизни были оставлены в стороне, за рамками моего исследования. Я ограничился той реально наблюдаемой, вещественной формой жизни, которая существует на Земле около четырех миллиардов лет и таит в себе столько неразрешенных загадок, что их вполне хватило бы еще на многие поколения исследователей. Именно той жизнью, которая с удивительным постоянством и упорством очень скоро заводится в каждой теплой деревенской луже.


1.1. В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ НЕ ОПРЕДЕЛЕН ПРЕДМЕТ ОГРОМНОЙ НАУКИ - БИОЛОГИИ

Едва ли найдется ныне специалист (даже весьма авторитетный в ученом мире), способный дать вполне обоснованное определение жизни, которое не встретило бы аргументированных возражений.

Мы и в самом деле не знаем, что такое жизнь. Та обыкновенная (но в то же время пока единственно доступная нашим органам чувств) - видимая, вещественная, телесная, белково-нуклеиновая. Которая с удивительным постоянством и упорством заводится в обыкновенной луже, где бы та ни возникала.
То есть мы способны, конечно, вследствие своего практического опыта отличить живой объект от неживого. Мы вроде бы знаем, о чем идет речь, когда говорят «жизнь», «живое», но не в состоянии дать этому понятию конструктивного научного определения.

Известный в прошлом биолог-теоретик Э. Бауэр, кажется, первым (в 1935 г.) обратил внимание на парадоксальное обстоятельство, состоящее в том, что в системе естествознания не определен предмет целой науки - биологии. Правда, в то время еще не был известен механизм матричного синтеза на молекулярном уровне, не имелось представления о конвариантной редупликации, не были открыты пространственная структура молекулы ДНК и генетический код. Но вот что пишет спустя 40 лет (когда это и многое, многое другое стало в естествознании уже научными фактами) один из основателей отечественной молекулярной биологии В. Энгельгардт: «По-прежнему остается непознанной самая коренная, величайшая задача - сущность, природа самого явления жизни. Мы лишь уверены в том, что находимся на пути к этому решению, но трудно сказать, каково расстояние, отделяющее нас от цели».

С тех пор еще прошли десятилетия. Биологическая наука, как и естествознание в целом, обогатились новыми фактами и грандиозными открытиями. Однако расстояние до упомянутой цели от этого нисколько не сократилось. Часто цитируемое утверждение В. Вернадского о существовании коренного отличия живого вещества от косной материи, об отсутствии плавных переходов между ними (на этом, кстати, в свое время упорно настаивали виталисты) научно не подтверждается. Мы неизменно сталкиваемся с невозможностью однозначно провести разделительную линию  и не знаем когда, с какого момента сказать: «жизнь», «живое» (не имеем такого признака, который сам по себе позволил бы сделать это резко, твердо и безоговорочно).

Взять, к примеру, кристаллический панцирь Земли - олицетворение косности, инертности и неподвижности (с точки зрения биолога). Разве не достойны удивления рост минерального кристалла за счет элементов среды, его способность к регенерации? Это не простое увеличение числа связанных атомов, а процесс, с необходимостью включающий в себя условие постоянной репродукции заданного типа структуры, по существу - процесс самоорганизации. Информация о будущем кристалла закодирована в структуре его исходных компонентов. С виду холодные и бесчувственные, кристаллы рождаются, живут и умирают, ведут борьбу за существование, осваивают пространство. Вытесняют и пожирают друг друга. Устают и отдыхают, издавая при этом звуки. Им свойственны процессы размножения, питания (поглощения), созидания и разрушения, обмен веществ, чувствительность и раздражительность, столь характерные для живых организмов. А это значит, что в функционировании кристалла воплощен прообраз механизма информационного управления.

Согласно синергетической концепции самоорганизации, таким механизмом в значительной степени обладает всякая находящаяся вдали от термодинамического равновесия (то есть имеющая большой запас свободной энергии) диссипативная система неживой природы (в особенности автокаталитическая). По достижении состояния крайней неустойчивости и нестабильности такая система способна бифуркировать, создавать порядок из хаоса, повышать ценность содержащейся в ней информации путем отбора мод, наиболее резонансных системе, и тем самым прогрессивно эволюционировать от простого состояния - к сложному.

Вообще говоря, любая системная единица неорганической материи уже в силу своей структурности способна к распознаванию, оценке, выбору и переработке информации, что создает определенные условия для ее самоорганизации и самообучения. В природе нет абсолютной границы между структурно связанной и свободно циркулирующей информацией. И в живых, и в неживых системах они не только неразрывны, но и взаимно предполагают друг друга. В последнем случае отсутствует лишь высокоразвитая способность организационного использования информации, которой в полной мере обладают лишь живые объекты.

И выходит (если еще учесть тождество химических кларков живого вещества биосферы и косного - литосферы, коллоидальное состояние коры выветривания и цитоплазмы клеток, генетическое единство геологических и биологических процессов, наконец, отсутствие в космосе хирально чистых органических соединений с четко выраженной оптической асимметрией), что земная жизнь, как это и предвидели интуитивно древние мыслители, есть плоть от плоти Земли.

По современным научным представлениям, она отличается от неживой природы главным образом соотношением между веществом, энергией и организацией, а также мерой упорядоченности, сложности, увеличением веса и функциональной значимости информации в общей сумме материи. Пытаясь проникнуть в сущность феномена жизни, мы вынуждены ограничить сферу своего знания лишь доступными нашему наблюдению явлениями жизни. Мы в состоянии говорить лишь о том, в чем проявляется более высокое качество живого, чем оно превосходит в тех или иных отношениях состояние вещества, присущее неживой природе. Но не более того!

1.2. ЛИНЕЙНЫЙ ПОРЯДОК В ПРИРОДЕ И В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Несмотря на множество научных определений, дефиниций и формулировок разного рода мы не знаем до сих пор, что такое жизнь в сущностном плане. Как и не знаем, где, когда и при каких обстоятельствах (на Земле или вне Земли) она впервые возникла. И я этого не знаю. Но у нас есть достаточные основания считать, что принципиально важным (определяющим) шагом, сделанным Природой (по завершении химической эволюции Вселенной) в направлении биосинтеза (или, как говорят еще, биопоэза), явилась линейная организация некоторых идентичных микрообразований на молекулярном уровне (в отличие от господствующей в мире трехмерной кристаллической решетки). Почему так, а не иначе? И какая властная сила всегда влекла человека к линейному построению?

Линейный принцип выстраивания смыслонесущей конструкции

В многовековой человеческой практике (в разные времена, по разному поводу, осознанно и бессознательно, а подчас и независимо друг от друга) возникали различные технические решения, которые настойчиво повторяли в той или иной форме линейный принцип записи, хранения и воспроизведения всякого рода кодированной информации. Сначала для памяти люди наносили по дереву или камню выстроенные в ряд зарубки, завязывали на нити различные узелки, нанизывали на нее те или иные предметы, имевшие условно-смысловое значение. Позднее появились литерное письмо, числовые ряды, нотная строка, грампластинка, телеграфный текст, кинолента, магнитная дорожка, кардио-, энцефало-, аудио- и тому подобные технограммы, компьютерные диски...

Очевидно, только на линии достигается последовательное выстраивание, перестановка и комбинирование элементов множества. Только так осуществляется их полная иерархизация (упорядочение): каждое звено в цепи занимает единственное, строго определенное и только ему принадлежащее место - после чего-то, перед чем-то. Линейная выстроенность смыслонесущей конструкции ориентирует на восприятие ее содержания как единого целого, отсекая всевозможные ответвления, которые в него бы не вписывались. Вся внутренняя организация линейной строки текста направлена на то, чтобы предполагаемый читатель однозначно и как можно скорее воспринял структуру и логическую схему передаваемого содержания. Наконец, и это крайне важно, линейный порядок наиболее доступен не только для считывания, но и для воспроизведения кодированной информации.

"Встаньте в черёд, не толпитесь!", - говорят в народе.. В нашем языке изобилуют устойчивые словосочетания «живая очередь», «поставить на очередь», «пропустить очередь», «вне очереди»... Глубокий смысл несут, оказывается, эти простые и  до боли знакомые нам слова. Почему в армейских подразделениях принято линейное (по очереди, друг за другом) построение пехотинцев? Да потому, что так все они вместе и каждый в отдельности всегда на виду. Их легко наблюдать, ими удобно управлять (например, выстраивать в шеренгу, а при необходимости - немедленно перестраивать в колонну), используя для этого в командно-информационной системе минимум звуковых кодовых сигналов (типа «первый-второй»). Неупорядоченной толпой управлять намного труднее и нельзя держать в поле зрения одновременно всех: в толпе можно и затеряться.

Жизнь есть литературное произведение Природы!

Но вот что здесь и во всем этом наиболее для нас примечательно! Именно таким образом, то есть аналогично линейной строке текста, записанного отдельными литерами, осуществлено на молекулярном уровне полное и точное описание живого организма во всех мельчайших подробностях, включая потенциальные возможности, специфические особенности и наклонности каждого индивидуума. Ведь, как это ни парадоксально может показаться, но всякий биологический вид есть по существу литературное (от лат. littera - буква) произведение Природы, созданное ею по определенным «грамматическим правилам» и выпущенное в свет задолго до того, как у людей появилась письменность, а тем более была сдана в типографический набор первая рукопись.
Судьба каждого биологического индивидуума (включая человека) по самому большому счету изначально держится на тонкой, очень длинной в масштабах микромира, но в то же время достаточно жесткой материальной нити, которую при определенных условиях можно потрогать, измерить, разделить на части, смотать в клубок, сфотографировать и т. д.

Современная технология создания генетически модифицированных организмов основана на тончайших микроманипуляциях, и потому, конечно, крайне сложна в деталях. В общих же чертах (в принципе) суть ее довольно проста: с помощью специальных биологических ножниц (в их роли выступают особые белки-ферменты) генетические нити, принадлежащие разным организмам, нередко очень далеким друг от друга, режут на части, которые затем соединяют (сшивают) концами в заданном порядке (подобно тому, как поступают с кинолентой при монтаже фильма). В результате организм, которому включили в его генетическую программу фрагмент нового текста, приобретает и новые качества. Тем самым открываются фантастические возможности рукотворного и преднамеренного конструирования организмов с заданными свойствами.

Достижения генной инженерии, уже позволившие решить ряд очень важных практических задач, представляют в то же время огромный познавательный интерес. Они вплотную и, что очень важно, на бесспорной экспериментально-фактической основе подводят нас к пониманию сущности жизни, обнажают сокровенные (святая святых!) механизмы ее творения. Они не оставляют сомнения в том, что: 1) именно одномерно организованная строка литерного текста изначально легла в основу будущей  жизни и 2) дальнейшая работа Природы над ней, связанная с обогащением ее семантикой, «редактированием» и «корректированием», привела к возникновению на Земле первых живых организмов и созданию в дальнейшем всего наблюдаемого ныне биоразнообразия.

Но, как говорится, «быстро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Разумеется, для реализации этой грандиозной акции Природе потребовалось в процессе длительной эволюции подключение и оптимизация совершенно необходимых и весьма непростых для научного понимания условий и материально-энергетических ресурсов. Анализ этой стороны дела не входит в мою задачу. На этот счет имеется обширная специальная научная литература. Наиболее полная сводка, включающая новейшие достижения мировой науки представлена в недавно вышедшей монографии Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности до 
Мне же важно здесь (как это и определяет эпиграф к моей публикации) акцентировать внимание читателей на фундаментальном, доминантном принципе в понимании сути самого конструирования живой материи.

Полинуклеотидная нить, как бы мы ее ни представляли в молекулярно-биологическом и биохимическом свете, есть строка литерного текста, который набран предельно мелким «шрифтом» (т. е. элементами молекулярной структуры) из малого числа букв. В ДНК их всего четыре: аденин, гуанин, тимин, цитозин, - поэтому такой текст предрасположен к легкому и быстрому прочитыванию и воспроизведению при минимальных энергетических затратах, хотя сама строка достигает колоссальной длины - до 3,5 млрд. нуклеотидных пар.

В этой строке при необходимости может быть закодирован такой объем информации (путем образования из литер определенных «слов», «фраз» и других смыслонесущих конструкций), что для простейшего изображения последней с помощью четырех букв русского алфавита (а, г, т, ц), соответствующих указанным нуклеотидам и плотно выстроенных в одну линию, потребовался бы миллион страниц типографского текста. А это не одна тысяча увесистых томов. Вот для наглядности ничтожно малый фрагмент генетического текста, описывающего человека:

«…ааацгтгаацтцгтцгцатттццаагцццатагцгцттгцааттгтаатт…»

Проблема лишь в том, как расположить текстообразующие элементы, в каком порядке, в соответствии с какими «грамматическими правилами», а главное, кому все это под силу, каков должен быть Литератор? Ведь сами по себе буквы не несут никакого смыслового значения до тех пор, пока не будут соединены в те или иные слова. Но из одинаковых наборов слов, как мы знаем, можно составить галиматью, но можно и сочинить великую поэму (каковой в сущности, если продолжить наши аналогии, и стал каждый биологический вид, обитающий ныне на Земле).

Общность пространственной организации (сродство линейному порядку) полинуклеотидов и полипептидов сыграла не последнюю роль в том, что в процессе эволюционного созидания жизни открылась возможность для своеобразной транслитерации - передачи текста, написанного с помощью одного алфавита, средствами другого, т. е. возможность перекодирования линейной последовательности нуклеотидов в линейную же последовательность аминокислот, в которой закодирована трехмерная структура белков. «Симбиотически» дополнив друг друга и утратив уже способность существовать и функционировать отдельно, эти две принципиально необходимые для жизни линейно организованные системы поделили между собой потоки информации (полинуклеотиды), а также вещества и энергии (полипептиды), которые в своем неразрывном единстве и составили фундаментальную основу белково-нуклеиновой жизни.

Итак, первичное, главенствующее, определяющее, фундаментальное значение для происхождения живого на фоне неодушевленной природы имела линеаризация материи, в результате которой некоторые атомы и молекулы (мономеры) выстроились в ряд и, соединившись, заняли определенное, строго фиксированное положение. По существу реализовался все тот же, хорошо знакомый нам из практики принцип: «встаньте в черед, не толпитесь!». Именно это обстоятельство явилось пусковым механизмом созидания жизни, тем первоисточником, откуда пошла-побежала в будущее ее нескончаемая нить-строка. Ибо, что бы там ни говорили и ни фантазировали, а жизнь (если иметь в виду ее единственное, достоверно известное нам состояние) - это природная самоорганизующаяся  система, в основу которой положена линейная строка генетического текста, или, попросту говоря, генетическая нить. И, поскольку в нашей необъятной, но в то же время изотропной и однородной Вселенной действует одна и та же физика, трудно допустить, чтобы внеземная вещественная жизнь (если только она существует) была организована где-то в ее пределах на принципиально иной геометрической основе.

1.3. ВСЕОБЩИЙ ЗАКОН АССОЦИАЦИИ ИДЕНТИЧНЫХ И КВАЗИИДЕНТИЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Итак, принципиальное значение для возникновения живой системы на фоне неодушевленной природы имела линеаризация материальных образований, в результате которой некоторые атомы и молекулы (мономеры) выстроились в ряд и, соединившись, заняли определенное, строго фиксированное положение (перед чем-то, после чего-то). Именно это обстоятельство, открывшее возможность линейной записи (а затем хранения и воспроизведения) кодированной информации на молекулярном уровне, явилось пусковым механизмом созидания жизни, ее первоосновой и ее первоисточником.
Но как могла космическая эволюция выйти на этот путь в контексте самоорганизации, в силу каких причин и следствий?

В природе наблюдается удивительная закономерность: однородные элементы (материальные образования как носители идентичных свойств и качеств) стремятся к объединению и обособлению. Подобное притягивается подобным, однородности имеют склонность к плотной упаковке.

Пути к достижению такого эффекта бывают разные. Движущие силы и механизмы реализации этой тенденции могут сильно отличаться друг от друга в зависимости от происхождения и специфики конкретного объекта. Но результат, в принципе, всегда один и, более того, - он вполне очевиден. Вот некоторые примеры:

Относительное содержание химического элемента золота составляет на Земле ничтожно малую величину - 0,0000005%. Казалось бы, в чистом виде он не должен существовать в природе. Тем не менее, известна не только    высокая концентрация этого металла в некоторых рудах. Встречаются довольно увесистые   самородки золота, которые представляют собой средоточие огромного количества однородных атомов.

В котлах тепловых электростанций, во избежание накипи, применяют, как известно, наиболее чистую воду. Атомы меди составляют в такой воде миллионные доли процента. Тем не менее, на стенках котлов с течением времени вырастают в процессе эксплуатации обособленные комки (агломераты) чистой меди массой до нескольких килограммов.
Эти примеры являются отражением широко распространенного и очень значимого класса физических явлений и процессов, называемых кристаллизацией. О том, насколько широко и масштабно распространена кристаллизация в природе, свидетельствует твёрдая часть Земли (литосфера), представляющая собой мощный кристаллический панцирь, охватывающий всю планету слоем, толщиной в десятки и сотни километров.

Теперь обратимся к объектам живой природы. Если растереть в однородную кашицу ткани печени и почки, то сохранившие жизнеспособность клетки будут активно выделяться из общей массы и фракционироваться («кристаллизоваться») посортно. Живые клетки ведут себя в данной ситуации по принципу «возьмёмся за руки, друзья!».

Возможно, нечто подобное (то есть объединение и обособление группы однородных клеток), а не деление клетки, которое почему-то не дошло до конца (как это по традиции принято считать в биологической науке), породило когда-то в скоплениях одноклеточных организмов сначала колониальные формы, а затем привело к образованию в процессе эволюции и настоящих многоклеточных организмов.

Это только внешне кажется, что разные живые существа (скажем, травянистые растения), совместно обитающие на одной и той же территории, хаотически и безучастно перемешаны друг с другом. На самом же деле особи каждого биологического вида, характеризующиеся общностью морфологических, физиологических и генетических признаков, объединены незримыми связями в отдельные группировки, так называемые популяции. Впрочем, когда подвижные животные (насекомые, рыбы, птицы, млекопитающие и др.) собираются в стада или стаи, реальность этих связей становится вполне очевидной.

Еще больше стремятся к объединению в группы существа разумные - люди, особенно если их связывают общие интересы. Отсюда происходят кружки, клубы, общины, политические партии, профессиональные, национальные и религиозные организации и тому подобные формы социальной упаковки. Безграничные и качественно новые возможности для реализации этой тенденции открыл ныне Интернет, позволивший создавать различного рода социальные сети и сообщества.
               
Вернёмся, однако, к упомянутому выше физическому явлению кристаллизации как частному, хотя и чрезвычайно широкому, случаю закона ассоциации. Тут я хочу особо выделить два крайне важных (для грядущей жизни) обстоятельства. Во-первых, атомы разных химических элементов способны иногда в процессе кристаллизации замещать друг друга, если только они имеют близкие характеристики (размеры, форму, заряд, химическое сродство). А это значит, что в принципе объединяться в кристаллы могут совместно не только совершенно идентичные, но и квазиидентичные частицы. Во-вторых, наиболее часто кристаллизация порождает в природе объёмные, трехмерные структуры (в соответствии с трехмерной кристаллической решеткой). Но бывает и так, что рост кристалла идет только в одном направлении. Строительные элементы выстраиваются в цепь (словно «взявшись за руки»), в результате чего возникают одномерные, линейно организованные образования (нити), длина которых на порядки превышает их поперечные размеры.

Наше представление о нитях преимущественно связано с органическими линейными полимерами (натуральными или синтетическими). Однако нити широко распространены и в неорганической природе. Более того, минеральные линейные образования первичны по своему происхождению. Они стали появляться вслед за образованием твердой земной коры из горячего расплава.

Во всех классах неорганических минералов встречаются ныне нитевидные (одномерные, линейно организованные) кристаллы. Известны самородные волокнистые кристаллы упомянутого золота, а также серебра, меди, олова, свинца, селена, серы, имеющие нередко значительную длину. Так, тончайшие нити самородного серебра достигают в длину до 0,5 м. Они обычно сильно изгибаются, скручиваются и спутываются в клубки. Тончайшие нити карбоната кальция и гипса, образующиеся в пещерах, способны в силу своей гибкости наматываться и завязываться узлом. Природные нитевидные кристаллы часто срастаются в различного рода агрегаты (гипс, самородное серебро). Широко распространены, например, параллельно-волокнистые (асбесты) и спутанно-волокнистые нефриты, пилорические асбесты) агрегаты. В форме нитей и волокон в природе кристаллизуется множество силикатов, сульфидов, фосфатов, галогенидов, окислов и гидроокислов, боратов, карбонатов и многих других химических соединений.
Линейные минералы не только предшествовали природным органическим полимерам. Они создали условия для их образования и дальнейшего усложнения. Суть в том, что в результате химической эволюции Земли (которая последовательно шла от геологического к биологическому, от минерального - к органическому) на ее арену с течением времени вышли простые поначалу производные углерода. Возможность абиогенного синтеза органических соединений типа аминокислот, пуринов, пиримидинов, сахаров и многих других в условиях древнейшей Земли была подтверждена экспериментально еще в 50 - 60-х годах прошлого столетия. Довольно сложные органические молекулы найдены затем и в околозвездном пространстве. В общем, образование подобных соединений в условиях Космоса и ранней Земли нисколько не противоречит законам физики и химии.
Особую (для будущей жизни) эволюционную перспективу при всем этом приобрели два класса соединений - с одной стороны, нуклеотиды, основу которых образует углевод пентоза (рибоза или дезоксирибоза) с присоединённым к нему азотистым основанием (производное пурина или пиримидина) и остатком фосфорной кислоты, а с другой, - уже упомянутые аминокислоты.

Специалисты подчеркивают, что в условиях водной среды, с которой ученые чаще всего (и не без основания) связывают зарождение жизни, линейная кристаллизация (полимеризация, поликонденсация) как тех, так и других мономеров весьма затруднительна. Для этого требуются внешний источник энергии и присутствие катализаторов. Однако в природе уже существовала, как мы только что видели, линейно организованная силикатная проматрица, способная аккумулировать солнечную энергию и обладающая к тому же каталитической активностью. Весьма вероятно поэтому, что именно силикаты инициировали на границе гидросферы и литосферы линейный матричный синтез («по образу и подобию») первых органических молекул - сравнительно коротких поначалу РНК-овых молекул, а возможно, и полипептидов. И, стало быть, кремний как химический элемент (содержание которого в современной земной коре составляет, кстати, 29,5% от её массы против 2,3;10-2 % углерода), выполнил тем самым свою великую историческую миссию в качестве предшественника главному элементу нынешней жизни - углероду.

При всем этом, как и в случае с минеральными кристаллами, выстраиваться и объединяться в одну молекулярную цепь с равным успехом и в различном (практически неограниченном по числу вариантов) сочетании смогли не только совершенно идентичные, но и квазиидентичные органические мономеры (то есть разные аминокислоты и разные нуклеотиды)! По этой причине в природе возник совершенно новый прецедент: была запущена в ход первая строка литерного текста, набранная различными по своей форме молекулярными буквами. И, стало быть, в принципе открылась потенциальная возможность созидания (путем комбинаторики на линии мономеров-букв) определенных «слов», а затем «фраз» и других смыслонесущих конструкций, закрепляемых в процессе естественного отбора. Более того, открылась возможность «работы» над текстом, связанной с обогащением его семантикой, «редактированием» и «корректированием». Разумеется, при наличии соответствующих молекулярных механизмов распознавания текста, а также считывания и воспроизведения закодированной в нём информации.

1.4. ГЛАВНАЯ ЗАГАДКА ЖИЗНИ: ИЗНАЧАЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ. В ЧЕМ ЕГО БИОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ?

Ввиду особой важности этого вопроса, ставшего камнем преткновения для каждой теории происхождения жизни, остановимся на нем подробнее.

Суть вот в чем. Органические молекулы, как и любые материальные тела, являются трехмерными образованиями, имеющими определенный объём. От их конкретной пространственной конфигурации (а не только от элементарного состава) в значительной мере зависят физические и химические свойства, направление и скорость реакций. Между тем, важнейшие строительные элементы жизни -аминокислоты и сахара нормально существуют в природе в виде двух пространственных антиподов (иначе говоря, изомеров) - L и D (от лат. laevus - левый и dexter - правый), которые, подобно правой и левой перчаткам, зеркально отображают друг друга и, следовательно, ни при каком перемещении в пространстве не могут совпадать друг с другом. Как тут живому существу разобраться, кому отдать предпочтение в сложнейшем и бесконечном процессе клеточного метаболизма?
 
Поясняю.
Каждый в отдельности взятый изомер обладает так называемой оптической активностью. Его раствор способен отклонять плоскость проходящего поляризованного света на определенный угол: в одном случае вправо (правовращающий изомер), в другом - влево (левовращающий изомер). Однако в принципе изомеры в чистом виде, как «левые», так и «правые», термодинамически гораздо менее устойчивы, чем их равновеликая (эквимолярная) смесь. По этой причине каждый из них имеет склонность к самопроизвольному превращению наполовину в свою стереохимическую противоположность. И, стало быть, составленная любым из них молекулярная система с течением времени самопроизвольно переходит в энергетически более выгодную форму - равновесный рацемат. Понятное дело, рацемат не обладает оптической активностью, поскольку в нем возможности отклонения плоскости поляризации влево и вправо взаимно компенсированы.
В процессе искусственного химического синтеза (как аминокислот, так и сахаров) всегда получается рацемат. Разделить рацемат на отдельные фракции или же заведомо получить таковые в чистом виде довольно трудно. Все это, несомненно, указывает на то, что на ранней Земле безраздельно господствовали органические рацематы и, стало быть, жизнь исторически возникала на симметричном рацемическом фоне.

Но эта симметрия была каким-то образом нарушена, причем нарушена раз и навсегда. Биосфера решительно отвергла рацематы. Жизнь пошла наперекор сложившемуся статус-кво и существующим правилам. Жизнь не потерпела равноправия левых и правых стереоизомеров. Жизнь стала распознавать, принимать и воспроизводить в своем непрерывном метаболизме (как это мы хорошо знаем теперь) только D-сахара и только L-аминокислоты. (Единственной аминокислотой, не обладающей оптической активностью вообще, является глицин, поскольку в его молекуле нет асимметрического атома углерода).

Хотя, казалось бы, все препятствует этому в мире, где господствует тенденция к равноправному, симметричному существованию левых и правых изомеров какого-либо конкретного органического соединения. Ни один из фундаментальных законов физики не запрещает симметрию оптических изомеров. Но нет жизни без оптической асимметрии, как и нет в природе асимметричного состояния органического вещества в каких-либо ощутимых масштабах без жизни. Особая мета стоит на всем живом. Один-единственный признак - избирательное отношение к оптическим антиподам - проводит резкую грань между живой и неживой природой. И на то должна быть веская, продиктованная крайней биологической необходимостью причина. Иначе говоря, наряду с вопросом «как это могло случиться, почему?» (на котором традиционно, со времен Л. Пастера, было сосредоточено внимание научной мысли), мы обязаны поставить теперь вопрос «для чего?».

Но, как это ни странно, такой совершенно естественный и логичный вопрос никогда еще в науке не возникал. Стереохимический феномен жизни с самого начала был расценен в ученом мире главным образом как некая данность, некая причуда природы, не имеющая особого биологического смысла.

В самом деле, правые и левые антиподы, образующие рацемат, носят одно и то же химическое название, они построены из одних и тех же атомов, с одной и той же последовательностью. Имеют одинаковые химические свойства, одинаковые физические константы (температура плавления и кипения, плотность, растворимость, показатель преломления и др.). Возможно, это обстоятельство и направило научную мысль по ложному пути. Сложилось представление о произвольном и совершенно случайном предпочтение D-изомеров сахаров и L-аминокислот, которое возникло на самых ранних этапах предбиологической эволюции. «Пока нет убедительных доказательств того, что молекулы, подобные белкам, не могли бы быть построены из равного числа правых и левых молекул аминокислот», - писал в своё время большой знаток химии Л. Полинг. И далее он же: «На Земле могли бы жить организмы, построенные из D-аминокислот, так же как и организмы, построенные из L-аминокислот».

Решительно не могу согласиться с подобными суждениями.
Как уже было сказано мною (читайте предыдущий раздел), жизнь на молекулярном уровне очень любит линейную, «строевую дисциплину». Жизнь в структурном и функциональном отношении линейно зависима. Жизнь есть литературное произведение природы. Многообразные процессы, которые осуществляются в живой клетке (прежде всего репликация, транскрипция и трансляция) и неизбежно сводятся к строительно-монтажным работам на линии (очень точным, выверенным, строка в строку), естественно, требуют определенной, строго фиксированной пространственно-геометрической стандартизации исходных строительных конструкций.
               
Понятно, что столь сложные динамические микропроцессы, где первостепенное значение имеет фактор узнавания, затрудняются или же вовсе становятся невозможными, если, например, одна часть молекул какой-либо белковой аминокислоты «левша», а другая - «правша». Кто сможет без напряжения и раздражения читать большое литературное произведение, напечатанное пусть даже хорошо известными, но перевернутыми вверх ногами буквами пополам с нормально ориентированными? Кто возьмется оценить его художественные достоинства?! Тем более для прочтения и точного воспроизведения молекулярного генетического текста, безусловно, куда более содержательного и сложного, требуется строгая геометрическая упорядоченность его элементарных составляющих.
               
Если текст набран вперемешку левыми и правыми буквами, то считывающие молекулярные механизмы, узнающие литеры по их форме и пространственному положению, будут вынуждены то и дело выяснять, «левая - правая, где сторона?». Неизбежно структурное усложнение этих механизмов либо двукратное их увеличение в числе (отдельно для левых и отдельно для правых антиподов). А это уже явное расточительство, на которое природа никак не могла пойти в процессе самоорганизации. Кроме того, не следует забывать, что сам по себе рацемат есть индивидуальное химическое соединение, которое сильно отличается по своим свойствам от каждого из входящих в его состав компонентов.

Рацематы - это тупик для дальнейшей биохимической эволюции. Грядущей жизни в самом её начале во Вселенной реально угрожала рацемическая симметрия, а это значит, что ей (жизни) угрожала рацемическая смерть.

Отсюда со всей определенностью следует, что оптическая асимметрия имеет фундаментальный биологический смысл. И разрушение оптической симметрии на молекулярном уровне вовсе не случайно. Оно необходимо было продиктовано той линейной доминантой, которая изначально была положена природой в основу конструирования живой материи. Можно сказать и так: линейный принцип конструирования жизни – причина, оптическая асимметрия – следствие.

Но как такое могло произойти в далеком прошлом на фоне господствовавшей тогда всеобщей рацемизации? Об этом в следующем разделе.

1.5. КАК, КАКИМ ПУТЕМ МОГЛО ПРОИЗОЙТИ РАЗРУШЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ В НАЧАЛЕ ЖИЗНИ?
               
Как мы видели, рацематы - это тупик для дальнейшей биохимической эволюции. Грядущей жизни в самом её зачатии во Вселенной реально угрожала рацемическая симметрия, а это значит, что ей (жизни) угрожала рацемическая смерть. В рацемическом равновесии (в рацемическом хаосе) природа слепа, и только с выходом из него она прозревает. Нарушение оптической симметрии стало необходимой предпосылкой для возникновения жизни на фоне безжизненной природы. Отсюда само происхождение жизни мы не то что вправе, а просто обязаны рассматривать в единой связке с разрушением рацематов и возникновением оптической асимметрии. Жизнь возникла именно благодаря молекулярной асимметрии. Жизнь в полной мере есть порождение асимметрии, её счастливое производное. Без нарушения оптической симметрии космическая эволюция материи не пошла бы в сторону жизни.

Но как же, в силу каких обстоятельств могло произойти такое маловероятное событие в мире, где, казалось бы, всё препятствует и противодействует этому?

Внимание исследователей со времен Л. Пастера сосредоточилось не столько на биологическом смысле оптической асимметрии, сколько на поиске возможных физических факторов, которые могли бы её вызвать в самом начале, причём непременно в глобальных (возможно даже, космических) масштабах. Сам Л. Пастер полагал, что зеркальная асимметрия есть проявление некой «диссимметрии Вселенной» и, стало быть, она была навязана живой природе извне. Понятно, что при такой трактовке вопрос о биологической целесообразности феномена теряет всякий смысл.

Позже гипотетически рассматривались более конкретные, но опять-таки внешние асимметризируюшие факторы: магнитное и гравитационное поля Земли; слабое взаимодействие с его нарушением чётности; поляризованный звёздный свет (благодаря которому, возможно, во всей Солнечной системе левые аминокислоты преобладают над правыми, а в других галактиках - их зеркальные двойники, так что аминокислоты там правые, а сахара - левые) и т.п.

Дополнительный импульс, усиливший интерес к проблеме, сообщила разработка теории катастроф (как ответвление теории динамических систем) и концепции самоорганизации. Часто цитируемая в этой связи гипотеза Л.Л Морозова и В.И. Гольданского предполагает, в частности, так называемый самопроизвольный фазовый переход к асимметрии, причем скачкообразно, через необратимую бифуркацию. Подобно тому, как возникновение Вселенной связывается современной космологией с «Большим взрывом» (Big Bang - 2B), так и возникновение жизни во Вселенной (а, стало быть, и оптической активности элементов живого вещества) можно связать со своеобразным «Биологическим Большим взрывом (Biologikal Big Bang - 3B). Возникновение жизни в безжизненной природе из первоначально рацемической смеси оптических антиподов мира добиологической химии происходило, по мнению названных авторов, именно как своеобразный фазовый переход, как бифуркация, как катастрофа. Эволюционный сценарий происхождения оптической асимметрии (предполагающий постепенное накопление однонаправленных молекулярных стереоизомеров) был ими полностью отвергнут.

Мне же представляется, однако, вполне реалистичным именно эволюционный сценарий происхождения оптической асимметрии. Причем в традиционном понимании смысла этого термина, т.е. эволюция, идущая через случайную изменчивость и естественный отбор наиболее жизнеспособных и наиболее приспособленных мод. Отбор как постоянный и монолитный рост ценности, функциональной значимости информации, что в сущностном плане означает развитие, усложнение семантики.

Отмеченное выше стремление рацематов к равновесию и стабильности отнюдь нельзя расценивать как нечто абсолютное и неизменное. Равновесие, в котором пребывает рацемическая система, открытая для потоков энергии из окружающей среды и подверженная другим внешним воздействиям, на самом деле всегда носит динамический характер. В ней происходят флуктуации - игра и противоборство рацемизации и преимущества того или иного оптического антипода, их взаимопревращение. Малые резонансные возмущения в определенный момент неустойчивости системы могут разрастаться в макроструктуру вплоть до полного доминирования того или иного изомера. Особенно при дополнительном воздействии асимметризирующих факторов (поляризованный свет, электрическое, магнитное, гравитационное и другие физические поля, конвекционные потоки на границе раздела фаз твёрдого, жидкого и газообразного состояния вещества и т.п.), что подтверждается многочисленными экспериментальными данными. В результате поначалу обратимая рацемическая система переходит, таким образом, в достаточно стабильное состояние с частично (или даже полностью) нарушенной зеркальной симметрией.

В качестве разрушителей зеркальной симметрии могли выступать в далеком прошлом и объекты минерального происхождения, обладающие в силу особых своих качеств каталитической активностью, например, асимметрические (левовращающие и правовращающие) кристаллы кварца. И, стало быть, химический элемент кремний, который выше уже был назван мною в качестве возможного первичного фактора линейной полимеризации органических молекул, вполне мог оказать углероду ещё и вторую услугу в грядущем конструировании им жизни. Сочетание двух возможностей в одном «силикатном гене», по логике, имело бы для природы несомненные «экономические» преимущества.
Как бы то ни было, нарушение оптической симметрии вполне могло происходить в мягком и спокойном режиме, без каких-либо молниеносных катастроф и революционных потрясений, словом, без всякого «B». И необязательно сразу в глобальных масштабах, как это полагали Л.Л. Морозов и В.И. Гольданский.

Полимерным органическим молекулам, формировавшимся где-то в спонтанно возникавшей оптически активной среде, ничего не оставалось, как включать в свой состав (в качестве строительного материала) только правовращающие или только левовращающие мономеры. Они просто вынуждены были это делать в отсутствие выбора в конкретных локальных условиях! Первичное образование таких асимметричных органических полимеров, несомненно, было делом случая и вряд ли имело поначалу какое-либо существенное значение для "мировой революции" в сторону жизни. Однако именно такие молекулы оказались наиболее подходящими для последующей органической эволюции, что и показал в дальнейшем их естественный отбор (первопричина всякой самоорганизации, метод методов, порождённый самой природой), который при всей своей стихийности шёл уже направленно. Включение только одного изомера из двух послужило главной предпосылкой для стабилизации и выживания теперь уже куда более сложных органических молекул, их последующего воспроизведения и накопления в определенной среде, а также дальнейшего структурного и функционального усложнения. Такие молекулы приобретали преимущества в отношении скорости реакционных процессов и потенциальной возможности к реплицированию (рацематы полностью проигрывали им в этом отношении). Процесс их направленного отбора мог протекать, в принципе, ещё до зарождения жизни, то есть в предбиологический период, где-то в пограничной зоне гидросфера-литосфера.

Если же говорить более конкретно, то здесь мне лучше всего сослаться на упомянутую выше новейшую монографическую сводку Михаила Никитина (2016) под названием «Происхождение жизни. От туманности до клетки» а также на его интервью «Из грязи в люди» (http://albercul.livejournal.com/1032559.html).
 
Очень кратко, по сути.
Появление жизни в исторической ретроспективе протекало, несомненно, на минеральном фоне. При этом особая роль исследователями  отводится различным сульфидным соединениям цинка и слоистым глинистым материалам типа смектита.

Армендом Мулкиджаняном сформулирована гипотеза цинкового мира, согласно которой живые организмы некогда возникли и развивались в близком контакте с минералами на основе цинка — в сульфидах цинка.

Квантовые точки на основе сульфида цинка и также сульфида кадмия очень интересно взаимодействуют со светом. Они могут давать люминесценцию, фосфоресценцию и умеют при помощи света проводить всякие необычные реакции, например, восстанавливать углекислый газ до муравьиной, уксусной и других органических кислот. Кроме того, сульфиды цинка дают хорошую защиту от ультрафиолета, а в условиях древней Земли, лишенной кислорода и озонового слоя, это очень серьезный плюс.
 
Иначе говоря, сульфиды цинка могли давать первым добиологическим формам жизни и крышу над головой, и доступное питание продуктами минерального фотосинтеза — и стол, и дом.

Что же касается смектитов, то это только для человеческого глаза глина просто какая-то грязь и беспорядок. А вот на микроскопическом уровне это очень даже структурированная материальная система: правильные тонкие и длинные силикатные пластинки, между которыми есть пустоты толщиной примерно в две молекулы воды, куда идеально помещаются аминокислоты или нуклеотиды. Такие стесненные условия идеально направляют рост цепочек белков и нуклеиновых кислот.

Эксперименты показывают, что если к смектитам добавить даже очень разбавленный раствор со строительными блоками ДНК или РНК, то через несколько минут почти все они окажутся в таком глинистом осадке на дне лужи, а еще через некоторое время соединятся в небольшие цепочки нуклеиновых кислот.

Без такого упорядочивающего эффекта глин возникновение жизни на Земле было бы невозможно.

Судя по тем исследованиям, которые осуществили геологи, в древних горячих источниках сульфиды цинка могли соседствовать со смектитами, как до сих пор это происходит в грязевых котлах на Камчатке: растворенные в воде силикаты там конденсируются в очень мелкозернистую глину, идеально подходящую для накопления различных органических веществ. Так что, скорей всего, оба минерала вступили в игру одновременно. Сульфиды защищали от ультрафиолета и кормили продуктами минерального фотосинтеза, а смектиты создавали условия для самоорганизации молекул, а также  инициировали  обмен веществ, в силу своей способности катализировать многие реакции.

И что еще очень важно, "за отбор оптически активных (асимметрических) молекул могли отвечать как раз те пустоты в смектитах, в которые помещались только левые или только правые молекулы".

1.6. ВОЗНИКНОВЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ БИОЛИНГВИСТИКИ

Линейная выстроенность идентичных и квазиидентичных мономеров (к тому же однозначно упорядоченных в стереохимическом отношении) открыла возможность для дальнейшей химической эволюции. В порядке реализации этой возможности в природе определились с течением времени два «языка». С одной стороны, - четырехбуквенный нуклеотидный, включающий сравнительно несложные по своему строению нуклеотиды, содержащие азотистые основания аденин, гуанин (производные пурина), цитозин, урацил и тимин (производные пиримидина). С другой, - двадцатибуквенный аминокислотный, включающий двадцать важнейших (как мы теперь говорим применительно к существующей жизни) аминокислот, отвечающих общей формуле RCH(NH2)CH2COOH.

Организованные на линейной основе, эти разные языки не только нашли, но и сумели понять друг друга. А это открыло перспективу для своеобразной транслитерации - передачи текста, написанного с помощью одного алфавита, средствами другого, то есть возможности перекодирования линейной последовательности нуклеотидов в линейную же последовательность аминокислот. Двадцатибуквенный аминокислотный язык вошёл в смысловое понимание с четырехбуквенным, вступил с ним в кодовые отношения. Последовательность аминокислот в полипептидах стала опосредованно соответствовать последовательности нуклеотидов. Возникла универсальная биолингвистика, или, говоря математическим языком, произошло отображение одного множества в другое.

Симбиотически дополнив друг друга и утратив уже способность существовать и функционировать отдельно, эти две линейно организованные макромолекулярные структуры поделили между собой потоки информации (полинуклеотиды), вещества и энергии (полипептиды), которые в своем неразрывном единстве и составили фундаментальную основу принципиально нового вида материи. На этой основе и сложилась жизнь, ставшая формой существования белково-нуклеиновых систем.

При всем этом следует особо выделить то лидирующее положение, которое захватила в самом начале жизни полинуклеотидная нить. Тому способствовал целый ряд объективных причин и счастливых совпадений. У полинуклеотидной нити оказался данный ей от природы весьма стабильный и не капризный (в химическом отношении) характер, простое и предельно четкое пространственное строение: жесткий фосфатно-углеводный остов (рибоза у РНК и дезоксирибоза у ДНК), на который нанизаны собственно кодирующие элементы - азотистые основания. Она метаболически достаточно инертна, что очень важно для длительного и надежного сохранения сложившейся на определенном отрезке эволюции последовательности нуклеотидов, а значит, и закодированной в них информации. В то же время высокая способность к самоинструктированию (путем узнавания комплементарных звеньев) объективно предрасполагает полинуклеотидную нить к точному самокопированию (матричному воспроизведению) как исходного, так и измененного (мутированного) состояния, разумеется, при наличии необходимых для этого строительных материалов. Даже будучи in vitro, то есть в пробирке, содержащей в растворе полный набор нуклеотидов, молекулы ДНК и РНК (при соблюдении некоторых дополнительных условий) самоудваиваются и отделяют от себя готовые копии независимо от последовательности оснований, образующих исходную нить.

Кроме того, внешние поверхности нуклеотидов оказались способными к попарной пространственной взаимодополняемости (взаимному соответствию по принципу «ключ-замок») за счет образования в строго определенных местах вторичных водородных связей и взаимного притяжения спаренных оснований (по схеме а - т(у), г - ц), надежно противостоящих тепловому разрыву. Эта тенденция, известная теперь под названием «комплементарность», получила мощное и далеко идущее развитие. Она и привела, в конце концов, к двойной спирали ДНК со всеми вытекающими отсюда последствиями для будущей жизни.

Сочетая в себе одновременно такие экстраординарные способности (обусловленные, подчеркну еще раз, структурно-геометрическими и физико-химическими свойствами), нуклеотидный код приобрел (если только были другие возможные претенденты на эту роль) монопольное значение в природе вследствие своего превосходящего совершенства, а полинуклеотидная макромолекула стала в итоге универсальным и единственным на Земле носителем генетической памяти (от прокариот и вирусов до человека).

Отнюдь не пассивная роль выпала и на долю полипептидной нити. Однако её эволюция пошла в другом направлении. Выстроенные из аминокислотных остатков длинные полипептидные цепи приобрели тенденцию сворачиваться (конформировать) в неповторимые по своей замысловатости трехмерные макромолекулярные конструкции - глобулярные белки, в полном соответствии с той информацией, которая была предварительно закодирована в первичной (опять-таки линейной) последовательности аминокислот.

Химические свойства традиционных органических молекул (жиров, углеводов и тех же нуклеиновых кислот) воспроизводят свойства входящих в их состав мономеров и, следовательно, могут быть описаны предсказуемым набором реакций, соответствующих классической теории А.М. Бутлерова. Биохимику достаточно изобразить на плоскости цепочку уравнений - и смысл стоящих за ними событий будет понятен. С белками этот номер не проходит. Здесь на сцену выступает качественно новый фактор пространственной структуры. Функциональное (химическое) поведение изначально одномерной белковой системы стало всецело зависеть от её конечной трехмерной структурной организации. Ничего подобного природа ранее не знала. Эта очередная ее находка повлекла за собой беспрецедентный, потрясающий своей внезапной неожиданностью качественный скачок.
               
Глобулярные белки - это по сути дела уже автоматически управляемые программные системы, первые нанороботы, созданные по природной технологии. Им суждено было составить впоследствии гигантскую, практически неограниченную функциональную ёмкость: узнавание, катализ, регулирование, транспорт, структуризация, иммунозащита и многое другое. Сама генетическая нить с ее молекулярным текстом оказалась (к её же благу!) под непрестанной и неусыпной опекой различных белков.

1.7. БЫЛО ЛИ У ЭВОЛЮЦИИ ВРЕМЯ НА ЭВОЛЮЦИЮ?
 
Разрушение зеркальной симметрии, несомненно, произошло в самом начале жизни. И, следовательно, темпы этого события были достаточно стремительными (по космическим меркам даже мгновенными, как принято говорить в научной среде). Ориентировочно на это пошло до 10-15 млн. лет, что в 5 тыс. раз меньше предполагаемого возраста планеты. Естественно, возникает вопрос, достаточно ли столь «малого» времени на эволюционный сценарий?

Бытует мнение, сопровождающееся, как правило, ссылками на таких признанных научных авторитетов, как Ф. Крик (в биологии) и Ф. Хойл (в космологии), что жизнь на Земле вообще не имела времени на свою эволюцию. Элементарные математические расчёты (берущие в основу простой перебор вариантов) показывают, что число возможных комбинаций, необходимых для случайного синтеза только одного белка составляет 10 в восемнадцатой степени, а это на порядок больше числа секунд в 4,5 млрд. лет существования Земли. Аналогично была рассчитана вероятность появления в природе первой молекулы ДНК, построенной всего лишь из 600 нуклеотидов. Она составила 10 в четырехсотой степени. Иначе говоря, для получения такой молекулы требуется 10 в четырехсотой степени попыток! Отсюда сделано чисто формальное (математическое) заключение, что времени на перебор всех вариантов и закрепление наилучшего из них у эволюции не было.

«Вероятность синтеза одного белка будет такой же, как если бы мартышка, хаотически ударяя по клавишам пишущей машинки, случайно напечатала в итоге одну из трагедий Шекспира». «Синтез живой клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой металлолома». Эти и другие, психологически весьма эффектные фразы, ставшие уже «притчей во языцех», до сих пор охотно и некритически перепечатываются и цитируются в самых различных изданиях.

Между тем, как мне думается, их давно уже следовало бы сдать в архив. Подобные скептические суждения есть результат традиционного линейного мышления, присущего классической ортодоксальной науке чуть ли не со времён Аристотеля и до сих пор доминирующего в её различных областях.

(Не будем только отождествлять и путать друг с другом "линейное мышление" и "линейный порядок" на молекулярном уровне (имевший, как мы видели в предыдущих разделах рассматриваемой темы, пусковое значение для эволюции материи в строну жизни). Это - два совершенно разных по содержанию понятия).

Главные установки линейного мышления: мир жёстко связан причинно-следственными отношениями; причинные цепи имеют линейный характер, а следствие если и не тождественно причине, то, по крайней мере, пропорционально ей; эволюция предопределена, она идёт поступательно, без альтернатив; по причинным цепям развитие может быть прочитано неограниченно в прошлое и будущее, оно ретросказуемо и предсказуемо, настоящее определяется прошлым, а будущее - прошлым и настоящим. Линейному мышлению присущ абсолютный детерминизм, который опирается на знание некоторых начальных условий в бесконечном числе точек.

Но вот ведь какая здесь незадача! В природе господствуют нелинейные системы, которые функционируют по другим законам и правилам (в математическом отношении они описываются сложными дифференциальными уравнениями, имеющими множество качественно различных решений). Линейные системы во всей их генеральной совокупности составляют лишь узкий класс. И, стало быть, линейное (моноказуальное) мышление становится принципиально недостаточным и даже совершенно несостоятельным в сложной нелинейной реальности.

Строгий детерминизм, которым так страдает линейное мышление, приводит к огромнейшей ошибке на финише (то есть в конечных состояниях системы) при ничтожно малых начальных возмущениях. В критической точке бифуркации системы решающее значение приобретает не поддающийся расчету случай, который «ненадёжен, но щедр». Несущественное и неважное может оказаться существенным и важным, что, говоря словами Н.Н. Моисеева, «лишает природу «корректности» (когда малым причинам отвечают малые следствия) и предсказуемости развития, на которой строилась вся математическая физика». И, стало быть, детерминизм удовлетворительно работает только на малых временных интервалах, в дальнейшем траектория движения системы выпадает из поля зрения.

Одно время считалось, что процессы бурного роста происходят по экспоненте. Однако нелинейность предполагает и сверхбыстрое развитие. Может возникать лавинообразный рост, происходящий в так называемом режиме с обострением, когда величина хотя бы на определённом временном отрезке изменяется по закону неограниченного возрастания за конечное время.

И, стало быть, вселенская эволюция вообще осуществляется не только методом проб и ошибок, не только (и даже не столько) перебором всевозможных вариантов, как это соответствует сложившимся стереотипам. Эволюция, по самому большому счёту, представляет собой нелинейный синтез, в ходе которого в системе (включающей не только однородные, но и разнородные, казалось бы, даже абсолютно несовместимые элементы) возникают новые, неожиданные (эмерджентные) свойства, несводимые к свойствам её отдельных частей. Эти новые качества кардинально изменяют и определяют дальнейшее поведение системы, в том числе инициируют ускорение её трансформации (которое закономерно происходит к тому же и после каждой бифуркации).

Все эти вместе взятые предпосылки сообщают нам уверенность в том, что на стереохимическую селекцию молекул, сопровождавшуюся разрушением их зеркальной симметрии, у природы было достаточно времени (миллионы лет, разве это мало, если весь химический состав Вселенной определился, по данным современной космологии, за первые 5 млн. лет от начала её существования?), изобретательности и «технических» возможностей. Так что пора ставить точку в этом затянувшемся дискуссионном вопросе.

Другое дело, мы до сих пор не знаем, почему жизнь выбрала для аминокислот левые антиподы, а для сахаров - правые. Почему именно так, а не иначе? Думается, однако, что и этот выбор был сделан неспроста и что квантово-химический подход рано или поздно даст ответ на этот вопрос.

Есть, однако, и другие, не менее интригующие загадки. В живой природе всё-таки отмечено, в порядке исключения, наличие D-аминокислот, находящихся в свободном состоянии или в составе коротких пептидов. Они выявлены, например, в клеточных стенках бактерий сибирской язвы (D-Glu), а также в составе пептидов кожи одного из видов южноамериканских лягушек, в которых найден D-Ala. И среди сахаров, оказывается, есть исключения. Это L-арабиноза бактерий, L-рамноза и L-сорбоза растений. Эти чрезвычайно интересные, на мой взгляд, факты почему-то ограничиваются в специальной научной литературе простой констатацией и остаются без внимания теоретиков, тогда как их объяснение могло бы пролить дополнительный свет на саму проблему жизни.
 
Как бы то ни было, эти факты уже свидетельствуют (причем с неожиданной стороны) не в пользу гипотезы Л.Л Морозова и В.И. Гольданского с их "Biologikal Big Bang".

1.8. ДИКТАТУРА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ (ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ) НИТИ

Здесь считаю необходимым еще раз особо выделить то лидирующее положение, которое захватила в самом начале жизни полинуклеотидная нить. Тому способствовал целый ряд объективных причин и счастливых совпадений. У полинуклеотидной нити оказался данный ей от природы весьма стабильный и не капризный (в химическом отношении) характер, простое и предельно четкое пространственное строение: жесткий фосфатно-углеводный остов (рибоза у РНК и дезоксирибоза у ДНК), на который нанизаны собственно кодирующие элементы - азотистые основания. Она метаболически достаточно инертна, что очень важно для длительного и надежного сохранения сложившейся на определенном отрезке эволюции последовательности нуклеотидов, а значит, и закодированной в них информации. В то же время высокая способность к самоинструктированию (путем узнавания комплементарных звеньев) объективно предрасполагает полинуклеотидную нить к точному самокопированию (матричному воспроизведению) как исходного, так и измененного (мутированного) состояния, разумеется, при наличии необходимых для этого строительных материалов. Даже будучи in vitro, то есть в пробирке, содержащей в растворе полный набор нуклеотидов, молекулы ДНК и РНК (при соблюдении некоторых дополнительных условий) самоудваиваются и отделяют от себя готовые копии независимо от последовательности оснований, образующих исходную нить.

Кроме того, внешние поверхности нуклеотидов оказались способными к попарной пространственной взаимодополняемости (взаимному соответствию по принципу «ключ-замок») за счет образования в строго определенных местах вторичных водородных связей и взаимного притяжения спаренных оснований (по схеме а - т(у), г - ц), надежно противостоящих тепловому разрыву. Эта тенденция, известная теперь под названием «комплементарность», получила мощное и далеко идущее развитие. Она и привела, в конце концов, к двойной спирали ДНК со всеми вытекающими отсюда последствиями для будущей жизни.

Сочетая в себе одновременно такие экстраординарные способности (обусловленные структурно-геометрическими и физико-химическими свойствами), нуклеотидный код приобрел (если только были другие возможные претенденты на эту роль) монопольное значение в природе вследствие своего превосходящего совершенства, а полинуклеотидная макромолекула стала в итоге универсальным и единственным на Земле носителем генетической памяти (от прокариот и вирусов до человека).

Совершенно естественно, что полинуклеотидная нить, в силу ее уникальных природных качеств, с самого начала захватила инициативу в новообразованной гетерогенной системе, подчинив задаче собственного существования и размножения все происходящие в ней процессы молекулярного метаболизма. В эволюции материи возник беспрецедентный случай, на который в свое время указывал еще Э. Шредингер: регулярное течение событий в природе никогда ранее не было следствием какой-либо одной упорядоченной, приведенной в систему группы атомов. Теперь же именно конкретная линейная структура привела в движение закономерные и динамические процессы, которые оказались в тесной связи не только между собой, но и с экологическими факторами внешней среды как источником материально-энергетических ресурсов, необходимых для протекания и воспроизведения этих процессов. Полинуклеотидная нить в полном смысле стала в природе неким мощным системообразующим фактором, приведшим в конечном итоге не только к созданию на Земле биосферы, но и появлению в ней человека.

Ни в коей мере не следует упускать из виду тот энергетический фон, на котором возникало и формировалось триумфальное шествие генетической нити. Помимо нуклеотидмонофосфатов, образовавших генетическую нить, огромное значение в судьбе грядущее жизни приобрели существующие в свободном состоянии макроэргические нуклеотиддифосфаты и нуклеотидтрифосфаты. Особенно важную роль приобрела аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный аккумулятор энергии и непосредственный её источник для всех процессов жизнедеятельности. Запасённая в макроэргических связях (P-O-P) потенциальная энергия освобождается при гидролитическом отщеплении одной фосфатной группы и превращении АТФ в АДФ. Более того, эти соединения стали непосредственными предшественниками (исходным субстратом) для биосинтеза нуклеиновых кислот - ДНК и РНК. Образование и гидролиз АТФ происходят ныне во всех типах живых клеток непрерывно.

В этих условиях с самого начала установилась обратная (нашему стереотипному представлению, т.е. по человеческим меркам) иерархия и субординация. Низшее (оно же самое стабильное и детерминированное!) звено стало оказывать направляющее влияние на свойства и функции высшего. Иначе говоря, установилась жёсткая и обязательная к исполнению вертикаль власти, идущая, однако, снизу вверх, а не сверху вниз. Установилась диктатура генома. Смысл жизни оказался в полном подчинении от генетического смысла. Биологические процессы стали инициироваться и проистекать от изначальной (имманентной), объективно обусловленной способности генетической нити осуществлять конвариантную (по терминологии Н.В. Тимофеева-Ресовского) редупликацию.

Линейная последовательность нуклеотидов стала определять как функции, так и структуры жизни. Случайные (и неслучайные) изменения в нуклеотидном тексте (мутации) стали порождать (через систему молекулярно биологических и биохимических процессов) адекватные им новые биологические формы, закрепляемые естественным отбором уже целенаправленно, в соответствии с внешними требованиями. Сначала (если рассматривать исторически) в качестве одноклеточного организма, а затем позднее - и многоклеточного.
 
Вдумайтесь! Всякая новая индивидуальная жизнь начинается с того, что в первоначально единственной зародышевой клетке включается генокопировальная фабрика. В результате многоклеточный организм становится по мере развития и роста вместилищем растиражированного в миллиарды копий (по количеству образующих его клеток) в принципе одного и того же генома. А иначе и быть не могло: каждая новая клетка происходит от предыдущей (другого пути нет), причем запускается этот процесс посредством удвоения и последующего разделения генома, как и повелось с самого начала возникновения жизни на Земле.

Нуклеотидный текст стал изначальным проектировщиком, заказчиком и строителем одновременно. Совершенствуясь, он модернизирует и свою вспомогательную инфраструктуру, ни на шаг не отступая при всем этом от своего эгоистического принципа самовоспроизведения.
 
Поймите! Именно в это русло (в эти «узкие врата») была втиснута с самого начала биологическая эволюция. Именно в этом ключе земная жизнь, меняясь во времени, по сути дела, только в лицах, неуклонно гнёт свою линию от возникновения первой прокариотной клетки до сегодняшнего дня.

Достижения современного естествознания не оставляют сомнения в том, что на ранних этапах предбиологической эволюции всецело господствовали наиболее простые РНК-подобные полинуклеотиды, способные не только к репликации, но и к самокатализу (о такой способности свидетельствуют, в частности, функционирующие ныне в живой клетке рибозимы), а также хранению и передаче наследственной информации, организации последовательности аминокислот при синтезе белков. Широкое участие различных РНК в современных внутриклеточных процессах в свою очередь может быть расценено как остаток частично сохранившейся машинерии древнейших времен, когда молекулы РНК были единственными «молекулами жизни» и контролировали все жизненные процессы. Разделение функций между РНК и ДНК произошло позднее, и это стало крупным прогрессивным шагом эволюции, закрепленным естественным отбором. Как бы то ни было, в начале жизни, выходит, и в самом деле было слово. Но словом этим стал линейно организованный ген. Иначе говоря, извечный каверзный вопрос, «что было в начале: яйцо или курица?», получает в этом свете вполне определенный ответ: в начале было яйцо (то есть, надо понимать, первозданный ген).

Наши разум и чувства не готовы примириться с мыслью о том, что всякая живая плоть, именуемая целостным индивидуальным организмом, которая ходит по земле (а также ползает, плавает, летает, наконец, думает и разумеет) и внешне кажется нам вполне, особенно если говорить о нас самих, самодостаточной и самодовлеющей, выполняет по сути дела вспомогательную роль некой оболочки генома, его «производственной инфраструктуры». Пребывая в ней, геном строит ее под себя в соответствии со своими прихотями, поддерживая адекватный ему порядок, время от времени перестраивает ее в соответствии со своим измененным (мутированным) состоянием, используя для этого выработанное в процессе эволюции непостижимое множество тончайших и чрезвычайно эффективных энергетических, биохимических и молекулярно-биологических механизмов. Тому, что мы называем целостным организмом, отведена еще разве что роль добытчика пищи и распространителя генов в жизненном пространстве (в виде семян, спор, различных зародышей и т.п.) с целью его максимального освоения ими. В этом свете извечный и мучительный для нас вопрос о смысле жизни получает простой и весьма прозаический (в естественнонаучном отношении) ответ: смысл жизни состоит в жизни генетического смысла.

Жизнь есть генократия. Совокупный генетический фонд правит бал на планете Земля. Безудержное стремление всех ныне существующих организмов к размножению, вызывающее всеобщее наше удивление (а также восхищение и недоумение), непрерывное и неустанное созидание и разрушение живого вещества, возникновение новых биологических форм в процессе эволюции, наконец, слаженное функционирование всей биосферы как глобальной экосистемы (разумеется, в рамках материально-энергетических ресурсов и других возможностей Земли) - все это инициируется и проистекает от изначальной (врожденной) способности генетической нити осуществлять конвариантную редупликацию.

В дискуссиях вокруг генетической инженерии и проблемы ГМО (хорошо ли это или плохо, полезно или вредно, нравственно или безнравственно и т.д.) мы, кажется, еще не осознали главного. В эволюции биосферы ныне, на наших глазах свершился очередной, быть может, даже беспрецедентный в масштабах Вселенной поворот. Разум, будучи сам порождением эволюции, став на определенном ее этапе планетарной силой, восстал против диктатуры генома. Скрытый, невидимый и таинственный ген всегда управлял нами снизу. Теперь мы дерзновенно замахнулись управлять им сверху (чтобы он в свою очередь лучше управлял нами, но опять-таки снизу!). Лозунг «мы не можем ждать милостей от природы» становится в этой связи вновь и, как никогда ранее, актуальным.
Другое дело, что человечество отправилось тем самым в новое, неведомое и, безусловно, рискованное плавание. И никто наперед не знает, в какую гавань оно себя приведет. Но соблазн велик, критическая точка бифуркации уже пройдена, «джин выпущен». А это значит, что назад пути нет.

1.9. ЛИНЕЙНЫЙ ПРИНЦИП БИОЛОГИЧЕСКОЙ АРХИТЕКТОНИКИ

Слово «материя», в переводе с латинского, буквально означает вещь, вещество (то есть нечто такое, что можно ощутить, потрогать, измерить). В философском смысле – это объективная реальность, отображаемая нашим сознанием. В естественнонаучном понимании – вещественная основа, которая образует физические тела, и которая имеет, стало быть, определенное строение. Но есть и другой, текстильный оттенок этого слова, когда оно подразумевает какую-то связанную из нитей ткань. Это может быть обыкновенная хлопковая материя, но может быть и шёлковая, льняная, шерстяная, синтетическая…

Так вот, живая материя, помимо того, что о ней уже много сказано в научных и философских категориях и терминах, есть, прежде всего, материя именно в этом, текстильном смысле. Дело в том, что всякая живая плоть сконструирована, как и текстильная ткань, из нитей (главным образом белковых и целлюлозных) и, следовательно, она имеет матерчатую структуру. Живая материя в физико-механическом отношении есть по существу не что иное, как биологический текстиль.

В поисках специфических (или, как еще говорят, атрибутивных) признаков жизни, которые можно было бы противопоставить неживой природе, остался совершенно без внимания реальный, в принципе весьма простой и к тому же вполне доступный для наблюдения факт. От механического удара твердый камень дробится на части, а какая-нибудь мягкая биологическая плоть в этой ситуации, напротив, сохраняет свою целостность, лишь по месту приложения силы могут возникать (как это хорошо известно каждому из нас с раннего детства) некоторые локальные дефекты. Налицо диаметрально противоположное отношение к прочности как способности сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок (ими обычно являются растяжение, сжатие, изгиб).

Все биологические тела от мала до велика построены, в отличие от широко распространенных в природе кристаллических минералов, из линейно (одномерно) организованных элементарных единиц материи, длина которых многократно превышает поперечные размеры, а именно - из полимерных нитей (например, коллагеновых или целлюлозных). Будучи достаточно длинной, тонкой, эластичной, полимерная нить способна, изгибаясь, повторять и описывать любые геометрические формы и очертания. Она чрезвычайно предрасположена к прочному сцеплению и переплетению с себе подобными, что открывает путь к безграничному пространственному формообразованию. Из нити можно сделать (то есть связать) всё. И природа не прошла мимо такой замечательной возможности. Нематоморфизм (от греч. nema - нить) и текстуральность (от лат. texo - тку, сплетаю и textum - ткань) приобрели в построении биологических систем, если говорить языком физики, не только ближний, но и дальний порядок.

Подлинное царство (микрокосм) нитей открывает нам, прежде всего, содержимое всякой живой клетки, которое ассоциируется нами (вслед за Ж. Бюффоном и В.И. Вернадским) с так называемым живым веществом. Внутриклеточные нити (система цтоскелета, микрофибриллы и микрофиламенты, тончайшая кисея гиалоплазмы) причудливо преплетаются между собой, соединяются и разъединяются в определенном, сложно организованном порядке, образуя в совокупности многомерную, непостижимо запутанную сеть. Построенные в таком ключе элементарные ячейки жизни соединяются между собой в «государство клеток» (как сказал бы Р. Вирхов) нитями внеклеточного матрикса, образуя ткани. А те в свою очередь интегрируются аналогичным образом в органы и системы органов, так что в итоге получается связанный из нитей целый организм.

Текстуральный принцип структурной организации живого имеет глубокий физический смысл. Выполненная из нитей конструкция внутренне противоречива, в ней органически сочетаются противоположные начала - дискретность (отдельных нитей) и непрерывность (системы в целом). При ударе по минеральному кристаллическому монолиту механическое напряжение концентрируется в месте образования первичной трещины, которая мгновенно разрастаясь и ветвясь, приводит его к разрушению. В отличие от этого, переплетенные между собой полимерные нити, интегрирующие биологическую плоть в единое целое, способствуют рассасыванию напряжения (возникающего по месту приложения силы) и перераспределению нагрузки на соседние элементы. Так что дефект, приведший к разрыву отдельных нитей, не приобретает угрожающих размеров. Он тотчас угасает и локализуется по месту первичного образования. Каждая нить (и даже ее отдельный, зажатый между двумя точками участок) будучи частью единой связной системы, в то же время сохраняет свою физическую индивидуальность и, следовательно, ее разрыв отнюдь не влечет за собой разрушения всей конструкции. Сплетенный из нитей трос гораздо прочнее эквивалентного ему по массе монолитного стержня (к тому же он обладает высокой и легко обратимой гибкостью в силу свободного скольжения друг относительно друга образующих его элементов).

Вот почему, соударяясь с твердыми телами и друг с другом, падая и ушибаясь, вступая в физическое единоборство, преодолевая сопротивление воздушных и водных потоков, меняя в зависимости от обстоятельств внешние очертания, живые существа (поначалу, исторически представленные единственной клеткой) не распадаются на части. В противном случае жизнь уже по этой только причине (сугубо механического, структурного свойства!) была бы в земных условиях абсолютно невозможна. И, следовательно, мы имеем все основания отнести нематоморфизм и текстуральность, эти фундаментальные принципы биологической архитектоники, к числу атрибутивных в понимании сущности жизни.

Происхождение этих принципов вполне объяснимо. Будучи порождением линейного порядка, белково-нуклеиновая функциональная система неуклонно поддерживает и бесконечно воспроизводит его в себе. В процессе репликации, транскрипции и трансляции на линейно организованной матричной основе нить порождает и множит нить. Сходящие с матриц элементарные фибриллы собираются в нити более высокого ранга (аналогично тому, как в текстильном производстве из коротких и сравнительно тонких волокон формируется пряжа). На их основе в конечном итоге и создаются (кристаллизуются) различного размера белковые структурные нити.

(Наряду с этим вторично, но уже на ранних этапах существования биосферы приобрёл грандиозное по масштабам своего выражения биосинтез линейных полисахаридов, которые получили главным образом строительное значение. У растений - это целлюлоза (в общей массе органических соединений биосферы она заняла с течением времени первое место), а в мире гетеротрофных организмов (членистоногие, грибы и др.) - целлюлозоподобный хитин.)

Жизнь – это бесконечный и непрерывный процесс прядения и вязания. Всякая живая система, даже самая малая, стала по сути дела грандиозной текстильной фабрикой, а её продукция – единственным и универсальным строительным материалом самой живой субстанции. Кирпичи, из которых строят здание, скрепляют между собой цементом. Детали автомобиля соединяют нарезными болтами и гайками. Что же касается биологических конструкций, то все они завязаны нитью. Более того, если бы нам удалось разобрать до конца какую-либо часть живой плоти на составляющие её элементы, то от нее не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. Все живое из нити и от нити. Все живое есть связка, клубок нитей. И только потому мы не замечаем в обыденной жизни существования этой реальности, что биологические нити либо слишком тонки, либо к тому же еще и плотно упакованы.

Если бы удалось разобрать до конца какое-нибудь существо (или хотя бы его часть) на структурные составляющие (подобно тому, как мы это делаем порой, распуская связанный из пряжи свитер), то от него, естественно, не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. При внимательном анализе разобранного материала мы бы увидели, во-первых, что нити эти главным образом двух типов - белковые и углеводные. Во-вторых, что нити различаются по толщине. В третьих, что они устроены иерархически, по матрёшечному (фрактальному) принципу: нити большего диаметра последовательно расщепляются продольно на нити меньшего диаметра вплоть до линейных макромолекул, с которых начиналось их формирование. Наконец, в четвёртых, что все мономеры образующие нити, только левые (в случае белковых нитей) и только правые (в случае углеводных).

Проще всего осуществить разборку на составные линейные элементы, конечно, вирусов, микроскопическое тело которых состоит всего лишь из двух видов нитей. Находящаяся в центре полинуклеотидная нить (ДНК или РНК, одноцепочечная или двухцепочечная) заключена в полипептидную оболочку-капсид. И, следовательно, вся задача по разборке сводится к тому, чтобы распустить на составляющие нити именно этот капсид, последовательно извлекая белковые субъединицы и разматывая их. Что же касается субвирусных частиц, так называемых вироидов, то с ними и вовсе не требуется никакой разборки, поскольку они лишены капсида и представлены только однонитиевой РНК (возможно, в некоторых случаях и ДНК), которая способна автономно реплицироваться в инфицированных хозяйских клетках. Как видим, при всей своей простоте и функциональной специфике, вирусы несут в себе все признаки биологической архитектоники, присущие одноклеточным и многоклеточным организмам, то есть живой материи вообще.

Объясняя, как устроен организм на уровне элементарной ячейки жизни, знаменитая клеточная теория (сформулированная ещё в первой половине девятнадцатого столетия), не дает представления о структурной организации собственно живого вещества, живой материи как таковой, и ныне уже не может считаться достаточной в контексте теории жизни. В основе жизни, включая и тот ее случай, когда целый организм представлен всего лишь одной клеткой, лежат иные принципы -   более глубокого, тектонического (греч. tektonike - строительное искусство, archi – старший, главный, первоначальный) порядка. Это нематоморфизм - нитеобразие, нитеподобие, нитеформие и порождённая им текстуральность - конструирование (вязание) живой материи из нитей. Этим принципам подвластны даже такие мельчайшие, субмикроскопические существа, как вирусы, которые, будучи живыми организмами, никак не вписываются в классическую клеточную теорию в силу своей морфо-функциональной специфики.

1.10. ЖИЗНЬ: СВОБОДА В ОБЪЯТИЯХ ПАУТИНЫ

«Жизнь есть одушевленная вода». Этот афоризм Э. Дюбуа-Реймона, говорят, очень нравился В.И. Вернадскому. В самом деле, высшие формы жизни содержат воду в количестве 80 - 85% от общей массы, низшие - 95 -98% и даже более, причем основная ее часть не связана с живым веществом химически. Нет на Земле горной породы, которая обладала бы такой влагоемкостью. И можно ли тогда живое вещество называть живым, если оно состоит главным образом из воды?

О значении воды для жизни, казалось бы, знаем всё. И, тем не менее, когда говорим: «без воды нет жизни», «вода - универсальный биологический растворитель», «внутренняя среда жизни» и т.п., понимаем ли, о какой воде идет речь?

Известны три агрегатных состояния вещества, и это в полной мере относится к воде, - твердое, жидкое и газообразное (плазма в данном случае не в счет). Так вот ни то, ни другое, ни третье не могут претендовать на внутреннюю среду жизни, они абсолютно неприемлемы для нее. Твердое - ввиду того, что его атомы слишком жестко связаны друг с другом и недалеко колеблются около своего центра. Жидкая, а тем более, газообразная фаза, напротив, слишком неустойчива относительно тепловых флуктуаций. В них происходит беспорядочное движение атомов, что исключает саму возможность существования и стабильного функционирования сложных молекулярно-биологических структур. Живое вещество по определению не может быть как жестким, так и свободно текучим, оно должно быть в меру подвижным и лабильным. И, следовательно, только то относительно вязкое состояние воды, к которому применимо слово «консистенция», пригодно для жизни. Но как же достигается это совершенно необходимое для жизни состояние?

А достигается оно очень просто и технически на редкость эффективно с помощью все тех же полимерных микронитей. Оказавшись в водной среде даже в ничтожно малом количестве (сотые доли процента от ее массы), полимерные микронити (они настолько тонки, что отношение длины к поперечным размерам идет у них на сотни тысяч и даже на миллионы, и в силу таких пограничных между макро- и микромиром размеров они находятся еще во власти законов классической физики, но в то же время способны порождать квантовые эффекты) соединяются друг с другом и переплетаются во всех направлениях, собираясь в очень густую и объемную сеть. Жидкая вода при этом удивительным образом преображается. Застряв в ячейках сети, она теряет присущую ей подвижность, лишается текучести и приобретает вдруг (в положительном интервале температур!) непривычные для жидкости свойства твердого тела: жесткость, упругость, пластичность, способность сохранять заданную ей форму и т.д. Иными словами, вода переходит в совершенно иное, по сути дела четвертое агрегатное состояние, среднее между жидким и твердым. Она приобретает благоприятную для жизни консистенцию!

Именно в таком качестве существует ныне цитозоль (он же клеточный матрикс, или гиалоплазма, или внутренняя среда) - основная по массе и объему часть каждой живой клетки. При специальных методах исследования цитозоль (его нетрудно выделить в чистом виде путем последовательного центрифугирования гомогенатов клеток) выглядит как густая трехмерная сеть, которая составлена из тонких (2 - 3 нм) фибрилл, пересекающих цитоплазму в различных направлениях и охватывающих все внутренние образования: микротрубочки, различные вышеупомянутые нитевидные структуры, мембранизированные органеллы и цитоплазматическую мембрану. Ячейки сети заполнены иммобилизованной водой, в местах пересечения ее нитей сосредоточены группы рибосом.

В лабораторной практике, посвященной изучению внутриклеточных биохимических процессов, оперируют, как правило, водными растворами реагентов по традиции, унаследованной от общей химии. Здесь бытуют такие понятия, как концентрация, растворимость, pH и тому подобные параметры, выработанные в свое время применительно к водным растворам. Клеточный транспорт по-прежнему рассматривается как процесс переноса комплекса молекул через водную среду. Но такой воды, которая присутствует в пробирке (где господствуют законы диффузии и беспорядочного теплового движения молекул, где все тяжелое самопроизвольно оседает, а легкое всплывает на поверхность и т.д.) в живой клетке на самом деле нет.

Текстурально иммобилизованная внутриклеточная среда по своим физическим свойствам радикально отличается от водных растворов молекулярных соединений, о которых написаны все учебники по биохимии. В ней значительно нарушено соотношение сил в сравнении с тем, что наблюдается в пробирке. В частности, гравитация мало ощутима (и это очень важно для жизни, в противном случае внутриклеточные структуры постоянно осаждались бы из раствора, что накладывало бы существенные и трудно преодолимые ограничения на возможность ее существования и эволюции).

А не происходит так оттого, что все внутриклеточные элементы, субъединицы и агрегаты (даже те их них, которые традиционно считаются водорастворимыми) не плавают свободно в жидкости, как это имеет место в экспериментальных водных растворах полимеров, а преимущественно закреплены на нитях цитоскелета (они буквально застряли в его сетях), что не может не сказаться самым существенным образом не только на их подвижности и положении в пространстве, но и на самих реакционных способностях.

Более того, структурные соединения в клетке не диффундируют свободно к пункту назначения, а принудительно (на поводке, на привязи) доставляются точно по адресу (в нужное время и в нужное место) посредством актин-миозиновой канатной почты. Один конец транспортной нити наращивается в направлении движения груза за счет присоединения все новых единиц (сегментов) белка, другой соответственно укорачивается. И хотя общая длина нити не меняется, она (и все, что на ней закреплено) движется в заданном направлении, как белье на прищепке. Канатные дороги пронизывают вдоль и поперек всю клетку.
 
Наконец, следует учитывать и то важное обстоятельство, что в цитоплазме очень мало повторностей биологических молекул определенного вида, тогда как все выводы классической химии приобретают смысл и вероятностное значение только на фоне больших чисел.

А коли так, реальная химия клетки весьма далека от той, что излагается в университетских курсах. Это нечто принципиально иное. Это во многом еще не понятая нами химия текстурально иммобилизованных макромолекулярных соединений, несомненно, представляющая одно из специфических (атрибутивных), но не получивших соответствующего их значимости научного понимания, качеств жизни.

Не буду, однако, углубляться в дальнейшие подробности. В контексте рассматриваемой мною проблемы важно понять следующее: цитозоль являет нам архаический образ преджизни, то состояние, которому суждено было стать изначальной внутренней средой жизни. В далеком геологическом прошлом союз воды и нити открыл на Земле новые возможности для дальнейшей самоорганизации материи, он создал определенные и совершенно необходимые предпосылки к биологической эволюции.

Во-первых, осуществилось столь необходимое для грядущей жизни фазовое обособление, индивидуализация и мембранизация материальной предбиологической системы (будь то коацерваты Опарина или протеидные микросферы Фокса) от окружающей среды (обитающая в воде амеба-протей почти на100% состоит из воды, но это уже не вода, а «элементарная ячейка жизни»). Во-вторых, наметилось становление упомянутой внутренней среды. В-третьих, появились присущие жизни зачатки метаболизма и гомеостаза (особенно если в роли нитей выступают полипептидные молекулы). В общем, сложились предпосылки для образования первичной «сомы» (если следовать в расширительном значении несколько забытой терминологии А. Вейсмана). Это, конечно, еще не жизнь и даже не преджизнь. Но это уже благоприятная предбиологическая почва, на которую могли бы упасть некие семена (некая «зародышевая плазма»), чтобы дать жизнь.

В то же время мы приходим на основании изложенного к еще одному парадоксальному заключению общебиологического порядка: физико-механическая идея, заключенная в банальной паутине (которая как-то незаметно заводится во всех углах наших комнат), имеет фундаментальное значение для жизни, включая и само ее происхождение. Живое вещество биосферы, которое совершенно не мыслится без движения, способно существовать и реализовать себя только в тесных, сильно сковывающих его объятиях паутины. Биологическая свобода (если иметь в виду весь комплекс функциональных процессов внутриклеточного метаболизма) может осуществляться только в рамках определенной (текстурально обусловленной и регламентированной) несвободы, динамика - в рамках статики (то есть, нематостатики). Жизнь есть свобода в объятиях паутины!

А теперь, в нескольких словах, о глобальной ловчей сети биосферы Земли.
Грандиозным по своим масштабам и качественно новым проявлением паутинного принципа, его подлинным триумфом явилось на определенном этапе эволюции биосферы заключение в сеть ни много, ни мало - поверхностного слоя континентальной коры выветривания. Охваченный ею, этот слой приобрёл все признаки соединительнотканного или даже кожного строения. Он пронизан (прошит, переплетён, простёган) множеством разнообразных по величине биогенных нитей. В их роли выступают уже непосредственно организмы, точнее говоря, экоморфологические образования высших автотрофов, а также грибов и водорослей. Масштаб другой, но физико-механическая суть всё та же. Да и устроены внешние макроскопические нити (как и те, что образуют организм) иерархически, по фрактально-матрёшечному принципу. Они так же разложимы на линейные элементы в порядке уменьшения их толщины, вплоть до элементарных целлюлозных волокон, построенных, кстати, только из правых мономеров.

С проникновением биологической нити в земную твердь текстуральный принцип интеграции биологических систем становится средообразующим фактором глобального, поверхностно-планетарного масштаба. В тесных объятиях «паутины» поверхностный слой континентальной коры выветривания, образованный из неустойчивых частиц мелкозёма, стабилизируется. Он теряет свою подвижность, неизбежно возникающую всюду в земных условиях под действием воздушных и водных потоков. Тем самым создаются совершенно беспрецедентные для прошлой истории биосферы и крайне необходимые условия для прогрессивной эволюции долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия (прямо по месту их первичного образования). Этот бесценный ресурс представляет собой материальный фундамент нынешней биосферы: от него питаются и функционально зависят не только все наземные, но в конечном итоге - и океанические формы жизни. Без «паутины» почвообразование прерывается и эволюция поверхностного слоя материнской горной породы всецело переходит в категорию энтропийных геологических процессов.

Методично разрушая текстуральную основу почвенного покрова (с тех пор, как деревянная соха впервые коснулась земли) и, теряя его, мы всё больше убеждаемся на горьком опыте в том, что ловчие сети имеют принципиальное, основополагающее значение не только для живого вещества, но и для биосферы Земли как глобальной экосистемы.

1.11. ЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИРОДЫ

Как было сказано выше, ныне человек бросил Природе небывалый по своей дерзости вызов. Приступив (на линейном микроуровне) к реализации безумно соблазнительной идеи генетической инженерии, он замахнулся на то, что раньше всецело было прерогативой Природы. Словно и не было предупреждения: «во многой мудрости много печали».
Но что же мы видим на макроуровне? «Работа на линии» здесь идет, оказывается, тоже полным ходом. Более того, она успела зайти так далеко, что давно уже стала явлением глобального (биосферного) масштаба. Однако это обстоятельство остается как бы незамеченным в смысле научного понимания и концептуального обобщения. Надо восполнить этот пробел.

Почему в мировой земледельческой практике с давних пор и по сие время применяют на полях главным образом линейное (очередное, строчное, рядковое) размещение культурных растений? Да потому опять же, что одномерный порядок не только позволяет человеку дозировать расход семян, одинаково заглублять их в почву и получать тем самым относительно дружные всходы, но и дает возможность с наименьшими затратами труда и времени «считывать» и постоянно контролировать посевы (формировать их оптимальную густоту, выбраковывать нестандартные растения, проводить фитосанитарные мероприятия, периодически рыхлить в междурядьях почву, вносить удобрения и т.д.). То есть осуществлять всю необходимую технологическую систему ухода за сельскохозяйственной культурой вплоть до уборки урожая, особенно при использовании соответствующих этим операциям машин.

В специальных энциклопедиях и словарях вы не найдете, однако, термина «линейное земледелие». Хотя мировое земледелие по всем статьям является именно таковым. Более того, оно давно уже вошло в состояние глубокой линейной зависимости. Приобщение живых организмов к «строевой дисциплине», линейная стратегия и тактика насквозь пронизывают это наиважнейшее занятие человека.

Дикорастущие фитоценозы, которым было свойственно самопроизвольное, стохастическое пространственное распределение растительных индивидуумов (они всегда предпочитали «ходить» толпой, а не строем), к настоящему времени всюду оттеснены человеком. Их прибежищем теперь остались главным образом неудобья и малопригодные для земледелия участки ландшафта. На освобожденной от естественной растительности обширной территории континентов создан особый - упорядоченный, линейно выстроенный (да к тому же еще и расчерченный системой опять-таки линейных лесополос) мир культурных растений, чего ранее на Земле никогда не было.

Людям от этой геометрии, казалось бы, только польза. Налицо экономические и технологические выгоды. Но что приобрела биосфера в результате навязанного ей (в данном случае искусственно) линейного порядка? Как отнеслась Природа к новому наряду «в полоску», что почувствовала, а главное - насколько велико ее терпение к столь необычному и сравнительно недавнему в геологической шкале времени явлению? Особенно если учесть, в каком состоянии оказался в результате этого преобразования главный источник плодородия -планетарный почвенный покров. Это живую кожу Земли люди методично и хладнокровно, почитая за благо и соревнуясь друг с другом, изобретая все более изощренные приспособления и методы, полосуют стальными ножами тракторного плуга, оставляющими за собой длинные, глубокие (и опять-таки линейные!) борозды. И хорошо еще, если те идут поперек склона. Но, как показывает практика, тяжелой и громоздкой сельскохозяйственной техникой удобнее управлять, когда она ориентирована в своем движении вдоль склона. В результате такой пахоты открывается путь быстротекущей дождевой или снеговой воде, которая, следуя по нарезанной борозде вниз с нарастающим ускорением, без труда размывает на своем бегу разрушенную почвенную массу и выносит ее в конечном итоге в океан. Сама же борозда при этом превращается нередко в тяжелую рану Земли - овраг. Линейное земледелие открывает путь для линейной эрозии почв.

Думается, именно в этом обстоятельстве заключен, прежде всего, подлинный смысл расхожего понятия «рискованное земледелие». Линейное   земледелие   даже в самых благоприятных по климату регионах планеты в принципе, по определению, не может быть не рискованным. Ибо оно разрушительно для почвенного покрова уже в силу линейного принципа обработки земли.

Рукотворная проблема линеаризации ландшафтов давно ждет исследователей разного профиля – экологов, ботаников, зоологов, биогеоценологов, почвоведов, ландшафтоведов, специалистов в области земледелия. Только совместными усилиями можно осуществить всеобъемлющее научное осмысление этого феномена, быть может, и понятного для практичной человеческой души, но странного для биосферы. Ввиду его истинно планетарных масштабов нельзя больше медлить с этим. Если, конечно, мы действительно хотим не только понять скрытые от нашего взора и стремительно нарастающие тенденции в эволюции нынешней биосферы, но и увидеть перспективы своего дальнейшего пребывания в ней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Буду предельно краток.

Все живое завязано нитью. Все живое из нити и от нити.  Все живое шито нитью. Все живое есть связка, клубок нитей. Живая материя есть биотекстиль.

Жизнь – безусловно, процесс. Но в начале жизни была положена (а затем проникла во всю ее плоть и суть), все-таки, линейно организованная материальная микроструктура. Нить и линейный порядок есть альфа и омега жизни.
Жизнь – безусловно, свобода, но свобода в тесных объятиях паутины.

Жизнь есть литературное произведение природы, написанное линейной строкой молекулярного генетического текста. Что бы ни говорили, пытаясь дать наиболее подходящее определение феномену жизни, но жизнь (если иметь в виду ее единственное, достоверно известное нам состояние) - это самоорганизующаяся природная система, в основу которой положена линейная строка генетического текста, или, попросту говоря, генетическая нить. 
Смысл жизни (о котором мы так любим отвлеченно рассуждать) состоит в жизни генетического смысла.

Структурно-морфологический (текстуральный) подход к пониманию природы живой материи позволяет нам по-новому взглянуть на главную интригу, главную загадку жизни – ее оптическую асимметрию. Разрушение зеркальной симметрии на молекулярном уровне было вовсе не случайным, как до сих пор принято считать в науке, а совершенно необходимым для жизни. Оно имело фундаментальный биологический смысл. Оно было продиктовано линейной доминантой, которую природа изначально положила в основу конструирования и функционирования живой материи.
Линейный принцип конструирования жизни – причина, а оптическая асимметрия – следствие.

Ну, а если более подробно и детально, то все это в моей монографии (написанной, кстати, тоже линейной строкой литерного текста!).

ГЛАВА 2. ВСЕЛЕНСКИЙ АРБОРЕТУМ

Деревья! К вам иду!
Марина Цветаева


ВВЕДЕНИЕ

«Arboretum = arbustum (лат.) – засаженный (поросший) деревьями».

С самого начала своей сознательной жизни мы стремимся получить как можно больше знаний. "Scientia potentia est", «Знание – сила». А кто же не хочет быть сильным? Понятно, что к получению знаний подталкивает еще (а, может быть, даже, в первую очередь) и врожденное наше любопытство.

Но знать и понимать – не одно и то же. Можно знать, но не понимать. Можно видеть и не замечать. Так, в общем-то, мы, люди, устроены.

Но однажды я (перебирая известные, но разрозненные и не связанные между собой в единую концептуальную систему, знания), все-таки, заметил нечто для себя важное: Природа имеет склонность к неограниченному и безудержному ветвлению. Она стремится к реализации феноменальной способности производить и множить различные,  не только зеленые (и не только вещественные) деревья на каждом своем шагу, по разному поводу и при каждом удобном случае.

Это фундаментальное свойство Природы я определил впоследствии научно как "универсальный дендро-морфогенез" (лат. dendron - дерево; греч. morphe - форма, genesis - образование).

2.1. ЗА ОТДЕЛЬНЫМИ ДЕРЕВЬЯМИ КАК-ТО НЕ ЗАМЕТИЛИ ЛЕСА...

В природе чрезвычайно широко распространена ветвящаяся центрально-периферическая система, которую математики так и назвали - деревом. И не только назвали, но детально описали в строгих количественных терминах. Сначала это было сделано в теории графов, а потом, сравнительно недавно, дерево стало объектом фрактальной геометрии.

Дерево устроено так, что сколь угодно малая его ветвь регулярно повторяет геометрическое очертание всей конструкции. И, следовательно, дерево (в абстрактном смысле) можно «лишить жизни», как в прошлом сказал один известный математик относительно фрактальной структуры вообще, не иначе, как уничтожив его целиком. Но это весьма непростая (часто невыполнимая) задача, особенно если учесть, что в принципе дерево способно одновременно расти и вверх, и вниз, и во все другие стороны.

Деревья всюду окружают нас - большие и малые, стройные и раскидистые, видимые и невидимые, растущие долго и распускающиеся мгновенно. Деревья существуют там, где их, казалось бы, и нет. Достаточно сослаться, к примеру, на открытие в начале XX столетия Нобелевским лауреатом академиком Н.Н. Семеновым цепных разветвленных химических реакций, подобных (по его же словам!) многоветвистому дереву, которое внезапно возникает и начинает невероятно быстро ветвиться вглубь и вширь от ничтожно малой причины, достигая грандиозного по своей мощности выражения. Именно отсюда пошла теория горения и взрывов, включая ядерный (поскольку оказалось, что цепной процесс деления атомного ядра идет по той же самой геометрической схеме).

Однако за отдельными деревьями мы пока еще не увидели леса. Имеющиеся (скажем так – «дендрологические») научные сведения, нередко весьма обширные, рассредоточены в различных, порой очень удаленных друг от друга областях знания и носят изолированный, узкодисциплинарный характер. Они никогда еще не складывались в единую картину, и потому оставались в чем-то не понятыми и до конца не объяснимыми. Иначе говоря, дерево - эта самоподобная, имеющая масштабную инвариантность и дробную размерность (если говорить языком фрактальной геометрии) вездесущая конструкция природы - еще не получило надлежащего естественнонаучного и философско-методологического осмысления и не нашло достойного своей значимости отражения в современной картине мира.

2.2. СЕРДЦЕВИНА МИРОЗДАНИЯ
 
Независимо друг от друга, зачастую не имея прямых культурных контактов, древние народы мира неизменно приходили к представлению о многоэтажной Вселенной, в центре которой находится Космическое Древо - ось мира, сердцевина Мироздания, интегрирующая всю махину Космоса в единое целое.

Об этом, в частности, свидетельствуют: Священное Древо славянского язычества (по нему опускаются и поднимаются боги, с его помощью можно проникать в иные миры; мертвые устремляются по Священному Дубу на небо к своим предкам - отсюда и пошли выражения «смотреть в дуб», «дать дуба»); скандинавский космический ясень Иггдрасиль (своими могучими корнями и кроной он объемлет Вселенную) и его аналоги - Лилия (у древних греков) и Лотос (у восточных народов); опрокинутое Вселенское Древо в мифологии индусов и некоторых сибирских народов (корни его в небесах, а вершина свешивается к земле); Золотое Дерево египтян (копия небесного, растущего в верхнем мире); Космическое Дерево китайцев (дорога богов и шаманов); Первое Дерево майя и ацтеков, помещенное в центр мироздания; наконец, библейские Древо познания добра и зла и Древо жизни. Магическое значение имеет Древо жизни в каббале (оно позволяет посвященным вступать в связь с энергией Космоса и Высшим разумом, дает возможность добраться до Внешнего Мира и найти там бессмертие). Мировое Древо - непременный атрибут шаманской картины мира и шаманского культа, предполагающего общение с духами посредством Дерева, через которое лежит путь на небо и в преисподнюю.

Под Мировым Древом в центре Вселенной рождались (а нередко и умирали) боги, герои, великие цари. Помните легендарного Одиссея? Зеленое дерево растет и простирается ввысь прямо из его родного дома. Скажете, античная экзотика? Но сколько срублено под корень и поставлено в наши дома елок под Новый год! А сколько деревьев посажено людьми под окнами своих домов... Откуда пошли обе эти традиции?

Крайне важно отметить, что при всем этом Мировое Древо в концентрированном виде воплощает в себе идею земного плодородия. Возле него бьют ключи, пышно произрастают плодоносящие растения, пасутся различные травоядные животные. Иначе говоря, Дерево - это еще и символ реальной, чисто земной жизни, ее важнейший экологический фактор, как мы сказали бы теперь.

В жемчужине древнерусской литературы "Слове о полку Игореве" есть весьма примечательные строки: "Боян бо вещий, аще кому хотяше песнь творити, растекашется мыслию по древу...". "У лукоморья дуб зеленый," - начинает свою знаменитую поэму А.С. Пушкин. "Есть где-то, в какой-то далекой земле такое дерево, которое шумит вершиною в самом небе, и Бог сходит по нем на землю перед светлым праздником", - продолжает ту же мысль Н.В. Гоголь. Нет сомнения в том, что все эти замечательные образы, созданные великими художниками в разное время и по разному поводу, навеяны древними мифами о космическом Древе.

2.3. КОРНИ И КРОНЫ

Посмотрим теперь, что же представляют собой те или иные вещественные (биологически узнаваемые) деревья, как функционируют, какую роль играют в биосфере, возможно, даже в судьбах человеческой цивилизации?

Прежде всего, самого пристального внимания заслуживает, конечно, собственно дерево (в первичном ботаническом значении), но также  и всякое травянистое растение (даже самое малое), которое в принципе (в смысле соответствия формы и функции) уже есть дерево.

Но биотическое дерево не на земле впервые выросло и вовсе не обязательно имеет листья. Как это ни странно может показаться на первый взгляд, очень много «деревьев» среди животных, относящихся к различным систематическим группам, которые существовали в биосфере задолго до того, как на суше появились первые высшие растения. Таковы, например, офиуры и морские лилии (из иглокожих), но еще в большей степени кишечнополостные, которыми и ныне переполнен Океан. Причудливые заросли коралловых полипов (животных, способных к фотосинтезу из-за обилия в их тканях симбиотических зеленых водорослей!) легко принять за наземную древесно-кустарниковую растительность. Сходство настолько сильное, что кораллы долгое время (до середины XVIII века) относились естествоиспытателями к царству растений. В сущности, деревом является, однако, и неприметная для глаза микроскопическая амеба-протей - обычный обитатель пресных водоемов. Целый класс одноклеточных животных, к которому она принадлежит, отнюдь не случайно назван в зоологической систематике Корненожками.

Еще более странным и непривычным может показаться утверждение, что в каждом из нас сидят и произрастают деревья, но это действительно так! Самые настоящие деревья пронизывают и охватывают своими многочисленными, истончающимися к периферии ветвями и корнями всю человеческую плоть, функционируя здесь в принципе так же, как и вышеупомянутые деревья-организмы: что-то извлекают из прилежащего субстрата, что-то отдают ему, а также связывают, производят, разносят. Все основополагающие внутренние системы органов многоклеточных животных (кровеносная, лимфатическая, дыхательная, выделительная, нервная) устроены и действуют именно таким образом.
         
Так, главный элемент центральной нервной системы (а она сама по себе в целом есть многоветвистое дерево) - головной мозг - составлен (сконструирован) из множества нейронов. Но каждый нейрон в отдельности представляет собой опять-таки (и даже, прежде всего) дерево, разве что в миниатюре.И только потому в груди каждого человека всю жизнь бьется сердце, что оно от рождения насквозь пронизано и охвачено ветвями коронарной артерии.

Выходит, что животный организм в конструкционном плане есть не что иное, как система переплетенных между собой различных (по выполняемой функции) деревьев, плотно упакованных в ту или иную форму, соответствующую его наружному габитусу. И, стало быть, дерево не только сидит в земле, как это соответствует нашему обыденному представлению, но еще и ходит по ней, а также летает, ползает, плавает и, наконец, думает и разумеет.

Более того, эмбрион человека связан с материнским организмом посредством, так называемого, детского места, которое в морфологическом отношении представляет собой тесно переплетенные своими ветвями (равно - корнями) деревья: одно идет от матери, другое (встречное) - от плода. Но на таком же, в сущности, плацентарном принципе основано глобальное функционирование всей биосферы! Погруженные в изначально бесплодную горную породу, корневые образования наземных растений извлекают из нее рассеянные и находящиеся в труднодоступной для жизни форме питательные вещества - биогенные химические элементы - и последовательно концентрируют (накапливают) их в приповерхностном слое коры выветривания. Интегральная совокупность зеленых деревьев («растительность», «растительный покров») морфологически и функционально есть не что иное, как хориональный блок биосферы, грандиозный по своим масштабам аналог плаценты, который охватывает своей всасывающей разветвленной сетью поверхностный слой литосферы (снизу) и атмосферы (сверху), так что образуется планетарное «детское место», от которого питаются и жизненно зависят все континентальные (биогеоценотические), а в конечном итоге - и океанические формы жизни.

Но ведь и Океан, как на первый взгляд ни странно,- тоже дерево! Посмотрим внимательно на глобус. Большая часть его поверхности окрашена синим цветом. Но синий цвет не заканчивается у материковой линии. Своими многоветвистыми, изгибающимися и истончающимися к периферии синими корнями (мы их называем реками) океан, как огромный организм, далеко, на тысячи километров, проникает в глубь континентов, охватывая их густой гидрографической сетью, поднимается на самые высокие и крутые горные вершины, где в ледниках покоятся огромные запасы кристаллической воды.
Вместе с водой корни океана непрестанно выкачивают из континентов биогенные, совершенно необходимые для всякой жизни химические элементы: азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо и все остальные, включая микроэлементы, которые континентальные организмы извлекают из горной породы и запасают в верхнем слое коры выветривания. В океане эти вещества идут на построение океанических организмов: сначала первичных продуцентов органического вещества (фитопланктон), а затем и его потребителей -  консументов различного порядка (зоопланктон, рыбы, морские млекопитающие, прибрежные колониальные птицы, человек)

Разве не следует отсюда, что процесс взаимодействия живой и неживой природы (косного вещества и биосферы) осуществляется и на глобальном уровне посредством вездесущей ветвящейся фрактальной системы - дерева?          

Приведенных фактов, думается, вполне достаточно, чтобы сделать следующее обобщение. Биотическое дерево независимо от его конкретной природы всюду образуется на фоне материально-энергетического потока как стремление жизни упорядочить его для собственных нужд. Исторически сначала в системе «организм - внешняя среда», а затем и внутри организма. Проблема центра и периферии в биоморфологических (функциональных, по терминологии П.К. Анохина) системах, сам процесс их образования и функционирования (системогенез) всюду разрешаются посредством дерева.

И можно только гадать, как пришли к согласованному "пониманию" этой истины примитивные микроорганизмы, которые стали объединяться в древосистемы уже на популяционном уровне! Из лабораторной практики известно, что колонии бактерий, имеющие обычно (при достатке пищи) компактную округлую форму, составленную из множества отдельных особей, начинают вдруг интенсивно ветвиться от центра к периферии, если они перенесены на обедненную питательную среду. Так ведет себя, например, сенная палочка на сухих и к тому же бедных питательными веществами пластинках агара. Совершенно очевидно, что ветвление и в данном случае направлено на максимально возможное увеличение поверхности контакта надорганизменной биологической системы с окружающей средой.

Не это ли обстоятельство приводит к ветвлению некоторых органических молекул (например, из класса углеводородов) в процессе их полимеризации? Ведь увеличение числа активных точек, несомненно, обеспечивает более эффективное улавливание соответствующих мономеров из окружающей «питательной» среды. Не эта ли причина способствует образованию и росту широко распространенных в неживой природе кристаллических дендритов (самородные медь, серебро, золото; вода, пиролюзит, уранинит, различные сульфиды и т. д.)?

Нынешняя биосфера проникнута и охвачена теперь еще и рукотворными (техногенными) деревьями: пути сообщения, связь, электрокоммуникации, система трубопроводов, питающая цивилизацию нефтью, газом, питьевой водой, удаляющая бытовые и промышленные стоки. Деревья проникли в математику, кибернетику, теорию искусственного интеллекта, теперь вот - в Интернет... Хорошо это или плохо для биосферы, не здесь судить. Но разве могло быть иначе? Наша Вселенная изотропна и однородна, везде и всюду в ней действуют одни и те же фундаментальные законы, одна и та же физика.

2.4. ДИВЕРГЕНЦИЯ И БИФУРКАЦИЯ

Есть в мире, однако, и совсем другие деревья. Мы их не видим и непосредственно не ощущаем, но именно они образуют самые многочисленные «популяции» и самые разнообразные, всюду процветающие «дендроценозы», которые имеют неограниченные ареалы. Первое научное представление о таких деревьях дали биологи. Сначала Ч. Дарвин (1859) ввел понятие «дивергенция», обозначающее расхождение (в ходе биологической эволюции) различных филетических линий, происходящих от общего ствола (корня). Затем эта идея получила дальнейшее развитие в концепции «адаптивной радиации», под которой ее авторы В.О. Ковалевский (1875) и Г. Осборн (1915) понимали в сущности все то же последовательное разделение основополагающего ствола на обособленные ветви последовательных порядков, связанное с развитием приспособлений организмов к различным условиям существования.

Процесс эволюционного ветвления начинается на уровне внутривидовой изменчивости и потом распространяется так далеко, что захватывает все вышестоящие таксоны. В итоге графический след, который оставляет в непрерывной эволюции система траекторий, начиная от само¬го зарождения жизни на Земле, принимает вид мощного дерева, в основании которого находятся древние предковые формы, а на верхушках многочисленных ветвей - молодые потомки. Такое дерево называют филогенетическим, а применительно к человеческому роду, его отдельным семейным линиям - еще и родословным, или генеалогическим.

Исчерпывающее (универсальное) понимание сущности и природы эволюционного древа пришло, однако, позднее из области точных наук. Выдающийся французский математик и философ Анри Пуанкаре, наверное, не предполагал, что введенный им в теорию нелинейных дифференциальных уравнений (а они имеют множество альтернативных, качественно отличных решений) термин «бифуркация» (буквально - раздвоение, разделение, разветвление чего-либо) войдет в общенаучное употребление и станет одним из самых известных и значимых в естествознании XX столетия.

С течением времени по мере развития исследований (преимущественно в области физической химии, термодинамики открытых неравновесных систем и теории информации) выяснилось поразительное соответствие абстрактного бифуркационного сценария тем событиям и процессам, которые повсеместно протекают в реальном мире, причем на всевозможных уровнях его организации, включая социальный. Так, если говорить языком выросшей на основе упомянутых исследований синергетики, всякая диссипативная, обладающая значительным запасом свободной энергии структура неорганической природы (например, автокаталитическая) по мере удаления от термодинамического равновесия становится все более неустойчивой (нестабильной) и тем самым приближает себя к точке бифуркации. Структура приходит в возбужденное состояние, ее охватывают раз¬личные флуктуации, она становится крайне чувствительной к внеш¬ним воздействиям, колеблется перед выбором одного или нескольких путей своей эволюции. Здесь-то, на распутье, ее и подстерегает случай, который делает мир загадочным и непредсказуемым, лишает его той степени корректности (когда малым причинам отвечает малое следствие), на которой, в общем-то, и строилась до последнего времени вся математическая физика.
В точке бифуркации даже самое малое возмущение (обладающее ничтожно малым энергетическим потенциалом, но максимальным параметрическим соответствием характеру системы) способно превратиться в доминанту, охватить всю систему и подчинить ее себе. Система бифуркирует, то есть резко, скачкообразно переходит в новое состояние. С выбором же нового направления движения она освобождается от власти стохастики и вновь приобретает относительную устойчивость, нормально «работая» (до очередной бифуркации) в рамках детерминистских законов, соответствующих ее природе. В устойчивом состоянии система (в смысле ее способности эволюционировать) «слепа», а с потерей устойчивости - «прозревает».

Прохождение системы через точки бифуркации имеет необратимый характер. Назад, в прошлое состояние, она уже никогда не возвращается. Несостоятельные пути либо погибают и бесследно исчезают, либо вливаются в жизнеспособные потоки. А это есть не что иное, как хорошо знакомый нам из области биологии естественный отбор (теперь уже отбор конкурирующих мод (флуктуаций). Этот вездесущий, всесильный и в то же время не требующий для своего осуществления ни малейших энергетических затрат процесс при всей его очевидной стихийности реализуется тем не менее по критерию ценности и функциональной значимости структурной информации. С подъемом на очередную ступеньку система становится как бы «умнее», что в сущностном плане означает последовательное усложнение ее семантики. И, стало быть, эволюция - всеобщее свойство материального мира, а не удел только биологических объектов - не прокладывает себе преднамеренно дорогу к цели. Путем перебора возникающих возможностей она делает «находки» и соответственно им меняет свой путь. Порядок спонтанно выкристаллизовывается из беспорядка наперекор второму началу термодинамики закрытых линейных систем.

Именно так (по синергетике) осуществляется самоорганизация материального мира, при которой идет постоянная и неуклонная борьба системы с энтропией, прогрессивное структурирование и усложнение, самодвижение (с нарастающим ускорением) от простого к сложному, от рождения Вселенной до ее сегодняшнего дня. При этом созидание и усложнение необходимо чередуются с разрушением и упрощением.

2.5. ВЕТВЯЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ

Поскольку пути эволюции реальных систем бифуркируют, многократно ветвятся, диаграмма ее реализованных траекторий в целом и в частном оказывается аналогичной упомянутому филогенетическому дереву. Более того, это дерево теперь уже может быть расценено лишь как ветвь (пусть даже могучая, цветущая и плодоносящая), сидящая на куда более грандиозном Древе вселенской эволюции. Своими бесконечно растущими побегами, уходящими в пространство и время (от прошлого, через настоящее - в будущее), оно охватывает все сущее, проникая в самые потаенные и отдаленные уголки Мироздания. Всякому сколь угодно малому и великому событию нашлось свое неповторимое место в этой не поддающейся полному измерению и оценке кроне.

Любой нелинейный процесс уже приводит к ветвлению. Если же учесть, что все реальные природные системы в принципе нелинейны, можно представить себе, какие непроходимые «заросли», какая непролазная «чаща» всюду окружают нас! Неуклонно сужающийся путь к сложному (предполагающему реализацию все менее вероятных событий) - это путь к прогрессивно возрастающей нелинейности. И мы не погрешим против истины, если скажем: эволюция есть нелинейный синтез.

Но правомерно дать и другое определение. Дивергенция, адаптивная радиация, бифуркация... - каждое понятие несет свои смысловые оттенки, но все вместе и каждое в отдельности идут в од¬ном направлении. В принципе они сходно объясняют эволюцию, которая есть дендроморфизм в ста¬тике, то есть графически, и дендрогенез - в динамике, то есть в реальном движении и развитии. Короче, всякая эволюция есть дендроморфогенез.

Дендроморфогенез - имманентное свойство природы, основополагающий принцип архитектоники вселенского Мироздания. Он не только отражает всеобщую тенденцию к необратимой эволюции (которая в целом, как это первыми заметили биологи, имеет монофилетический характер, то есть идет от общего корня), но и показывает, как порядок соотносится с хаосом и рождается из него. Каждая ветвь дерева, как бы она ни была мала и тонка, повторяет очертания всей конструкции или какой-либо ее части, а это значит, что природные процессы всюду (и безотносительно к их масштабу) протекают по единой схеме фрактальной организованности. С точки зрения математики, дерево есть график решения квадратного уравнения с комплексными переменными и, следовательно, две вершины дерева, даже самые близкие, вышедшие из одной точки ветвления, всегда индивидуальны. Они никогда не бывают (и не могут быть) связаны непосредственно. Из одной вершины в другую путь ведет только через упомянутую исходную точку, принадлежащую предшествующей (материнской для них) ветви. А это значит, с другой стороны, что всякая отдельно взятая ветвь (как бы далеко она ни ушла в сторону и как бы высоко ни мнила о себе) никогда и нигде не возникает на пустом месте, вне связи с родительским стволом и корнем.

Дендрморфогенез, возможно, имеет место и за пределами нашего четырехмерного пространства-времени. В соответствии с достижениями теоретической физики, главным объектом исследования которой с некоторых пор стал квантовый вакуум, не исключено существование в природе множества (быть может, даже бесконечно большого) вселенных с разной физикой, которые в совокупности составляют ветвящуюся систему. В целом такая Вселенная действительно, как полагал А. Эйнштейн, стационарна в том смысле, что у нее нет ни начала, ни конца. Это - вечно юная, воспроизводящая себя из «вакуумной пены» Вселенная. Ее основание всегда находится в состоянии сверх¬плотного одиннадцатимерного «кипящего» вакуума, из которого хотя бы изредка отпочковываются пузыри, эволюционирующие далее по известному сценарию Большого Взрыва.

Такое представление обычно связывают с советским физиком А.Д. Линде (1986). Однако справедливость требует сказать, что впервые идею ветвящейся Вселенной выдвинул американский космолог X. Эверетт (1957).

2.6. «…НО ДРЕВО ЖИЗНИ ВЕЧНО ЗЕЛЕНЕЕТ!»

В ученом мире бытует мнение о том, что нарушение гомеостаза в нынешней биосфере, все беды и невзгоды, которые грозят обрушиться на людей, проистекают только оттого, что мы неразумно (нерационально) строим свои отношения с природой. Концепция ноосферогенеза, выдвинутая в свое время (вслед за Леруа и Тейяром де Шарденом) Вернадским, по сути своей как раз и предполагает некое разумное, управляемое развитие биосферы на все времена в интересах мыслящего человечества. По крайней мере, ноосфера представляется как новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее существования и развития. Но так ли это и насколько это реально?

Исходя из закономерностей эволюционного дендро-морфогенеза (среди которых не последнюю роль играют в принципе непредсказуемые бифуркация и случайность), мы в состоянии делать достоверные прогнозы относительно будущего всякой сложной природной системы лишь на коротких временных интервалах. Дальнейшая траектория эволюционного движения ускользает от нашего внимания: едва заметное отклонение, допущенное по тем или иным причинам в начале пути, ведет по мере удаления от него к нарастающим различиям. Погрешность, казалось бы, строгого расчета нарастает, словно снежный ком, в зависимости от роста числа взаимодействий и преобразований. Но как же можно тогда надеяться на планомерное, управляемое развитие такой архисложной (с невообразимым множеством взаимозависимых переменных величин) системы, каковой, несомненно, является биосфера, если к тому же управляющее звено должно быть еще более сложным, нежели управляемое? Если даже допустить возможность реализации такого фантастического проекта, то какова должна быть соответствующая его масштабам степень научно-технической вооруженности цивилизации? А главное, хватит ли у человечества времени для ее достижения в условиях наступающего глобального экологического кризиса?

Теперь что касается собственно гуманитарной сферы. Социальное древо (а таковым, в сущности, является всякая государственная и общественная, опять-таки центрально-периферическая, система) также не терпит того обращения, которое мы обычно практикуем на садовом участке при выращивании плодовых культур. Предугадать характер его ветвления на долгосрочную перспективу в принципе невозможно. Отсюда всякие попытки культивировать социум, опираясь на далеко идущие прогнозы и схемы общества будущего, навязывать ему без учета специфических особенностей даже хорошо зарекомендовавшие себя в мировой практике схемы, произвольно экспериментировать, исходя из «единственно верных» теоретических посылок и постулатов, прививать чужеземные побеги, а тем более рубить под корень (чтобы расчистить место для чего-то иного), словом, осуществлять радикальную социальную инженерию, - обречены на провал, какими бы благими намерениями они ни были продиктованы.

Очевидно, надо положить конец всяким претензиям на абсолютный и далеко идущий осознанный контроль в отношении какой бы то ни было сферы бытия. Реальность вообще не поддается контролю в том смысле, который был провозглашен классической наукой.

Что же, человек совершенно бессилен перед лицом стихии? Нет! Только разум его должен быть действительно разумным, поскольку сложно организованным системам (будь то природные или социальные) нельзя навязывать манеру поведения. Важно понять, куда они стремятся, как можно способствовать их внутренним позитивным тенденциям. В идеале было бы достаточно в пределах обозримого поля возможностей решать насущные задачи, которые ставит перед нами реальная жизнь. А уж она сама распорядится, какие очертания должны принять в далеком послезавтра ее вечно зеленеющие ветви.

Главное в нашем взаимоотношении с природой - не сила, а правильная топологическая конфигурация, тонкая архитектоника вмешательства в естественно протекающие процессы. Малые, но адекватно подобранные и организованные воздействия могут быть при этом чрезвычайно эффективными. «Слабое побеждает сильное, тихое - громкое, мягкое - твердое», - говорят на Востоке. Тут так и просится сказать: мудрое (идущее от чистой души и доброго сердца) дополняет и оплодотворяет разумное (идущее от рационального рассудка). Хорошо бы учитывать это обстоятельство не только в подходах к решению глобальных задач, но и в простом общении друг с другом, во всей нашей повседневной жизни. Ведь принципы самоорганизации, красоты и гармонии едины во всем нашем необъятном, удивительном и прекрасном Вселенском Саду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мир, в котором мы живем,  являет собой причудливый, непроходимый и непролазный Лес,  населенный разнообразными деревьями. Наш мир - это бесконечно ветвящаяся во всевозможных направлениях (и отношениях) космическая суперсистема.

Однако за отдельно взятыми деревьями, которые известны нам с давних пор (а некоторые даже изучены в деталях) мы как-то не заметили и не увидели Леса.

Дальше такое положение недопустимо. «Универсальный (вселенский) дендро-морфогенез» как фундаментальное и всеобъемлющее свойство Природы должен занять свое место в научной картине мира. В полном соответствии с его грандиозной значимостью.

ГЛАВА 3. ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА

Какое сложное явленье – дерево.
Вглядитесь! В каждом - облик утомленный.

Ему на долю пало древнее:
Оно глотает солнце, как лимоны.

В нем жизни вековое волшебство,
В нем бьются воды, что волны покрепче.
Оно шумит, шуршит и что-то шепчет,
И хочет, чтобы поняли его…

Оно страдает молча. Я прочел
В его морщинах горести нежданные...

Стул деревянен. Деревянен стол
Но дерево - оно не деревянное!..

Илья Сельвинский


ВВЕДЕНИЕ

Как уже было сказано мной в предыдущей главе, в Природе существует фундаментальное и всеобъемлющее свойство - универсальный (вездесущий и всемогущий) дендро-морфогенез, которое получило очень мощное, очень специфическое и далеко идущее развитие в биологической сфере.

Проникновение в кору выветривания биологического ветвления на определенном этапе эволюции биосферы явилось основополагающим фактором образования континентального почвенного плодородия и одновременно защиты его  от внешних деструктивных воздействий.

Здесь я хочу рассказать о биологическом ветвлении более широко и более подробно. Я намерен раскрыть его качественно другие стороны и не менее грандиозные реализации и достижения в контексте биологической эволюции.

3.1. НЕЗАМЕЧЕННАЯ ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ЭВОЛЮЦИОННОГО МОРФОГЕНЕЗА

Величайшее творение живой природы - дерево не только сидит в земле, как это соответствует нашему обыденному представлению, но еще и ходит по ней, а также летает, ползает, плавает и, наконец, думает и разумеет. Ведь чтобы ни говорилось о внутреннем строении животных во всех учебниках зоологии (как школьных, так и вузовских), но всякий многоклеточный животный организм представляет собой систему различных, причудливо переплетенных между собой деревьев, плотно упакованную в ту или иную форму, соответствующую его наружному габитусу. И человек в этом отношении – никак не исключение.

Приходится только удивляться тому, что эта объективно существующая реальность, несомненно, фундаментального порядка, совершенно очевидная и бесспорная и к тому же лежащая, казалось бы, на самой поверхности явлений и фактов, никогда не поднималась в научном отношении до уровня (если следовать терминологии В.И. Вернадского) эмпирического обобщения.
 
Мимо нее прошли все, кто имел, так или иначе, отношение в своих научных исследованиях и печатных трудах к биологическому морфогенезу и, вроде бы как, обязан был ее заметить. Даже выдающийся русский биолог, основоположник эволюционной морфологии животных А.Н. Северцов, автор капитального научного труда «Морфологические закономерности эволюции». Даже его талантливый ученик и последователь, всемирно известный теоретик эволюционного учения И.И. Шмальгаузен. И даже весьма авторитетный зоолог, автор капитального труда по сравнительной анатомии беспозвоночных животных В.Н. Беклемишев. Я уже  не говорю: и многие, и многие другие...

Впрочем, на то есть отчасти и свое объяснение, так сказать, «уважительная причина». В естествознании вообще, а в биологии особенно исторически всегда преобладало традиционное стремление к изучению частных вопросов (порою даже очень крупных и важных), к собиранию и описанию отдельных фактов, нередко в ущерб их концептуальному общенаучному осмыслению и обобщению. Как верно заметил физик-теоретик Ф. Дайсон, диверсификаторы в биологии всегда преобладали над унификаторами.
И, думаю, будет уместно повторить здесь еще раз: знать и понимать – не одно и то же. Можно знать, но не понимать. Можно видеть, но не замечать.

Как бы то ни было, в результате накопленные в течение многих лет научные сведения (скажем так, дендрологические по сути своей), часто весьма значительные и ценные, оказались рассредоточенными в различных, порой очень удаленных друг от друга областях знания. Будучи обособленными, разнородными и узкодисциплинарными, они никогда не складывались в общую картину и потому оставались (в чем-то, весьма существенном) не понятыми и до конца не объяснимыми. Говоря другими словами, за отдельно взятыми деревьями биологическая наука так и не увидела леса.
Но жизнь не стоит на месте. Приходит время восполнить тот или иной пробел в знаниях.

3.2. ПЕРВЫМИ ДЕРЕВЬЯМИ БЫЛИ ЖИВОТНЫЕ. НАРУЖНОЕ И ВНУТРЕННЕЕ ВЕТВЛЕНИЕ

Несмотря на сложность своих очертаний, дерево с некоторых пор стало объектом точных наук. Оно весьма обстоятельно описано в строгих количественных выражениях, математических понятиях и терминах. На языке фрактальной геометрии, дерево есть самоподобная, инвариантная к масштабу система, обладающая дробной (больше двух, но меньше трех) размерностью. Сколь угодно малый фрагмент дерева воспроизводит в уменьшенном виде (по матрешечному принципу) образ всей системы в целом, поскольку он содержит в себе в полной мере тот архитектурный замысел, который положен в ее основу. И, следовательно, его, как сказал когда-то один известный в прошлом математик, можно «лишить жизни» не иначе, как уничтожив полностью. Но это весьма непростая задача. Дерево способно в принципе неограниченно распространяться (то есть ветвиться) в различных направлениях и, следовательно, любая сохранившаяся его частица (сколь угодно малая ветвь) восстанавливает (регенерирует) по заложенному в ней алгоритму исходную макроструктуру.

К сожалению, пытаясь как бы из всех возможных сил убедиться в справедливости абстрактного тезиса о неуничтожимости деревьев, мы как-то совсем почти перестали сажать леса. Зато беспощадно вырубаем их не только в тайге, но и на землях городских поселений, а также на охраняемых территориях, предназначенных исключительно «для отдыха населения, проведения культурно-оздоровительных мероприятий, а также для сохранения благоприятной экологической обстановки».

Но ближе к делу. Первые в истории биосферы настоящие живые деревья появились, однако, не на суше. К тому же не в растительном (автотрофном), как это, возможно, соответствует нашему стереотипному представлению), а в животном (гетеротрофном) исполнении. В докембрии (более 700 млн. лет назад), когда суша была еще безжизненна, его обличье приобрели, в частности, двухслойные (кишечнополостные) животные (Coelenterata), особенно их колониальные формы, которые и ныне процветают в Мировом океане. Заросли коралловых полипов имеют настолько сильное внешнее сходство с наземной древесно-кустарниковой растительностью, что их недаром долгое время ошибочно относили к царству растений.

Ветвление живой плоти (иначе говоря, биологический дендро-морфогенез) возникло в природе на фоне межвидовых экологических отношений, причем именно той их разновидности, которая именуется хищничеством (это тот случай, когда одни организмы ловят, умерщвляют и поедают других). И, стало быть, живые ветви могут захватывать не только молекулы двуокиси углерода и фотоны солнечного света, но еще и твердую, подлежащую дальнейшему перевариванию органическую пищу. Именно с появлением в биосфере ветвистых океанических хищников начался первый этап биологического дендро-морфогенеза, пошедшего центробежно, в направлении от организма к внешней среде, то есть от хищника - к жертве.

Определив в целом разветвленную конфигурацию неподвижного или малоподвижного животного организма, центробежный дендро-морфогенез решил тем самым важнейшую экологическую задачу его взаимодействия с внешней средой как источником материально-энергетических ресурсов (например, мелких ракообразных, если иметь в виду их потребителей - гидроидных полипов), которые распределены в водной среде относительно равномерно по всем направлениям. Столь же равномерно расположенные вокруг переднего полюса тела ветви-щупальца обеспечили хищнику эффективную поимку добычи. В этом и состоял первичный биологический смысл ветвления.

На следующем этапе эволюции направление ветвления, однако, круто меняется. Оно становится диаметрально противоположным, т.е. центростремительным. Почему и как это могло произойти (вследствие каких мутаций), какие гены отвечают ныне за внутреннее ветвление в процессе эмбриогенеза, об этом лучше спросить у генетиков (или хотя бы обратить их внимание на этот общебиологический феномен). Но мы видим совершенно определенно: в процессе эволюции ветвление вдруг исчезает с периферии животного организма. Тело приобретает компактные, гладкие и обтекаемые формы. В нем обозначаются передний и задний полюсы, спинная и брюшная сторона. Возникает билатеральная (или двусторонняя) симметрия как альтернатива лучевой (или радиальной) симметрии у кишечнополостных животных. На арену эволюции выходят океанические существа, ведущие уже довольно активный образ жизни, способные к целенаправленному передвижению в поисках добычи. Таковыми оказались сначала плоские черви (Platodes) и, прежде всего, их свободноживущие представители из наиболее древнего класса ресничных червей (Turbellaria).

Но вот ведь что интересно и важно: деревья от всех этих радикальных преобразований в биологической организации многоклеточных животных вовсе не исчезают! Они лишь уходят (вворачиваются) внутрь, прячутся в недрах, компактифицируются. Деревья обильно прорастают в телесной плоти всех трехслойных животных, начиная от упомянутых плоских червей и кончая хордовыми (Chordata), обретая там жизнь в новом качестве. Именно это важнейшее обстоятельство открыло путь к дальнейшей эволюции всего животного мира. Разветвленная центрально-периферическая конструкция с течением времени образует все основополагающие морфо-функциональные системы животных. Сначала (у плоских червей) пищеварительную, выделительную, половую, нервную, а затем (у более высоко организованных типов) - и дыхательную, кровеносную, лимфатическую. Только потому в груди каждого человека всю жизнь бьется сердце, что оно насквозь пронизано и охвачено ветвями коронарной артерии.         

При всем этом очень впечатляют масштабы ветвления, которых достигают внутренние деревья. Подсчитано, например, что суммарная длина всех элементов (ветвей), которые в совокупности составляют кровеносную систему среднего человека, трижды превышает длину земного экватора.             

Этот второй, теперь уже центростремительный, этап биологического дендро-морфогенеза эффективно решил, в свою очередь, многообразные внутренние, то есть морфо-физиологические проблемы жизнедеятельности многоклеточного животного -пищеварения, выделения, дыхания, кровообращения, проведения нервного импульса. А у высших плацентарных животных - еще и связи зародыша с материнским организмом (в период его внутриутробного развития) через так называемое детское место.
               
В целом же можно заключить, что биотическое дерево всегда возникает и получает далеко идущее развитие на фоне материально-энергетического, а также информационного потока, как стремление жизни упорядочить и приспособить его для собственных нужд. Сначала (если рассматривать исторически) в системе организм - внешняя среда, а затем и внутри организма. Проблема центра и периферии на организменном уровне, сам процесс их исторического становления и функционального развития (системогенез, по терминологии выдающегося физиолога П.К. Анохина) всюду решается в структурном отношении не иначе, как посредством ветвления.

По сложившейся в зоологической науке традиции основные вехи эволюции царства животных - это одноклеточные и многоклеточные, двухслойные и трехслойные, беспозвоночные и позвоночные, амниоты и анамнии и т.п. Когда же речь заходит о биологическом формообразовании, имеется в виду формирование новых биологических видов. Но это поверхностный, всего лишь таксономический подход! Мы же приходим теперь (на основании рассмотренных фактов) к более глубокому пониманию и к более широкому обобщению: эволюция царства животных есть в первую очередь прогрессивный и последовательный дендро-морфогенез, на фоне которого только и смогли реализоваться все известные зоологические ароморфозы (по терминологии А.Н. Северцова), приведшие к образованию в процессе эволюции тех или иных крупных таксонов. Ведь что бы там ни говорили эволюционные морфологи, а животный организм представляет собой (присмотритесь внимательно сами!) систему различных, переплетенных между собой деревьев, плотно упакованную в соответствии с его наружными очертаниями. И человек в этом отношении - не исключение.

3.3. КРУТОЙ ПОВОРОТ В ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ: УКОРЕНЕНИЕ ЖИЗНИ В КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ

После того, как были решены основные проблемы наружного и внутреннего обустройства гетеротрофного организма, на арену глобальной эволюции выходит, наконец, зеленое дерево-автотроф (с которым у нас, собственно, и связано изначально стереотипное представление о дереве как таковом). Приблизительно в середине палеозоя биологическое ветвление начинает распространяться на континентальную кору выветривания и по мере интенсификации и генерализации этого процесса становится в биосфере организующим и системообразующим фактором глобального, поверхностно-планетарного масштаба. Именно здесь, на суше (в твердом минеральном субстрате), воплотившись в высшее растение, дерево с колоссальным размахом реализовало свои могучие потенциальные возможности. Ничто так не украсило, не облагородило, не преобразило Землю за всю историю ее существования, как зеленое дерево, которое в дальнейшей судьбе биосферы стало главным ее приобретением.

Вполне могло случиться так, что в силуре (а это порядка 400 млн. лет назад) морские многоклеточные водоросли, державшиеся своим разветвленным основанием за прибрежный субстрат, оказались в силу определенных причин наземными растениями-амфибиями. Физиологически они оставались поначалу водно-воздушными. В этих новых, двойных и противоречивых условиях возникла тенденция к перестройке внутренней и наружной организации, формированию осевого органа растения. Резко выраженная полярность, то есть противоположение испаряющей части растения и части всасывающей (чего, понятно, не могло быть в первоначальных подводных условиях) явилась мощным импульсом к постепенному превращению его основания в настоящие подземные корни. Поиск воды (а вместе с ней и совершенно необходимой для всякой жизни минеральной пищи) стимулировал его дальнейшее разветвление, удлинение и истончение периферийных терминалов, что облегчало проникновение растительного организма в глубину земного субстрата, как и распространение в горизонтальных направлениях, с целью его максимального охвата. Определившийся затем гидро-, хемо- и геотропизм окончательно закрепил такую тенденцию.

Оказались ли морские водоросли (а может, водоросли внутренних водоемов) на суше вследствие поднятия дна или же сами постепенно заселяли прибрежные участки в приливно-отливной зоне, случилось ли это несколько раньше или же несколько позже предполагаемых сроков (ориентировочно, судя по данным палеонтологии, в середине палеозоя), шел ли этот процесс несколько быстрее или же несколько медленнее, наконец, с какой систематической группой водорослей (бурыми или зелеными) связывать его, - мы достоверно не знаем. Все это – несомненно, важные для науки (и отнюдь не простые) вопросы, относящиеся к компетенции филогенетиков, морфологов и палеоботаников. Их разногласия, однако, не затрагивают существа рассматриваемой здесь проблемы и могут быть без ущерба для нее опущены (если даже допустить, что эволюция высших растений исходно была связана не с океаном, а зарождалась в водорослевом населении суши). Нам важен здесь конечный результат процесса, а он совершенно очевиден: континентальная кора выветривания оказались на определенном историческом этапе во власти биологического дендро-морфогенеза.

В поисках воды и минерального питания дерево (я употребляю это слово не в узко ботаническом, а в общебиологическом и даже математическом смысле, имея в виду, что и любое травянистое растение с его побегами и корнями - в принципе тоже дерево) активно внедряется в субстрат (порой совершенно твердый и монолитный), выискивая в нем малейшие трещины. Разъедает, измельчает и разрыхляет его изнутри своим крайне агрессивным в биохимическом отношении живым веществом и всасывает найденные и рассеянные в нем биогенные элементы, перемещая их вверх, против силы тяжести по системе проводящих каналов. Добытые таким путем рассеянные в горной породе, либо изначально заключенные в каменную оболочку жизненно необходимые минералы (калий, фосфор, кальций, магний и другие, включая микроэлементы) идут на построение собственной живой плоти, а затем по мере ее старения и разрушения различными гетеротрофами (животными, грибами и микроорганизмами) возвращаются в землю. Здесь их поджидает серьёзное (с точки зрения континентальной жизни) испытание: перейдя в растворимое состояние, они могут вымываться и выноситься в гидрографическую сеть, и далее - в океан поверхностными и грунтовыми водами. Однако продолжающие жизнь деревья, особенно их многочисленное потомство, перехватывают поток ускользающих биогенных элементов и вновь направляют его вверх.

Но это, как говорится, только половина дела (или одна сторона медали). Есть еще и вторая. В своем неодолимом стремлении максимально развить поверхность контакта с субстратом дерево максимально ветвится и вытягивается своими терминалами так, что они прогрессивно истончаются к периферии и все больше приближаются по своим метрическим параметрам к нитям, распространяясь вглубь и вширь и во все возможные стороны. В результате биологический дендро-морфогенез попутно становится еще и фактором текстилизации   поверхностного слоя изначально подвижной континентальной коры выветривания без каких-либо дополнительных материальных и энергетических затрат. А это очень важно. Переплетенный биогенными нитями (задернённый) субстрат теперь стабилизирован и надежно защищен от разрушительных геологических процессов, связанных с воздушными и водными потоками.

В этих условиях в коре выветривания начался по существу системогенез глобального поверхностно-планетарного масштаба. Ситуация в биосфере стала стремительно меняться в сторону прогресса. Континентальные деревья начали обогащать поверхностный слой коры выветривания элементами плодородия, выкачивая их из нижних горизонтов и концентрируя в верхних. Со своей стороны обогащенный субстрат открывал все большие возможности для интенсивного размножения деревьев. Последние в столь благоприятной обстановке получили возможность биологически эволюционировать (от примитивных риниофитов до высших цветковых растений). Они становились все более сухопутными, способными уже к активной экспансии за пределы своих первичных резерваций и поселению в местах, еще не затронутых почвообразующим дендро-морфогенезом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причина (дерево) и следствие (среда обитания) взаимно переплелись. Они с нарастающей быстротой и силой стали обусловливать и стимулировать друг друга, попеременно меняясь значением.

Интегральная мощность этого двуединого механизма, если иметь в виду всю планетарную совокупность континентальных деревьев, достигает колоссальных, поистине геологических масштабов. В результате его длительного (в ряду бесчисленных поколений) функционирования и происходит то, что мы называем биологической аккумуляцией. Малопригодная для жизни или же вовсе бесплодная горная порода с течением времени преобразуется и обособляется (даже на достаточно крутых горных склонах) в плодородное органо-минеральное тело, биокосную систему - континентальный почвенный покров. От него, от этого планетарного «детского места» теперь стали питаться и полностью зависеть не только все материковые (биогеоценотические), но в конечном итоге - и океанические формы жизни. Открылись беспрецедентные возможности экологического сосуществования для многообразных форм жизни (особенно гетеротрофных, причем не только микроскопических) как в самой почве, так и в кронах зеленых деревьев, а также под их тенистой сенью.

В биосфере произошел революционный взрыв (разумеется, в масштабах геологической шкалы времени). Континентальная жизнь после длительного и монотонного периода стагнации, связанного с господством микроорганизмов, стала развиваться опережающими темпами в сравнении с океанической. На многие порядки возросла масса живого вещества. Центр биосферы переместился из океана на материковую часть планеты. Общее направление прогресса эволюции биосферы стало характеризоваться стремительным возрастанием аккумуляции энергии, увеличением сложности и упорядоченности биологической организации, ростом негэнтропии, уменьшением информационной и термодинамической энтропии, возрастанием способности наземных экосистем к саморегуляции.

Более того, на Земле сложился неведомый ранее глобальный водорегулирующий механизм. Континентальная гидрографическая сеть стала организованной и стабильной. Коренным образом изменились характер поверхностного стока, выветривания и осадконакопления, поскольку покрытая текстилизированным почвенно-элювиальным чехлом, кора выветривания оказалась защищенной от интенсивного и ускоренного разрушения. Изменился весь лик Земли, который в прошлом имел редуцированный и примитивный характер. Вся история биосферы разделилась тем самым на два периода – до и после укоренения жизни в континентальной коре выветривания.

Несомненная заслуга В.И. Вернадского состояла в том, что он как геохимик, абстрагировавшись от традиционного для биологов дискретного (организменного, таксономического) понимания жизни, ввел в науку (вернее будет сказать, наполнил новым конкретным содержанием) понятие «живого вещества», как бы противопоставив живую материю минеральной горной породе. Однако, как это теперь отчетливо видится, он все-таки излишне абсолютизировал геологическое значение обезличенного живого вещества (то есть его содержательной части, принимая во внимание лишь общую массу вещества, заключенную в ней энергию и биохимическую активность), безотносительно к его конкретной структурной составляющей. Это представление, ставшее уже классическим, нуждается ныне в коррективах. Биологический дендро-морфогенез являет собой активную и даже определяющую роль формы, структуры, приобретя которую, содержание (живое вещество) реализует себя наиболее эффективным образом, причем не только на уровне индивидуального организма, биоценоза, экосистемы, но и на уровне биосферы в целом.

3.4. ВЕЛИКИЙ СИМБИОЗ: ПРИСХОЖДЕНИЕ ЭУКАРИОТНОЙ КЛЕТКИ

Каждый из нас ощущает и, разумеется, мнит себя некой биологической индивидуальностью, то есть существом в морфологическом отношении абсолютно неделимым. Но мы не одни. В любой и в каждой нашей клетке обитают многие тысячи инородных крохотных симбиотических существ. Они прокрались в организм наших далеких предков 2 млрд. лет назад и продолжают обитать в нас, сохраняя собственные гены и свой особый метаболизм. Благодаря этим микроскопическим симбионтам человек благополучно существует «на этом черном белом свете». Так, может быть, он вовсе и не доминирует в биосфере, а это ему только кажется?

Более ста лет назад российские биологи А.С. Фаминцын и К.С. Мережковский, а затем и Б.М. Козо-Полянский сформулировали симбигенетическую концепцию происхождения живой клетки. Согласно этой идее, эукариотная клетка произошла за счет симбиоза нескольких различных одноклеточных организмов. Но как, в силу каких причин и обстоятельств такое могло произойти в эволюции биосферы? Каким образом одни клетки обосновались внутри других?

«Что вверху, то и внизу», - гласит известная восточная мудрость. Так оно и есть на самом деле. Биологическое ветвление имеет место быть не только вверху, о чем я уже рассказал здесь и в предыдущих публикациях, но и на самом нижнем одноклеточном уровне существования жизни, то есть в самих ее истоках. Класс одноклеточных животных, которому принадлежит обыкновенная амёба (Amoeba proteus),  отнюдь не случайно назван в зоологической систематике латинским словом Rhizopoda, что значит Корненожки. Тело амёбы (с ее плазматическими выростами-псевдоподиями, при помощи которых она не только передвигается, но и захватывает добычу), подобно ветвящимся корням растений. Замечу: это микроскопическое существо обитает в любом пресном водоеме, его несложно культивировать в лабораторных условиях.
               
«Амёба - наиболее просто организованное одноклеточное животное», - читаем в учебниках по зоологии. Но это не так: нет ничего сложнее живой клетки. Более того, за этой внешней (и обманчивой) простотой скрывается глубочайший биологический смысл, скажу даже так - великая тайна природы. Суть в том, что амёба с ее ветвистыми, непостоянными по своим очертаниям псевдоподиями - это живая модель эволюции эукариот.

Несомненные признаки существования жизни на Земле известны науке с периода 3,8–4 млрд. лет назад, то есть уже через 500 млн. лет после образования самой планеты. Также твердо установлено, что не менее 2 млрд. лет от начала своего рождения (вплоть до так называемой неопротерозойской революции) биосфера была прокариотной, то есть в ней всецело господствовали одноклеточные безъядерные существа-прокариоты. Эукариоты заняли свое место в биосфере лишь около 1 млрд. лет назад (В.В. Малахов, 2004).
               
Прокариоты не имеют настоящего клеточного ядра. Генетические функции у них выполняют так называемые генофоры - кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, имеющие вид «клубка ниток», как правило, прикрепленные в одном месте к наружной клеточной мембране. Другая очень важная (в контексте рассматриваемой проблемы) особенность биологической организации прокариот, которыми являются и ныне существующие бактерии, состоит в том, что они принципиально не способны образовывать ветвящиеся псевдоподии, а стало быть, и не обладают способностью захватывать, заглатывать и переваривать внутриклеточно (как это делает упомянутая амёба) свою добычу целиком или по частям. Гетеротрофные прокариоты выделяют пищеварительные ферменты на поверхность питательного субстрата, в результате чего происходит его так называемое «наружное переваривание», завершающееся поглощением низкомолекулярных продуктов через цитоплазматическую мембрану. В силу этих обстоятельств среди прокариот нет настоящих хищников.

Трудно представить, как бы дальше сложилась судьба прокариотной биосферы и как бы она выглядела сейчас. Но (к счастью для всех нас!) получилось так (вероятно, в силу спонтанных генетических мутаций, случившихся «в одно прекрасное время»), что в некоторых клетках прокариот появилось очень важное новообразование - так называемая актин-миозиновая система. Актин и миозин - универсальные сократительные белки нынешних эукариот, составляющие основу цитоскелета. Эти белки обеспечивают амебоидную активность, движение органелл внутри клетки, мышечные сокращения и другие формы клеточной подвижности. Они-то и обусловили способность образовывать псевдоподии, захватывать ими жертву и формировать пищеварительные вакуоли. Такие перемены на молекулярно-биологическом уровне радикальнейшим образом изменили всю дальнейшую судьбу биосферы.      

Тело живой клетки приобрело динамическую способность ветвиться, то есть образовывать (и, когда надо, убирать внутрь!) псевдоподии, которые стали активно захватывать бактерий, переводить их в цитоплазму для последующего внутриклеточного переваривания. На арену клеточной жизни выходит совершено новое явление - фагоцитоз (греч. phagos - пожирающий). В биосфере появляются, наконец, настоящие хищники-фагоциты. За этим революционным достижением последовала вереница новых событий и далеко идущих причинно-следственных отношений.

Фаготрофный образ жизни одноклеточных существ значительно активизировал подвижность цитоплазмы, особенно ее периферийных участков. В результате упомянутые генофоры оказались в зоне наиболее интенсивных токов цитоплазмы. Это обстоятельство способствовало погружению генофоров вглубь клетки, трансформации их в хромосомы, а затем и образованию на их основе обособленного клеточного ядра. А это уже первый шаг к эволюции настоящих ядерных организмов – эукариот.

Дальше - больше. Способность к фаготрофному питанию предопределила возможность появления у ветвящихся эукариот внутренних симбионтов. Некоторые бактерии, "проглоченные" новоявленными амёбообразными фагоцитами, оказались способными вступить с ними в симбиотические отношения (такое широко наблюдается и поныне в мире одноклеточных эукариот). В результате возникли клеточные органеллы митохондрии, которые, будучи окружены двойной мембраной (внутренняя - собственная и наружная - принадлежащая пищеварительной вакуоли хозяина), сохранили автономный генетический аппарат прокариотного типа и способность к самостоятельному размножению внутри хозяина, как это демонстрируют нам некоторые современные свободноживущие бактерии. Митохондрии взяли на себя задачу синтеза АТФ за счет окислительного фосфорилирования и стали универсальными энергетическими аккумуляторами всякой эукариотной клетки.

Данные современной науки убедительно свидетельствуют о том, что органеллы растительной клетки - хлоропласты также являются потомками способных к фотосинтезу прокариот, захваченных когда-то ветвистым амёбообразным хищником. И, стало быть, симбиоз на клеточном уровне определил в дальнейшем прогрессивную эволюцию не только животных, но и  огромного царства растений.

Так одноклеточный ветвящийся хищник, сильно похожий на нынешнюю амебу, положил в далеком прошлом начало великому симбиозу, который радикально, до неузнаваемости изменил направление всей дальнейшей эволюции биосферы.
Дендро-морфогенез, однако!

3.5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

Будучи первопричиной (главным инициатором) образования одноклеточных эукариот со всеми вытекающими отсюда последствиями для биосферы, как я уже об этом поведал выше в разделе 3., фагоцитоз, "сказал свое веское слово" и в происхождении многоклеточных животных организмов.

В различных систематических группах одноклеточных животных имеются, как известно, колониальные формы. Несмотря на то, что ведущая планктонный образ жизни колония представляет собой совокупность множества клеток, морфологически и функционально связанных между собой (то есть представляющих единую живую систему), ее нельзя считать многоклеточным организмом. Клетки колонии однотипны. Каждая из них выполняет все жизненно важные функции: обеспечивает движение колонии, а также захват и переваривание пищи. Наличие многих клеток - признак необходимый, но недостаточный для статуса многоклеточного животного. Надо еще, чтобы клетки, составляющие организм, различались по форме и по выполняемой функции, чтобы их было хотя бы несколько различных типов.

Считается, что многоклеточные животные произошли от каких-то колониальных форм одноклеточных эукариот. Но как это могло случиться, каким образом? И какие для этого были объективные биологические предпосылки?

Согласно теории, предложенной И.И. Мечниковым в 1886 году и развитой в дальнейшем его последователями (главным образом А.А. Захваткиным и А.В. Ивановым), исходной формой многоклеточных животных   явилось   гипотетическое   существо,   названное «фагоцителлой».

Фагоцителла предположительно состояла из слоя снабженных жгутиками поверхностных клеток и внутренней массы амёбовидных клеток, способных менять свое положение в пространстве (понятное дело, с помощью все тех же ветвящихся псевдоподий). Наружный слой выполнял двигательную и чувствительную функцию, а внутренний – функцию клеточного пищеварения. Необходимо заметить в этой связи, что принципы организации гипотетической фагоцителлы в полной мере отражают ныне существующее в морях самое примитивное животное трихоплакс (Trichoplax adhaerens), а также личинка губок (Porifera)«паренхимула», что свидетельствует в пользу реальности фагоцителлы.

Эволюционный же путь от однослойной сферической колонии одноклеточных - к фагоцителле, как предполагается, был таков. Поначалу отдельные поверхностные клетки колонии захватывали пищу и временно погружались (иммигририровали) во внутреннее пространство колонии, где у них происходил процесс переваривания пищи, а затем возвращались на поверхность. Это временное поначалу разделение функций между отдельными клетками в дальнейшем закрепилось и стабилизировалось: одни клетки постоянно оставались на поверхности тела колонии (этот поверхностный слой клеток осуществлял функции защиты и движения организма), тогда как другие постоянно находились внутри и занимались главным образом перевариванием пищи. Наружные клетки составили так называемый «кинобласт», тогда как внутренние –«фагоцитобласт».
Для захвата новых пищевых частиц клеткам фагоцитобласта, по мысли Мечникова, теперь уже не было необходимости возвращаться в поверхностный слой: располагаясь непосредственно под кинобластом, клетки фагоцитобласта захватывали пищевые частицы псевдоподиями, выдвигаемыми наружу в промежутках между клетками фагоцитобласта (!).

В дальнейшем наружный слой дифференцировался и обособился в эктодерму, а внутренний – в энтодерму, о существовании которых все мы хорошо знаем со школьной скамьи на примере речной гидры. Знаем также и то, что позднее между двумя этими «зародышевыми листками» образовался третий – мезодерма. Из них-то, из этих трех зародышевых листков в ходе дальнейшей эволюции и возникло все многообразие форм тканей многоклеточных животных.

Что же касается собственно амёбообразных клеток, способных активно захватывать частицы пищи своими ветвящимися псевдоподиями, а затем и переваривать эти частицы, то они так и остались в основе пищеварительной системы примитивных беспозвоночных животных (пластинчатых, губок, кишечнополостных и отчасти плоских червей). С появлением жидкой внутренней среды у более высоко организованных животных такого рода клетки стали выполнять защитные функции и приняли активное участие в формировании иммунной системы организма. У беспозвоночных фагоцитоз осуществляют амёбоциты, обитающие в полостной жидкости. У млекопитающих активными фагоцитами стали нейтрофилы (макрофаги) крови, дендритные клетки ретикуло-эндотелиальной системы и микроглии. Активно фагоцитируют также ооциты некоторых животных, клетки плаценты, клетки, выстилающие полость тела, пигментный эпителий глаза.

Таким образом, систему неспецифического иммунитета человека на клеточном уровне мы вправе расценивать как реликт существовавших когда-то (и существующих ныне) межвидовых экологических отношений (типа ветвистый амёбообразный хищник - жертва) в мире одноклеточных животных.

И тут вездесущий дендро-морфогенез!

3.6. ДОЛГИЙ ПУТЬ К РАЗУМУ

На самых ранних этапах эволюции многоклеточных животных возникла острая необходимость в создании информационной системы управления сложным организмом (предполагающей не только регуляцию и координацию внутренних процессов, но и многосторонние   связи   с  внешним   миром). И здесь (уже в который раз!) природа, естественно, обратилась к испытанному с разных сторон «техническому решению» - она обратилась к всемогущему дендро-морфогенезу. На его принципиальной основе, по его образу и подобию был «изобретен» миниатюрный приемопередатчик информации - нейрон (нервная клетка, нейроцит).      

Нейрон - основная структурная единица нервной системы многоклеточных животных, обладающая специфическим свойством возбудимости. Морфологическая особенность нейрона состоит в том, что его тело обильно ветвится. Для восприятия информации служат сравнительно короткие отростки-дендриты, обладающие избирательной чувствительностью к определенным сигналам и имеющие на поверхности рецепторную мембрану. Для передачи информации нейрон приобрел длинный (достигающий белее одного метра!) отросток -нейрит, или аксон, окончание которого в свою очередь сильно ветвится, образуя так называемые терминали.

Количество нейронов, составляющих в своей совокупности (и непостижимо сложной взаимосвязи) нервную систему, очень велико. Так, в отдельных нервных центрах человека их число достигает миллионов, а в его головном мозге - десятков миллиардов. При этом каждый нейрон, находящийся в тесном окружении и в контакте с другими нейронами сохраняет генетическую, морфологическую и функциональную индивидуальность.

Нейроны общаются друг с другом (на языке химических и электрических сигналов) через крошечные контактные точки (синапсы) и формируют сложнейшие сети соединений, благодаря которым мы размышляем, вспоминаем прошлое, строим планы на будущее, испытываем радостные или горестные чувства, а также беззаботно щебечем по всякому поводу (но и о серьезных вещах говорим тоже) в блогосфере. Большинство нейронов образует тысячи синапсических контактов. На некоторых из них число таковых составляет 10000 - 20000. Плотность расположения синапсов на поверхности нейрона может достигать 15 - 20 на 100 мкм. Отсюда становится ясным биологический смысл обильного ветвления нейрона - максимально развить его рабочую поверхность с целью размещения на ней максимального количества контактных точек-синапсов.

Пространства между нейронами и их аксонами заполнены массой клеток нейроглии, которые имеют также ветвистое строение. Было время, когда считали, что нейроглия выполняет главным образом опорную, защитную и трофическую функции в нервной ткани. Однако, согласно нынешним представлениям, клетки нейроглии наряду с собственно нейронами принимают весьма важное участие в переработке информации. Клетки нейроглии также наделены способностью к общению. Между ними происходит интенсивный и целесообразный обмен химическими сигналами, посредством которых они передают информацию друг другу. Если учесть, что на долю нейроглии приходится 90% от общего объема нервной ткани, трудно вообразить (даже с учетом новейших компьютерных технологий), какие заросли, какие дебри и непроходимые «джунгли» представляет собой микрокосм головного мозга.

Эволюционный путь к разуму шел, стало быть, через биологический дендро-морфогенез. Нейроны в начале этого пути имели достаточно простую звездчатую форму (как это мы видим на примере упоминавшихся мною кишечнополостных животных). В дальнейшем они все более обрастают дендритами, у них появляется аксон. Количество нейронов в животном организме прогрессивно возрастает, достигая максимума у человека. Наблюдается тенденция к их концентрации, образованию нервных центров в определенных местах и, в особенности, на переднем полюсе тела, где, в конце концов, и образуется головной мозг. Далее возрастает отношение массы головного мозга к массе тела животного. Этот процесс (получивший название «цефализация») завершается обособлением головы и защитой головного мозга специальными твердыми скелетными образованиями. Степень цефализации (относительно массы мозга) наиболее высока у позвоночных животных (птиц, млекопитающих), в особенности у человека.          
             
Человек, конечно, отличается от животного мира по целому ряду существенных признаков. Но не будем забывать, что он является его порождением и прямым генетическим продолжением. Феномен человеческого разума (что бы об этом ни говорили с тех или иных позиций) в научном понимании есть, прежде всего, результат прогрессивной и естественной цефализации.

И здесь всемогущий дендро-морфогенез!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Универсальный (вездесущий и всемогущий) дендро-морфогенез как фундаментальное и всеобъемлющее свойство Природы позволил эффективно решить различные по своему характеру и очень важные задачи эволюционного системогенеза в биосфере Земли, а именно:

1. Образование в процессе биологической эволюции эукариотной клетки.
2. Образование в процессе биологической эволюции многоклеточных организмов.
3. Наружное и внутреннее морфо-функциональное обустройство многоклеточных организмов (особенно животных), позволившее обеспечить надежную связь организма с внешней средой и подчинить интересам его жизнедеятельности потоки вещества, энергии и информации.
4. Создание в биосфере долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия, или континентального почвенного покрова.
5. Появление в биосфере человеческого разума.

Оно и понятно: Ветвящаяся Биосфера!

ГЛАВА 4. БИОСФЕРА В ОБЪЯТИЯХ ПАУТИНЫ

Жизнь есть свобода в объятиях паутины, динамика - в рамках статики.

ВВЕДЕНИЕ

В августе 2005 года у берегов Камчатки затонул глубоководный самоходный аппарат АС-20 с экипажем на борту. Предназначенный для океанологических исследований, оснащенный новейшим оборудованием и электроникой батискаф запутался в банальных браконьерских сетях. Немалые (с применением сложных технических операций) усилия потребовались для его высвобождения и поднятия наверх. Год спустя в районе Курильских островов в сети попала рыболовецкая барка, которая вследствие этого перевернулась вверх дном вместе с находившимися на ней моряками. Один из них, пытаясь спастись, запутался в сети и погиб. Такое случалось и позже.

Подобные эксцессы являются следствием и специфическим отражением техногенного наступления на природу: современный Мировой океан буквально процеживается сквозь рыболовецкие сети.

Между тем, сама по себе ловчая сеть как техническое решение, в принципе, имеет вполне естественное происхождение и предназначение. Она с древнейших времен широко применяется в межвидовых экологических отношениях различных групп живых организмов, генетически порой весьма отдаленных друг от друга. Более того, на определенном историческом этапе она стала глобальным экологическим фактором, сыграв тем самым огромную позитивную роль в существовании и процветании биосферы Земли.

4.1. ПАУКИ НЕ БЫЛИ ПЕРВЫМИ

Стереотипные представления о биогенных ловчих сетях обычно связаны у нас с пауками, эволюционное формирование которых палеонтологи относят к верхнему силуру. Однако истоки этого механизма куда более древние.

Еще в докембрии простейшие морские животные фораминиферы (Foraminifera) и радиолярии (Radiolaria) для улавливания добычи использовали не что иное, как распростертые ловчие сети, образуемые в результате анастомоза тончайших нитей - цитоплазматических ризоподий. У большинства слизевиков (Myxomyceta) плазмодий (вегетативное тело) имеет вид сетки, построенной из переплетающихся и сливающихся тяжей, с помощью которой захватываются бактерии, микроскопические животные и водоросли.               
               
Но так, в принципе, могли поступать и еще более древние, прокариотные организмы. Известно, что ныне существующие хищные нитчатые бактерии (Cyclobacteriales) объединяются в группы посредством волокнистых выростов-плазмодесм, в результате чего образуются довольно пространные (в масштабах микромира) коллективные ловчие сети.
Двухслойные многоклеточные животные Кишечнополостные (Coelenterata), будь то полипы или медузы, которыми буквально насыщен океан, опутывают добычу разного рода нитями, которыми они выстреливают перед захватом из своих стрекательных клеток. Приобретение такого экстравагантного механизма нападения и защиты в значительной мере определило дальнейшее процветание этих, в общем-то, весьма примитивных (в смысле уровня биологической организации) существ.

В тех или иных формах ловчие сети применяют и многие другие морские животные. Так, представитель многощетинковых кольчатых червей (Polychaeta) хетоптер добывает пищу при помощи липкой ловчей сети, которую строит впереди своего большого рта (сам червь при этом сидит в изогнутой дугой трубке). Прокачиваемая через трубку вода процеживается сквозь сеть, в которой застревают мелкие организмы. Время от времени червь съедает сетку вместе с уловленной ею добычей, после чего строит новую. Среди насекомых подобным образом поступают ручейники (Trichoptera), личинки которых, живущие в воде, строят из паутинных нитей различные по форме ловчие сооружения, функционирующие на манер планктонной сети.

Кульминационным пунктом в отношении сетеобразных ловчих конструкций, бесспорно, явились наземные членистоногие, в особенности пауки (Aranei), многосторонние функции которых на основе продуцируемых ими нитей называют паутинной деятельностью или даже паутинной индустрией.

Во всех своих жизненных проявлениях, поддерживающих существование вида (добывание пищи, размножение, расселение и переживание неблагоприятных условий), пауки используют нить. Из нее строятся убежища и, разумеется, ловчие сети (их разнообразие, изящность и хитроумность конструкций просто поражают), с помощью нити происходит сложная процедура спаривания, из нее плетутся яйцевой кокон и зимовочный мешок, на ней молодь разносится ветром и так далее. Более того, паук взаимодействует с окружающей средой не столько непосредственно, как другие животные, сколько через нитевидные структуры, которые у каждого вида соответствуют его жизненным нуждам и той конкретной обстановке, в которой он обитает.

4.2. ГРИБНАЯ ПАУТИНА

Исключительный интерес в контексте рассматриваемой мною проблемы представляют собой грибы (Fungi), способные в силу своей морфологической специфики создавать всюду ажурное переплетение тонких (1,5 - 10 мкм) нитевидных гиф (hyphe (греч.) - ткань, паутина.), которыми они охватывают принадлежащий им питательный субстрат.

В этом контексте особого внимания заслуживают обитающие в почве хищные гифомицеты (Hyphomicetales). Эти всесветно распространенные грибы образуют на своих гифах систему ловчих колец, напоминающих в совокупности ячейки сети, в которых застревают и запутываются в момент движения их жертвы – почвенные нематоды (Nematoda), а также простейшие, коловратки, мелкие насекомые и тому подобные почвообитающие животные.
Строение сетей у хищных грибов также разнообразно, но самый распространенный тип - клейкие сети, состоящие из большого количества колец-ячеек. Такие сети образуются в результате обильного ветвления и анастомоза гиф. Сети нередко достигают достаточно крупных размеров, и вероятность попадания в них многочисленных подвижных нематод очень велика. Нематода, случайно попавшая в сеть, пытается пройти сквозь кольцо и застревает в нем, после чего утилизируется хищником путем ферментативного воздействия на тело жертвы.

Потенциальная  способность грибов улавливать добычу в сети реально способствовала, по моему глубокому убеждению, и другому очень важному и куда более значимому направлению биологической эволюции - возникновению двойных гетерогенных организмов лишайников (Lichenes). Существовавшие в течение миллионов лет совершенно независимо, грибы и водоросли на определенном историческом этапе вдруг «нашли» друг друга и образовали столь гармоничный комплекс, что сложное строение его было не сразу и с большим трудом разгадано. В лишайниковом симбиозе, в отличие от многих других аналогов, возникает такое биологическое единство двух различных организмов (гетеротрофный гриб-микобионт и автотрофная водоросль-фикобионт), которое приводит к появлению принципиально отличного от них третьего. Вместе с тем каждый партнер сохраняет черты той группы организмов, из которой он вышел, и ни у одного из них не появляется тенденции к преобразованию в составную часть другого.

Но главная интрига состоит здесь в том, что у лишайников есть специальные типы гиф. Это так называемые ищущие и охватывающие гифы. Их предназначение - разыскивать и улавливать клетки водорослей. Эти гифы особенно заметны в начале развития слоевища лишайников из прорастающей споры, когда вокруг либо вовсе еще нет водорослей, либо их очень мало. Поисковые гифы прорастающего гриба захватывают водоросль, плотно и тесно оплетая ее с разных сторон, после чего следует размножение обоих партнеров, так что формирующееся на этой основе слоевище лишайника в итоге представляет собою не что иное, как водоросль, перепутанную и удерживаемую гифами гриба.

Полифилитическое происхождение лишайников лишь подтверждает решающее значение механизма фиксации водоросли гифами гриба, принципиально остающегося неизменным при разной комбинации партнеров, в том числе и в экспериментальных условиях. Этот начальный этап развития какого-либо лишайника как бы воспроизводит историю столь парадоксального направления эволюции.

Утвердившееся в науке о лишайниках традиционное представление, согласно которому активным и ведущим элементом в эволюции лишайников была водоросль, вызывает у меня большие сомнения. Более вероятным представляется другой сценарий, прямо противоположный первому: грибы изначально поймали водоросль, проявив свойственную им активность и агрессивность, заключили ее в сеть, вступили с ней в симбиотические отношения, на основе чего и произошли лишайники.

Грибная паутина проявляет себя созидательно еще и в другом, тоже крайне важном для судеб  биосферы качестве. Лесные почвы в буквальном смысле охвачены сетями шляпочных грибов, которые посредством микоризных образований вступают к тому же в тесный контакт с корнями растений, так что образуется единая связная система.

Растения, снабженные микоризой, активно усваивают органические соединения азота. Микоризные грибы интенсивно воздействуют на минералы почвы различными органическими кислотами, под действием которых активно извлекаются калий из силикатов, фосфор из ортоклаза и апатита. Кроме того, грибы продуцируют нужные растениям биологически активные вещества.

Но и это еще не всё! Поскольку гифы грибов соединяют разные деревья в пределах контролируемого ими участка леса, продукты фотосинтеза одного растения передаются (по грибницам мицелия) другому. Благодаря этому в лесу устанавливается не только вертикальный транспорт биогенных элементов, который организуется самими деревьями. Своей жизнедеятельностью грибы дополнительно создают скрытый от внешнего наблюдения внутрипочвенный горизонтальный транспорт! А если учесть, что по системе гиф возможен еще информационный обмен, тогда и вовсе образуется некий лесной «интернет».

Это удивительное и чрезвычайно важное для жизни леса обстоятельство проистекает не только от известной физиологической пластичности грибов (их «полихимизма»), но прежде всего потому, что грибы способны неограниченно создавать и чрезвычайно эффективно использовать пространные мицелиальные  сети.

4.3. В СЕТЯХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Перейдем теперь к самим растениям, понятное дело, в контексте вездесущей паутины. Вначале рассмотрим те из них, которые имеют тонкие и длинные вьющиеся стебли. Переплетая ими другие растения, они не только используют их в качестве опоры (чем нередко и ограничивают понимание этого общеизвестного факта, квалифицируя подобные растения как неспособные самостоятельно сохранять вертикальное положение стебля), но и серьезно угнетают их (пусть даже вторично), добиваясь тем самым на определенном участке жизненного пространства преимущества в борьбе за существование.

Лазящие и вьющиеся растения образуют экоморфологическую группу, именуемую лианами (от франц. lier - связывать). В половине всех семейств цветковых растений имеются представители лиан, которые в настоящее время широко распространены в растительном покрове Земли. Лиановая экоморфа первично выработалась у растений в ходе эволюции (если иметь в виду тропические леса) как приспособление в борьбе за свет при минимальной затрате на эту борьбу органического вещества (в сравнении, например, с деревьями, которым приходится поддерживать бремя тяжелых ветвей при помощи массивного ствола).

В средних широтах преобладают травянистые лианы, которые, однако, выигрывают здесь уже не столько в борьбе за свет, сколько за почвенное питание и жизненное пространство вообще. Например, одно растение вьюнка полевого (Convolvulus arvensis) потенциально способно опутать несколько квадратных метров посевов культурных растений. Хлебные злаки при этом сильно полегают. Особенно негативные последствия возникают в полегшем посеве при сырой погоде, когда опутанные и пригнувшиеся стебли злаков, уже не способные подняться, гниют и погибают. С другой стороны, сильно перепутанная лианами растительная масса затрудняет уборку урожая, вызывая даже остановку и поломку уборочных машин (по аналогии с упомянутыми выше морскими судами, когда они приходят в контакт с рыболовецкими сетями).

К вьюнку очень близок род повой, или калистегия (Calystegia). В поймах среднерусских рек летом всегда можно увидеть обширные участки, где типичная для этих мест травянистая, да и кустарниковая растительность бывает сплошь переплетена и буквально задушена им.

Масштабы отрицательного воздействия лиан достигают своего апогея, если присущий им механический эффект сочетается с физиологическим паразитизмом на тех или иных растениях. Такими качествами в полной мере обладает семейство повиликовых (Cuscutaceae), представители которого широко распространены на всех континентах. Повилики наносят огромный вред урожаю культурных растений, они быстро размножаются, их трудно искоренить. Одна особь паразита может опутать десятки соседних растений, а повилика льняная - до 100 растений. Это часто приводит к полной гибели посевов.

Все сказанное свидетельствует о том, что вьющиеся лианы имеют весьма существенное и разнообразное значение в биоценотических отношениях. Однако главным (можно даже сказать, величайшим) достижением высших растений (в том числе и лиан) в плане опутывания чего-либо, причем в сугубо позитивном значении, явилась поимка и заключение в сети ни много, ни мало... поверхностного слоя континентальной коры выветривания. Переплетенный корневыми нитями потенциально подвижный минеральный почвообразующий субстрат оказался в результате этого надежно защищенным от любого рода разрушительных эрозионных воздействий, включая удары дождевых капель, водные и воздушные потоки, а также движение копытных животных.

Главная сеть биосферы открыла путь для аккумуляции биогенных элементов, создания и обособления на континентальной части Земли обширного резерва долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия, что ознаменовало крутой поворот в эволюции биосферы. В противном случае (в отсутствие ловчих сетей, в отсутствие текстилизации подвижного субстрата) почвообразование прерывается, и эволюция поверхностного слоя материнской горной породы всецело переходит в категорию геологических процессов.

Безусловно, данный аспект исследуемой проблемы, в силу его фундаментальной значимости, заслуживает первостепенного и самого пристального внимания. Однако я уже имел возможность специально обсуждать этот важнейший вопрос на свой странице. Ввиду особой важности буду возвращаться к нему с различных сторон и в дальнейшем изложении своей текстуральной концепции биосферы.

4.4. В СЕТЯХ РУКОТВОРНЫХ

Рассмотренные в предыдущих разделах темы факты (их перечень далеко не исчерпан) свидетельствуют о том, что биогенные сети имеют очень широкое распространение и весьма важное экологическое значение. Они нашли многостороннее отражение в биологической эволюции. В живой природе объективно существует некая закономерность, имеют место некие надорганизменные отношения физико-механического порядка, специфика которых состоит в иммобилизации подвижного объекта (независимо от его масштабов и конкретной биологической природы) посредством нити и ее производных. Такого рода отношения были названы мною текстуральными (от лат. texo - тку, сплетаю и textum - ткань).

Неудивительно, что текстуральный механизм поимки живой добычи был очень рано осознан человеком и эффективно смоделирован им для удовлетворения различных материальных потребностей, прежде всего, в 
продуктах питания животного происхождения.

Широкое применение в охотничье-промысловом деле сетчатых ловушек ныне живущими дикими племенами свидетельствует о глубокой древности этих способов добычи животных. Они появились, по-видимому, вслед за каменными орудиями или же одновременно с ними. В принципе человек имел возможность использовать нечто подобное для ловли животных еще в нижнем палеолите. К этому его могли привести, в частности, наблюдения за деятельностью вездесущих пауков. Тем более что вокруг всегда было достаточно много подручного природного материала (стебли льна, лыко, лубяные волокна, нити животного происхождения), не требовавшего сложного преобразования для превращения его (в порядке творческого моделирования!) в элементарную ловчую конструкцию.

Особое значение в этой связи приобрело рыболовство как одна из древнейших и весьма значимых форм практической деятельности людей. В археологических памятниках следы рыболовства наиболее отчетливо видны начиная с времен мадленской культуры. Дальнейшее его развитие и дифференциация наблюдаются в археологических культурах неолита. Рыболовство нашло весьма существенное отражение в библейских текстах.
Если в наземном охотничьем промысле текстуральные ловчие конструкции ныне теряют свое значение (как приводящие к резкому снижению численности промысловых животных), подвергаются ограничениям и даже полному запрету, то в промысловом рыболовстве их положение иное. Масштабы и область применения сетей здесь огромны (они охватывают Мировой океан и многие внутренние водоемы), что сохранится, вне всякого сомнения, и в обозримом будущем, ибо трудно представить себе что-либо более эффективное для массового отлова рыбы.

По мере развития общества рыболовство постепенно принимало форму промысла, а в новейшее время приобрело подлинно промышленный характер. Мировой улов рыбы исчисляется теперь многими десятками миллионов тонн в год. С течением времени возникла потребность общества даже в специальной науке о промышленном рыболовстве и соответствующей отрасли техники.

В то же время важно отметить, что появление принципиально нового орудия лова - относительно редкое явление. Изменился материал для изготовления сетного полотна (им стали более уловистые, долговечные и прочные синтетические нити), увеличилась площадь облова, повысилась оперативность лова и поиска рыбы, сам же принцип построения и действия сетных орудий лова при этом остался почти неизменным. В этом смысле современные рыболовные сети мало чем отличаются от тех, что упоминаются, например, в «Одиссее» Гомера или в библейских сказаниях.

4.5. «НИТЕБОЯЗНЬ», ИЛИ НЕМАТОФОБИЯ

По мере возрастания текстуральной экспансии человека в природе, многие животные, главным образом позвоночные, в процессе своей индивидуальной жизни, а также в филогенезе, все чаще вынуждены были в той или иной мере контактировать с различного рода ловчими сетями (специально рассчитанными на них) и даже подвергаться их массированному и крупномасштабному воздействию. И надо сказать, что это обстоятельство не прошло для них бесследно.

Хорошо известно, что некоторые звери (например, зайцы) боятся ловчих сетей и петель больше даже, чем загоняющих их людей: в критический момент они предпочитают поворачивать назад, в сторону загонщиков. Птицы панически боятся сетного полотна и даже его фрагментов. Если птицелов недостаточно укрыл или замаскировал свою сеть и она хотя бы немного видна среди растений, вероятность поимки добычи будет минимальной.

Различные виды рыб очень чувствительны к толщине удилищной лески. Вероятность приближения рыбы к пищевой насадке тем больше, чем тоньше удерживающая ее нить, то есть чем меньше она заметна со стороны. Потому специалисты рекомендуют красить нить в соответствии с тем или иным фоном, определяемым прозрачностью воды, характером грунта, подводной растительностью и тому подобными обстоятельствами.

Жаберные сети по своей конструкции чрезвычайно просты и на первый взгляд кажется, что лов ими рыбы столь же прост и даже примитивен. Однако такое мнение ошибочно. При лове рыб, плавающих не стаями, а поодиночке, только очень опытные рыбаки могут рассчитывать на успешный результат. Одна только модификация цвета нитей, образующих жаберную сеть, может изменить их уловистость в десятки раз.

В прозрачной воде рыба ловится жаберными сетями главным образом в сумерки и ночью. Внезапное помутнение воды, вызванное штормами, всегда сопровождается возрастанием улова, так же как последующее осветление воды приводит к его уменьшению. Несомненно, когда рыба видит сеть, она предпочитает обойти ее или отойти назад, чем силой пробиваться через ячею. Можно предполагать также, что рыба ловится сетью лишь постольку, поскольку она не видит сеть, или не обращает на нее внимания, или же не имеет возможности от нее уклониться. Идеалом для рыбаков является сеть, невидимая для рыбы. И чем более сеть приближается к этому идеалу, тем успешнее ловится ею рыба.

Потому-то в водоемах с прозрачной водой или хорошей освещенностью применяют сети, окрашенные в темные тона, а в водоемах с мутной водой и
малой прозрачностью - в светлые. Сети, окрашенные в яркие цвета, мало уловисты. Поэтому их рекомендуется перекрашивать в блеклые тона, например, серый или коричневый. Считается, что при невозможности полного совпадения лучше, чтобы сеть была окрашена темнее фона воды, чем наоборот. Такие выводы относительно влияния окраски (а, следовательно, и видимости) на уловистость жаберных сетей получили многократное экспериментальное подтверждение в различных морях, внутренних водоемах и реках. В частности, было установлено, что в условиях полярного дня при большой прозрачности воды надлежащим образом окрашенные сети (темно-коричневые и коричневые) ловят в 20-35 раз эффективнее неокрашенных. Парадоксально, но в практике рыболовства хорошо известно, что новая сеть ловит хуже той, что была уже в употреблении, причем это доходит иногда до парадокса: старая рваная сеть ловит больше, чем целая новая.
Такая же примерно зависимость наблюдается, кстати, и в орнитологической практике. Сети, выполненные из тонких синтетических нитей и окрашенные в черный цвет, успешно применяются для отлова различных видов птиц с целью их последующего кольцевания. Белые сети в этом отношении неэффективны, поскольку птицы хорошо различают их и заблаговременно меняют направление полета.

В общем, из приведенных фактов следует, что многие позвоночные животные, включая рыб, птиц, зверей, стали бояться рукотворных нитей, способных их опутать.Такую особенность поведения логично назвать нематофобией (разумеется, не в медицинском смысле, а по аналогии с гидрофобией, лиофобией и т. д). Нематофобия в моем понимании - это поведенческий стереотип, характеризующийся нетерпимым, неприязненным отношением животных к нити и проявляющийся в противоположном от нее движении.
Конечно, данная поведенческая реакция (как и многие другие) всегда относительна. Ее конкретное выражение зависит от тех или иных обстоятельств. С одной стороны, наблюдаются образцы величайшей осторожности, тогда как с другой - факты неоднократного повторного попадания в текстуральную ловушку. Причем в одну и ту же, на одном и том же месте, даже таких предельно осторожных животных, как волк и лиса, в жизни которых индивидуальный опыт имеет огромное значение. Здесь очевидна роль превосходящей мотивации, связанной, например, с добычей пищи, на фоне которой боязнь сетчатых ловушек как бы уходит на второй план. Ради пищи птицы и звери нередко идут в петлю или сеть, даже если они визуально вполне различимы.

4.6. ОКЕАН В ПАУТИНЕ: ПОБОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ РЫБОЛОВНОГО ПРОМЫСЛА

В середине прошлого столетия в истории мировой цивилизации произошло принципиально важное событие: в силу научно-технического прогресса стало возможно искусственное прядение, то есть производство элементарных химических волокон, сначала на основе природных высокомолекулярных соединений (искусственные волокна), а затем и синтетических полимеров (синтетические волокна). Иначе говоря, стало возможно, наконец, и крупномасштабное техническое моделирование глубинных процессов в прядильной системе пауков и других беспозвоночных животных: приготовление прядильного раствора (вискоза, ацетат целлюлозы) или расплава (полиамиды, полиэфиры) аналогично секреции волокнообразующей массы паутинными железами. Более того, в текстильном производстве воспроизведен на технической основе и сам природный принцип шелкопрядения, состоящий в вытягивании волокнообразующего полимера из тонких отверстий (сравним паутинные бородавки пауков и аналогичные им фильеры прядильной машины), в силу чего молекулы полимера приобретают одноосную ориентацию, обусловливающую наряду с вытяжкой высокую степень анизотропии физико-механических свойств получаемой нити.

Индустрия синтетических волокон способствовала повышению прочности, долговечности и возрастанию масштабов применения в практике промыслового рыболовства ловчих сетей. Отсюда наряду с ростом эффективности рыболовства возник целый ряд негативных в экологическом отношении последствий.

Применение в рыбном промысле синтетических жаберных сетей нанесло катастрофический урон популяциям морских птиц. Тонкие, прочные и легковесные сети из синтетических моноволокон практически невидимы в воде (особенно соответствующим образом окрашенные). Пикирующие сверху за добычей и просто присаживающиеся на воду птицы не замечают их, запутываются и гибнут. Со времени внедрения плавных сетей в промысле лосося (Salmo) у западных берегов Гренландии ежегодно гибнут в среднем около 250 тыс. кайр (Una), причем бывают годы, когда их погибает в сетях от 500 до 750 тыс. особей. Примечательно, что профессиональные рыбаки Ньюфаундленда вынуждены убирать эти сети из прибрежных вод по соседству с колониями морских птиц, поскольку выборка из них посторонних мертвых животных занимает слишком много времени. Впрочем, некоторая часть рыбаков, напротив, умышленно устанавливает сети вблизи колоний, предпочитая добывать птиц вместо трески. Список жертв рыболовных сетей включает все виды водоплавающих морских птиц. Но особенно страдают тупики (Fratercula) и упомянутые кайры.

Каждая заброшенная в море сеть в среднем приносит до трети (по массе) различных морских животных, не нужных рыбакам. Их выбрасывают за борт, как правило, когда они уже нежизнеспособны. При ловле крабов таких случайных жертв обычно бывает впятеро больше, чем самих крабов. Только в Северном море ежегодно гибнут, запутавшись в ставных сетях, более 10 тыс. дельфинов.

Совершенно очевидно, что бесконтрольное и широкомасштабное использование рыболовецких сетей, особенно рассчитанных на массовый отлов, приводит к подрыву численности популяций промысловых рыб, обеднению фауны, нарушению естественного экологического равновесия. Кроме того, возникает еще и ряд других негативных последствий побочного и сопутствующего характера. Дрейфующие обрывки сетей собирают на своей поверхности и разносят по всему Мировому океану нефтепродукты, иные органические вещества и болезнетворные микроорганизмы, с которыми контактируют различные морские животные. Последние страдают еще и оттого, что в их желудки попадают чужеродные синтетические полимерные материалы (в особенности претерпевшие измельчение, в силу их естественной деструкции, и опустившиеся на морское дно).

В общем можно  констатировать, что в море современный человек интенсивно эксплуатирует и моделирует, в принципе, естественные текстуральные отношения. Однако они принимают гипертрофированные, искаженные, а порой и уродливые формы. К числу описанных в экологии загрязнителей окружающей среды следует добавить еще и текстуральное загрязнение Мирового океана. Как мы видели в начале данной публикации, его жертвой становятся ныне в ряде случаев не только морские суда, но и сами люди.

4.7. ЭНТОМОЛОГИЧЕСКИЙ ФЕНОМЕН СИНТЕТИЧЕСКОЙ ПАУТИНЫ

Современная человеческая деятельность в Биосфере примечательна двумя диаметрально противоположными тенденциями. С одной стороны, ее характеризует грандиозное и нарастающее по своим масштабам индустриальное производство различных нитей и тестуральных конструкций из нитей, предназначенных для удовлетворения непрерывно растущих потребностей общества, например, в виде синтетических волокнистых материалов. Планета все более насыщается подобными материалами. Расширяется их ассортимент, создаются новые потребительские свойства, открываются нетрадиционные области применения.

С другой стороны, происходит методичное разрушение естественных текстуральных систем в природе (степной войлок, дернина, лесная подстилка и т.п.), защищающих и сохраняющих от эрозионного разрушения почвенный покров биосферы. Масштабы этого деструктивного процесса (на фоне чрезмерной эксплуатации естественного почвенного плодородия, уничтожения лесов, градостроительства, добычи полезных ископаемых и т.п.) настолько серьезны, что возникает реальная угроза необратимой утраты фундаментальной основы биосферы - континентального почвенного покрова.
 
Мало сказать, что в живой природе в результате хозяйственной деятельности человека возник некий текстуральный дефицит. Современная биосфера испытывает острый и глубокий текстуральный кризис, который начался, впрочем, задолго до промышленной революции. Первые его признаки проявились еще в те далекие времена, когда деревянная соха, движимая конной или воловьей тягой, впервые коснулась земли.

Но есть и еще одна, весьма любопытная примета нового времени. Объектом текстурального воздействия хищных организмов в природе изначально были, как мы уже видели, преимущественно мелкие беспозвоночные (начиная с простейших), а также приближающиеся к ним по размерам личинки всевозможных многоклеточных морских животных, включая и молодь рыб. Для их поимки достаточно использовать очень тонкие нити при минимальных затратах волокнообразующего полимера. В противоположность этому, человек, создавший значительно более грубые и прочные (в сравнении с природными прототипами) ловчие конструкции, распространял их главным образом на крупных животных (промысловые позвоночные, в особенности рыбы, десятиногие раки, головоногие моллюски), о чем я говорил выше.
 
Но теперь (в связи с возникновением и развитием индустрии элементарных химических волокон) произошло нарушение этой сложившейся вековой традиции в «разделении труда» между природой и человеком: объектом антропогенного текстурального влияния реально стали и мелкие наземные членистоногие, прежде всего насекомые.

В отходах производства полиамидных, полиэфирных и полипропиленовых волокон толщиной 10 - 30 мкм, случайно оказавшихся в природной среде, а также в местах бытовой утилизации , мною было обнаружено однажды, в окрестностях города Курска,  множество фиксированных (необратимо запутавшихся) в них насекомых различных систематических групп: от самых крупных в европейской фауне жуков семейства Lucanidae до сравнительно мелких муравьев рода Lasius.
 
Рыхлая неупорядоченная масса элементарных химических волокон (некая путанка) вдруг проявила себя в роли фактора, сопоставимого морфологически (конструкционно) и функционально, а также по экологическому эффекту с природной паутиной. Синтетическая «паутина» оказалась и вполне сопоставимой с натуральной по способности вызывать иммобилизацию насекомых, вплоть до их необратимой фиксации, которая происходит главным образом в основании ног.

Особенно был удивителен тот факт, что насекомые, в частности пресловутый колорадский картофельный жук (Leptinotarsa decemlineata), оказались способными в экспериментах дифференцировать (различать) волокна (уже на подходе к ним!) по толщине и адекватно реагировать на них в зависимости от этого параметра. Жуки весьма осторожно и осмотрительно ведут себя в контакте с элементарными химическими волокнами, которые могут их опутать (то есть демонстрируют описанную выше, применительно к теплокровным животным, нематофобию), стараются обойти «паутину» стороной. Однако они совершенно безразличны к волокнам, которые в силу своей превосходящей толщины не обладают такой способностью. По всей видимости, этот парадоксальны поведенческий стереотип есть отголосок сопряженной и длительной эволюции насекомых с пауками.

В целом энтомологический феномен синтетической «паутины» имеет не только научный интерес, но и практическое значение (особенно  с появлением в производстве, так называемых, биоразлагаемых синтетических полимеров). Но это уже специальная тема.

4.8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ «ГЕОТЕКСТИЛЬ»

Синтетические волокна, как это ни странно может показаться на первый взгляд, нашли весьма эффективное применение на футбольных полях, где требуется равномерное и устойчивое травяное покрытие. На футбольную площадку укладывают предварительно изготовленный по специальной технологии и свернутый в рулон мат, который на две трети состоит из синтетических волокон, прошивающих и переплетающих натуральную газонную траву. Соприкасаясь с влажной землей, трава укореняется и разрастается. Мат прирастает к земле и плотно соединяется с ней всей своей нижней поверхностью. Получается превосходный зеленый газон. Прочные на истирание и на разрыв синтетические нити не дают «лысеть» газону от ног футболистов.

Некоторые экономисты и политические деятели новой волны пытаются убедить нас в том, что российские природные запасы (слава Богу, еще немалые) углеводородного сырья надо спешить использовать в энергетических нуждах, то есть сжигать их в автомобилях и в топках тепловых электростанций и, разумеется, распродавать. А не то, глядишь, появятся новые, альтернативные и более эффективные источники энергии, и тогда нефть и газ уже никому не будут нужны. Опасное (и непростительное) заблуждение!

Органические энергоносители - бесценное сырье для производства множества полезных материалов, в том числе синтетических волокнообразующих полимеров, без которых нам никак не обойтись в обозримой перспективе. И не только в смысле непосредственного удовлетворения «непрерывно растущих материальных потребностей общества».

Синтетическая нить, которая так хорошо зарекомендовала себя на футбольных полях, находит ныне более широкое и масштабное применение в форме различных, текстильных по своей механической сути, материалов, получивших название «геотекстиль».

Геотекстиль - это полотно, полученное из переплетенных между собой полипропиленовых или полиэфирных мононитей, которые характеризуются очень высокой устойчивостью по отношению к воздействию различных внешних факторов (химических, биологических и физических). По способу изготовления он может быть тканным, нетканым, а также вязаным.

Геотекстиль успешно применяют в таких областях, как: строительство дорог; постройка гидротехнических сооружений; дренаж; строительство туннелей; строительство железных дорог (дорожных заграждений), укрепление и армирование откосов и склонов, в противоэрозионных конструкциях.

Благодаря своим уникальным характеристикам геотекстиль широко используется в ландшафтном дизайне и в различных областях промышленности и сельского хозяйства. Очень высокий эффект дают рулонные газоны, в которых превосходным образом смоделирована естественная дернина. Рулонный газон - это уже биогеотекстиль.

В географическом многотомном описании России под ред. В.П. Семенова (1902) содержится весьма интересное, на мой взгляд, замечание: «Черноземные дороги бывают хороши... или только зимой при сплошном снежном покрове, или же недолго... во время «бабьего лета», когда возы с хлебом утрамбовывают их, массы легкой паутины, носящейся в воздухе, садятся на дороги и, так сказать, сковывают их, не дают возможности образоваться на них пыли, а только слегка перепадающие дождички не обращают их в липкую грязь...».
Но если эфемерная паутина, летающая в воздухе при расселении пауков, способна была давать когда-то столь очевидный и по существу геотекстуральный эффект, то почему бы не использовать для его достижения значительно более прочную и технически доступную синтетическую нить? Тем более что речь у меня идет не о всеобщей текстилизации Земли, а преимущественно об аварийных случаях, когда по тем или иным причинам в природе возникают локальные, пространственно ограниченные геодермальные повреждения, потенциально способные, однако, трансформироваться в серьезные очаги почвенной эрозии.

У нас много оврагов и дорожных откосов, которые нуждаются в укреплении, много земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью, которые нуждаются в рекультивации. Есть и другие природные объекты, требующие восстановления утраченных текстуральных экологических связей.
Так что не стоит торопиться  безоглядно сжигать дарованное нам природой углеводородное богатство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В публикации «Линейная доминанта в понимании природы жизни» (раздел 1.10.), я писал (характеризуя текстуральный принцип биологическую организации на внутриклеточном уровне): «физико-механическая идея, заключенная в банальной паутине, имеет фундаментальное значение для жизни, включая и само ее происхождение. Живое вещество биосферы, которое совершенно не мыслится без движения, способно существовать и реализовать себя только в тесных, сильно сковывающих его объятиях паутины. Биологическая свобода (если иметь в виду весь комплекс функциональных процессов внутриклеточного метаболизма) может осуществляться только в рамках определенной (текстурально обусловленной и регламентированной) несвободы, динамика - в рамках статики (то есть, нематостатики). Жизнь есть свобода в объятиях паутины!».

Так вот, этот же самый, то есть текстуральный, принцип распространяется в полной мере и на самый высший - экологический уровень биологической организации.

1. Грандиозным по своим масштабам и подлинным триумфом текстурального принципа биологической интеграции явилось на определенном этапе эволюции биосферы заключение в сеть поверхностного слоя континентальной коры выветривания.
 
Охваченный ею, этот слой приобрёл все признаки соединительнотканного или даже кожного строения. Он пронизан (прошит, переплетён, простёган) множеством разнообразных по величине биогенных нитей. В их роли выступают уже непосредственно организмы, точнее говоря, экоморфологические образования высших автотрофов, а также грибов и водорослей. Масштаб другой, но физико-механическая суть всё та же.
 
С проникновением биологической нити в земную твердь текстуральный принцип интеграции биологических систем становится средообразующим фактором глобального, поверхностно-планетарного масштаба. В тесных объятиях «паутины» поверхностный слой континентальной коры выветривания, образованный из неустойчивых частиц мелкозёма, стабилизируется. Он теряет свою подвижность, неизбежно возникающую всюду в земных условиях под действием воздушных и водных потоков. Тем самым создаются крайне необходимые условия для прогрессивной эволюции долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия (прямо по месту их первичного образования). Без «паутины» почвообразование прерывается, и эволюция поверхностного слоя материнской горной породы всецело переходит в категорию энтропийных геологических процессов.

Методично разрушая текстуральную основу почвенного покрова (с тех пор, как деревянная соха впервые коснулась земли) и, теряя его, мы всё больше убеждаемся на горьком опыте в том, что ловчие сети имеют принципиальное, основополагающее значение не только для биологической клетки как элементарной ячейки жизни, но и в целом для биосферы Земли как глобальной экосистемы.

2. Кроме этого, текстуральные механизмы совершенно закономерно и многократно нашли (в процессе биологической эволюции) эффективное применение (во множестве форм и проявлений) в различных типах межвидовых экологических отношений, включая:  конкуренцию, хищничество, паразитизм и симбиоз.

Парадоксальным достижением  биологической эволюции на этой "технической основе"явился выход на сцену  особой таксономической группы - двойных гетерогенных организмов – лишайников, которые приобрели в дальнейшем очень важное значение в биосфере.

3. Неудивительно, что текстуральный механизм поимки живой добычи был очень рано осознан человеком и успешно смоделирован им для удовлетворения различных материальных потребностей, прежде всего, в продуктах питания животного происхождения.

Рукотворные ловчие сети появились, по-видимому, вслед за каменными орудиями или же одновременно с ними. В принципе человек имел возможность использовать нечто подобное для ловли животных еще в нижнем палеолите. К этому его могли привести, в частности, наблюдения за деятельностью вездесущих пауков. Тем более что вокруг всегда было много подходящего подручного материала (стебли льна, лыко, лубяные волокна, нити животного происхождения), не требовавшего сложного преобразования для превращения его (в порядке творческого моделирования!) в элементарную ловчую конструкцию.
Особое значение в этой связи приобрело рыболовство как одна из древнейших и весьма значимых форм практической деятельности людей.
 
Масштабы и область применения сетей  ныне здесь огромны (они охватывают Мировой океан и многие внутренние водоемы), что сохранится, вне всякого сомнения, и в обозримом будущем, ибо трудно представить себе что-либо более эффективное для массового отлова рыбы.

По мере развития общества рыболовство постепенно принимало форму промысла, а в новейшее время приобрело подлинно промышленный характер. Нынешний океан буквально процеживается сквозь рыболовецкие сети. Мировой улов рыбы исчисляется теперь многими десятками миллионов тонн в год.
 
4. В середине прошлого столетия в истории мировой цивилизации произошло принципиально важное событие: в силу научно-технического прогресса стало возможно искусственное прядение, то есть производство элементарных химических волокон, сначала на основе природных высокомолекулярных соединений (искусственные волокна), а затем и синтетических полимеров (синтетические волокна). Иначе говоря, стало возможно, наконец, и крупномасштабное техническое моделирование глубинных процессов в прядильной системе пауков и других беспозвоночных животных: приготовление прядильного раствора (вискоза, ацетат целлюлозы) или расплава (полиамиды, полиэфиры) аналогично секреции волокнообразующей массы паутинными железами. Более того, в текстильном производстве воспроизведен на технической основе и сам природный принцип шелкопрядения, состоящий в вытягивании волокнообразующего полимера из тонких отверстий (сравним паутинные бородавки пауков и аналогичные им фильеры прядильной машины), в силу чего молекулы полимера приобретают одноосную ориентацию, обусловливающую наряду с вытяжкой высокую степень анизотропии физико-механических свойств получаемой нити.

5. Индустрия синтетических волокон способствовала повышению прочности, долговечности и возрастанию масштабов применения в практике промыслового рыболовства ловчих сетей. Отсюда наряду с ростом эффективности рыболовства возник целый ряд негативных в экологическом отношении последствий, связанных с обеднением рыбных ресурсов и попадание в сети большого количества различных посторонних морских животных (главным образом птиц и млекопитающих).

В общем можно  констатировать, что в море современный человек интенсивно эксплуатирует и моделирует, в принципе, естественные текстуральные отношения. Однако при этом они принимают гипертрофированные, искаженные, а порой и уродливые формы.

Отсюда к числу названных и описанных в экологии загрязнителей окружающей среды, на мой взгляд, следует добавить еще и текстуральное загрязнение Мирового океана.
 
6. В контексте рассмотренной проблемы, современная человеческая деятельность в Биосфере примечательна двумя диаметрально противоположными тенденциями. С одной стороны, ее характеризует грандиозное и нарастающее по своим масштабам индустриальное производство различных нитей и тестуральных конструкций из нитей, предназначенных для удовлетворения непрерывно растущих потребностей общества, например, в виде упомянутых синтетических волокнистых материалов. Планета все более насыщается подобными материалами. Расширяется их ассортимент, создаются новые потребительские свойства, открываются нетрадиционные области применения.

С другой стороны, происходит методичное разрушение естественных текстуральных систем в природе (степной войлок, дернина, лесная подстилка и т.п.), защищающих и сохраняющих от эрозионного разрушения почвенный покров биосферы. Масштабы этого деструктивного процесса (на фоне чрезмерной эксплуатации естественного почвенного плодородия, уничтожения лесов, градостроительства, добычи полезных ископаемых и т.п.) настолько серьезны, что возникает реальная угроза необратимой утраты фундаментальной основы биосферы - континентального почвенного покрова.
 
Мало сказать, что в живой природе в результате хозяйственной деятельности человека возник некий текстуральный дефицит. Современная биосфера испытывает острый и глубокий текстуральный кризис, который начался, впрочем, задолго до промышленной революции. Первые его признаки проявились еще в те далекие времена, когда деревянная соха, движимая конной или воловьей тягой, впервые коснулась земли.

7. Но есть и хорошие новости. Синтетическая нить находит ныне все более широкое и масштабное применение в форме различных, текстильных по своей механической сути, материалов, получивших название «геотекстиль» и производимых на основе ископаемых углеводородов как продуктов былых биосфер.

Геотекстиль успешно применяют в таких областях, как: строительство шоссейных  дорог; постройка гидротехнических сооружений; дренаж; строительство туннелей; строительство железных дорог (дорожных заграждений), укрепление и армирование откосов и склонов, в противоэрозионных конструкциях.

Благодаря своим уникальным характеристикам геотекстиль широко используется в ландшафтном дизайне и в различных областях промышленности и сельского хозяйства. Очень высокий эффект дают рулонные газоны, в которых превосходным образом смоделирована естественная дернина. Рулонный газон - это уже биогеотекстиль.

Геотекстиль имеет определенные перспективы и в земледелии. Разумеется, речь не идет  о всеобщей искусственной текстилизации используемых земель, а преимущественно об аварийных случаях, когда по тем или иным причинам в природе возникают локальные, пространственно ограниченные геодермальные повреждения, потенциально способные, однако, трансформироваться в серьезные очаги почвенной эрозии.

У нас повсюду много оврагов и дорожных откосов, которые нуждаются в укреплении, много земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью, которые нуждаются в рекультивации. Есть и другие природные объекты, требующие восстановления утраченных текстуральных экологических связей.

Вот, к примеру, совершенно свежая позитивная информация на эту тему.
Ученые из Сибирского федерального университета (Красноряск) создали биомат, представляющий собой искусственную почву, способную восстановить техногенно-нарушенные земли, в том числе на северных территорях, а также облагородить городские улицы, парки, дачные участки.

Основа биомата - легкое натуральное волокно, пропитанное для особой прочности специальным инертным составом на основе поливинилацетата.
На волокно наносятся органические наполнители с биологически активными добавками и связующие вещества природного происхождения.

Главное преимущество биомата заключается в том, что он полностью разлагается в течение четырех-пяти лет. Продукты его разложения сами становятся частью почвенного гумуса, обеспечивая развитие растений.

Эффективность биомата ученые проверили при засеве сосны. За шесть месяцев сосны выросли в искусственной почве в два раза быстрее тех, что были посажены в обычную землю.

ГЛАВА 5. СОЛЬ БИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

                Ваше плодородие, госпожа Биосфера!


ВВЕДЕНИЕ

Человек с давних пор проявляет неистощимую кулинарную изобретательность (свидетельством тому стали зачастившие в наше время телепередачи, в том числе состязательного характера, с участием различного рода «звёзд»). В то же время он неизменно, с удивительным постоянством и упорством включает в различные свои приготовления нечто одно и то же – «острое на вкус, бесцветное кристаллическое вещество, хлорид натрия». Попросту говоря, - поваренную, или кухонную соль.

Неслучайно многочисленные кулинарные рецепты при всей их непостижимой вариативности, как правило, заканчиваются словами «соль по вкусу». В этом элементарном химическом соединении наш организм испытывает особую нужду, требующую постоянного удовлетворения для поддержания физиологически нормального уровня его концентрации. Несолёная или даже недосоленная пища (будь она безупречна во всех других отношениях) кажется нам невкусной, и наша рука тотчас, подсознательно (!) тянется к солонке (которая у всех и всегда на столе)… за щепоткой соли.

Великий смысл, вселенское таинство жизни кроется в этом рефлекторном движении, в этом обыденном и, казалось бы, малозначащем факте. Живое вещество биосферы Земли, которое «замешано» с водой на белках, жирах и углеводах (то есть, построено на основе сложных органических соединений) потому и живое, что оно ещё и хорошо посолено.

5.1. СОЛЬ НУЖНА ВСЕМ!

Для нормального функционирования человеческого организма наряду с поваренной солью, упомянутой во введении, абсолютно необходимы ещё и многие другие минеральные вещества, относящиеся к классу солей (мы получаем их повседневно с водой, а также с растительной и животной   пищей, зачастую даже не подозревая об этом).

В минеральном питании остро нуждаются и все одомашненные животные. Наибольшую потребность в той же поваренной соли испытывают травоядные виды (так как растительный корм чаще всего бывает беден натрием и хлором), прежде всего, естественно, молодые, а также высокопродуктивные особи. Если говорить конкретно, молочным коровам при средних удоях дают соли (в молотом виде, в смеси с концентратами, в составе комбикормов и т.п.) 50 – 70, откармливаемому крупному рогатому скоту 40 – 50, взрослым свиньям 30 – 40, лошадям 20 – 40, овцам 10 – 15 граммов в сутки. Для удовлетворения потребности в других минеральных веществах животным скармливают мел, травертины, сапропель, костную муку, известняки, древесную золу, гипс и др. В птицеводстве в качестве кальциевой подкормки широко применяется яичная скорлупа и кормовая крупа из ракушек морских и пресноводных моллюсков. При недостатке кальция и фосфора в рацион добавляют кормовые фосфаты. На специальных предприятиях для животных готовят солевые смеси, брикеты-лизунцы и таблетки.

Разумеется, и дикие звери (от которых произошли когда-то одомашненные формы), небезразличны к солёному. Они также должны получать свою суточную норму соли. Плотоядным животным значительно легче решать проблему минерального голода, поскольку они всегда получают с пищей нужное количество необходимых солей. Фитофаги же (то есть растительноядные) оказались в этом отношении по причине недостаточного содержания хлорида натрия в пищевых растениях в гораздо более сложном положении. У копытных солевое голодание выражается в виде поедания минерализованной почвы (солонцевание), слизывания обнаженных кристаллических солонцов, а также использования воды минеральных источников (если они, конечно, имеются в районе обитания животных).

Потребность позвоночных животных в минеральном питании существенно возрастает в связи с тем, что они имеют достаточно тяжелый костный скелет, который надо не только построить, но и постоянно обновлять (кстати, костная ткань человека, наполовину состоящая из минеральных компонентов, полностью перестраивается через каждые 10 лет).

В критический момент растительноядным животным нередко приходится идти и на вовсе необычные поступки. Так, с наступлением весны почвенный покров тундры и прилегающей к ней тайги резко теряет запас растворимых минеральных веществ, поскольку он сильно промывается и дренируется вследствие таяния снегов. Вода в этих местах из-за очень слабой минерализации становится такой мягкой, что кажется дистиллированной. На этом фоне резко снижается содержание ряда химических элементов в растительных кормах. Это касается не только подвижного натрия, но в первую очередь кальция и фосфора, поскольку данные элементы очень сильно выщелачиваются, особенно с возрастанием кислотности среды.

В этой ситуации северные олени включают в свой рацион несвойственную и, казалось бы, даже чуждую им животную пищу. Они поедают леммингов, яйца и птенцов гнездящихся на земле птиц, кости павших животных, а также интенсивно выгрызают пятна почвы и снега, на которые попала моча. В свою очередь лемминги, как и другие грызуны, в условиях минерального дефицита поедают кости павших животных, сброшенные оленями рога, скорлупу птичьих яиц, а также используют другие источники минерального корма. Известный зоолог А.Н. Формозов в свое время наблюдал во влажных, сильно дренированных лесах Дальнего Востока даже запасание белкой мелких костей, которые она развешивала на сучках, как грибы.

Совсем недавно в Южной Африке на видео попал жираф непривычно сгибающий свою длиннющую шею к земле и обгладывающий кости давно погибшего буйвола. Может быть, кому-то это видео покажется странно-пугающим, но жираф от этого поступка не перестает быть вегетарианцем. На самом деле травоядные животные часто обгладывают кости умерших, потому что им не хватает кальция для собственных костей. Такое пищевое поведение называется остеофагия.

Многие виды птиц в сезоны наиболее однообразного питания (чаще всего зимой) испытывают недостаток минеральных веществ в пище. Потому и любят синицы в это трудное время угощаться от нас именно солёным салом.

Но разве, в принципе, не солим мы землю, бросая на огородную грядку щепоть какого-то удобрения - калийного, фосфорного или азотного - ради выращиваемых там культурных растений? Конечно же солим. В масштабах мирового земледелия   эта щепоть превращается в гигантскую пригоршню, весящую   сотни миллионов тонн.

Физиологическую потребность в минеральном питании культурные растения унаследовали, как и животные, от своих диких предков. А это значит, что и естественная растительность биосферы остро нуждается в минеральных элементах. Разница лишь в том, что если культивируемые растения    получают минеральную пищу непосредственно из наших рук, то лишенная такой возможности дикая природа всегда добывала её собственными усилиями. В целом размеры этой добычи весьма велики: только для наземной дикой растительности она составляет, по подсчетам специалистов, миллиарды тонн минеральных солей в год.

5.2. МИНЕРАЛЬНАЯ КОМПОНЕНТА ОРГАНИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ

Что же мы увидим в итоге, если и дальше будем, устремляясь вглубь, раскрывать отношение живых организмов к минеральному питанию? Мы увидим, что не только упомянутые животные и растения, но и всё сущее на Земле (автотрофы и гетеротрофы, прокариоты и эукариоты, одноклеточные и многоклеточные, высшие и низшие), всё пристрастно к "солёненькому". Нет сомнения в том, что и породивший живое вещество изначальный, условно говоря, «первичный бульон» (вероятнее всего, следует иметь в виду древние горячие источники), в котором более 4 млрд. лет назад «варилась» протобиологическая пища (смесь аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, сахаров и других органических соединений), содержал в своем составе все необходимые соли. Скажу больше: "первичный бульон" содержал в себе полный набор химических элементов, известных нам теперь по периодической системе Д.И. Менделеева. Однако по сложившейся традиции, идущей от гипотезы Опарина-Холдейна, в качестве компонентов "первичного бульона" рассматриваются только органические соединения.

Собственно говоря, будущей жизни потребовались не сами по себе соли как таковые, а составляющие их химические элементы (те же натрий и хлор, входящие в состав поваренной соли), которые способны усваиваться всяким организмом преимущественно в виде растворённых в воде положительных и отрицательных ионов – катионов и анионов, на которые свободно диссоциируют минеральные соли в водной среде.

Эволюция жизни, ставшая результатом длительных космических преобразований, шла на Земле в направлении от геологического к биологическому, от минерального к органическому. Уже поэтому жизнь вполне закономерно сохранила в себе и унаследовала многие признаки породившей её минеральной природы. Жизнь на Земле (а, возможно, и внеземная жизнь, если она только существует где-то) не могла быть организована без минеральной составляющей. Если же говорить современным научным языком, жизнь начиналась на уровне наноконструирования, существенными деталями которого стали в силу необходимости (и, конечно же, на фоне вездесущего естественного отбора) атомы определённых минеральных химических элементов. В любой живой клетке имеется ныне бессчетное множество таких минералсодержащих наноструктур (нанороботов), занятых переносом, образованием и преобразованием, сборкой и разборкой различных сложных и простых соединений.

Одни элементы (азот, фосфор) приобрели в силу своих уникальных свойств важное структурное значение. Они вошли в состав биологических макромолекул и многих других органических соединений, придав им специфические свойства. Так, фосфорные соединения стали основными, универсальными хранителями генетической памяти (а также и переносчиками энергии во всех живых си-стемах). Другие, обладая высокой мобильностью (натрий, калий), стали играть важную физиологическую роль, опосредуя обменные процессы как в самом организме (начиная с одноклеточных форм), так и в системе организм – внешняя среда. Третьи вошли в состав гормонов, ферментов, витаминов, дыхательных пигментов и других специфических тонких структур, которые участвуют в важнейших биохимических процессах, существенно влияют на фотосинтез, дыхание, кроветворение, а также на белковый, углеводный и жировой обмен, на рост, развитие и размножение. Вспомним, к примеру, хотя бы, йод, входящий в состав тироксина (гормона щитовидной железы), дефицит которого вызывает тяжелейшие заболевания человека.

Очень важную (ключевую, судьбоносную) роль в истории жизни на Земле сыграл элемент магний. Магний по праву считается ныне одним из самых востребованных металлов в живой природе. Во-первых, магний положен природой в основу всей биологической энергетики. Донором энергии в процессах жизнедеятельности живой клетки является аденозинтрифосфат (АТФ) в виде комплекса Mg2+–АТФ. Во-вторых, молекула хлорофилла, лежащая в основе фотосинтеза, базируется на атоме магния. А на фотосинтезе построено первичное продуцирование основной массы органического вещества в биосфере. Если же говорить о человеческом организме, то здесь атом магния входит в состав более чем 300 ферментов, без которых невозможно его нормальное функционирование.

Природа очень рано нашла единственно верное для жизни направление, включив, по всей видимости, уже в состав предбиологических систем некоторые минеральные элементы. Однако отсюда вовсе не следует, что их ассортимент и функциональная значимость были определены раз и навсегда в самом начале. По мере эволюционного усложнения форм жизни, появления в биосфере многоклеточных автотрофных и гетеротрофных организмов, изменялось количество химических элементов и расширялись их метаболические функции.

Крупные преобразования в мире животных (ароморфозы, по А.Н. Северцову), имевшие место в процессе эволюции, сопровождались изменением биологической роли отдельных химических элементов. Так, например, с появлением постоянного воздушного дыхания у наземных позвоночных (которое установилось ориентировочно 400—350 млн. лет назад) медь как переносчик кислорода, была вытеснена железом. На смену господствовавшим ранее животным с гемоциановой кровью пришли организмы с гемоглобиновой кровью (как соответствующие новым условиям). В связи с массовым обзаведением в кембрии различными группами организмов твёрдым минерализованным скелетом небывало высокое значение приобрели элементы кальций и кремний.

Определенные изменения происходили и в мире растений. В эволюционном ряду наземных форм увеличивалось содержание фосфора и серы в соответствии с возрастанием роли белков, в состав которых входят эти элементы. Также постепенно возрастало содержание калия, особенно у покрытосеменных как эволюционно наиболее молодых. В общем, найдя в принципе верный и весьма перспективный для жизни путь, эволюция «пробовала», тем не менее, различные варианты. Количество химических элементов, вовлекаемых в биологические процессы, с течением эволюционного времени возрастало, а состав их и функциональная значимость становились всё более разнообразными, пока не возникли оптимальные соотношения, свойственные наиболее высокоорганизованным формам.

В конечном итоге определились (как мы теперь уже хорошо знаем) две группы жизненно необходимых и к тому же функционально не заменимых друг на друга минеральных химических элементов. Одна из них получила название «макроэлементы» (N, P, K, S, Na, Cl, Mg, Ca). Вторая - «микроэлементы» (Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Ni, B, F, I, и некоторые другие). После сжигания любого биологического материала эти элементы (кроме азота, который в процессе горения образует газообразные оксиды и переходит в воздух) остаются в несгорающем минеральном остатке - золе и потому, по сложившейся традиции, называются ещё зольными.

По внешнему виду зола представляет собой серый порошок (пепел), легко раздуваемый ветром. Он-то, этот малоприметный серый порошок и сыграл выдающуюся роль в истории человеческой цивилизации. Но об этом речь впереди.

5.3. МИНЕРАЛЬНЫЙ КРИЗИС В БИОСФЕРЕ И СПОСОБЫ ЕГО РАЗРЕШЕНИЯ

В природе существует огромное количество разнообразных живых организмов. Однако общая масса живого вещества биосферы составляет в целом ничтожно малую величину относительно геологических оболочек, с которыми оно функционально связано. Весьма удачное сравнение сделал на этот счет В.М. Гольдшмидт: если литосферу (то есть земную кору) представить в виде каменной чаши массой в 13 фунтов, то масса поместившейся в ней гидросферы составит 1фунт, масса атмосферы будет соответствовать медной монете, а масса живого вещества - почтовой марке. Вес упомянутой выше золы, содержащейся в живом веществе, совсем невелик (например, всего лишь 0,5 – 1% от сожженного растения).

Как видим, тончайшая плёнка жизни существует в необозримом по своим масштабам минеральном царстве. Отсюда может показаться, что биосфера в избытке располагает всеми необходимыми для неё зольными элементами, а их добывание живыми организмами (прежде всего первичными продуцентами органического вещества) для собственных нужд не представляет особой сложности.

Увы, это совсем не так. Живое вещество биосферы способно усваивать главным образом ту минеральную пищу, которая лежит в буквальном смысле на самой поверхности этого минерального царства. Глубинные слои земной коры ей недоступны. Практически неограниченными можно считать на Земле только запасы углерода (в виде его двуокиси) и воды (Мировой океан с его глубинами составляет более двух третей от всей земной поверхности), а также световой энергии, постоянно идущей от Солнца, и молекулярного азота (о нём особо и подробнее ниже). Что же касается жизненно необходимых  минеральных солей, то они, как это ни странно выглядит на первый взгляд, всегда были в дефиците. Именно эти вещества во все геологические времена выступали по отношению к жизни в роли главнейшего лимитирующего фактора. «Солевой вопрос» всегда стоял в биосфере наиболее остро. Эволюция биосферы всегда осуществлялась в условиях жесточайшего противоречия между безграничным (генетически обусловленным) стремлением первичных продуцентов к размножению и ограниченностью в области их обитания доступной для потребления минеральной пищи.

Трудно допустить, что это крайне важное обстоятельство не нашло адекватного отражения в биологической эволюции, причём в самой её основе. Природа искала и находила различные пути выхода из минерального кризиса, преодоления угрозы трофического коллапса. В процессе эволюции возникали и закреплялись различного рода приспособления. Одни из них соответствовали видовой специфике тех или иных организмов, другие приобретали более общее значение, так что в итоге сложились некие обязательные «правила» жизни. В этой связи мне представляется необходимым выделить среди них следующие три "технические решения" как имеющие наиболее важное, можно даже сказать, стратегическое значение для биосферы в целом.

Решение первое.
Кардинальное значение в решении проблемы минерального питания биосферы имело то обстоятельство, что к созидателям живого вещества (первичным продуцентам, если пользоваться экологической терминологией) были подключены его разрушители (консументы и редуценты). Мы видим, что все ныне существующие организмы, несмотря на их различное систематическое положение, четко делятся на две функционально противоположные группы. Одни - автотрофы (зелёные бактерии, цианофиты, водоросли, высшие растения) - созидают органическое вещество; другие - гетеротрофы (многие прокариоты, грибы, животные, паразитические растения) -  последовательно его разрушают (вплоть до полной минерализации). В функциональном отношении живая природа (при всем её удивительном великолепии и многообразии существующих в ней форм, красок, звуков, запахов, движений и т.д., и даже человеческих мыслей!) оказалась сведена, таким образом, всего лишь к двум весьма прозаическим акциям - созиданию и разрушению органического вещества, к их беспрерывному чередованию во времени и пространстве.

Необходимые для жизни минеральные вещества стали регулярно освобождаться в процессе последовательного разложения организмов и возвращаться туда, откуда они были взяты. Тем самым элемент конечный (количественно ограниченный) приобрел свойства бесконечного. Ему тем самым было сообщено круговое движение, он стал вращаться в относительно замкнутом цикле, то есть непрерывно включаться в повторное биологическое использование последующими поколениями первичных продуцентов.

Созидание органического вещества и его разрушение, жизнь и смерть навсегда пошли рядом, рука об руку, необходимо дополняя и обусловливая друг друга. Именно такой жёсткий и бескомпромиссный порядок выводит биосферу из, казалось бы, беспросветного эволюционного тупика. И, стало быть, «закон возврата», сформулированный (в середине 19-го столетия) австрийским химиком Ю. Либихом поначалу в узких рамках, применительно к аграрному производству («земле должны быть возвращены изъятые из нее с урожаем сельскохозяйственных культур минеральные вещества»), имеет, оказывается, фундаментальное общебиологическое значение.

Решение второе.
В минеральном балансе биосферы особое, можно сказать даже, уникальное положение занимает химический элемент азот. Величайший парадокс природы состоит в том, что, купаясь в океане азота, будучи повсюду окружена и охвачена им, биосфера в самом начале была обречена на азотное голодание со всеми вытекающими отсюда последствиями для её дальнейшей эволюции. Запасы азота на Земле колоссальны. На долю этого элемента приходится в настоящее время более 78% от объёма атмосферы. Ещё больше по массе его растворено, по данным А.П. Виноградова, в водах Мирового океана. Но вся беда в том, что свободный молекулярный азот (N2) обладает низкой химической активностью, а это значит, что он совершенно недоступен для высокоорганизованной жизни. Как говорится, «видит око, да зуб неймет».

Конечно, некоторое количество молекулярного азота подвергается окислению и переходит в связанную (то есть доступную для жизни) форму благодаря протекающим в природе высоко¬температурным физическим процессам -  при электрических разрядах в атмосфере, извержениях вулканов, пожарах и т.п. Кроме того, на земную поверхность с вулканическими извержениями и глубинными газо-водными источниками выносятся наряду с молекулярным азотом также и некоторые его соединения - аммиак и оксиды. Но всё это вместе взятое - лишь «капля в море» в смысле удовлетворения потребностей непрерывно функционирующей и развивающейся биосферы в связанном азоте.

Удивительно, но выход из этого критического состояния был найден природой очень быстро, причем на самой заре биологической эволюции. Проблема была решена на биохимическом уровне, надо полагать, в результате появления в клетках некоторых первичных прокариот генетических структур, кодирующих образование фермента нитрогеназы. Этот фермент оказался способным фиксировать молекулярный азот N2, то есть восстанавливать его до аммиака, который затем уже легко превращается в процессе нитрификации в доступные для усвоения первичными продуцентами соли азотной кислоты.

Долгое время считали, что азотфиксация присуща только узкому кругу микроорганизмов (Azotobacter, Clostridium, Rhizobium). Однако в дальнейшем такая способность была обнаружена у представителей всех физиологических и таксономических групп прокариот - эубактерий и архей, хемолитотрофов, фототрофов и гетеротрофов, аэробов, микроаэрофилов и анаэробов, трихомных, почкующихся и мицелиальных, грамположительных и грамотрицательных.

При всей биохимической пластичности прокариот трудно сейчас найти среди них какую-либо иную специфическую функцию, которая получила бы столь грандиозное, далеко идущее распространение и развитие. По масштабу и значимости для судеб биосферы фиксацию и ассимиляцию азота можно сравнить разве что только с другим планетарным процессом -  фотосинтезом. Историческая миссия прокариот состояла в том, что они дали биосфере доступный для жизни азот в форме солей азотной кислоты. Появление и накопление в природе связанного азота открыло путь к эволюции эукариот - водорослей, грибов, высших растений и животных, что не имело бы никакой перспективы без решения проблемы азотного питания.

При этом прокариоты навсегда сохранили за собой монополию по части осуществления азотфиксации (настолько безраздельную, что этот биохимический признак может быть без всяких оговорок включен в перечень принципиальных различий, отделяющих их от мира эукариот). Будучи неспособными фиксировать атмосферный азот, некоторые эукариоты получили, однако, возможность вступать (по принципу дополнительности) в сообщества с обладающими такими способностями прокариотами, образуя вместе весьма разнообразные симбиотические системы. Таковые выявлены не только у растений и грибов, но и среди беспозвоночных животных (термиты, тараканы, тли, саранчовые), в организме которых доля «биологического азота» доходит до 60%. Более того, микробная азотфиксация обнаружена также и у некоторых позвоночных животных, преимущественно у мелких грызунов (полёвок, песчанки др.), которые в своем рационе используют главным образом бедные азотом зелёные части растений.

Фиксация азота – это ещё не всё, на что оказались способными прокариоты в метаболическом отношении. Теоретически, запасы молекулярного азота в природе должны были прогрессивно уменьшаться в результате восстановительной деятельности прокариот, что приводило бы к прогрессивному изменению состава атмосферы. Однако в действительности этого не происходит. Наряду с фиксацией азота и нитрификацией прокариоты (нередко относящиеся к одним и тем же таксономическим группам, например, к бактериям рода Azotobacter) осуществляют другой, не менее грандиозный по своим масштабам и значимости, но противоположно направленный процесс - денитрификацию. В результате соли азотной кислоты разрушаются, и свободный молекулярный азот N2  вновь возвращается в атмосферу (выходит, что опять-таки в соответствии с универсальным «законом возврата»!).

Решение третье.
Жизненно необходимые зольные элементы изначально находятся не только в трудно доступной форме (заключены в каменную оболочку), но и в крайне рассеянном состоянии, что затрудняет их использование в полную меру первичными продуцентами, особенно ведущими неподвижный образ жизни и, следовательно, накладывает серьёзные ограничение на существование и развитие биосферы в целом. Однако, в результате совместного действия биогенных и геологических факторов, на Земле происходят качественно новые процессы. Постепенно образуются и пространственно обособляются локальные в масштабах биосферы (имеющие очаговый характер), хотя сами по себе весьма обширные поля накопления, хранения и циклического воспроизведения минеральной пищи, причём в оптимальной для жизни форме и концентрации.

Такие поля не только являются относительно стабильным источником минерального питания (некой «трапезной» жизни), но и становятся средоточием разнообразных живых организмов, так что возникает эффект, который В.И. Вернадский называл в своих очерках «сгущением жизни». В этих местах жизнь, как говорится, бьёт ключом, экосистемы достигают   наиболее высокой продуктивности, в то же время здесь открываются широкие возможности для биологической эволюции. Такие природные образования я называю полями плодородия, или банками  плодородия.

Исторически банки плодородия сначала возникают в гидросфере, и лишь затем, при определённом стечении обстоятельств, появляются на суше. Представление о них традиционно связано с континентальным почвенным покровом, которому я уделил должное внимания в своих предыдущих публикациях. Однако «почвенный покров» - понятие видовое, тогда как «банк плодородия» – понятие более высокого ранга, родовое.

Существующие в биосфере банки плодородия различны по своей природе и генезису, тем не менее, общее, принципиальное значение для их образования имел процесс выветривания горных пород (гипергенез, по терминологии А.Е. Ферсмана). Для понимания проблемы минерального питания биосферы Земли считаю совершенно необходимым, хотя бы вкратце, рассмотреть далее суть этого грандиозного планетарного явления.

5.4. ГЛАВНАЯ СОЛОНКА БИОСФЕРЫ

Основным источником минеральных элементов жизни, грандиозной планетарной «солонкой», является земная кора, та гигантская «каменная чаша», которая сложена разнообразными кристаллическими горными породами. Образующая её масса минерального вещества в целом очень велика. Особенно в континентальной части земной коры, которая характеризуется весьма значительной толщиной (порядка 40 - 50 км, а в горных областях и того больше) и наряду с базальтовым основанием имеет мощный гранитный слой на всём своём протяжении. Однако это вовсе не означает, что, во-первых, земная кора насыщена именно теми минеральными элементами, которые необходимы для жизни и, во-вторых, эти элементы изначально находятся в доступной для неё форме.

Главная геохимическая особенность земной коры –чрезвычайно высокое содержание (кларк) кислорода, проистекающее от его способности образовывать очень прочные связи с различными химическими элементами. Кислород составляет 46,6% от массы земной коры. Второе место занимает кремний, на долю которого приходится 27,72%. Кремнекислородные соединения (главным образом, силикаты) практически полностью слагают объём земной коры, включая минералы, образующие гранит: кварц, полевые шпаты, слюды, роговую обманку.

Если учесть относительно более крупные размеры анионов кислорода по сравнению с катионами кремния, то нам откроется и вовсе парадоксальная картина - всё вещество земной коры предстанет в виде сплошного кислородного каркаса, в пустотах которого располагаются более мелкие катионы кремния, а также некоторых других химических элементов. Каркас кислородных анионов играет роль своеобразного геохимического фильтра, который допускает внутрь кристаллической решётки только положительно заряженные ионы определённого размера. Так вот, в числе допущенных элементов оказались алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий. Вместе с кислородом и кремнием они составили, как это было установлено ещё американским геохимиком Ф. Кларком, основную восьмерку химических элементов (преимущественно лёгких), на долю которых приходится в совокупности более 99% массы земной коры.

Такое своеобразие химического состава земная кора унаследовала от породившей её магмы, представляющей собой силикатный раствор-расплав, в котором изначально преобладают названные выше восемь химических элементов во главе с кислородом и кремнием. Разница состоит лишь в том, что магма содержит в себе ещё значительное количество летучих соединений в виде паров и газов, от которых она освобождается в процессе остывания и отвердения. Основная, силикатная часть магмы претерпевает при этом главным образом структурные (хотя и весьма сложные) изменения, связанные с последовательной кристаллизацией и закономерной сортировкой атомов содержащихся в ней химических элементов (ещё раз подчеркну, под контролем кислородно-кремниевого фильтра).

В магме (а, стало быть, и в порождённых ею магматических горных породах), конечно же, имеются и все другие химические элементы, отображенные в таблице Д.И. Менделеева. Так, в граните присутствуют титан, фосфор, марганец, сера, фтор, хлор, барий, стронций, литий, хром, рубидий, ванадий, цирконий, никель, медь, цинк и многие другие элементы. Одни элементы из категории малораспространённых, имеющие подходящий ионный радиус, вошли в кристаллохимические структуры силикатов в виде изоморфных примесей (надо заметить, что явления изоморфизма играют очень важную роль в химии силикатов). Другие, обладающие слишком большими или слишком малыми радиусами ионов, не смогли преодолеть упомянутый фильтр и оказались в силу этого в магматическом остатке в неупорядоченной и рассеянной форме. Но все они в сумме составляют меньше 1 %!

Итак, земная кора, безусловно, располагает в потенции всеми необходимыми для жизни зольными элементами. Однако их кларки зачастую невелики. Многие элементы пребывают в рассеянном состоянии. Все они при этом изначально находятся в инертной, законсервированной форме, поскольку заключены в твёрдую каменную оболочку. Основная масса этих элементов располагается к тому же на недосягаемой (для тончайшей поверхностно-планетарной плёнки живого вещества) глубине. На этом фоне не только существование жизни, но и само её появление на Земле, выглядит   маловероятным и, к тому же, совершенно бесперспективным.

И вот здесь начинаются поистине удивительные события, которые в корне меняют дело. Выплавленная из магмы и оказавшаяся на поверхности (в силу вертикальных тектонических процессов) земная кора вступает в качественно новую фазу своей эволюции. Начинается грандиозное по своим масштабам и последствиям выветривание горных пород, или гипергенез. Причиной этого весьма сложного планетарного явления служит то обстоятельство, что структура и химическое строение минерального вещества закономерно стремится к равновесию с окружающей его средой и, стало быть, прочные и устойчивые системы из атомов, образовавшиеся в одних условиях, становятся совершенно неустойчивыми - в других. Горные породы земной коры сложены минералами, возникшими в глубинах при очень высоких температурах и давлении. Однако на поверхности суши давление не превышает одну атмосферу, низка и температура, которая к тому же непостоянна и подвержена сезонным и суточным колебаниям. Наконец, что очень важно, земная кора находится под прямым воздействием солнечной энергии и воды. На этом фоне в твёрдых породах (в их поверхностных слоях) исподволь начинается перегруппировка атомов и образование новых минералов, которые соответствовали бы изменившимся внешним условиям.

Если говорить конкретно, трёхмерные кристаллические силикаты перестраиваются в почти двухмерные плоские структуры. В зоне гипергенеза образуются принципиально новые силикаты (ранняя Земля их ещё не знала!) – глины, которые составлены из плоских, микроскопических размеров (порядка 0,001 мм) кристаллических частиц, представляющих собой листы кремнекислородных тетраэдров, связанных в двух- или трехслойные пакеты. Эти листы в процессе выветривания последовательно «штампуются» на поверхности горной породы и отделяются от неё под действием воды. Кристаллохимическая структура глинистых минералов приходит в равновесие с новыми условиями. На поверхности суши мягкие, податливые глины оказываются в геохимическом отношении более устойчивыми, чем «несокрушимый» гранит.

При всем этом, в контексте рассматриваемой мною проблемы минерального питания биосферы, наибольшее значение имеет то важнейшее обстоятельство, что в процессе выветривания толщи горных пород, составленные трехмерными силикатами, освобождаются от катионов химических элементов с большим ионным радиусом, поскольку им становится тесно в плоских пакетах. Диффузия катионов начинается в результате того, что на границе контакта глубинного силиката и воды возникает перепад концентрации: в воде мало катионов, но есть протоны, а в минерале много катионов. Катионы уходят в воду (вымываются) и затем с ней выносятся за пределы зоны выветривания. Потеря заряда при уходе катиона компенсируется внедряющимися в структуру протонами воды, которые связываются с ионами кислорода.

По данным геохимической науки, первыми из горной породы уходят в водные растворы кальций, натрий, калий, а затем магний и железо. Вместе с ними частично удаляются атомы, находившиеся в виде изоморфной примеси или в состоянии неупорядоченного рассеяния. В результате помимо кислорода и кремния в конечных продуктах выветривания остается только алюминий. Такова цена приобретённой устойчивости!

В целом же от всего этого происходит колоссальный выигрыш: природа получает реальную перспективу для дальнейшей эволюции в сторону жизни (которой на Земле еще нет). Дело в том, что необходимые для будущей жизни зольные химические элементы освобождаются от каменного плена, переходят в подвижное растворимое состояние, тем самым создаются предпосылки для их включения в грядущие биологические процессы. Вследствие гипергенного преобразования вещества земной коры на поверхности суши начинается грандиозное по своим масштабам движение (миграция) атомов в природных водах. Значительная часть высвободившихся элементов с речным стоком покидает сушу и направляется в сторону океана, вливаясь в него (!)».

5.5. КАК БЫЛ ПОСОЛЕН ПЕРВИЧНЫЙ ОКЕАН

Жизнь, как считается, долгое время (до начала фанерозоя) существовала только в океане, где она претерпела прогрессивные превращения и прошла длительный эволюционный путь от прокариот до хордовых животных. Многие обстоятельства указывают (прямо или косвенно) на то, что там, в океане (лучше говорить шире - в гидросфере, а  еще лучше – на границе гидросферы и литосферы) она и начиналась. В пользу этого можно привести следующие аргументы.

Вода («самое лучшее, что есть») - главная составная часть (до 99%) живого вещества. Следовательно, жизнь возникла в растворе и из раствора. Но вода подвержена испарению, а это очень опасно для жизни. Организмам же, находящимся в окружении воды, не грозит губительная для них потеря влаги, то есть высыхание. Кроме того, водная среда благоприятствует (по той же причине) изначально наружному половому размножению. В то же время вода в природе никогда не бывает в химически чистом виде, а представляет собой растворы различных минеральных веществ, в том числе жизненно необходимых. Обитающие в водной среде автотрофные организмы (в том числе и многоклеточные) могут воспринимать эти вещества кратчайшим путём, через поверхность своего тела, не испытывая нужды в специальных для этого органах. Немаловажное значение имеет и то обстоятельство, что достаточно большой и стабильный объём воды создаёт постоянство экологических условий. И, наконец. Выйдя в силуре из океана и став настоящими сухопутными организмами, высшие позвоночные животные (начиная от рептилий) сохранили его в себе на эмбриональном уровне в виде так называемой амниотической полости, которая по существу представляет собой индивидуальный микробассейн, создающий благоприятные условия для развития зародыша. В нем (по сути дела в океанической среде, или в гидросфере) эмбрион и пребывает до своего появления на свет.

Между тем, первичный океан был абсолютно непригоден для жизни. Он возник свыше 4 млрд. лет назад в результате выноса из расплавленного вещества мантии вышеупомянутых паров воды и газов с последующей их конденсацией и превращением в жидкую форму. Поскольку мантийные магматические газы были насыщены преимущественно анионогенными элементами (Cl, S, As, Br, I и др.), которые легко перешли в водный раствор, первичный океан оказался «посоленным» лишь односторонне. В нём преобладали анионы, а этого недостаточно для реализации жизненных процессов. Для жизни совершенно необходимы еще и катионы. К тому же кислые вулканические дымы (содержащие огромное количество НСL, СО2,  HF и других газов), растворяясь, определяли в это время сильно кислую и, следовательно, несовместимую с жизнью реакцию океанических вод.

К счастью (для будущей жизни), химический состав океана, как и его кислотность, были позднее нормализованы (приведены в соответствие с требованиями жизни), главным образом благодаря поступлению с речным стоком катионов, высвобождающихся в процессе рассмотренного выше выветривания континентальных горных пород. Конечно, были и другие источники поступления в океан минеральных веществ: льды, подземный сток, гидротермы, морская эрозия, аэрозоли, пыль, внеземные источники. Кстати, ветры, дующие с континентов, поставляют в океан значительное количество тонкой пыли, переносимой на значительные расстояния. Эта пыль осаждается на дно океана и входит   в   состав   океанических  осадков. Однако все это в сумме никак не могло конкурировать в приходном балансе растворённого вещества в океане с континентальным выветриванием. Именно в результате интенсивного выщелачивания катионов из глубинных горных пород в океанической воде установилось равновесие анионов и катионов. Только поэтому океан обрел с течением времени качества жизненной среды.

И, стало быть, процесс выветривания континентальных горных пород - гипергенез, обстоятельно изученный и описанный в геологической, географической и геохимической литературе в соответствующих категориях и терминах (В.В. Докучаев, К.Д. Глинка, Б.Б. Полынов, И.И. Гинзбург, О. Тамм, З. Келлер, Г. Гаррасовиц), приобретает в свете сказанного мною выше статус основополагающего фактора не только существования и развития жизни, но и самого её возникновения на Земле. Все живое необходимо содержит в себе минеральную составляющую. Следовательно, жизнь никак не могла зародиться в «первичном бульоне», если бы тот не был предварительно и надлежащим образом посолен.

Континентальный гипергенез, несомненно, открыл дорогу к океанической жизни. Но что же мы видим? Все известные концепции, гипотезы и теории происхождения и возникновения жизни на Земле традиционно зациклены исключительно на органике. Для минеральных макроэлементов и микроэлементов (совершенно обязательных для жизни!) там просто не нашлось места. Надо ли говорить, насколько необходимо восполнить этот зияющий пробел в теоретической биологии?

И ещё одно очень важное следствие континентального гипергенеза. Образование, перемещение и отложение глинистых частиц является конечным итогом процесса выветривания. Однако ему предшествует и всегда сопутствует прогрессирующее физико-механическое измельчение кристаллических горных пород под действием воды и колебания температур (суточного и сезонного). В результате в речную систему направляется ещё и твёрдый сток, состоящий из различного рода и величины минеральных частиц, включая глинистые. Масса вещества, переносимого поверхностными водами в виде твердых обломков, нередко бывает больше количества химических элементов, которые переносятся в растворимом состоянии.

Казалось бы, весь твёрдый сток рано или поздно должен оказаться в океане, поскольку именно туда текут континентальные реки. Однако основная масса осадочных пород, образующихся в процессе выветривания, остаётся все-таки в пределах континентов. Это объясняется тем, что в континентальной части земной коры, в силу тектонических процессов, возникают местами огромные прогибы –
геосинклинали. Постепенное их опускание сопровождается одновременным заполнением продуктами разрушения окружающих горных пород. В геосинклиналях откладываются мощные толщи. В них сосредоточено около 75% всех осадочных пород, которые находятся на континентах. Но и большая часть обширных, выровненных выветриванием платформ также покрывается чехлом осадочных пород, правда, их мощность оказывается значительно меньше, чем в геосинклинальных прогибах. В результате отложения измельчённых продуктов выветривания горных пород постепенно (в течение миллионов лет) на Земле формируется особое геохимическое образование – континентальная кора выветривания. В отличие от монолитной горной породы, это образование изначально приобретает рыхлую структуру, не только способную, как губка, удерживать в себе воду, но и доступную для прорастания корней будущих высших растений.

Тем самым кора выветривания создаёт необходимые физико-механические предпосылки для грядущего образования почвенного покрова, который станет в свою очередь ареной континентальной жизни. Впереди мы непременно поговорим об этом подробнее, но сначала посмотрим, какие последствия имел континентальный гипергенез для океанической жизни, которая, как я уже сказал, не только шла впереди, но и достигла высокой организации, в то время как материки продолжали еще оставаться бесплодными.

5.6. ПАРАДОКСЫ ОКЕАНИЧЕСКОГО ПЛОДОРОДИЯ

Мировой океан огромен: он покрывает более двух третей поверхности Земли, его глубина достигает 11000 метров. Однако, несмотря на благоприятные, в принципе, условия для существования жизни, океан в целом (во всей его массе) нельзя назвать идеальным питательным раствором для первичных продуцентов органического вещества. Солёность океана, которая составляет в среднем 3,5%, обусловлена главным образом хлористым натрием и в меньшей степени - сернокислым магнием. Незначительная примесь и следы других элементов, в том числе биофильных, составляют в сумме не более 0,5%. Несмотря на постоянный приток с континентов минерального вещества (по расчетам разных специалистов, ежегодно приносится от 2,5 до 3,2 млрд. тонн солей), океаническая вода не может быть достаточно, как это требуется для жизни, насыщена ими (слишком велика акватория, слишком   велик её объём). К тому же не все привнесённые вещества остаются в растворе. Частично они захватываются морскими организмами (которые с течением времени отмирают), сорбируются взвешенными глинистыми частицами, концентрируются в фекальных комках - пеллетах и, в конце концов, уходят в донные осадки. Наконец, такие природные процессы, как перемешивание морской воды (приливами и отливами, течениями и водоворотами, восходящими и нисходящими потоками и т.д.) и диффузия ионов, приводят к рассеянию химических элементов в необозримой океанической пелагиали.

Кроме того, значительная часть солей с брызгами волн захватывается ветром и вовлекается в обратную миграцию через атмосферу. Особенно это касается анионов (Cl, Br, S, I и др.), которые составляют основную массу веществ, переносимых с океана на сушу, где они активно участвуют в различных геохимических процессах на ее поверхности и вновь с речным стоком возвращаются в океан. Тем самым осуществляется непрерывный циклический обмен минеральными веществами между сушей и океаном, в котором ведущая роль их первичного генератора (по крайней мере, относительно катионов) принадлежит суше. В результате поступление веществ в современный океан, в общем, становится уравновешенным процессами их удаления в осадки дна и в атмосферу.
Как это ни парадоксально, океан относительно существующих в нём живых организмов, постоянно испытывает минеральный голод. Несмотря на безграничное изобилие воды, которая является необходимым и первейшим условием жизни, по биологической продуктивности (в среднем на единицу площади пелагиали) открытый океан сопоставим с безводной континентальной пустыней.

Океаническая жизнь сосредоточена главным образом в неритовой зоне, которая простирается от берега моря до конца материковой отмели, что обычно соответствует глубине до 200 метров. Главная экологическая особенность этой зоны состоит в том, что она характеризуется повышенным содержанием элементов минерального питания первичных продуцентов за счет берегового стока. Неритовый фитопланктон как фундаментальная основа существования всех других форм океанической жизни в целом значительно богаче по видовому составу и в несколько раз продуктивнее более отдаленных от берега океанических экосистем. На долю промыслового лова рыбы в шельфовых водах приходится 92%.

Можно смело утверждать: не только сейчас, но и во все прошлые геологические времена жизнь в океане была сосредоточена главным образом у морских побережий. Об этом со всей определённостью свидетельствуют сохранившиеся на континентах биогенные барьерные рифы. В качестве примера можно привести известковые холмы и гряды, тянущиеся длинной (на 250 км), но узкой (5-6 км) полосой вдоль Восточных Карпат (от г. Броды до г. Каменец-Подольский) в районе Днестра. Это остатки когда-то существовавшего барьерного рифа, построенного в основном красными водорослями литотамниями (Lithothamnion)   в   прибрежной полосе миоценового моря.

Есть и куда более древние свидетельства - так называемые строматолиты. На дне прибрежных мелководных участков докембрийских морей существовали сине-зеленые во¬доросли. Они извлекали из воды растворенные соли кальция и откладывали в слизистых чехлах своих нитей зернышки кальцита. Так образовались строматолиты (плотные слоистые овальные тела с разнообразной внутренней структурой, имеющие поперечник в несколько метров и высоту 1 - 2 метра), которые являются, кстати, почти единственными неоспоримыми следами жизни, дошедшими до нас со времен докембрия. Именно по находкам строматолитов специалисты реконструируют очертания береговых линий давно    исчезнувших  морей и океанов.

Та же закономерность относительно распределения фитопланктона наблюдается и в крупных континентальных водоёмах. Биологическая продуктивность в центральной части водоёма очень низка, а у берегов, особенно в мелководных заливах и против устьев рек, она резко возрастает. Наконец следует отметить, что фитопланктон практически полностью отсутствует в приледниковых водах. Эти чистые, прозрачные для света воды содержат в себе много кислорода и углекислого газа, но нет в них элементов минерального питании (а, стало быть, нет и жизни).

Итак, основные минеральные ресурсы, которыми располагает океаническая жизнь, представлены водным раствором, сконцентрированным в узкой прибрежной полосе. Они происходят главным образом от постоянного притока минеральных солей, освобождающихся в результате выветривания континентальных горных пород.

Но есть в океане ещё и другие поля и банки плодородия, имеющие осадочное происхождение. Под действием гравитации мёртвое органическое вещество, образующееся в результате жизнедеятельности всевозможных морских организмов в неритовой зоне, постоянно осаждается на дно наряду с твердыми минеральными продуктами выветривания, поступающими со стороны континентов. В результате континентальный шельф с течением времени покрывается слоем весьма плодородного ила. Однако донное плодородие становится недоступным для автотрофной жизни на недосягаемых для солнечного света глубинах и потому в значительной мере выводится из биологического круговорота и с течением времени «уходит в геологию». Не случайно в пределах континентального шельфа нередки месторождения различных полезных ископаемых (нефти, газа и др.).

О том, насколько велика   питательная ценность морских илистых отложений, можно судить по тем случаям, когда перешедшие в донный осадок биогенные элементы вновь возвращаются с токами воды в верхние, доступные для света слои воды. Известно явление, названное апвеллингом, суть которого состоит в подъёме глубинных вод, вызванного благоприятным сочетанием морских течений, а также ветровым сгоном поверхностных вод от крутого материкового склона. Апвеллинг мобилизует донное плодородие, перемещая и возвращая минеральные вещества в верхние слои воды и делая их доступными для фитопланктона со всеми вытекающими отсюда позитивными последствиями для всей морской экосистемы.

Очень интенсивен апвеллинг у перуанского побережья. На базе высокой продуктивности фитопланктона здесь чрезвычайно высока продуктивность зоопланктона, а за счет этого растёт соответственно численность рыб, главным образом анчоусов (Engraulis). Будучи небольшой страной, Перу в 1960-х годах по уловам рыбы вышла на первое место в мире. Периодическое ослабление действия пассатных ветров (обычно в конце декабря – начале января) и прекращение подъёма холодных вод к поверхности в прибрежной части океана вызывает катастрофическое явление Эль-Ниньо.

В отдельные годы Эль-Ниньо усиливается настолько, что проникает далеко на юг, оттесняет от побережья холодные воды перуанского течения. К тому же тонкий поверхностный слой тёплых вод прекращает поступление кислорода в более глубокие слои, что губительно действует на планктон и рыб богатейшего перуанского продуктивного района. В годы развития Эль-Ниньо рыба или гибнет, или покидает прибрежные воды, что вызывает высокую смертность питающихся рыбой морских птиц и уменьшает количество гуано, имеющего большую ценность как сельскохозяйственное удобрение.

5.7. ОКЕАНИЧЕСКИЙ ПРЕДШЕСТВЕННИК КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ

Океанический ил – предшественник континентального почвенного покрова. Как и почва, ил представляет собой высокоплодородную органо-минеральную систему. Как и в почве, в нём обитают и питаются органическим детритом различные беспозвоночные животные, например, столь широко распространенные в почве малощетинковые черви. Более того, в нём происходят и столь характерные для почвы процессы гумификации.

Отсюда, как и следует ожидать, освобождаясь по тем или иным причинам от воды и оказываясь на поверхности суши, морские илы становятся весьма плодородным субстратом для современной наземной растительности. Свидетельством тому могут служить так называемые «марши», которые тянутся вдоль морского побережья длинной полосой, имеющей ширину около 30 км. Эти низменные равнины заливаются морем только во время наиболее сильных приливов, они заполнены илистыми морскими отложениями с обилием погребённых горизонтов торфа и разных видов сапропеля, на которых формируются богатые гумусом почвы.

Марши типичны для берегов Северного моря (Нидерланды, Германия, Швеция, Великобритания, Дания). Они есть во Франции (Бискайский залив), Польше (Гданьские бухты), Литве, на Атлантическом побережье США (во Флориде, Миссури, Техасе, Луизиане, Джорджии и др. штатах). Осушенные и окультуренные почвы маршей, называемые в европейском регионе польдерами, поддерживают экономику стран на очень высоком уровне. Обычные урожаи сена здесь 50 - 120, зерновых культур 40 - 60 ц/га. Основное направление сельскохозяйственного производства в этих странах - молочное животноводство - не имеет себе равных в мире.

В общем, у нас есть достаточные основания предположить, оглядываясь на далекое прошлое: континентальным полям почвенного плодородия предшествовали подводные илистые отложения. Еще не было на Земле почвенного покрова, но уже давным-давно существовали плодородные подводные илы. Исторически в биосфере сначала возникает биокосная система ил как некий банк плодородия, и только после этого - континентальная почва. Органо-минеральная осадочная система, в полной мере обладающая свойствами плодородия, сначала образовалась под водой, в субаквальных условиях, и только значительно позднее в масштабах геологической шкалы времени – в субаэральных.

В этой связи уместно напомнить весьма любопытный факт, что известный русский географ и путешественник, член Петербургской АН П.С. Паллас высказывал в 1779 году хотя и ошибочное, но не лишённое своей логики предположение о том, что в основе образования чернозёмных почв лежит морской ил, оставшийся после отступления Чёрного и Каспийского морей.

Нет сомнения в том, что в далёком прошлом (начиная с силура) именно таким, илистым по своей природе полям плодородия, простиравшимся узкой извилистой полосой на границе между морем и сушей и насыщенным элементами минерального питания растений, суждено было сыграть (в отсутствии пока еще континентального почвенного покрова) роль стартового полигона в приспособительной эволюции многоклеточных морских бентосных водорослей к условиям континентальной жизни.

5.8. ОКЕАНИЧЕСКИЕ ЧЕРТЫ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ЖИЗНИ

В силурийском периоде (примерно 420 млн. лет назад), по достижении на Земле определённых экологических условий (прежде всего, связанных с насыщением атмосферы свободным кислородом), высокоорганизованные формы жизни стали выходить из океанической среды на поверхность континентов и приспосабливаться к новым условиям существования, о чем я уже отчасти рассказывал в предыдущих публикациях. Хочу подчеркнуть массовый характер этого явления, так как, в принципе, некоторые микроорганизмы докембрия могли обитать на суше в местах, защищенных от жёсткого ультрафиолета, с незапамятных времен.

Успеху освоения суши высшими растениями в значительной мере способствовало то обстоятельство, что они пришли на готовый питательный субстрат, созданный ранее под водой без их непосредственного участия (что, как правило, не учитывается эволюционистами в их теоретических построениях). Первичная континентальная растительность, которая, по всей видимости, вела поначалу амфибиотический образ жизни в приливно-отливной зоне, воспользовалась по сути дела уже известным нам маршевым плодородием. Эволюционные превращения развивались первоначально в пограничной зоне между океанической бенталью, покрытой слоем плодородного ила и пока ещё бесплодной континентальной корой выветривания в местах их соприкосновения и проникновения друг в друга.

Не имея возможности полностью удовлетворять свои потребности в минеральной пище непосредственно через наружную поверхность тела, как это было у их предков - многоклеточных бентосных водорослей (предположительно зелёных), высшие наземные растения претерпели существенную морфо-физиологическую реорганизацию. У них развились настоящие всасывающие органы - корни. Это преобразование явилось специфическим выражением общебиологической тенденции к ветвлению, существо которой (дендро-морфогенез) было с разных сторон рассмотрено мною в предыдущих публикациях. Наряду с этим сформировалась идущая к противоположному полюсу
и охватывающая всё растение специфическая и весьма эффективная проводящая система.   Ближний транспорт, присущий водорослям, дополнился (благодаря взаимодействию капиллярных сил, транспирации и корневого давления) ещё и дальним транспортом. Дерево рода секвойя (Sequoia sempervirens), например, достигает в высоту 110 - 112 метров, однако водный раствор, поглощаемый внизу его корнями, доходит вверх против силы тяжести до каждого листа этого высокорослого растительного гиганта

В то же время, выбравшись из моря и претерпев серьезные преобразования, высшие растения все-таки не смогли расстаться с той средой, в которой они родились и в которой всегда жили их предки. Образ этой морской среды – водные растворы солей – они сохранили в себе и навсегда унесли с собой. Способ питания путем поглощения водного раствора минеральных солей в принципе сохранился без изменения. Причем не только через корни (мы к этому факту так привыкли, что он никого уже не может удивить), но и через листья (по древней, хорошо испытанной океанической технологии)!
 
Внекорневое минеральное питание растений впервые установил английский химик Г. Дэви в начале 19 в. В 1878 реальность этого явления экспериментально подтвердил французский химик и физиолог растений Ж.Б. Буссенго. Поглощённые листьями (прежде всего, разумеется, с дождевой водой) минеральные питательные вещества благополучно перемещаются в другие органы, вверх и вниз по стеблю,  в том числе попадают в корень. Там, в растительных тканях, они включаются, как теперь это хорошо известно, в состав белков, ферментов, пигментов, пластид и т.д., образуя ряд необходимых растению органо-минеральных соединений.

В истории естествознания было, однако, время (причем достаточно продолжительное), когда всерьёз считали, что наземные растения питаются непосредственно почвенным перегноем, то есть гумусом. Так, известный немецкий учёный, агроном и почвовед А.Д. Тэер упорно отстаивал в первой половине 19-го столетия специально разработанную им теорию гумусового питания растений. И это несмотря на то, что ещё в середине 16-го столетия представитель эпохи Возрождения Б. Палисси впервые (и намного опережая свое время) высказал безупречно правильный взгляд на почву как на источник минерального питания растений. В своей книге «Соль – основа жизни и роста» он, в частности, писал: «Навоз, который выносят на поля, не имел бы никакого значения, если бы не содержал соли, которая остаётся от разложения сена и соломы». Потребовалось триста лет (!), чтобы этот постулат получил экспериментальное научное подтверждение в трудах основоположников агрохимии Ю. Либиха, Ж.Б. Буссенго и других исследователей. В результате было окончательно и бесповоротно доказано, что растения могут воспринимать из окружающей среды необходимые для жизни минеральные соли только в растворённом состоянии, то есть могут питаться только жидкой фазой почвы -  так называемым почвенным раствором, который так же, как и морская вода в прибрежной зоне, представляет собой не что иное, как водный раствор различных солей.

Именно вода послужила той всепроникающей средой, которая воедино связала все составные части твердого субстрата, на котором произрастают ныне высшие растения. Она заполняет мелкие поры, распространяется по капиллярам, фильтруется по крупным трещинам. В ней происходит растворение, миграция и дифференциация необходимых для жизни химических элементов.

Более того, как выяснилось в дальнейшем, высшие покрытосеменные растения (будучи родом из океана) могут вполне довольствоваться для своего развития искусственно приготовленным водным питательным раствором и совершенно обходиться без почвы. Этот факт получил строго научное обоснование и был доказан экспериментально методом водной культуры, разработанным немецкими физиологами Ю. Саксом и И. Кнопом в 1860 – 1865 годах. Данный метод сыграл решающую роль в изучении проблемы минерального питания растений.
 
Суть его состоит в том, что растения погружаются своими корнями в раствор минеральных питательных веществ в дистиллированной воде. Сначала Ю. Сакс сообщил в 1857 году, что его экспериментальные растения уже в обыкновенной воде могли нормально развиваться и даже доходить до цветения. Затем в результате добавления в воду некоторых минеральных солей растения впервые были доведены до созревания, хотя ещё при небольшом урожае, о чём почти одновременно в 1859 году сообщали Кноп и Сакс.
Первое время сама возможность воспитать растение и довести его до плодоношения без почвы привлекала всеобщее внимание как нечто экстравагантное. Однако в дальнейшем удалось достигнуть в водных культурах не только такого роста, как в поле, но и ещё большего. Так, вскоре в водной культуре были получены растения гречихи, сухой вес которых (120 г) превышал вес семени в 4736 раз, в то время как в поле, даже на плодородной почве, это отношение не превышало 1:1000; для овса был достигнут вес растения в 19,4 г, в то время как растение, взятое с поля, весило 1,752 г, а выращенное на огородной почве – 5,26 г и т.д.
 
Оказалось, что в условиях аэрируемой водной культуры хорошо развиваются все сельскохозяйственные растения, в том числе корнеплоды и клубнеплоды. При всём этом в виде отдельного тезиса отмечалось, что растения водных культур достигали полного развития, не имея другого источника углерода, кроме углекислоты атмосферы, то есть опять-таки вне связи с почвой. Весьма примечателен в этом отношении тот факт, что ещё в 1861 году Сакс вводил в питательный раствор экстракт почвенного гумуса и убедился, что это никак не содействовало росту растений.

Путём последовательного исключения из раствора тех или иных солей была установлена, в конце концов, безусловная необходимость для корневого питания семи химических элементов: K, Ca, Mg, Fe, N, P, S. После этого Кноп (1859) разработал полную питательную смесь для нормальных культур с указанием конкретных химических соединений и их концентраций, названную его именем. В силу универсальности и пригодности этой смеси для выращивания любых растений, ею пользуются в агрохимических и физиологических исследованиях до сих пор с некоторыми модификациями, определяемыми задачами исследования и типом изучаемой культуры, а также добавлением совершенно необходимых (как это выяснилось позднее) микроэлементов (марганец, бор, медь, цинк, кобальт, никель и др.). В России водные культуры впервые применил и активно пропагандировал К.А. Тимирязев, дальнейшее развитие метода получило в работах его талантливого ученика и последователя Д.Н. Прянишникова.

Из лаборатории метод водной культуры очень эффектно вышел в практическое растениеводство. Он стал технологической основой нового направления в растениеводстве - гидропоники. Гидропонная технология впервые была применена в производственных условиях в 1929 году в Калифорнии. Ныне она охватывает все методы выращивания растений (овощей, цветов, зелёной массы и т.д.) без почвы как непосредственно в питательном растворе (водная культура), так и с использованием твёрдого субстрата, не имеющего питательного значения и не вступающего в химические реакции с веществами питательного раствора (гравийная культура). Она применяется не только в защищенном (зона умеренного климата), но и в открытом грунте (зона субтропического климата).

Пионерами гидропоники были, однако, ацтеки. Они выращивали культурные растения на плотах, сотканных из камыша. Плоты располагались на озере, образуя в совокупности плавучие поля. Корни растений прорастали через плоты, выполненные, по сути дела, из натуральных волокон, и погружались в озерную воду, всасывая из раствора все что необходимо для роста и развития. Но и это не все: берега озер были богаты месторождениями полезных минералов, которые использовались для питания культивируемых растений. Ацтеки, таким образом, разработали гениальный, революционный способ выращивания зерновых культур на воде! Близ Мехико и по сей день можно увидеть плавающие сады, которые культивируют по древней традиции.

В настоящее время до 80 % всех овощей, зелени и фруктов в Израиле выращивается гидропонным способом. Армия США всегда имеет в наличии всё необходимое для развертывания в полевых условиях гидропонных теплиц для овощей и зелени. Гидропоника - идеальное решение для жарких засушливых стран, так как при экономии воды в разы можно снимать множество урожаев за год.

Русский ботаник В.М. Арциховский пошёл в гидропонике еще дальше, совершенно отказавшись от какого-либо субстрата для корней в гидропонной технологии. Ещё в 1910 году он экспериментально обосновал метод воздушной культуры путём содержания корней растений непосредственно во влажной воздушной среде, насыщенной элементами минерального питания растений. На этой основе возникла новая ветвь в гидропонике - аэропоника, которая предусматривает подачу питательных растворов к корням растений в виде тумана (аэрозоля). Существенное преимущество аэропоники состоит в минимальном расходе питательного раствора, что особенно важно при культивировании растений в оранжереях, на морских судах и даже на космических станциях.

5.9. БИОСФЕРА - НА ГИДРОПОНИКЕ

Гидропонная технология, которой я (отнюдь не случайно) уделил особое внимание в предыдущем разделе, имеет могучие природные прототипы, реализованные с древнейших геологических времён и к тому же в грандиозных масштабах. Прежде всего, имеется в виду, конечно же, сам Мировой океан (а также и внутренние водоемы, в общем, вся гидросфера), где существование первичных продуцентов органического вещества протекает по сути дела целиком и полностью в питательном растворе (то есть по гидропонной технологии, созданной самой природой). Особенно следует выделить в этой связи фитопланктон как фундаментальную основу всякой океанической экосистемы. Но и многоклеточные бентосные водоросли, произрастающие в водном растворе солей, имеют для нее немаловажное значение.

Чрезвычайно интересен тот факт, что некоторые бентосные водоросли, отрываясь от своего основания, всплывают на поверхность моря, где и продолжают свое дальнейшее существование, разумеется, в условиях морской гидропоники. В западной части Атлантики расположено Саргассово море (6 - 7 млн. км;). Это море знаменито тем, что его поверхность почти полностью покрыта бурыми водорослями рода саргассум (Sargassum). Громадные плавающие скопления переплетающихся водорослей образуют плотные ковры («луга океана»), которые зачастую даже становятся преградой для морских кораблей.

Эти многолетние, крупные, длиной около 1 - 2 метров (иногда до 10 метров), кустистые водоросли своим внешним видом напоминают высшие растения. Оторвавшись от донного субстрата, они продолжают (купаясь в питательном солевом растворе) массово размножаться вегетативным путем. Они-то и обусловили соответствующее название моря. Характерной особенностью саргассума является наличие одиночных воздушных пузырей на конечных ветках. Скопления этих пузырей напоминают гроздья мелкого винограда, поэтому первооткрыватели американского континента под предводительством Х. Колумба, увидев эти водоросли, назвали их «сальгацо», что в переводе с португальского языка означает «виноград».

Саргассовые водоросли (их насчитывается до 150 видов) широко распространены в морях субтропических и тропических широт. В хозяйстве человека эти водоросли используют для производства удобрений (водоросли значительно богаче минеральными веществами, чем наземная растительность), кормовой муки, некоторых биологически активных добавок. В Юго-Восточной Азии отдельные виды употребляют в пищу. Чем не гигантская гидропонная фабрика, к тому же с полной технологической цепочкой?

Превосходный (просто идеальный) образец природной гидропоники являет нам цветковое растение ряска (L;mna). Крохотные многолетние растеньица ряски с плоскими листочками и опущенными в воду корешками плавают обыкновенно в большом количестве на поверхности стоячих вод, покрывая и затягивая их плотным изумрудным ковром. Ряска распространена во всех странах света, как в умеренных, так и с тропическим климатом, но обитает только в пресной воде. Ряска служат кормом для рыб, она идёт в пищу свиньям, курам, гусям и уткам («утиная трава»). Так что и здесь практический результат гидропоники налицо.

В общем, о гидросфере, в контексте гидропоники, мы имеем достаточное представление (гидросфера в этом отношении говорит сама за себя). Перенесем теперь наше внимание к настоящим наземным экосистемам, основу которых составляют сухопутные высшие растения.

В принципе, на гидропонной основе повсеместно произрастают имеющие очень важное экологическое значение лишайники (Lichenes, или Phycomycota) и моховидные (Bryophyta).

Лишайники чрезвычайно широко распространены в природе. Они обитают всюду – от пустынь до Арктики и Антарктики, поселяясь на самых разнообразных, но обычно бедных субстратах. Питаются атмосферной влагой с содержащимися в ней минеральными веществами. Заросли ягеля в тундре составляют основную кормовую базу оленеводства.
Мхи заселяют всевозможные влажные местообитания, в особенности болотистые. С помощью ризоидов мхи прикрепляются к субстрату и всасывают содержащийся в нём водный раствор. Мхи играют большую роль в регулировании водного баланса ландшафтов, сфагновые мхи образуют по месту своего произрастания мощные залежи торфа и бурых углей.

Возможно, приведённые примеры все-таки не слишком впечатляют своими масштабами относительно общей продуктивности биосферы. Тогда перейдём к рассмотрению грандиозного природного явления, получившего название "дождевой тропический лес". Эта чрезвычайно эффективная в функциональном отношении растительная формация (гилея, по А. Гумбольдту) обладает в биосфере наиболее высокой продуктивностью (3500 г/м2 в год). Она заключает в себе огромную биомассу - в среднем 5000 ц/га, а иногда (как, например, в бассейне Амазонки) более 17000 ц/га сухого органического вещества. Покрывая около 6% поверхности суши, гилея даёт около 28% общей продукции органического вещества биосферы.

Потребность гилеи в минеральной пище должна быть соразмерна биомассе, то есть столь же колоссальной. Но что же мы видим? Наземный субстрат в тропических лесах, как это ни парадоксально, крайне беден элементами плодородия, на что всегда сетуют почвоведы и геохимики. Органических остатков на его поверхности накапливается очень мало. Лесной подстилки почти нет. Тонкий слой мертвых листьев перемежается с участками оголённого грунта, склонного на обнажениях к цементированию в каменистый латерит. Почвообразовательный процесс если и протекает в своём зачатии, то лишь в поверхностном слое мощностью не более нескольких сант¬метров (глубже этого слоя органика практически отсутствует). Гумификация если и происходит, то крайне медленно и с образованием только фульвокислот, которые не способны накапливаться, поскольку легко растворяются и вымываются. «Почвенная» среда имеет кислую реакцию, она бедна кальцием, фосфором, калием, магнием и другими питательными веществами. Более того, фосфор в этих условиях склонен соединяться с железом или алюминием, образуя недоступные для растений нерастворимые соединения; часто здесь наблюдаются токсичные концентрации алюминия.

Может быть, корни мощных тропических деревьев добывают минеральную пищу из более глубоких слоёв твёрдого субстрата? Вовсе нет. Корни не идут вглубь, а распространяются горизонтально в поверхностном слое грунта. В лесах Амазонии, например, корни деревьев находятся на глубине всего 10 - 20 см. А чтобы тяжелые деревья не падали, у основания ствола у них имеются часто своеобразные подпорки (контрфорсы): корни первого порядка досковидно расширены в вертикальном направлении, что обеспечивает дереву более широкую и жёсткую опору. Устойчивости деревьев (даже отмерших) способствует также различного рода лианы, которые обильно переплетают их друг с другом снизу доверху, поддерживая в вертикальном положении. Судя по всему, земная твердь необходима деревьям главным образом для опоры. Но тогда каждое из них, как и дождевой тропический лес в целом, должны хронически испытывать резко выраженное минеральное голодание.

Тем не менее, гилея не только реально существует в природе, но и роскошно процветает, являя собой вечный праздник жизни, её высшее торжество. Причем, замечу, всё это не благодаря тучной почве, с плодородием которой у нас обычно ассоциируется биологическое изобилие и урожайность, а вопреки ей. В чём же тут дело?
Есть мнение (Н.Ф. Реймерс, 1990) о неудачности термина «дождевые леса» (поскольку они якобы «не происходят от дождя и не служат причиной его выпадения»). Мне представляется, однако, что дождевой тропический лес не только оправдывает своё название, но именно в нём, в этом названии отражена главная его суть. В тропическом лесу постоянно высокая влажность, проистекающая от обилия выпадающих осадков. Лес постоянно промывается дождями, которые идут здесь почти ежедневно (годовое количество осадков составляет 2500—7000 мм и более). Крупные реки, разливаясь от обилия осадков, регулярно затопляют низменные равнины. Так что постоянная подача воды в корневую зону растений, как неотъемлемый атрибут гидропоники, здесь стабильно обеспечена самими природными процессами. Кроме того, гилея характеризуется не только избытком влаги, но весьма благоприятным тепловым режимом. Круглогодичные температуры во влажных тропиках удерживаются на уровне не ниже 25° С, что также соответствует технологическим условиям и параметрам гидропоники.

Что же касается элементов минерального питания дождевого леса, то его источником является… сам лес, точнее отмирающее органическое вещество (опад), которое в тропических условиях в кратчайший срок, в считанные недели полностью разрушается и минерализуется гетеротрофными организмами (они функционируют здесь в высшей степени интенсивно). Несмотря на огромную массу опада (250 ц/га в год), способность влажного тропического леса утилизировать органическое вещество в десятки раз превышает его поступление. Освобождающиеся минеральные элементы переходят в поверхностные воды, которые становятся уже по сути дела гидропонным питательным раствором, постоянно омывающим корни. Содержащиеся в этом растворе биофильные элементы немедленно захватываются и поглощаются сложной (к тому же обильно снабженной микоризой) корневой системой многоярусного дождевого леса. Налицо завершающее звено гидропонной технологии.

И ещё одна деталь. В дождевом тропическом лесу очень богата флора эпифитов, в том числе древесных, которые и вовсе не связаны с подножным грунтом. Они располагаются и растут на деревьях в освещённой зоне высоко над землёй. Многие из них снабжены воздушными корнями. Не имея прямого контакта с тем раствором, который постоянно подаётся снизу, эпифиты, тем не менее, получают достаточное минеральное питание из влажного воздуха лесного полога и непосредственно от дождей. Но и сами тропические деревья (унаследовав океанические черты жизни первичных продуцентов) через листья эффективно усваивают минеральную пищу, содержащуюся в дождевой воде. А это уже настоящая аэропоника!

Конечно, элементы минерального питания растений при таком обилии воды и высокой кислотности среды частично вымываются и выносятся за пределы корнедоступной зоны. Однако эти потери постоянно компенсируются за счёт того, что падающая на тропический лес сверху дождевая вода содержит, как уже было сказано мною выше, минеральные соли, захваченные ветром из океана с брызгами волн, и, стало быть, она сама по себе уже есть питательный раствор. Еще Ф. Кларк подсчитал, что на поверхность суши ежегодно поступает 1800 млн. тонн различных солей (содержащих, в том числе, и необходимые для жизни микроэлементы) с атмосферными осадками, т.е. 1,35 ц/га. Это составляет примерно 2/3 речного ионного стока со всей площади суши. Кроме того, воздушные потоки приносят во влажные тропики элементы минерального питания с континентальной пылью (порой в значительных количествах), которая образуется в результате дефляции в соседних засушливых регионах.

Есть мнение, что гидропоника – это нечто узкое, локальное, малозначащее в общей системе растениеводства. Может, оно и так. Но мы увидели нечто совсем другое: вся современная биосфера держится (по самому большому счету) на гидропонике!

5.10. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС ДОЖДЕВОГО ТРОПИЧЕСКОГО ЛЕСА: ПРОЦВЕТАЮЩАЯ ЖИЗНЬ ПРИ ОТСУТСТВИИ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ

Экосистема современных дождевых тропических лесов имеет сравнительно недавнее по геологическим меркам (третичное) происхождение. Однако задолго до их появления (и на протяжении многих геологических эпох и периодов) на Земле в подобных эколого-климатических условиях (и, стало быть, на той же гидропонной основе) существовали лесные формации из высших споровых растений - плаунов, хвощей и папоротников. Они появились впервые около 350 млн. лет назад в позднем девоне, вслед за уходом с эволюционной сцены первичной для континентов (если говорить о высших сосудистых растениях) низкорослой риниофитной флоры. С тех пор на долгие времена установилось господство высоких многолетних деревьев.

Ключ к пониманию причины столь раннего появления и столь длительного доминирования в биосфере древесных формаций следует искать в самом начале освоения суши высшими растениями. В условиях высокой температуры и влажности, которыми характеризовалось то время, нарастание растительной биомассы риниофитов (Rhyniophyta), которые образовывали, по данным палеоботаники, довольно густые заросли, сопровождалось противоположным процессом - её интенсивным разложением. Вследствие этого поверхностные воды стали насыщаться углекислым газом и органическими кислотами и, следовательно, становиться всё более кислыми. В кислой же среде биогенные элементы легко растворяются и переходят в крайне подвижное (в геохимическом отношении) состояние. Происходит их выщелачивание и вынос за пределы растительной формации и, как следствие, – минеральное голодание растений. Выходит, что интенсивно развивающаяся растительность сама ухудшает условия своего существования. Это парадоксальное противоречие между фотосинтезом и минеральным питанием, надо полагать, и определило решительным образом новый курс на дальнейшую эволюцию биосферы. Оно стимулировало развитие лесных формаций, представленных вначале многолетними споровыми формами (плауны, хвощи, папоротники), которые появились уже в середине девона, а затем - голосеменными и, наконец, покрытосеменными деревьями.

Необходимые для жизни минеральные вещества стали захватываться из раствора корнями и аккумулироваться теперь непосредственно в растительной биомассе лесов (в направлении, противоположном действию гравитационного поля, то есть против силы тяжести), что препятствовало их вымыванию и выносу за пределы экосистемы. В условиях естественной гидропоники, которыми характеризуются влажные тропики, стало биологически выгодно держать резервы минеральной пищи «не в ногах, а над головой», то есть непосредственно в приподнятой над землёй растительной биомассе. В таком законсервированном и биологически связанном состоянии минеральным элементам уже не грозит потеря от вымывания, и они могут экономно расходоваться на различные жизненные нужды.
Биологический круговорот, отличающийся в современном дождевом тропическом лесу чрезвычайно высокой скоростью и эффективностью, становится ещё и максимально замкнутым. Лишь через десятки и даже сотни лет после завершения своего жизненного цикла конкретные деревья пойдут на полную биологическую переработку.

Экологическая тенденция «жизнь без почвы» зашла в своём развитии столь далеко, что её наиболее существенные признаки сохранились с появлением и широким распространением в умеренной зоне голосеменных растений, начиная с конца палеозоя. Основная древесная порода в нынешней таёжной зоне – ель (Picea) - сохранила поверхностный тип корневой системы, охватывающей тонкий, чаще всего 30-сантиметровый слой грунта. Главная функциональная задача корней ели состоит в незамедлительном отсасывании своей горизонтально разветвленной сетью питательного раствора, образующегося в результате разложения лесного опада, пока его не вымыло за пределы корневой системы. С этой задачей ель, судя по тому, как благоденствуют таёжные леса (пока их не коснулся человек), успешно справляется. И, стало быть, лесные подзолы (также очень бедные, с точки зрения почвоведения и геохимии) обязаны своей «бедностью» скорее всего не столько процессу вымывания биогенных элементов в кислой почвенной среде, сколько энергичному их перехвату мощными таёжными деревьями.

Итак, с утверждением господства зональных лесных формаций (прежде всего, влажных тропических) в биосфере появились специфические, автономные по своему характеру поля, или банки плодородия, содержание которых высоко приподнято над землёй и заключено в растительной биомассе лесов.

Как известно, в основу концепции генетического почвоведения были положены широкие полевые исследования степных чернозёмных почв, предпринятые В.В. Докучаевым во второй половине 19-го столетия. В русском чернозёме создатель учения увидел «в высшей степени типичную почву», которую можно рассматривать как некий эталон для классификации всех существующих на Земле почв. «Поступая таким образом, я только следую методу, которого держится петрограф, когда определяет неизвестную ему породу; как он при этом всегда стремится иметь в своём распоряжении по возможности не изменённый, не выветрелый кусок породы, так и мы для решения поставленного вопроса должны обладать такими почвами, которые являлись бы перед нами в своем нормальном первоначальном виде. А кто же станет отрицать, что изучать и определять что-либо по типу всегда лучше, проще и надежнее».
 
Не могу согласиться с этим догматическим суждением. Такое заключение справедливо только по отношению к какому-либо определенному виду породы. Результаты, полученные (даже «по типу») на породе одного вида нельзя распространять на породу другого вида.
После классических трудов В.В. Докучаева научная мысль вошла, как мне кажется, в некое русло, в некую методологическую колею, определяющую её направление до сего времени. Под влиянием этого обстоятельства сложилась тенденция смотреть на живую природу, на биосферу через призму почвообразовательного процесса. Невольно стало складываться представление о том, что прогресс высокоразвитой жизни на континентальной части Земли (со времени выхода её из океана) был напрямую связан с прогрессом в образовании почвенного покрова и даже явился его следствием.

Однако чернозёмные почвы, оказавшиеся в центре внимания В.В. Докучаева, стали появляться на Земле только в определённых (степных) географических и климатических условиях, к тому же сравнительно недавно – ориентировочно в середине кайнозоя. Большую часть в своей истории (а это многие сотни миллионов лет) покрытая мощными лесами континентальная часть биосферы благополучно обходилась без почвы (если с этим понятием связывать долгоживущие запасы складированного плодородия, возникающие и сохраняющиеся по месту их первичного образования на коре выветривания). Весьма важным (атрибутивным) признаком почвы (получившим в дальнейшем наиболее полное обоснование в трудах В.Р. Вильямса) является её плодородие, которым, однако, не обладает твёрдый субстрат, служащий опорой для колоссальной биомассы лесов, в особенности влажных тропических. И, следовательно, стремление объяснить процессы, происходящие в дождевом тропическом лесу в категориях почвоведения беспочвенны, поскольку эта грандиозная по всем параметрам ландшафтная система в буквальном смысле не имеет под собой почвы.

Если посмотреть на биосферу, как говорится, с высоты птичьего полёта, то можно среди всего прочего увидеть то, что положено природой в саму ее основу, в саму ее суть. Первичным продуцентам органического вещества постоянно требуется определённый набор минеральных солей, поскольку минеральное питание – фундаментальная основа жизни. Что же касается способов добычи,  накопления (аккумуляции), хранения и воспроизведения минеральных ресурсов, а также их использования в биосфере, то они могут иметь различную конфигурацию и различный генезис, в зависимости от конкретных исторических предпосылок. Но это будут уже более частные проблемы биосферы при всей их важности и сложности; это будут те или иные «технические решения» кардинальной задачи минерального питания биосферы.

Континентальный почвенный покров с его высоким плодородием – безусловно, бесценное сокровище современной биосферы (особенно в контексте существования человеческой цивилизации), которое надо всячески сберегать и поддерживать. Однако в интересах научной истины следует все-таки признать, что чернозёмное эльдорадо – не самый главный фактор продуктивности даже нынешней биосферы. На первом месте в этом отношении стоят всё-таки (не имеющие под собой плодородного субстрата) леса, особенно влажные тропические. Центр биосферы переместился в своё время из Мирового океана на континентальную часть планеты именно благодаря лесным ландшафтам.

5.11. ГЕНЕРАЛЬНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ЭВОЛЮЦИИ: ОТ ВЫСОКИХ ДЕРЕВЬЕВ – К НИЗКИМ ТРАВАМ

На континентах в разные геологические времена имелись довольно значительные территории, где в силу неблагоприятных климатических условий (прежде всего связанных с температурой и влажностью) лесные деревья либо вовсе не растут, либо приобретают в ландшафте второстепенное значение. Эти земли так и оставались бы свободными от высшей растительности. Но эволюция цветковых растений не остановилась на древесных формах: она шла в направлении от высоких деревьев к   низкорослым травам.

Во влажных тропических и субтропических лесах с их сложной биоценотической структурой всегда имеются многообразные экологические ниши, которые могут быть наилучшим образом освоены именно травами. Множество разнообразных травянистых видов цветковых растений первично возникло здесь в результате приспособления к лазящему, лиановому и особенно эпифитному образу жизни. Хотя эпифитами бывают нередко также небольшие деревца и кустарники, но, несомненно, травы способны значительно лучше приспособиться к эпифитному образу жизни. То же можно сказать о паразитах и, особенно, о сапрофитах, а также о водных растениях (водной среде травы соответствуют лучше, чем кустарники, а тем более деревья).

Что касается механизма эволюционного превращения древесных форм в травянистые, то он состоял, как считает ботаническая наука, в редукции количества вторичной древесины путем постепенного уменьшения камбиальной активности вплоть до её полного или почти полного прекращения. Значительную роль играла при этом также возрастающая паренхиматизация внутренних тканей, главным образом за счет расширения сердцевинных лучей (А.Л. Тахтаджян). В результате мощные и высокие когда-то деревья, имевшие жёсткую древесину стали в результате эволюции низкорослыми растениями с тонким и мягким стеблем.

Преобразовавшись в, казалось бы, слабые и малоприметные травы, цветковые растения приобрели целый ряд новых свойств и биологических преимуществ по сравнению с породившими их деревьями. Репродуктивная фаза, то есть цветение и плодоношение, наступает у травянистых растений рано, к тому же с минимальной затратой органического материала на построение вегетативных органов, а семенная продукция по сравнению с вегетативной массой достигает максимума. В этом смысле травы стали более урожайными, чем деревья и кустарники. Распространение травянистых видов происходит от этого значительно быстрее.

Располагая такими превосходящими качествами, травы стали выходить за пределы породившего их леса и приспосабливаться к новым условиям. Но если в лесах мотивы, способствовавшие возникновению трав, были чисто биотические (продиктованные отношениями между членами растительного сообщества), то за его пределами (в высокогорьях, полярных и аридных областях) определяющими стали абиотические факторы. Одним из важнейших направлений формирования новых травянистых форм стало приспособление к холодному климату с характерным для него коротким вегетационным периодом. Успешно адаптируясь к различным экологическим условиям, травы очень быстро распространились по Земле и достигли большого разнообразия биологических форм. Ускоренная, в сравнении с древесными растениями, смена поколений определила и более высокие темпы эволюции трав в новых условиях.
 
Превращение древесных форм в травянистые началось, вероятно, еще на заре эволюции цветковых растений (в меловом периоде), но с течением времени оно шло всё более быстрыми темпами и, в конце концов, приобрело такие масштабы, что охватило все их главные систематические группы. Число видов травянистых цветковых растений стало значительно превышать число видов деревьев и кустарников. Травы стали играть очень большую, во многих случаях доминирующую роль в растительном покрове суши.

В силу своей высокой экологической пластичности травы оказались способными обитать всюду – и в местах повышенной влажности, и в сухой пустыне, и за полярным кругом, и в альпийском высокогорье. Однако в наибольшей степени их потенциальные возможности раскрылись в результате освоения обширных внутриконтинентальных равнинных территорий в пределах умеренных поясов Северного и Южного полушарий, которые вытянуты с запада на восток в Европе и Азии и с севера на юг на Американских континентах. Эти регионы характеризуются сухим континентальным климатом (при количестве осадков главным образом от 200 до 550 мм в год). Умеренно жаркое, солнечное лето с редкими дождями быстро переходит здесь в относительно холодную зиму с маломощным снежным покровом. Увлажнение неустойчивое, относительно влажные годы чередуются с засушливыми годами. Часты сильные ветры, переходящие в снежные бураны зимой, в суховеи и пыльные бури - в тёплое время года.

В результате зарастания этих обширных территорий травами (их «затравенения») образовался зональный тип ландшафта, который получил название «степь» («прерии» - в Северной Америке, «пампа» - в Южной   Америке). Процесс «великого остепнения» континентов начался в середине кайнозоя (примерно 25 млн. лет назад).

5.12. ПОД ВЛАСТЬЮ ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Степь - прямая противоположность лесным ценозам, и не только по форме, но и по существу рассматриваемой мною проблемы минерального питания биосферы. Если в лесах преобладает, как мы видели, надземная масса, то в степи наоборот. Степные травы имеют мощную, сильно разветвлённую корневую систему, стремящуюся к тому же далеко проникать в глубину. Яркая, разноцветная степь живёт, как это ни странно может показаться на первый взгляд, главным образом под землёй, где сосредоточено 60 – 85%, а иногда и более, всей её биомассы.

Корни травянистых растений, проникая в поисках воды и минеральной пищи в глубь субстрата, энергично всасывают и перекачивают рассеянные в нём элементы минерального питания в верхние горизонты. Это приводит с течением времени к повышенному содержанию в самом поверхностном слое коры выветривания кальция, калия, фосфора, серы, магния, натрия и др. С другой стороны, постепенно отмирая, корни обогащают субстрат органическим веществом. Подсчитано, что масса корней степных трав равна 1,5 - 1,7 кг/м3, а минеральной части субстрата, на которой они растут, - 1,6 - 1,7 т/м3. Казалось бы, значения несоизмеримы: масса корней меньше в тысячу раз. Но каждый год отмирает и нарастает примерно 1/6 часть корней. Следовательно, за 3000 лет количество корневой массы, которая изнутри насыщает и обогащает субстрат органическим веществом, будет соответствовать инертной минеральной массе.

Что же касается надземной части растительной формации, то в степи ежегодно происходит её полное обновление и, следовательно, растительный опад здесь равен ежегодному приросту (в лесных сообществах он всегда меньше прироста). Величина же годового прироста в степных травянистых формациях велика, в ряде случаев она бывает даже выше, чем в лесах, несмотря на несравненно большую их биомассу. Выросшие за лето степные травы к началу зимы начинают отмирать. Они пригибаются к земле и слёживаются. В результате их многолетних наслоений образуется степной войлок, который обладает рядом новых для земли полезных свойств: удерживает и сберегает влагу, защищает поверхность грунта от механического разрушения, ослабляет действие морозов и т.д. Но главное состоит в том, что войлок содержит в себе определённый запас минеральных веществ, которые в процессе его разложения постепенно освобождаются и, в конце концов, возвращаются туда, откуда они были взяты в начале вегетационного сезона, то есть к корням живых растений.

В засушливых степных районах вся атмосферная влага испаряется и поглощается растениями, поэтому почва не промывается. В отличие от лесов, воды здесь имеют щелочную реакцию, они содержат много катионов кальция, натрия, магния. В этих условиях при разложении мертвого органического вещества наряду с расщеплением крупных молекул попутно происходит синтез новых, очень сложно построенных соединений, в результате чего с течением времени создаётся сложное биохимическое образование -гумус. Среди веществ, из которых построен гумус, ведущую роль в степных условиях приобретают не растворимые и подвижные фульвокислоты (как это имеет место в лесных формациях), а гуминовые кислоты. Их соли-гуматы - слабо подвижны, с трудом вымываются и потому накапливаются в виде коллоидных сгустков, склеивающих мелкие минеральные частицы, образовавшиеся в процессе выветривания горных пород.

Именно в гумусе концентрируется и сохраняется на долгие годы основной резерв элементов минерального питания степных растений. В нём содержится много азота, фосфора, калия, серы, кальция и других элементов. Непосредственно высокомолекулярные гумусовые соединения, разумеется, не доступны для растений, но в результате микробиологической деятельности почвенной биоты происходит их разрушение с образованием соединений, которые могут усваиваться растениями.

Другое очень важное свойство гумуса состоит в его высокой обменно-поглотительной способности. Катионы, находящиеся в сорбированном состоянии на поверхности твёрдых частиц, настолько прочно связаны, что не могут вымываться просачивающимися водами. В то же время эти же катионы всегда могут перейти в раствор, будучи вытесненными ионами водорода. Поглощенные катионы обладают свойством замещаться другими, в зависимости от сложившихся конкретных обстоятельств. Благодаря этому минеральная среда приобретает свойства саморегулирующейся системы, поддерживающей своё стабильное состояние, несмотря на различного рода внешние химические воздействия, например, связанные с нарушением кислотно-щелочного равновесия. Возникает замечательное свойство буферности. В результате гумусированный субстрат приобретает и удерживает не кислую, а нейтральную и даже слабощелочную (рН от 6,5 до 7,5) реакцию, что весьма благоприятно как для удержания в нём элементов минерального питания, так и для самого произрастания растений.

Поверхностный слой коры выветривания, в котором степной травянистой растительностью созданы естественные условия для образования гуминовых кислот и гуматов, приобретает по мере накопления последних тёмный (вплоть до чёрного) цвет. С течением времени на поверхности коры выветривания появляется качественно новая в геохимическом отношении органо-минеральная («геобиологическая», по В.В. Докучаеву) система, которая всё более обособляется на общем геологическом фоне. В конечном итоге образуется чрезвычайно эффективный наземный банк плодородия - почвенный покров. Высшее выражение эта тенденция нашла в чернозёмных почвах, которые могут достигать особо большой мощности. Свидетельством тому может служить, кстати, куб почвы воронежского чернозёма с двухметровыми гранями, который экспонировался в 1889 году (по инициативе В.В. Докучаева) на выставке в Париже.

Наконец, следует особо отметить, что в генезисе степного почвообразовательного процесса крайне важное значение приобрёл ещё один фактор (теперь уже физико-механического порядка), который ранее был назван мною   текстуральным (греч. texo - тку, сплетаю, лат.textum - ткань). Рыхлый поверхностный слой коры выветривания, склонный к разрушению воздушными и водными потоками, оказался переплетен корнями трав (изнутри) и покрыт степным войлоком (снаружи), вследствие чего он перешел в новое качество, приобретя черты и свойства волокнистого композита. Он стал подобен биологической ткани, в особенности коже. Армированная биогенными нитями, заключенная в их густую трехмерную сеть, почвенная масса вместе с содержащимся в ней гумусом получила необходимую устойчивость относительно разрушения со стороны воздушных и водных потоков. Только при наличии этого стабилизирующего фактора стало возможно создание на коре выветривания долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия (по месту их первичного образования). В противном случае почвообразование прерывается и переходит уже в категорию геологических процессов.

В.В. Докучаев совершенно справедливо придавал особое значение зернистой структуре русских чернозёмов. Так вот, с потерей текстуральной системы не только разрушается зернистая структура черноземов, но и сама почвенная масса, весь наземный банк плодородия размывается водой и выдувается ветром. В результате почвенный покров прекращает свое существование. Практика мирового земледелия даёт многочисленные (в том числе и грандиозные по своим масштабам) экспериментальные подтверждения принципиальной значимости текстурального фактора для существования почвенного покрова как физического тела.

Освоение новых земель в Северной Америке в 19-м веке сопровождалось их массированной распашкой и, следовательно, разрушением почвенной текстуры, создаваемой дикой травянистой растительностью. Последовало такое изменение земной поверхности, подобного которому ещё не знала история. Миллионы гектаров почвенного покрова были оголены поверхностным смывом. Бесчисленные овраги изрезали ранее богатейшие земли. В начале 20-го века газеты США сообщали о страшных пыльных бурях, взметающих в атмосферу тысячи тонн почв на некогда благополучных целинных землях.

В середине 20-го столетия в результате широкомасштабной кампании (теперь уже в СССР) по распашке целинных и залежных земель в степях Казахстана и Южной Сибири была стремительно разрушена текстуральная система (в виде степного дёрна) на огромных пространствах (площадью 20 млн. га) высокоплодородных чернозёмных и каштановых почв. Результат: огромного масштаба техногенно-экологическая катастрофа, вызвавшая чёрные бури и, как следствие, - стремительное истощение плодородного гумусового слоя, вплоть до полной утраты почвенного покрова.

И в этой связи у меня вызывает сомнение правомерность квалификации почвы как «самостоятельного природного тела». Безусловно, почва – особое, весьма специфическое природное образование. Но отнюдь не самодостаточное. Реальное существование этого тела во времени и пространстве критически зависит от наличия в нём удерживающей от разрушения текстуральной системы.

И последнее. Обилие живого и мёртвого органического вещества в степном почвенном покрове способствовало тому, что он непосредственно стал специфической средой обитания разнообразных гетеротрофных организмов (вплоть до высших позвоночных животных), которые через свою специфическую жизнедеятельность интенсивно включились в почвообразовательный процесс и внесли в него свой весомый вклад. Лесные формации, несмотря на обилие биомассы, значительную часть органического вещества накапливают в непоедаемой животными части растений. В травянистых же сообществах в естественных условиях ничто не препятствует, в принципе, полной утилизации животными всего годичного прироста. Кроме того, в степных травах, как показывают специальные анализы, резко увеличивается содержание белков и возрастает зольность биомассы, в силу чего они приобретают более высокую пищевую ценность, чем деревья. Травянистая растительность степей и лугов ежегодно вовлекает в биологический круговорот 500 - 700, а иногда и 1000 - 1200 кг/га зольных веществ, тогда как хвойные леса, к примеру, всего лишь 70 - 100 кг/га. Всё это вместе взятое способствует (наряду с беспрепятственным перемещением в открытом пространстве) чрезвычайно интенсивному размножению в степных регионах различных животных, особенно травоядных млекопитающих.

Сформировавшиеся в степных условиях высокоплодородные почвы оказались также весьма благоприятными для земледелия и, что очень существенно, степные формации породили многие растения, в особенности хлебные злаки, впоследствии вошедшие в культуру.

Степным просторам суждено было сыграть выдающуюся роль не только в истории биосферы, но и в судьбах человеческой цивилизации.

5.13. «ХИТРОСТЬ РАЗУМА»: ОВЛАДЕНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫМ ПЛОДОРОДИЕМ

История показывает, что эволюция человеческого общества была тесно связана с упорным стремлением овладеть потенциалом плодородия (созданного биосферой задолго до появления в ней человека как биологического вида) посредством земледелия, растениеводства и животноводства, с целью удовлетворения «непрерывно растущих материальных потребностей общества». Разумеется, в решении этой задачи первоначально преобладали такие подходы, которые не требовали особых затрат труда и средств, что вполне объяснимо ограниченными материально-техническими и технологическими возможностями ранних цивилизаций, а также доступностью исходных природных ресурсов.

В первую очередь, для быстрого освобождения и мобилизации элементов минерального питания растений была использована сила огня, который всегда оставляет после себя золу. Мне очень нравится в этой связи библейское выражение «огнём осолится», оно предельно лаконично и наилучшим образом передает суть дела. В результате выжига наземной растительности на участках, которые покрываются после огня золой, закономерно происходит усиленный рост трав и древесно-кустарниковой поросли. Едва ли можно сомневаться в том, что этот факт был замечен первобытными людьми эпохи позднего палеолита, которые обитали в горных районах тропических и субтропических широт Юго-Западной и Юго-Восточной Азии, Северной Африки (Абиссиния), Средиземноморья, Центральной и Южной Америки. Умея уже пользоваться огнём, они находили там надёжные убежища, занимались охотой и собирательством. Внимание древнего человека могло привлечь и то обстоятельство, что некоторые съедобные виды диких растений, знакомые ему по собирательству, не только получали более благоприятные условия для своего роста и развития, оказавшись в окрестностях его жилища (где земля регулярно удобрялась золой костров), но и достигали там наиболее высокой продуктивности. Отсюда, по логике, – один только шаг к земледелию и растениеводству.

Согласно теории происхождения культурных растений Н.И. Вавилова, земледелию и растениеводству предшествовал непреднамеренный отбор и культивирование высокопродуктивных форм диких растений, требовавших повышенного минерального питания, для которых человек мог создавать (поначалу бессознательно) оптимальный агрофон. Создание наиболее благоприятных условий для питания и произрастания растения, сам отбор особей «на высоком агрофоне» позволял выделять наследственные формы, особенно реагирующие на эти условия (в худших и посредственных условиях такие особи могли бы остаться незамеченными). И, стало быть, первые очаги земледелия на планете могли возникнуть с первыми кострами первобытных людей.

Позднее, когда от простых наблюдений человек перешёл к осознанному и направленному экспериментированию с нужными ему растительными формами, пожоги дикой растительности, освобождавшие содержащуюся в ней золу, стали обязательной технологической основой для предварительной подготовки выбранных земельных участков к посеву. Тем более что обожжённая земля попутно приобретает ещё одно полезное свойство: она становится мягче и, следовательно, более доступной для простейшей механической обработки с использованием примитивных орудий земледельческого труда.

Именно горным ландшафтам с их сложным рельефом и вертикальной зональностью суждено было, по Н.И. Вавилову, стать колыбелью земледелия. Здесь, на высоте от 100 до 3000 - 4000 м, складывались разнообразные и наиболее благоприятные экологические условия для формирования богатейшего генофонда растений и дифференциации их разновидностей. Здесь возникали центры видообразования и максимального сортового разнообразия растений, ставших впоследствии основными зерновыми и овощными культурами человечества. Специфика расчленённых горных ландшафтов с их сложным рельефом способствовала изоляции растительных сообществ и тем самым сохранению их сортовых богатств. Здесь же осуществлялся процесс адаптации исходных фитоценозов к различным климатическим условиям в соответствии с вертикальной зональностью, в силу чего отдельные виды растений приобретали свойства, способствовавшие их последующему продвижению в умеренные, субарктические и арктические зоны.

Обзаведясь некоторым набором сортов окультуренных растений (главным образом, зерновых и овощных), приобретя определенный земледельческий опыт, люди стали спускаться с гор в речные долины. И здесь им открылись качественно новые, исключительно плодородные земли, происходившие от речной воды, точнее от содержащегося в ней ила. Реки – корни океана, его постоянно действующая транспортная система. Разветвленные речные артерии извечно несут в океан не только продукты выветривания горных пород, собирая их со всей территории своего бассейна, но и продукты жизнедеятельности водных организмов. Часть их остаётся, однако, на суше, в низовьях рек. На поймах рек накапливаются азот, кальций, фосфор, калий, многие рассеянные элементы, вынесенные с площади водосбора реки.

Переполняясь в период паводков, реки периодически выходят из берегов и заливают прилегающие пойменные территории. После схода воды пойма обнажается, и обогащенная плодородным илом земля становится пригодной для работ по возделыванию культурных растений. Ирригационные сооружения стабилизировали режим рек, сглаживали колебания уровня воды, вызываемые   паводками.   В то же время их разветвленная сеть обеспечивала культивируемые поля задержанной речной водой в течение всего вегетационного периода, возвращая избыток её в русло рек.

Великие цивилизации   возникли на этой технологической основе в долинах крупных рек:    месопотамская -   в долинах Тигра и Евфрата, египетская - в бассейне Нила, китайская -по рекам Хуанхэ и Янцзы, индийская - по Гангу и Инду. Разделённые горными хребтами и пустынями, эти речные цивилизации долгое время существовали в изолированном и замкнутом режиме.

Со временем человек стал, однако, выходить за пределы речных долин  и вторгаться в новые земли. На его пути лежала высокоплодородная степь, и, казалось бы, именно здесь должен был начаться новый этап в истории земледелия. Но не тут-то было. Люди были ещё недостаточно сильны в техническом отношении. Орудия обработки земли были ещё маломощными, трудно было деревянной сохой и ралом поднимать текстилизированную (прошитую и переплетённую прочными нитями злаковых трав) степную целину. К тому же кочевники-животноводы, надо полагать, активно противодействовали проникновению земледельцев в степи, на этой почве между ними могли возникать серьёзные конфликты. Земледелие поначалу не было престижным занятием. Симпатии неолитического человека по традиции были на стороне скотоводов, что нашло своё отражение, например, в библейских сказаниях (Адам за свои прегрешения был наказан и выслан из райского сада, «чтобы возделывать землю», а земледелец Каин, убивший в ссоре брата своего, пастуха Авеля, навсегда вошёл в историю как олицетворение зла).

Как бы то ни было, мы определённо знаем, что наши далёкие предки сначала устремлялись, минуя степь, туда, где земля мягче - в лесную зону с её малоплодородными землями, вернувшись, по сути дела, к тому, с чего исторически начиналось земледелие - к подсечно-огневой технологии. По тем временам значительно легче и экономически выгоднее было не распахивать целинную степь, а с помощью огня - «превращать лес в хлеб».

Крупномасштабное освоение степей на евразийских равнинах началось только в начале - середине 19-го века (на поля пришел трактор с тяжелым железным плугом). Даже в первой половине следующего столетия в России многие степи были заняты преимущественно пасущимися стадами. В настоящее время степи почти полностью преобразованы земледелием. «Степи, воспетые Гоголем, будут не сегодня-завтра иметь так же мало общего с современностью, как и сама Запорожская сечь»,- писал В.В. Докучаев.

Небольшие участки естественных степей всё же сохранились в Южной Сибири и в Казахском мелкосопочнике, в горах Средней Азии, в Европейской части - только в заповедниках (например, Стрелецкая степь). Лучше сохранились естественные ландшафты степей в межгорных впадинах Южной Сибири и в горах Центральной Азии, где важную роль продолжает играть пастбищное скотоводство. В Западной Европе распашка целины и внедрение интенсивных технологий в земледелие происходили с опережающими темпами.

Что же касается подсечно-огневой технологии, на которой я остановился выше, то последовательность операций по ее осуществлению была такова. Выбранный участок леса подвергается предварительной подсечке и раскорчевке. Затем древесина полностью выжигается. Выжженный участок засевается, а полученная зола равномерно распределяется по полю. Поле засевается несколько лет подряд. Год от года земля беднеет и дает все меньший урожай. Обычно через три - четыре года землю забрасывают, а посев производят на новом выжженном участке. Спустя 8 - 10 и более лет владельцы участка возвращаются к заброшенной, но отдохнувшей земле. К этому времени она зарастает древесно-кустарниковой порослью. Снова производится выжиг, и весь цикл земледельческих работ повторяется.

Лесная зона была привлекательна не только как источник плодородной золы, но и потому еще, что она позволяла человеку иметь практически в одном месте поле, строительный материал для жилья, топливо, условия для выпаса скота, сбора грибов и ягод, охоты на промысловых зверей и птиц.

Отрицательные последствия для природы подсечно-огневой системы не нуждаются в пространных комментариях. В принципе, эта система является самой хищнической, истощительной для земли. Вырубая и выжигая под пашню лес, человек разрушал исторически сложившийся надземный банк плодородия, насильственно переводя его в направлении сверху вниз, и обращая всё его высокоорганизованное содержание в сухой минеральный остаток. В то же время он бессознательно и очень быстро менял лесной биогеоценоз на степной, что также противоестественно, поскольку процесс остепнения осуществляется в природе постепенно, в течение сотен и даже тысяч лет. Вырубка лесов привела к образованию широких коридоров, через которые степь стала непосредственно переходить в тайгу, минуя лесостепную и лесную зоны.

Особенно тяжелые последствия возникают при уничтожении тропических лесов (к сожалению, широко практикуемом сейчас во многих экономически отсталых странах в интересах растениеводства), которые, по известным уже нам причинам, совершенно лишены способности регенерировать на вырубленных участках.

По мере того как возможности расширения посевных площадей за счет лесных угодий приближались к своему пределу, люди все более переходили к оседлому существованию, а вместе с ним - к переложной системе земледелия. Поле легко и поверхностно обрабатывается и засевается несколько лет подряд. После этого истощенное поле запускается в перелог (залежь) и используется для сенокоса и пастьбы. После того как поле отдохнет и восстановит свои силы (в смысле плодородия), его снова засевают несколько лет подряд, затем снова пускают в перелог. До тех пор, пока земля дает хоть какой-то удовлетворительный урожай.

С течением времени переложное земледелие (как логическое продолжение подсечно-огневой системы) приводит к полному истощению и без того бедных гумусом и минеральными веществами почв лесной зоны. К тому же, если при натуральном способе ведения хозяйства, взятые с урожаем минеральные вещества хотя бы частично возвращаются на поля с навозом, то, по мере роста городов и товарного производства, с полей необратимо отчуждаются огромные массы зольных элементов, содержащихся в поставляемой городам сельхозпродукции.

Всё это вместе взятое и послужило объективной предпосылкой для научного обоснования в середине 19-го века «закона возврата», разработки теории минерального питания и создания основ агрохимии. «Урожаи полевых культур, - писал Ю. Либих, - понижаются или повышаются в точной пропорции к уменьшению или увеличению  количества   минеральных   веществ,   вносимых в   почву с удобрениями».

Осознание того, что возделываемую землю необходимо периодически «подсаливать», то есть возвращать взятые у неё минеральные вещества (чтобы получать приемлемый урожай сельскохозяйственных культур), стимулировало возникновение в конце столетия, а затем стремительное развитие производства минеральных химических удобрений. Разумеется, первостепенное значение приобрёл в этой связи поиск природных источников минерального сырья.

5.14. АГРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МИРОВОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

В результате длительных природных процессов (связанных с магматическими явлениями, гипергенезом, жизнедеятельностью океанических и континентальных организмов, осадконакоплением), имевших место в далеком геологическом прошлом, на Земле образовались локальные скопления полезных ископаемых, в том числе содержащие в концентрированном виде главные элементы минерального питания культивируемых растений -азот, фосфор, калий(NPK, в агрохимической аббревиатуре). Известный советский геолог Я.В. Самойлов назвал их агрономическими рудами. Эти-то руды и послужили сырьевой основой для промышленного производства главнейших минеральных удобрений.

Меньше всего в сырьевом отношении «повезло» азоту. Природные нитраты - калиевая и натриевая селитры имеют исключительно биогенное происхождение (они образуются в результате фиксации атмосферного азота прокариотами, а также в результате использования специальными бактериями аммиака) и выступают в качестве агрономических руд нечасто. Крупные и богатые залежи нитратов в природе очень редки. Обычно встречаются (в том числе и в нашей стране) бедные селитроносные солонцы, пригодные для использования лишь в качестве местного азотного удобрения. Минеральные соединения азота в списке агрономических руд в настоящее время обычно не фигурируют.

И, тем не менее, именно с применением на полях природной селитры начинается история всеобщей химизации мирового земледелия. Дело в том, что на Южно-Американском континенте, в северной части Чили (пустыня Атакама) были открыты весьма значительные месторождения азотнокислого натрия, который получил название «чилийской селитры». Эти месторождения, к разработке которых приступили в 1930-х годах, стали главным источником удобрительного азота в течение многих десятилетий. До 1960-х годов добыча селитры в Чили обеспечивала почти на 3/4 мировой спрос в азотных удобрениях. Увы, этот ценнейший природный ресурс так интенсивно добывали и расходовали, что залежи чилийской селитры почти полностью иссякли. Значение чилийских месторождений в мировом азотном балансе стало не превышать первых десятых долей процента и сейчас они продолжают эксплуатироваться в основном ради получения некоторых побочных продуктов, главным образом йода.

Другой источник минерального удобрения -гуано (исп. guano) - был связан в своем образовании с деятельностью морских птиц (чистиков, чаек, трубконосых, бакланов, олуш и др.), склонных устраивать массовые и очень плотные колониальные гнездовья. Птичьи базары (птичьи горы) обычно расположенные на приморских скалах, распространены на побережьях Европы, Азии, Северной и Южной Америки, Южной Африки, Новой Зеландии и на океанических островах Южного полушария. Все они приурочены к плодородным районам моря, характеризующимся высокой биологической продуктивностью (которая, как мы видели выше, может значительно усиливаться вертикальной циркуляцией вод), обильным размножением планктона и рыб. Некоторые колонии морских птиц простираются вдоль побережий на десятки километров и насчитывают сотни тысяч особей.

Колониальные птицы обильно питаются морской рыбой, оставляя после себя огромное количество помёта, богатого различными минеральными веществами. Эти вещества частично смываются дождями и возвращаются в море. Однако в условиях сухого климата помёт морских  птиц остается на месте гнездования, наслаиваясь вперемешку с перьями и пухом, которые скрепляют его (текстуральный эффект, однако!), препятствуя эрозионному разрушению. В дальнейшем происходит его постепенное разложение и превращение в превосходное азотно-фосфорное удобрение – гуано, которое содержит около 9% N, 13% Р2О5, а также калий и кальций.

Залежи гуано характерны для островов, расположенных близ побережья Чили, Перу, Южной Африки, а также в Карибском море. После размола гуано используется как многоцелевое комплексное удобрение на почвах различных типов под все сельскохозяйственные культуры. За многие века гуано накопилось мощными пластами толщиной в несколько десятков метров. Теперь же от этих былых запасов почти ничего не осталось.

Чрезвычайно интересный факт! В 16 - 17 столетиях в Иране предпринимали массовое разведение голубей, с целью получения помета для удобрения полей. А для содержания птиц строили специальные голубиные башни.

Азот как важнейший элемент минерального питания растений не лимитирует продуктивность природных экосистем, поскольку все звенья его биогеохимического цикла сбалансированы деятельностью прокариотных организмов. Напротив, в агроэкосистемах он становится главным фактором, ограничивающим урожай большинства культурных растений. Ведь в пахотных почвах круговорот азота не только нарушен, но и нередко разорван из-за частых механических обработок и непрерывного плодосмена, которые разрушают почвенные микробные ценозы, ответственные за азотфиксацию. Это обстоятельство (наряду с регулярным выносом азота вместе с урожаем) обусловливает его острый дефицит на полях.

Проблема азота в земледелии была, однако, успешно решена в первой половине 20-го столетия в результате крупномасштабного промышленного освоения синтеза аммиака из водорода и атмосферного азота (при высоких давлениях, низкой температуре и в присутствии катализаторов). По сути дела был смоделирован естественный процесс фиксации молекулярного азота, только на принципиально иной, техногенной основе.

Иначе сложилась судьба калия. Значительные месторождения калийных руд исторически образовались на месте солёных водоемов (главным образом морских) вследствие испарения воды и осаждения содержащихся в ней минералов. Высыхая и отступая, море оставляло на своём дне слои каменных солей. Наиболее благоприятные условия для накопления калийных соединений складывались в геологические периоды с сухим и тёплым климатом. Месторождения природных калийных солей географически распределены неравномерно. Они залегают среди каменной соли (хлорида натрия) в виде пластов или линз мощностью в несколько десятков и даже сотен метров.

Первое крупное месторождение природных калийных солей было открыто в Штасфурте в 1940-х годах. С этих пор стали применять калийные удобрения, на которые долгие годы Германия сохраняла монополию. В последующие годы были открыты, однако, новые залежи калийных солей в той же Германии, а также во Франции, Канаде, США и некоторых других странах. Кроме того, были разведаны и оценены запасы калийных солей в различных регионах СССР: Пермская область, Белоруссия, Предкарпатье, Прикаспийский бассейн, Средняя Азия, позднее Иркутская область. Причем уникальное Верхнекамское месторождение в Уральском регионе оказалось крупнейшим и богатейшим в мире. Калийные удобрения получили тем самым широкое распространение.

Фосфор. Горнорудным сырьём для производства фосфорных удобрений явились апатиты и фосфориты. В природе наиболее распространены апатиты Ca5(PO4)3(F, C1, ОН), составляющие 95% массы всех минералов фосфора. Апатиты - минералы из группы фосфорнокислых со¬лей кальция, содержащие переменное количество фтора и хлора, а также другие химические элементы (марганец, стронций, натрий, калий, барий, редкоземельные элементы) в качестве примесей и заместителей кальция. Апатиты образовались вследствие различных геологических процессов. В глубоких зонах земной коры перераспределение фосфора происходит весьма активно. Значительные его количества выпадают при кристаллизации магмы, а также из охлаждающихся остаточных магматических газо-водных растворов. Известны крупные месторождения магматического апатита. Одно из них - уникальное по своим запасам и качеству сырья - Хибинское расположено в России на Кольском полуострове. За рубежом крупные скопления апатитов обнаружены в железорудных месторождениях Швеции, Центральной и Восточной Африки.

Фосфориты имеют осадочное происхождение. Более чем на 50% они сложены из аморфных или микрокристаллических разновидностей минералов группы апатитов. Крупные месторождения фосфоритов разведаны в США, Казахстане, на европейской части России (Егорьевское, Вятско-Камское, Щигровское месторождения), а также в Алжире, Марокко, Тунисе, Перу.

Фосфорные удобрения - первые из минеральных туков, полученных промышленным путём.   Суперфосфат впервые   стали вырабатывать в Великобритании в 1842 году. Разработка фосфоритов для производства удобрений была начата в 1855 года во Франции.
С середины 20-го века производство и потребление минеральных удобрений быстро увеличивается во всём мире. Возникает мощная индустрия химических удобрений. В категорию агрономических руд вошли также карбонатные породы (мел, известняк, доломит), а также гипс и некоторые другие. Для изготовления микроудобрений стали использовать руды меди, бора, марганца, цинка, кобальта, молибдена.
Внесение на поля минеральных удобрений стало наиболее эффективным фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции. Считается, что из общей прибавки урожая примерно 50% её обеспечивается удобрениями, 25% достоинством сорта и 25% прогрессивной технологией возделывания. Каждый килограмм удобрений, применённых при правильном соотношении NPK, даёт в среднем 10 килограммов зерна или эквивалентное количество другой сельскохозяйственной продукции.

В то же время тотальная химизация земледелия (как и вся его технологическая система в целом) сопровождается многосторонними отрицательными экологическими последствиями. Их анализ не входит в мою задачу, поскольку это увело бы настоящее исследование в сторону от намеченного курса. К тому же различные аспекты этой проблемы широко освещаются в экологической, природоохранной и агрономической литературе. Тем не менее, считаю необходимым сделать в этой связи следующее очень важное замечание общего характера.

Современное земледелие и растениеводство привели за короткое время в небывалое движение и превращение минеральные ресурсы планеты, созданные длительными усилиями всех былых биосфер. Минеральные вещества, которые локально аккумулировались на протяжении геологических эпох, теперь извлекаются из недр, рассеиваются на просторах полей и безвозвратно теряются. Для получения урожая каждый раз требуется внесение всё новых и новых доз минеральных удобрений («закон возврата» неумолим). В результате современная цивилизация очень быстро оказалась в состоянии глубокой агрохимической зависимости.

Между тем, естественные запасы агрономических руд (прежде всего, калийных и фосфорных) как основного сырья для производства минеральных туков неуклонно приближаются к своему исчерпанию. Настанет время, и эти невозобновимые ископаемые ресурсы, как бы ни велики они были вначале, полностью исчезнут с лица земли (как это уже случилось с чилийской селитрой и гуано), и тогда уже нечем будет «солить» поля, предназначенные для выращивания культурных растений. Даже получение в перспективе новых, супервысокоурожайных сортов культурных растений на основе генетической инженерии не решит продовольственной проблемы, поскольку невозможно по определению создать такое растение, которое смогло бы реализовать свой биологический потенциал в отсутствии надлежащего минерального питания. Что тогда?

5.15. МИНЕРАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ О ПРОШЛОМ БИОСФЕРЫ. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕТОПИСЬ

В предыдущих разделах публикации «Минеральная зависимость жизни» я уделил главное внимание растениям, поскольку именно они, будучи первичными продуцентами органического вещества, создают материально-энергетическую основу биосферы. Теперь же возвращаюсь к тому, с чего было начато мое исследование, - к животным. Специфика животного организма состоит помимо всего прочего в наличии твёрдого минерализованного скелета (наружного или внутреннего), который даёт телу опору, защищает его от механических повреждений, а также выполняет ряд других жизненно важных функций. На образование скелета требуется большая масса строительного материала. В этой связи потребность животного организма в определённых элементах минерального питания существенно возрастает.

Тенденция к обзаведению скелетом исторически проявилась в мире животных очень рано – уже на уровне древнейших одноклеточных форм. Цитоплазматическое тело корненожек фораминифер (Foraminifera) из класса Саркодовых, которые существовали на дне океанов в кембрии (а, возможно, даже и раньше) было заключено в известковую раковинку различной конфигурации.

Их сородичи по классу - радиолярии, или лучевики (Radiolaria), известные ещё из докембрия, вели, в отличие от фораминифер, планктонный образ жизни. Они также обладали наружным минеральным скелетом, только он был иначе сконструирован и выполнен главным образом из кремнезёма. Лёгкие и прочные (сложенные из геометрически правильно расположенных игл, решёток, шаров, многогранников, колец и т. п.), чрезвычайно разнообразные в пределах таксона, эти изящные микроскопические творения природы не только несли защитную функцию, но и способствовали увеличению удельной поверхности, а стало быть, удержанию радиолярий в толще воды.

Замечу, кстати, что значительно позднее (в юрском периоде) появились одноклеточные диатомовые водоросли (Diatomeae), сопоставимые по размерам с фораминиферами и радиоляриями, тело которых было заключено в твёрдую двустворчатую кремнезёмную оболочку - панцирь. В кайнозое появились одноклеточные водоросли кокколитофориды (Coccolithales), тело которых было покрыто мелкими известковыми пластинками (кокколитами), имевшими видоспецифичную форму.
 
Многоклеточные животные уверенно продолжили курс (особенно после так называемого кембрийского взрыва) на развитие и совершенствование минерализованных скелетных образований. Прежде всего, следует упомянуть возникших ещё в докембрии губок (Porifera, или Spongia), которые приобрели внутренний скелет, построенный из кремневых или известковых игл – спикул (одноосных, трех-, четырех-, шестилучевых и их производных).

В кембрийских морях получили широкое распространение также примитивные беспозвоночные животные, относящиеся к вымершему типу археоциатов (Archaeocyatha). Они имели известковый, обычно кубкообразный или роговидно изогнутый пористый скелет (греч. kyathos- кубок) длиной в среднем 5 - 10 см (иногда до 1 м), диаметром 1,5 - 3 см (изредка до 50 см) и вели, как и губки, прикрепленный образ жизни.
 
Далее получил развитие известковый скелет у кишечнополостных животных (Coelenterata), особенно мощное - у коралловых полипов (Anthozoa).

Плеченогие (Brachiopoda) и особенно мягкотелые (Molluska) заключили свое тело в массивные известковые раковины (у моллюсков - спирально закрученные, двустворчатые, многокамерные и др.).

Вымершие в конце палеозоя трилобиты (Trilobita) имели известково-хитиновый панцирь. Кутикула членистоногих (Arthropoda), в том числе наземных, но особенно у морских ракообразных (Crustacea), включает значительную долю минерального компонента.

Иглокожие (Echinodermata) также имеют своеобразно устроенный минерализованный скелет, который состоит из известковых пластинок, часто образует сплошной известковый панцирь и несёт большое количество торчащих наружу, иногда очень крупных, известковых игл.

Высшим достижением на пути к всеобщей скелетизации животных стала, разумеется, кость - основной элемент скелета позвоночных животных (Vertebrata, или Craniata), известных с ордовика – нижнего силура. Около 50% объёма костной ткани составляют нерастворимые соли (главным образом в виде уже известного нам по агрономическим рудам кристаллов апатита). Кстати, в первой половине 19-го столетия в качестве фосфорного удобрения использовали главным образом костную муку, которая в настоящее время применяется и как минеральная подкормка сельскохозяйственных животных (для построения ими собственного скелета).
 
Кость может образовываться у взрослых позвоночных животных не только в составе внутреннего скелета, но и вне его – в любом участке соединительной ткани (экотопическое костеобразование). Помимо скелетной опоры кость выполняет функции депо кальция и фосфора в организме позвоночных животных, отчего костная ткань постоянно обновляется и, стало быть, потребность животного организма (и без того высокая) в этих минеральных элементах возрастает ещё больше.

Наличие минерализованного скелета у животных, которые существовали в далёком прошлом, имеет три очень важных следствия.
Во-первых, породообразующее: поскольку минерализованные скелеты хорошо сохраняются в ископаемом состоянии, в отложениях земной коры с течением времени образовались осадочные горные породы – известняки, трепел (нередко они целиком состоят из скелетов радиолярий, фораминифер, коралловых полипов, моллюсков) и некоторые другие. Эти горные породы приобрели, как известно, большое хозяйственное значение, в том числе они стали использоваться как агрономические руды для производства минеральных удобрений.

Во-вторых, ископаемые остатки скелетов животных оставили вещественную историческую память о прошлом биосферы, поскольку их твёрдые минерализованные элементы (раковины, панцири, кости, зубы и т.д.), в отличие от мягких органических тканей, хорошо сохраняются во времени (особенно в водных бассейнах). Ископаемые остатки сохраняют свой первичный состав или дополнительно минерализуются в процессе фоссилизации (окаменения), т. е. замещения твёрдых (реже мягких) частей отмершего организма минеральными веществами, которыми могут быть пирит, кварц, углекислый кальций и др. Кроме того, твёрдые минерализованные скелеты животных в случае своего разрушения (что случается чаще в подверженных гипергенезу наземных условиях) успевают оставить, в отличие от мягких органических тканей, хорошие отпечатки как на поверхности (экзоглифы), так и внутри осадочных пород (эндоглифы).

Палеонтологическая летопись стала основным документом для восстановления истории развития отдельных групп животных: времени появления и вымирания, темпов эволюции, филогении, расширения и сужения ареалов, миграций и т. д. После палеозоологических работ В.О. Ковалевского (позвоночные животные) и М. Неймайра (беспозвоночные животные) теория биологической эволюции Ч. Дарвина приобрела ту вещественную базу, в которой она так сильно нуждалась.

По объекту исследования палеонтология - наука биологическая, но возникла она и стала развиваться в теснейшей взаимной связи с геологией, широко пользующейся данными палеонтологии и вместе с тем служащей для неё достоверным источником    разнообразной  информации об условиях жизни в прошлые времена. Будучи главным потребителем результатов палеонтологических исследований, геология в свою очередь, ставит перед ними новые и всё более сложные задачи. Именно эта связь и сделала палеонтологию целостной наукой о развитии живой природы в геологическом прошлом. Без неё невозможно понимание истории биосферы, смены палеобиосфер и становления современной биосферы.

Сама же геология приобрела значение подлинно исторической науки только с возникновением стратиграфии на рубеже 18 и 19 вв., когда был найден способ определения относительной хронологии геологических образований по ископаемым остаткам животных организмов. Важнейшими руководящими ископаемыми при этом стали: фораминиферы (начиная с девона), археоциаты, плеченогие (палеозой), трилобиты (нижний палеозой),   аммоноидеи (девон - мел), белемниты (юра - мел), граптолиты (нижний палеозой), конодонты (ордовик - триас), двустворчатые моллюски (с карбона), остракоды и конхостраки (с девона), земноводные (пермь, триас), пресмыкающиеся (пермь - мел), млекопитающие (с мела).

Палеонтологический метод в геологии (его часто называют биостратиграфическим) стал основным при определении границ и продолжительности эр, периодов, эпох и других подразделений геохронологической шкалы.

Наконец, в-третьих. Не только представление о былых биосферах, но и собственная наша история (антропогенез) как биологического вида Homo sapiens построена главным образом на палеонтологическом материале. Ископаемые остатки минерализованных скелетов позволяют достоверно определить наше собственное место в истории животного мира, исследовать тот путь, по которому шла эволюция высших приматов.
В 20-м веке на африканском, европейском и азиатском континентах было найдено огромное количество ископаемых остатков высших приматов и человека (гигантопитеков, австралопитеков, питекантропов, неандертальцев и т. д.). На основании собранного фактического материала возникла палеоантропология - наука, которая изучает костные останки ископаемых людей (Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens и других) и близких родичей человека - высших приматов. Исследования в области палеоантропологии охватывают эпохи палеолита и неолита. Важными методами антропологических исследований стали основанные на костной ткани краниология, остеология, одонтология.

Фактический материал палеоантропологии позволил русскому геологу А.П. Павлову (1922) выделить последний из геологических периодов (от возникновения рода Homo до современности) продолжительностью, по разным оценкам, от 1,8 до 5,5 млн. лет, и назвать его антропогеном.

5.16. ГЕОХИМИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС ДИНОЗАВРОВ

Одним из величайших событий в истории биосферы, которое случилось задолго до появления на Земле «свидетеля, исследователя, наблюдателя», как называют космологи человека разумного, несомненно, был выход на арену эволюции (в конце палеозоя) нового класса позвоночных животных – пресмыкающихся, или рептилий (Reptilia). Став пионерами в освоении суши, рептилии достигли в мезозойскую эру беспрецедентного расцвета, получив безраздельное господство над землёй, морем и даже воздухом. О том, как выглядели эти удивительные существа, красноречиво и абсолютно достоверно свидетельствуют их многочисленные скелетные остатки и пропитанная известью скорлупа яиц, найденные и находимые до сих пор в разных местах на всех континентах Земли. Эти находки, а также выполненные на их основе в полный рост великолепные реконструкции выставлены ныне во всех палеонтологических музеях мира.
 
Различным аспектам существования мезозойских рептилий посвящено необозримое количество публикаций. Но основное внимание, особенно в последнее время, уделяется проблеме вымирания древних рептилий, которое произошло, как принято считать, внезапно (разумеется, по меркам геологической шкалы времени) на границе мезозоя и кайнозоя. Однако наибольшее удивление должно вызывать у нас не вымирание, а, прежде всего, выживание и великолепное процветание рептилий на протяжении многих и долгих веков. В истории биологической эволюции вымирание - не редкость, скорее даже - правило. А вот выживание - куда более невероятное, захватывающее дух исключение.
Упомянутые вещественные находки свидетельствуют о том, что эволюция древних рептилий шла очень быстро и бурно. На протяжении всего мезозоя имела место исключительно высокая морфологическая и экологическая радиация. Адаптивное расхождение   рептилий было просто поразительным. Если бы нам довелось быть свидетелями «золотого века рептилий», то нашему взору предстало бы грандиозное по масштабам зрелище - широчайшая панорама всевозможных приспособлений животных с беспрецедентным разнообразием форм и способов существования. На протяжении мезозойской эры был даже период, когда на Земле одновременно существовало 16 от¬рядов рептилий! Современные пресмыкающиеся – реликты, жалкие разрозненные остатки богатейшего и чрезвычайно разнообразного когда-то мира рептилий.

В наивысшей степени эволюционный потенциал рептилий реализовался в группе динозавров (Dinosauria - «ужасные ящеры»), которые стали доминировать с середины мезозоя. Впервые появившись в триасе, около 200 миллионов лет назад, динозавры заселили все материки и стали самыми многочисленными среди пресмыкающихся на протяжении своего долгого царствования - почти 180 миллионов лет. Динозавры стали обитать в крайне разнообразных условиях, распределив между собой все возможные роли и захватив практически все экологические ниши на Земле. На протяжении всего мезозоя на смену одним видам, ро¬дам, семействам и подотрядам появлялись другие. Среди них были и крохотные существа, и гиганты. Были обычные с виду (по нынешним меркам) рептилии, но были и одни из самых причудливых созданий, когда-либо населявших Землю. В эпоху своего расцвета (юра, мел) они достигли фантастического разнообразия. Динозавры конца мелового периода не узнали бы своих триасовых предков.

Широкое географическое   распространение   и   быстрая смена во времени разных видов динозавров сделали их ценными руководящими формами для определения геологического возраста континентальных отложений мезозоя.

Сложившиеся представления о том, что динозавры были, как правило, медлительными и неуклюжими, тупыми и одинокими существами, пересмотрено в результате современных исследований. На самом деле многие динозавры были очень подвижны и ловки. Очевидно, они легко распространялись на суше, несмотря на свои размеры, а некоторые были даже общественными животными - передвигались стадами (которые регулярно совершали отдалённые сезонные миграции), строили гнезда и ухаживали за своим молодняком. Есть предположения, что динозавры могли быть также теплокровными животными.

И всё-таки, наиболее впечатляющей тенденцией в ископаемой летописи мезозойских рептилий вообще, а динозавров - в особенности, стало изменение размеров их тела в сторону гигантизма. Эволюция динозавров – это торжество биологической плоти. Наибольшей величины достигли растительноядные ящеротазовые динозавры. Некоторые из них были настолько огромны, что достигали размеров современных китов. Они стали самыми крупными четвероногими животными когда-либо жившими на Земле. Например, бронтозавр (Brontosaurus) и диплодок (Diplodocus). Длина первого до 25 м, вероятная масса около 30 т. Второй был стройнее (с небольшой головой, с очень длинными и тонкими шеей и хвостом), несколько легче, но зато превосходил бронтозавра длиной, которая у одного реконструированного экземпляра превышала 26 м. Заслуживает упоминания также брахиозавр (Brachiosaurus) (длина около 24 м, высота до 12 м, шея от туловища поднимается круто вверх, передние ноги очень длинные, телосложением похож на жирафа, мог иметь массу около 50 т).

Немалых размеров достигали и хищные ящеротазовые, имевшие к тому же мощный череп с острыми зубами. Типичные представители: цератозавр (Ceratosaurus) (длина до 10 м, высота около 3 м, на носовой кости массивного черепа большой костный рог, на предлобных костях – два рога меньшего размера); тираннозавр (Tyrannosaurus) - наиболее крупный и самый страшный из когда-либо известных хищников (длина до 15 м и более, высота более 6 м в двуногой позе, череп длиной до 1,5 м с массивными зубами).
Если ящеротазовые динозавры дали самых тяжеловесных обитателей Земли и самых страшных хищников, то птицетазовые породили, безусловно, самых разнообразных и причудливых представителей. Среди них были орнитоподы (Ornithopoda), которые передвигались на задних ногах, имели размеры от 1 до 15 м, высоту 10 м., вели водный и полуводный образ жизни. Представители - игуанодонты (Iguanodon), которые вели стадный образ жизни, строением зубов напоминали современных ящериц игуан.

Большинство же птицетазовых вторично вернулось к передвижению на четырех ногах. Кроме того, у них получило широкое развитие защитных приспособлений против хищных динозавров: сильно развитый панцирь, нередко осложненный различного рода наружными выростами в виде рогов, шипов, костных пластин и т. д. Среди таковых известны стегозавры (Stegosauria): длина до 9 м, череп низкий и длинный, спина и хвост усажены сверху мощными костными парными пластинами и шипами; трицератопс (Triceratops): длина туловища (без хвоста) около 6 м, череп (длиной до 3 м) с небольшими носовыми и двумя длинными надглазничными рогами, костный «воротник» над шеей, внешне напоминал носорогов, передвигался на четырёх массивных ногах; анкилозавры (Ankylosauria): длина до 8 – 9 м, тело и голова покрыты шипами и панцирными пластинами, слившимися у некоторых в сплошной панцирь, на конце хвоста у некоторых видов острые шипы.

Гигантские динозавры жили главным образом в конце юры и в меловом периоде. Имеются новейшие данные о том, что самые крупные из них были поистине великанами, вес которых оценивается от 80 до 100 тонн. Их масса с учетом нагрузки на скелет, по-видимому, была близка к критическому уровню.

Какая причина стимулировала эволюцию мезозойских рептилий в сторону увеличения размеров? Выдвигалось много предположений, начиная с того, что массивные тела и длинные шеи были необходимы, чтобы легче было добираться до пищи на высоких деревьях, и, заканчивая тем, что внушительный размер служил лучшей защитой от хищников (или наоборот, позволял доминировать над потенциальной жертвой).

Как было отмечено ещё в начале моей публикации "МИНЕРАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЖИЗНИ", даже такие малые растительноядные животные, как современные грызуны (не говоря уже о копытных), временами испытывают острый недостаток в минеральном питании, что заставляет их искать дополнительные источники. После всего сказанного о динозаврах, естественно, возникает вопрос, как же решали эту задачу столь массивные животные, за счет каких природных ресурсов? Каждая, взятая в отдельности особь - это ведь не только мощная мускулатура и другие мягкие ткани, образующие внутренние органы, которые уже, сами по себе постоянно требуют для своей жизнедеятельности много минеральных веществ. Это ещё и могучий костный скелет, на образование которого требуется огромное количество кальция и фосфора. Тем более что костная ткань у позвоночных животных строится не раз и навсегда, а периодически полностью обновляется. К тому же, как мы только что видели, у многих видов динозавров к внутреннему скелету добавляются еще и массивные наружные костные образования, имеющие определенное назначение. Трудно представить то колоссальное количество золы, которое заключала в себе вся совокупная биомасса мезозойских рептилий, отнесенная к какой-либо условной единице времени (например, к году их существования в биосфере). Но совершенно очевидно, что для длительного процветания динозавров требовались не только органические, но и огромные минеральные пищевые ресурсы.

Можно понять обеспеченность элементами минерального питания хищных динозавров. Отчасти можно найти объяснение и относительно гигантских растительноядных форм рептилий, поскольку, как принято считать, они были адаптированы к обитанию в крупных внутриматериковых водоёмах или паслись в прибрежной зоне морей. Здесь они могли питаться без ограничения сочной и мягкой растительностью, особенно водорослями, которые, согласно специальным биохимическим анализам, характеризуются повышенной зольностью.

Кстати, истреблённая к 1768 году морская, или стеллерова корова (Hydrodamalis gigas) из дюгоней, которая была распространена у Командорских островов, обитала на мелководьях, питалась бентосными водорослями (главным образом морской капустой) и достигала в длину 10 м. при массе до 4 т. Зубы за ненадобностью отсутствовали. Их заменяли ребристые роговые пластинки, покрывавшие нёбо и край нижней челюсти. Интересно, что и у растительноядных птицетазовых динозавров передняя часть челюстей была лишена зубов и одета роговым чехлом в виде клюва (такая вот конвергенция), что весьма симптоматично, поскольку указывает на сходное питание тех и других (хотя и далёких друг от друга) животных мягкой растительной пищей.

Однако многие систематические и экологические группировки динозавров, расселяясь по земному шару, выходили далеко за пределы водоёмов. Некоторые из них паслись в меловых лесах почти так же, как это делают нынешние травоядные млекопитающие.
Разгадка механизмов удовлетворения потребности динозавров в минеральной пище существенно осложняется ещё и тем, что юрский и меловой периоды, на которые приходится пышный расцвет мезозойских рептилий вообще и динозавров в особенности, характеризовался повсеместно влажным и тёплым климатом. В течение долгой мезозойской эры происходили лишь незначительные изменения ландшафтов и климата. Юрский период - время крупных трансгрессий, когда моря покрывали значительные площади. В этом периоде климат был мягкий, на континентах преобладали обширные низменные пространства, покрытые морями. Да и в следующем меловом периоде повсеместно господствовал тропический и субтропический климат. В этих условиях, как мы знаем, жизненно важные минеральные элементы, особенно кальций, становятся очень подвижными в кислой водной среде и легко выносятся за пределы влажного биотопа. Так что «солевой вопрос» должен был сохранять всю свою остроту и актуальность на всём протяжении существования мезозойских рептилий.

С целью удовлетворения потребности в минеральных элементах, динозавры должны были пропускать через себя неимоверное количество растительной пищи. Главным их занятием, по всей видимости, было непрестанное её поедание (как, впрочем, это демонстрируют нам ныне существующие копытные млекопитающие – козы, овцы, коровы олени и т.п.). Но как это всё отражалось на состоянии растительности в местах обитания особенно прожорливых динозавров?

Возможно, противостоянию минеральному голоду мезозойских рептилий способствовали также их морфо-физиологические особенности, позволившие предельно экономно утилизировать употреблённые с растительной пищей минеральные вещества. В отличие от своих предков - амфибий, тело рептилий покрылось роговым чехлом, в силу чего они перестали терять влагу через кожу, а вместе с нею – и минеральные соли, в особенности хлориды. Нельзя исключать также дополнительное использование рептилиями других источников минеральных элементов, не связанных с растительной пищей (как это делают, например, современные млекопитающие).

Как бы то ни было, следует признать, что, односторонне увлекаясь внешним описанием наиболее экзотичных форм динозавров, акцентируя внимание на проблеме их эффектного вымирания, мы имеем до сих пор весьма смутные представления об источниках и механизмах удовлетворения потребности в минеральной пище столь крупных и многочисленных животных. Хотя выяснение именно этого вопроса путём проведения не отдельных и разрозненных, а целенаправленных комплексных исследований с участием специалистов различного профиля, несомненно, могло бы пролить дополнительный (может быть, даже новый и весьма существенный) свет для разгадки феномена динозавров. Пока же динозавры хранят в тайне эту сторону своей удивительной во всех отношениях жизни.

И, наконец, о «великом вымирании», коль уж я коснулся выше этого вопроса. Стало традицией делать основной акцент при рассмотрении этой интереснейшей научной проблемы на космическом факторе. Нисколько не подвергая сомнению его потенциально возможного значения (но и не вступая в полемику по этому поводу), замечу, однако, что для достойного завершения эволюции мезозойских рептилий, в принципе, было вполне достаточно и чисто земных причин.

Следует заметить, что вымирание отдельных групп рептилий наблюдалось в течение всего мезозоя (и даже ещё в конце палеозоя), но особенно это было выражено, действительно, в конце мезозоя, а именно в конце мелового периода. Время исчезновения последних динозавров (около 65 млн. лет назад) соответствует границе между мезозоем и кайнозоем. Большинство из них представляли собой крайне специализированных животных. Успех их существования зависел от наличия очень своеобразных, узко определенных жизненных условий, в том числе и кормовых. Специализация очень полезна для вида, но лишь до тех пор, пока продолжают существовать те условия, к которым он приспособился. Стоит же им измениться в ту или иную сторону, как высокоспециализированные организмы оказываются в худших условиях, в сравнении с менее специализированными формами.

Надо полагать, что именно односторонняя, далеко зашедшая экологическая и морфо-физиологическая специализация могла стать решающей предпосылкой исчезновения большинства мезозойских рептилий.

В конце мезозоя земная поверхность стала претерпевать огромные горообразовательные процессы и связанные с ними климатические изменения в сторону ухудшения условий существования рептилий. Мягкий климат сменился на более умеренный. Это было связано с существенными перераспределениями суши и моря (с возможным исчезновением привычных зон обитания) и движениями земной коры, приведшими к громадным горообразовательным явлениям, известным в геологии под названием «альпийской стадии горообразования».

Но было бы ошибочно объяснить процесс вымирания рептилий только физико-географическими причинами. Уже в меловом периоде многие представители тропической и субтропической флоры высших споровых растений, давшей (наряду с некоторыми голосеменными) беспрецедентный расцвет мезозойским рептилиям, вымерли. На смену им пришли широко расселившиеся покрытосеменные растения, так что к концу мелового периода ландшафты приобрели близкий к современному вид. Смена растительности привела к существенным изменениям в качестве пищи (в том числе её зольности), а также степени её усвояемости высокоспециализированными растительноядными рептилиями. Решающее значение при всём этом могло иметь несоответствие сложившейся ранее морфологии челюстных органов рептилий (отсутствие передних зубов) новой, возможно, более грубой и менее обильной пище, представленной степной растительностью).

Все эти изменения оказались столь велики, что большинство пресмыкающихся не смогло их пережить. Экологическая обстановка в начале кайнозоя менялась настолько быстро (эти изменения соответственно отражались и на гидросфере, где обитали наиболее специализированные формы рептилий), что динозавры не успевали перестраиваться, чтобы войти в кайнозой. За долгое время существования динозавров их приспособительный потенциал был полностью исчерпан, наступила генетическая усталость. После 135 с лишним миллионов лет господства на Земле вымирание целых отрядов растительноядных динозавров необходимо повлекло за собой и столь же массовое вымирание плотоядных рептилий.

Немаловажную роль в числе других факторов могла сыграть и жёсткая конкуренция за обладание жизненно важными природными ресурсами с принципиально другими животными, которые широко распространились к концу мела. Имеются в виду птицы и особенно млекопитающие, которые благодаря приобретенному постоянству температуры тела и высокоразвитому мозгу оказались лучше приспособленными к экологическим переменам и вышли победителями в борьбе за существование. Несмотря на то, что с середины мезозоя доминирующими рептилиями стали динозавры, дальнейшую историческую перспективу получила совсем другая группа, существовавшая уже в начале эры. Это были звероящеры, или звероподобные рептилии (Synapsida, Theromorpha). Именно от этого корня произошли высшие позвоночные - настоящие млекопитающие и, в конце концов, человек, об эволюции которого из отряда приматов мы определённо судим, опять-так, по вещественным фактам - минерализованным костным останкам его обезьяноподобных предшественников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Думалось написать краткое заключение, но получилось развернутое. Оно и к лучшему. Слишком уж эпическая тема  у данной публикации. Требует осмысления.

1. Эволюция живой материи, начиная от самого начала ее зарождения на Земле, ставшего результатом длительных космических преобразований, осуществлялась на минеральном фоне. Она последовательно шла в направлении от геологического к биологическому, от минерального к органическому. Уже по этой первопричине жизнь (которую мы теперь «свидетельствуем, исследуем и наблюдаем» с различных сторон) вполне закономерно сохранила в себе и унаследовала многие признаки породившей её минеральной природы.
Жизнь на Земле, а, возможно, и внеземная жизнь (если она только существует где-то еще) никак не могла быть организована без минеральной составляющей. В состав живого вещества (по всей видимости, уже на уровне предбиологических систем), неизбежно (и в то же время необходимо) были включены различные  минеральные элементы.

Если говорить современным научным языком, жизнь начиналась на уровне наноконструирования, существенными деталями которого стали, в силу необходимости (и, конечно же, на фоне вездесущего естественного отбора), атомы определённых минеральных химических элементов. В любой живой клетке имеется ныне бессчетное множество таких минералсодержащих наноструктур (нанороботов), задействованных во всех жизненных процессах, включая энергетику клетки и весь ее метаболизм (созидание и разрушение органического вещества, образование и преобразование клеточных структур, сборка и разборка различных сложных и простых соединений, их транспортировка и т.д).

2. Биосфера (поверхностно-планетарная оболочка, образованная живым веществом, глобальная экосистема Земли), эта тончайшая плёнка жизни находится в необозримом по своим масштабам минеральном царстве. Общая масса живого вещества биосферы Земли составляет в целом ничтожно малую величину относительно массивных геологических оболочек, с которыми оно функционально связано. Доля минеральных элементов, содержащихся в живом веществе, и вовсе невелика (например, после сжигания какого-либо растения от него остается всего лишь 0,5 – 1% золы).

Отсюда может показаться, что биосфера в избытке располагает всеми необходимыми для неё зольными элементами, а их добывание живыми организмами (прежде всего, первичными продуцентами органического вещества) для собственных нужд не представляет особого труда и особой сложности.

Но это совсем не так. Живое вещество биосферы способно усваивать главным образом ту минеральную пищу, которая лежит в буквальном смысле на самой поверхности этого минерального царства. Глубинные слои земной коры ему недоступны. Практически неограниченными можно считать на Земле только запасы углерода (в виде его двуокиси) и воды (Мировой океан с его глубинами составляет более двух третей от всей земной поверхности), а также световой энергии, постоянно идущей от Солнца,  ну и молекулярного азота (усваивать который непосредственно жизнь, правда, неспособна).

Что же касается жизненно необходимых  минеральных солей, то именно они, как это ни странно может показаться на первый взгляд, всегда были для жизни в дефиците. Именно эти вещества во все геологические времена выступали по отношению к жизни в роли главнейшего лимитирующего фактора. «Солевой вопрос» всегда стоял в биосфере наиболее остро. Эволюция биосферы всегда осуществлялась в условиях жесточайшего противоречия между безграничным (генетически обусловленным) стремлением первичных продуцентов к размножению и ограниченностью в области их обитания доступной для потребления минеральной пищи.

3. В этой непростой ситуации Природа нашла, однако, три «технических» решения для выхода из минерального кризиса, преодоления угрозы трофического коллапса и спасения биосферы от неминуемого минерального голода.

Первое решение – это запуск биологического круговорота химических элементов. К созидателям (продуцентам органического вещества) были подключены его разрушители (консументы и деструкторы). Необходимые для жизни минеральные вещества стали регулярно освобождаться в процессе последовательного разложения организмов и возвращаться туда, откуда они были взяты. Тем самым элемент конечный (количественно ограниченный) приобрел свойства бесконечного. Ему было сообщено круговое движение, он стал вращаться в относительно замкнутом цикле (в границах тех или иных природных экосистем и биосферы в целом), то есть непрерывно включаться в повторное биологическое использование последующими поколениями первичных продуцентов.

Второе решение состояло в очень раннем, на уровне прокариот, изобретении механизма фиксации на биохимическом уровне (с помощью фермента нитрогеназы) молекулярного азота, то есть восстановление его до аммиака, который затем уже легко превращается в процессе нитрификации в доступные для усвоения первичными продуцентами соли азотной кислоты.

Появление и накопление в природе связанного азота открыло путь к появлению в биосфере и дальнейшей эволюции эукариот - водорослей, грибов, высших растений и животных, что не имело бы совершенно никакой перспективы без решения проблемы азотного питания.

Третье решение – это образование биосферных полей, или банков плодородия. Суть в том, что жизненно необходимые зольные элементы изначально находятся не только в трудно доступной форме (заключены в каменную оболочку), но и в крайне рассеянном состоянии, что затрудняет их использование в полную меру первичными продуцентами, особенно ведущими неподвижный образ жизни и, следовательно, накладывает серьёзные ограничение на существование и развитие биосферы в целом.
 
В результате совместного действия биогенных и геологических факторов, на Земле происходят качественно новые процессы. Постепенно образуются и пространственно обособляются локальные в масштабах биосферы (имеющие очаговый характер), хотя сами по себе весьма обширные поля накопления, хранения и циклического воспроизведения минеральной пищи, причём в оптимальной для жизни форме и концентрации. Такие поля не только являются относительно стабильным источником минерального питания (некой «трапезной» жизни), но и становятся средоточием разнообразных живых организмов, так что возникает эффект, который В.И. Вернадский называл в своих очерках «сгущением жизни». В этих местах жизнь, что говорится, бьёт ключом, экосистемы достигают   наиболее высокой продуктивности, в то же время здесь открываются широкие возможности для биологической эволюции. Такие природные образования и названы мною полями,  или банками  плодородия. Ниже для удобства я буду употреблять, главным образом, второе слово – банки.

Основные банки плодородия в биосфере: 1. минеральный питательный раствор в прибрежной (неритовой зоне) Океана, 2. подводные океанические илы, 3. места апвеллинга в Океане, 4. мелководные марши в приливно-отливной зоне Океана, 5. надземная биомасса лесной формации (особенно дождевого тропического леса), 6. континентальный почвенный покров.
               
4. Основным источником минеральных элементов жизни, грандиозной планетарной «солонкой», была, есть и остается земная кора, та гигантская «каменная чаша», которая сложена разнообразными кристаллическими горными породами. Образующая её масса минерального вещества в целом очень велика. Особенно в континентальной части земной коры.

Земная кора, безусловно, располагает в потенциале всеми необходимыми для жизни минеральными (зольными) элементами. Однако их кларки зачастую невелики. Многие нужные для жизни элементы пребывают в рассеянном состоянии. Все они при этом изначально находятся в инертной, законсервированной форме, поскольку заключены в твёрдую каменную оболочку. Основная масса этих элементов располагается к тому же на недосягаемой (для тончайшей поверхностно-планетарной плёнки живого вещества) глубине. На этом фоне не только существование жизни, но и само её появление на Земле, выглядит   маловероятным и, к тому же, совершенно бесперспективным.

Но выплавленная из магмы и оказавшаяся на поверхности (в силу вертикальных тектонических процессов), земная вскоре кора вступает в качественно новую фазу своего существования. Начинается грандиозное по своим масштабам и последствиям выветривание горных пород, или гипергенез.

В результате природа получает реальную перспективу для дальнейшей эволюции в сторону жизни (которой на Земле еще нет). Дело в том, что в процессе гипергенеза необходимые для будущей жизни минеральные химические элементы освобождаются от каменного плена, переходят в подвижное растворимое состояние. Тем самым создаются предпосылки для их включения в грядущие биологические процессы. Вследствие гипергенного преобразования вещества земной коры на поверхности суши начинается грандиозное по своим масштабам движение (миграция) атомов в природных водах. Значительная часть высвободившихся элементов с речным стоком покидает сушу и направляется в сторону Океана, вливаясь в него. По ветвистой (и ветвящейся до самых тонких начальных нитей) речной артериальной системе! В общем, через гидрографическую сеть.

5. Исторически банки плодородия сначала возникают в Океане, и лишь затем, при определённом стечении обстоятельств, появляются на суше. Представление о них традиционно связано с континентальным почвенным покровом. Однако «почвенный покров» - понятие видовое, тогда как «банк плодородия» – понятие более высокого ранга, родовое.

Существующие в биосфере банки плодородия (они названы выше) различны по своей природе и генезису, тем не менее, общее, принципиальное значение для их образования имел процесс выветривания горных пород (гипергенез).

Океанический банк плодородия, содержащий в себе основные минеральные ресурсы, которыми располагает океаническая жизнь, представлены водным раствором, сконцентрированным в узкой прибрежной полосе, в так называемой, неритовой зоне, которая простирается от берега моря до конца материковой отмели, что обычно соответствует глубине до 200 м. Он создается и непрерывно пополняется, главным образом, в результате постоянного притока (посредством разветвленной речной системы!) минеральных солей, освобождающихся в результате выветривания континентальных горных пород.

Кстати, та же закономерность относительно прибрежной концентрации элементов минерального питания и, соответственно,  распределения фитопланктона наблюдается и в крупных континентальных водоёмах. Биологическая продуктивность в центральной части водоёма очень низка, а у берегов, особенно в мелководных заливах и против устьев рек, она резко возрастает.

Но есть в океане ещё и другие (причем весьма эффективные) банки плодородия, имеющие осадочное происхождение. Это места апвелинга.

Под действием гравитации мёртвое органическое вещество, образующееся в результате жизнедеятельности всевозможных морских организмов в неритовой зоне, постоянно осаждается на дно наряду с твердыми минеральными продуктами выветривания, поступающими со стороны континентов. В результате континентальный шельф с течением времени покрывается слоем весьма плодородного ила. Однако донное плодородие становится недоступным для автотрофной жизни на недосягаемых для солнечного света глубинах и потому в значительной мере выводится из биологического круговорота и с течением времени «уходит в геологию». Не случайно в пределах континентального шельфа нередки месторождения различных полезных ископаемых (нефти, газа и др.).

Суть апвелинга состоит в подъёме глубинных вод, вызванного благоприятным сочетанием морских течений, а также ветровым сгоном поверхностных вод от крутого материкового склона. Апвеллинг мобилизует донное плодородие, перемещая и возвращая минеральные вещества в верхние слои воды и делая их доступными для фитопланктона со всеми вытекающими отсюда позитивными последствиями для всей морской экосистемы.

Банк плодородия «океанический ил» является предшественником континентального банка плодородия – почвенного покрова. Как и почва, ил представляет собой концентрированную высокоплодородную органо-минеральную систему. Как и в почве, в нём обитают и питаются органическим детритом различные беспозвоночные животные, например, столь широко распространенные в почве малощетинковые черви. Более того, в нём происходят и столь характерные для почвы процессы гумификации.

Отсюда, как и следует ожидать, освобождаясь по тем или иным причинам от воды и оказываясь на поверхности суши, морские илы становятся весьма плодородным субстратом для современной наземной растительности. Свидетельством тому могут служить так называемые «марши», которые тянутся вдоль морского побережья длинной полосой, имеющей ширину около 30 км. Эти низменные равнины заливаются морем только во время наиболее сильных приливов, потому и заполнены илистыми морскими отложениями с обилием погребённых горизонтов торфа и разных видов сапропеля, на которых формируются богатые гумусом почвы.

Марши типичны для берегов Северного моря (Нидерланды, Германия, Швеция, Великобритания, Дания). Они есть во Франции (Бискайский залив), Польше (Гданьские бухты), Литве, на Атлантическом побережье США (во Флориде, Миссури, Техасе, Луизиане, Джорджии и др. штатах). Осушенные и окультуренные почвы маршей, называемые в европейском регионе польдерами, поддерживают экономику стран на очень высоком уровне.
 
В то же время у нас есть достаточные основания предположить, оглядываясь в далекое прошлое: континентальным полям почвенного плодородия предшествовали подводные илистые отложения. Еще не было на Земле почвенного покрова, но уже давным-давно существовали плодородные подводные илы.

Исторически в биосфере сначала возникает биокосная система ил как некий банк плодородия, и только после этого - континентальная почва. Органо-минеральная осадочная система, в полной мере обладающая свойствами плодородия, сначала образовалась под водой, в субаквальных условиях, и только значительно позднее в масштабах геологической шкалы времени – в субаэральных.

Нет сомнения и в том, что в далёком прошлом (начиная с силура) именно таким, илистым по своей природе банкам плодородия, простиравшимся узкой извилистой полосой на границе между морем и сушей и насыщенным элементами минерального питания растений, суждено было сыграть (в отсутствии пока еще континентального почвенного покрова) роль стартового полигона в приспособительной эволюции многоклеточных морских бентосных водорослей к условиям континентальной жизни.

Исключительно плодородные земли могут происходить также от речной воды, точнее от содержащегося в ней ила. Реки – корни океана, его постоянно действующая транспортная система. Разветвленные речные артерии извечно несут в океан не только продукты выветривания горных пород, собирая их со всей территории своего бассейна, но и продукты жизнедеятельности водных организмов. Часть их остаётся, однако, на суше, в низовьях рек. На поймах рек накапливаются азот, кальций, фосфор, калий, многие рассеянные элементы, вынесенные с площади водосбора реки.

Переполняясь в период паводков, реки периодически выходят из берегов и заливают прилегающие пойменные территории. После схода воды пойма обнажается, и обогащенная плодородным илом земля становится специфическим и очень эффективным банком плодородия.
 
Великие цивилизации   возникли в свое время на этой основе в долинах крупных рек:    месопотамская -   в долинах Тигра и Евфрата, египетская - в бассейне Нила, китайская -по рекам Хуанхэ и Янцзы, индийская - по Гангу и Инду.
 
Подлинно континентальные банки плодородия стали создаваться, однако, только с реализацией на суше биологического дендро-морфогенеза. Причем, в его макро исполнении и в его двуединой способности  выкачивать из поверхностного слоя коры выветривания элементы минерального питания и одновременно текстилизировать (стабилизировать) этот подвижный и геологически неустойчивый слой.

При этом исторически определились два очень важных, очень масштабных, но принципиально различных направления в образовании континентальных банков плодородия, обусловленные сначала древесной, а потом и травянистой растительностью.
В первом случае образовался автономный банк плодородия, который был вынесен вверх, над земной поверхностью и заключен в кронах влажных тропических лесов. С утверждением господства зональных лесных формаций (прежде всего, влажных тропических) в биосфере появились специфические, автономные по характеру своего функционирования  банки плодородия, содержание которых приподнято над землёй и заключено в растительной биомассе лесов.

Во втором случае (в процессе эволюции травянистой растительности и овладения ею степной зоны) образовался континентальный почвенный покров.
Поверхностный слой коры выветривания, в котором степной травянистой растительностью были созданы естественные условия для образования гуминовых кислот и гуматов, приобретает по мере накопления последних тёмный (вплоть до чёрного) цвет. С течением времени на поверхности коры выветривания появляется качественно новая в геохимическом отношении органо-минеральная («геобиологическая», по В.В. Докучаеву) система, которая всё более обособляется на общем геологическом фоне. В конечном итоге образуется чрезвычайно эффективный наземный банк плодородия - почвенный покров. Высшее выражение эта тенденция нашла в чернозёмных почвах, которые достигают наибольшего плодородия и наибольшей мощности.

6. После классических трудов В.В. Докучаева в области почвоведения научная мысль вошла в некое русло, в некую методологическую колею, определяющую её направление до сего времени. Под влиянием этого обстоятельства сложилась тенденция смотреть на живую природу, в целом на биосферу  главным образом через призму почвообразовательного процесса. Невольно стало складываться представление о том, что прогресс высокоразвитой жизни на континентальной части Земли (со времени выхода её из океана) был напрямую связан с прогрессом в образовании почвенного покрова и даже явился его следствием.

Однако чернозёмные почвы, оказавшиеся в центре внимания В.В. Докучаева, стали появляться на Земле только в определённых (степных) географических и климатических условиях, к тому же сравнительно недавно – ориентировочно в середине кайнозоя. Большую часть в своей истории (а это многие сотни миллионов лет) покрытая мощными лесами континентальная часть биосферы благополучно обходилась без почвы (если с этим понятием связывать долгоживущие запасы складированного плодородия, возникающие и сохраняющиеся по месту их первичного образования на коре выветривания).

Весьма важным (атрибутивным) признаком почвы (получившим в дальнейшем наиболее полное обоснование в трудах В.Р. Вильямса) является её плодородие, которым, однако, не обладает твёрдый субстрат, служащий опорой для колоссальной биомассы лесов, в особенности влажных тропических. И, следовательно, стремление объяснить процессы, происходящие в дождевом тропическом лесу в категориях почвоведения беспочвенны, поскольку эта грандиозная по всем параметрам ландшафтная система в буквальном смысле не имеет под собой почвы.

Если посмотреть на биосферу, как говорится, с высоты птичьего полёта, то можно среди всего прочего увидеть то, что положено природой в саму ее основу, в саму ее суть. Первичным продуцентам органического вещества постоянно требуется определённый набор минеральных солей, поскольку минеральное питание – фундаментальная основа жизни вообще. Что же касается способов добычи,  накопления (аккумуляции), хранения и воспроизведения минеральных ресурсов, а также их использования в биосфере, то они могут иметь различную конфигурацию и различный генезис, в зависимости от конкретных исторических предпосылок. Но это будут уже более частные проблемы биосферы при всей их важности и сложности; это будут те или иные «технические решения» кардинальной задачи минерального питания биосферы.

Континентальный почвенный покров с его высоким плодородием – безусловно, бесценное сокровище современной биосферы (особенно в контексте существования человеческой цивилизации), которое надо всячески сберегать и поддерживать. Однако в интересах научной истины следует все-таки признать, что чернозёмное эльдорадо – не самый главный фактор продуктивности даже нынешней биосферы. На первом месте в этом отношении стоят всё-таки (не имеющие под собой плодородного субстрата) леса, особенно влажные тропические. Центр биосферы переместился в своё время из Мирового океана на континентальную часть планеты именно благодаря лесным ландшафтам.

7. Выбравшись из моря и претерпев серьезные преобразования, высшие растения все-таки не смогли расстаться с той средой, в которой они родились и в которой всегда жили их предки. Образ этой морской среды – водные растворы солей – они сохранили в себе и навсегда унесли с собой. Способ питания путем поглощения водного раствора минеральных солей в принципе сохранился без изменения. Причем не только через корни (мы к этому факту так привыкли, что он никого уже не может удивить), но и через листья (по древней, хорошо испытанной океанической технологии)!Континентальная жизнь во многом сохранила океанические черты. Высшие покрытосеменные растения (будучи родом из океана) могут вполне довольствоваться ныне для своего развития искусственно приготовленным водным питательным раствором и совершенно обходиться без почвы.

Оказалось, что в условиях аэрируемой водной культуры хорошо развиваются все сельскохозяйственные растения, в том числе корнеплоды и клубнеплоды. При всём этом в виде отдельного тезиса отмечалось, что растения водных культур достигали полного развития, не имея другого источника углерода, кроме углекислоты атмосферы, то есть опять-таки вне связи с почвой.

Гидропонная технология впервые была применена в производственных условиях в1929 г. в Калифорнии. Ныне она охватывает все методы выращивания растений (овощей, цветов, зелёной массы и т.д.) без почвы как непосредственно в питательном растворе (водная культура), так и с использованием твёрдого субстрата, не имеющего питательного значения и не вступающего в химические реакции с веществами питательного раствора (гравийная культура). Она применяется не только в защищенном (зона умеренного климата), но и в открытом грунте (зона субтропического климата).

Русский ботаник В.М. Арциховский пошёл в гидропонике еще дальше, совершенно отказавшись от какого-либо субстрата для корней в гидропонной технологии. Ещё в 1910 году. он экспериментально обосновал метод воздушной культуры путём содержания корней растений непосредственно во влажной воздушной среде, насыщенной элементами минерального питания растений. На этой основе возникла новая ветвь в гидропонике - аэропоника, которая предусматривает подачу питательных растворов к корням растений в виде тумана (аэрозоля). Существенное преимущество аэропоники состоит в минимальном расходе питательного раствора, что особенно важно при культивировании растений в оранжереях, на морских судах и даже на космических станциях.

Гидропонная технология, которой я (отнюдь не случайно) уделил особое внимание в, имеет могучие природные прототипы, реализованные с древнейших геологических времён и к тому же в грандиозных масштабах. Прежде всего, имеется в виду, конечно же, сам Мировой океан (а также и внутренние водоемы, в общем, вся гидросфера), где существование первичных продуцентов органического вещества протекает по сути дела целиком и полностью в питательном растворе (то есть по гидропонной технологии, созданной самой природой). Особенно следует выделить в этой связи фитопланктон как фундаментальную основу всякой океанической экосистемы. Но и многоклеточные бентосные водоросли, произрастающие в водном растворе солей (например, саргассовые), имеют для нее немаловажное значение.

Идеальный образец природной гидропоники являет нам цветковое растение ряска (L;mna). Крохотные многолетние растеньица ряски с плоскими листочками и опущенными в воду корешками плавают обыкновенно в большом количестве на поверхности стоячих вод, покрывая и затягивая их плотным изумрудным ковром. Ряска расространена во всех странах света, как в умеренных, так и с тропическим климатом, но обитает только в пресной воде. Ряска служит кормом для рыб, она идёт в пищу свиньям, курам, гусям и уткам («утиная трава»). Так что и здесь практический результат гидропоники налицо.

В принципе, на гидропонной основе повсеместно произрастают имеющие очень важное экологическое значение лишайники (Lichenes, или Phycomycota) и моховидные (Bryophyta).

Лишайники чрезвычайно широко распространены в природе. Они обитают всюду – от пустынь до Арктики и Антарктики, поселяясь на самых разнообразных, но обычно бедных субстратах. Питаются атмосферной влагой с содержащимися в ней минеральными веществами. Заросли ягеля в тундре составляют основную кормовую базу оленеводства.
Мхи заселяют всевозможные влажные местообитания, в особенности болотистые. С помощью ризоидов мхи прикрепляются к субстрату и всасывают содержащийся в нём водный раствор. Мхи играют большую роль в регулировании водного баланса ландшафтов, сфагновые мхи образуют по месту своего произрастания мощные залежи торфа и бурых углей.

Но в биосфере существует еще куда более грандиозное природное явление, получившее название «дождевой тропический лес». Эта чрезвычайно эффективная в функциональном отношении растительная формация (гилея, по А. Гумбольдту) обладает наиболее высокой продуктивностью (3500 г/м2 в год). Она заключает в себе огромную биомассу - в среднем 5000 ц/га, а иногда (как, например, в бассейне Амазонки) более 17000 ц/га сухого органического вещества. Покрывая около 6% поверхности суши, гилея даёт около 28% общей продукции органического вещества биосферы.
Важно подчеркнуть, что потребность гилеи в минеральной пище должна быть соразмерна биомассе, то есть столь же колоссальной.
 
Есть мнение (Н.Ф. Реймерс, 1990) о неудачности термина «дождевые леса» (поскольку они, якобы, «не происходят от дождя и не служат причиной его выпадения»). Мне представляется, однако, что дождевой тропический лес не только оправдывает своё название, но именно в нём, в этом названии отражена главная его суть.
В тропическом лесу постоянно высокая влажность, проистекающая от обилия выпадающих осадков. Лес постоянно промывается дождями, которые идут здесь почти ежедневно (годовое количество осадков составляет 2500—7000 мм и более). Крупные реки, разливаясь от обилия осадков, регулярно затопляют низменные равнины. Так что постоянная подача воды в корневую зону растений, как неотъемлемый атрибут гидропоники, здесь стабильно обеспечена самими природными процессами. Кроме того, гилея характеризуется не только избытком влаги, но весьма благоприятным тепловым режимом. Круглогодичные температуры во влажных тропиках удерживаются на уровне не ниже 25° С, что также соответствует технологическим условиям и параметрам гидропоники.

Что же касается элементов минерального питания дождевого леса, то его источником является… сам лес, точнее отмирающее органическое вещество (опад), которое в тропических условиях в кратчайший срок, в считанные недели полностью разрушается и минерализуется гетеротрофными организмами (они функционируют здесь в высшей степени интенсивно). Несмотря на огромную массу опада (250 ц/га в год), способность влажного тропического леса утилизировать органическое вещество в десятки раз превышает его поступление. Освобождающиеся минеральные элементы переходят в поверхностные воды, которые становятся уже по сути дела гидропонным питательным раствором, постоянно омывающим корни. Содержащиеся в этом растворе биофильные элементы немедленно захватываются и поглощаются сложной (к тому же обильно снабженной микоризой) корневой системой многоярусного дождевого леса. Налицо завершающее звено гидропонной технологии.

И ещё одна деталь. В дождевом тропическом лесу очень богата флора эпифитов, в том числе древесных, которые и вовсе не связаны с подножным грунтом. Они располагаются и растут на деревьях в освещённой зоне высоко над землёй. Многие из них снабжены воздушными корнями. Не имея прямого контакта с тем раствором, который постоянно подаётся снизу, эпифиты, тем не менее, получают достаточное минеральное питание из влажного воздуха лесного полога и непосредственно от дождей. Но и сами тропические деревья (унаследовав океанические черты жизни первичных продуцентов) через листья эффективно усваивают минеральную пищу, содержащуюся в дождевой воде. А это уже настоящая аэропоника.

Конечно, элементы минерального питания растений при таком обилии воды и высокой кислотности среды частично вымываются и выносятся за пределы корнедоступной зоны. Однако эти потери постоянно компенсируются за счёт того, что падающая на тропический лес сверху дождевая вода содержит соли, захваченные ветром из океана с брызгами волн, и, стало быть, она сама по себе уже есть питательный раствор.
 
Есть мнение, что гидропоника – это нечто узкое, локальное, малозначащее в общей системе растениеводства. Мы увидели, однако, нечто совсем другое: вся современная биосфера держится (по самому большому счету) на гидропонике. Что же касается растениеводства, то масштабы применения гидропоники в этой отрасли возрастают и будут возрастать.

8. История свидетельствует, что эволюция человеческого общества была тесно связана с упорным стремлением овладеть потенциалом плодородия (созданного биосферой задолго до появления в ней человека как биологического вида) посредством земледелия, растениеводства и животноводства, с целью удовлетворения «непрерывно растущих материальных потребностей общества». Разумеется, в решении этой задачи первоначально преобладали такие подходы, которые не требовали особых затрат труда и средств, что вполне объяснимо ограниченными материально-техническими и технологическими возможностями ранних цивилизаций, а также доступностью исходных природных ресурсов.

В первую очередь, для быстрого освобождения и мобилизации элементов минерального питания растений была использована сила огня, который всегда оставляет после себя золу (как тут не вспомнить библейское «огнем осолится»). В результате выжига наземной растительности на участках, которые покрываются после огня золой, закономерно происходит усиленный рост трав и древесно-кустарниковой поросли. Едва ли можно сомневаться в том, что этот факт был замечен первобытными людьми эпохи позднего палеолита, которые обитали в горных районах тропических и субтропических широт Юго-Западной и Юго-Восточной Азии, Северной Африки (Абиссиния), Средиземноморья, Центральной и Южной Америки. Умея уже пользоваться огнём, они находили там надёжные убежища, занимались охотой и собирательством.

Внимание древнего человека могло привлечь и то обстоятельство, что некоторые съедобные виды диких растений, знакомые ему по собирательству, не только получали более благоприятные условия для своего роста и развития, оказавшись в окрестностях его жилища (где земля регулярно удобрялась золой костров), но и достигали там наиболее высокой продуктивности. Отсюда, по логике, – один только шаг к земледелию и растениеводству.

Согласно теории происхождения культурных растений Н.И. Вавилова, земледелию и растениеводству предшествовал непреднамеренный отбор и культивирование высокопродуктивных форм диких растений, требовавших повышенного минерального питания, для которых человек мог создавать (поначалу бессознательно) оптимальный агрофон. Создание наиболее благоприятных условий для питания и произрастания растения, сам отбор особей «на высоком агрофоне» позволял выделять наследственные формы, особенно реагирующие на эти условия (в худших и посредственных условиях такие особи могли бы остаться незамеченными). И, стало быть, первые очаги земледелия на планете могли возникнуть с первыми кострами первобытных людей.

Позднее, когда от простых наблюдений человек перешёл к осознанному и направленному экспериментированию с нужными ему растительными формами, пожоги дикой растительности, освобождавшие содержащуюся в ней золу, стали обязательной технологической основой для предварительной подготовки выбранных земельных участков к посеву. Тем более что обожжённая земля попутно приобретает ещё одно полезное свойство: она становится мягче и, следовательно, более доступной для простейшей механической обработки с использованием примитивных орудий земледельческого труда.

Именно горным ландшафтам с их сложным рельефом и вертикальной зональностью суждено было, по Н.И. Вавилову, стать колыбелью земледелия. Здесь, на высоте от 100 до 3000 - 4000 м, складывались разнообразные и наиболее благоприятные экологические условия для формирования богатейшего генофонда растений и дифференциации их разновидностей. Здесь возникали центры видообразования и максимального сортового разнообразия растений, ставших впоследствии основными зерновыми и овощными культурами человечества. Специфика расчленённых горных ландшафтов с их сложным рельефом способствовала изоляции растительных сообществ и тем самым сохранению их сортовых богатств. Здесь же осуществлялся процесс адаптации исходных фитоценозов к различным климатическим условиям в соответствии с вертикальной зональностью, в силу чего отдельные виды растений приобретали свойства, способствовавшие их последующему продвижению в умеренные, субарктические и арктические зоны.

Спустившись с гор, наши далёкие предки сначала устремлялись (после речных долин), минуя плодородную степь, туда, где земля мягче - в лесную зону с её малоплодородными землями, вернувшись, по сути дела, к тому, с чего исторически начиналось земледелие - к подсечно-огневой технологии. По тем временам значительно легче и экономически выгоднее было не распахивать целинную степь, а с помощью огня - «превращать лес в хлеб».

Отрицательные последствия для природы подсечно-огневой системы не нуждаются в пространных комментариях. В принципе, эта система является самой хищнической, истощительной для земли. Вырубая и выжигая под пашню лес, человек разрушал исторически сложившийся надземный банк плодородия, насильственно переводя его в направлении сверху вниз, и обращая всё его высокоорганизованное содержание в сухой минеральный остаток. В то же время он бессознательно и очень быстро менял лесной биогеоценоз на степной, что также противоестественно, поскольку процесс остепнения осуществляется в природе постепенно, в течение сотен и даже тысяч лет. Вырубка лесов привела к образованию широких коридоров, через которые степь стала непосредственно переходить в тайгу, минуя лесостепную и лесную зоны.

Особенно тяжелые последствия возникают при уничтожении тропических лесов (к сожалению, широко практикуемом сейчас во многих экономически отсталых странах в интересах растениеводства), которые, по известным уже нам причинам, совершенно лишены способности регенерировать на вырубленных участках.

С течением времени переложное земледелие (как логическое продолжение подсечно-огневой системы) приводит к полному истощению и без того бедных гумусом и минеральными веществами почв лесной зоны. К тому же, если при натуральном способе ведения хозяйства, взятые с урожаем минеральные вещества хотя бы частично возвращаются на поля с навозом, то, по мере роста городов и товарного производства, с полей необратимо отчуждаются огромные массы зольных элементов, содержащихся в поставляемой городам сельхозпродукции.

Всё это вместе взятое и послужило объективной предпосылкой для научного обоснования в середине 19-го века «закона возврата», разработки теории минерального питания и создания основ агрохимии. «Урожаи полевых культур, - писал Ю. Либих, - понижаются или повышаются в точной пропорции к уменьшению или увеличению  количества   минеральных   веществ,   вносимых в   почву с удобрениями».

Осознание того, что возделываемую землю необходимо периодически «подсаливать», т.е. возвращать взятые у неё минеральные вещества (чтобы получать приемлемый урожай сельскохозяйственных культур), стимулировало возникновение в конце столетия, а затем стремительное развитие производства (индустрии) минеральных химических удобрений (минеральных туков). Разумеется, первостепенное значение приобрёл в этой связи поиск природных источников минерального сырья. Каковыми явились сначала залежи чилийской селитры, гуано,  а затем и агрохимические руды.

9. Многое изменилось с тех пор, как земля стала (говоря языком экономистов) предметом труда, средством труда и орудием производства. На всей территории современной суши, отнятой человеком у дикой растительности и отданной культурным растениям, установился иной порядок. Естественное почвообразование в значительной мере приостановлено и заменено техногенными процессами, которые в совокупности именуются земледелием. Земледелие же - «система воздействия на почву с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур». Что невозможно без химических удобрений.

Раньше (до земледелия) растение само заботилось о себе. Оно устремлялось в землю, сильно ветвилось и развивало там мощную текстуральную систему. Теперь попечение о нем взял на себя человек. Удобрение, орошение, рыхление, защита от неблагоприятных внешних факторов, словом - всесторонний уход за культурным растением изнежили его и лишили необходимости предпринимать волевые усилия.
 
Регулярное внесение водорастворимых азотных, фосфорных, калийных и прочих минеральных удобрений, включая микроэлементы (культурные растения оказались в состоянии усваивать их не более чем наполовину, остальное беспрепятственно уходит в гидрографическую сеть), породило противоестественный для почвенного режима феномен: в почве стал преобладать нисходящий (центростремительный) поток биогенного вещества, вызвавший в свою очередь недоразвитие (за ненадобностью) корневой системы культурных растений.
 
В то же время тотальная химизация земледелия (как и вся его технологическая система в целом) сопровождается многосторонними отрицательными экологическими последствиями. Их анализ не входит в мою задачу, поскольку это увело бы настоящее исследование в сторону от намеченного курса. К тому же различные аспекты этой проблемы широко освещаются в экологической, природоохранной и агрономической литературе. Тем не менее, считаю необходимым сделать в этой связи следующее очень важное замечание общего характера.

Современное земледелие и растениеводство привели за короткое время в небывалое движение и превращение минеральные ресурсы планеты, созданные длительными усилиями всех былых биосфер. Минеральные вещества, которые локально аккумулировались на протяжении геологических эпох, теперь извлекаются из недр, рассеиваются на просторах полей и безвозвратно теряются. Для получения урожая каждый раз требуется внесение всё новых и новых доз минеральных удобрений («закон возврата» неумолим). В результате современная цивилизация очень быстро оказалась в состоянии глубокой агрохимической зависимости.

Между тем, естественные запасы агрономических руд (прежде всего, калийных и фосфорных) как основного сырья для производства минеральных туков неуклонно приближаются к своему исчерпанию. Настанет время, и эти невозобновимые ископаемые ресурсы, как бы ни велики они были вначале, полностью исчезнут с лица земли (как это уже случилось с чилийской селитрой и гуано), и тогда уже нечем будет «солить» поля, предназначенные для выращивания культурных растений. Даже получение в перспективе новых, супервысокоурожайных сортов культурных растений на основе генетической инженерии не решит продовольственной проблемы, поскольку невозможно по определению создать такое растение, которое смогло бы реализовать свой биологический потенциал в отсутствии надлежащего минерального питания. Что тогда?

10. Специфика животного организма состоит помимо всего прочего в наличии твёрдого минерализованного скелета (наружного или внутреннего), который даёт телу опору, защищает его от механических повреждений, а также выполняет ряд других жизненно важных функций. На образование скелета требуется большая масса строительного материала. В этой связи потребность животного организма в определённых элементах минерального питания существенно возрастает.

Тенденция к обзаведению скелетом исторически проявилась в мире животных очень рано – уже на уровне древнейших одноклеточных форм.
 
Наличие минерализованного скелета у животных, которые существовали в далёком прошлом, имеет три очень важных следствия.

Во-первых, породообразующее: поскольку минерализованные скелеты хорошо сохраняются в ископаемом состоянии, в отложениях земной коры с течением времени образовались осадочные горные породы – известняки, трепел (нередко они целиком состоят из скелетов радиолярий, фораминифер, коралловых полипов, моллюсков) и некоторые другие. Эти горные породы приобрели, как известно, большое хозяйственное значение, в том числе они стали использоваться как агрономические руды для производства минеральных удобрений.

Во-вторых, ископаемые остатки скелетов животных оставили вещественную историческую память о прошлом биосферы, поскольку их твёрдые минерализованные элементы (раковины, панцири, кости, зубы и т.д.), в отличие от мягких органических тканей, хорошо сохраняются во времени (особенно в водных бассейнах). Ископаемые остатки сохраняют свой первичный состав или дополнительно минерализуются в процессе фоссилизации (окаменения), то есть замещения твёрдых (реже мягких) частей отмершего организма минеральными веществами, которыми могут быть пирит, кварц, углекислый кальций и др. Кроме того, твёрдые минерализованные скелеты животных в случае своего разрушения (что случается чаще в подверженных гипергенезу наземных условиях) успевают оставить, в отличие от мягких органических тканей, хорошие отпечатки как на поверхности (экзоглифы), так и внутри осадочных пород (эндоглифы).

Палеонтологическая летопись стала основным документом для восстановления истории развития отдельных групп животных: времени появления и вымирания, темпов эволюции, филогении, расширения и сужения ареалов, миграций и т. д. После палеозоологических работ В.О. Ковалевского (позвоночные животные) и М. Неймайра (беспозвоночные животные) теория биологической эволюции Ч. Дарвина приобрела ту вещественную базу, в которой она так сильно нуждалась.

По объекту исследования палеонтология - наука биологическая, но возникла она и стала развиваться в теснейшей взаимной связи с геологией, широко пользующейся данными палеонтологии и вместе с тем служащей для неё достоверным источником    разнообразной  информации об условиях жизни в прошлые времена. Будучи главным потребителем результатов палеонтологических исследований, геология в свою очередь, ставит перед ними новые и всё более сложные задачи. Именно эта связь и сделала палеонтологию целостной наукой о развитии живой природы в геологическом прошлом. Без неё невозможно понимание истории биосферы, смены палеобиосфер и становления современной биосферы.

С дугой стороны, сама геология приобрела значение подлинно исторической науки только с возникновением стратиграфии на рубеже 18 и 19 веков, когда был найден способ определения относительной хронологии геологических образований по ископаемым остаткам животных организмов. Важнейшими руководящими ископаемыми при этом стали: фораминиферы (начиная с девона), археоциаты, плеченогие (палеозой), трилобиты (нижний палеозой),   аммоноидеи (девон - мел), белемниты (юра - мел), граптолиты (нижний палеозой), конодонты (ордовик - триас), двустворчатые моллюски (с карбона), остракоды и конхостраки (с девона), земноводные (пермь, триас), пресмыкающиеся (пермь - мел), млекопитающие (с мела).

Палеонтологический метод в геологии (его часто называют биостратиграфическим) стал основным при определении границ и продолжительности эр, периодов, эпох и других подразделений геохронологической шкалы.

Наконец, в-третьих. Не только представление о былых биосферах, но и собственная наша история (антропогенез) как биологического вида Homo sapiens построена главным образом на палеонтологическом материале. Ископаемые остатки минерализованных скелетов позволяют достоверно определить наше собственное место в истории животного мира, исследовать тот путь, по которому шла эволюция высших приматов.
В 20 - м веке на африканском, европейском и азиатском континентах было найдено огромное количество ископаемых остатков высших приматов и человека (гигантопитеков, австралопитеков, питекантропов, неандертальцев и т. д.). На основании собранного фактического материала возникла палеоантропология - наука, которая изучает костные останки ископаемых людей (Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens и других), а также близких родичей человека - высших приматов. Исследования в области палеоантропологии охватывают эпохи палеолита и неолита. Важными методами антропологических исследований стали основанные на костной ткани краниология, остеология, одонтология.

Фактический материал палеоантропологии позволил русскому геологу А.П. Павлову (1922) выделить последний из геологических периодов (от возникновения рода Homo до современности) продолжительностью, по разным оценкам, от 1,8 до 5,5 млн. лет, и назвать его антропогеном.

11. Одним из величайших событий в истории биосферы, был выход на арену эволюции (в конце палеозоя) нового класса позвоночных животных – пресмыкающихся, или рептилий (Reptilia). Став пионерами в освоении суши, рептилии достигли в мезозойскую эру беспрецедентного расцвета, получив безраздельное господство над землёй, морем и даже воздухом. О том, как выглядели эти удивительные существа, красноречиво и абсолютно достоверно свидетельствуют их многочисленные скелетные остатки и пропитанная известью скорлупа яиц, найденные и находимые до сих пор в разных местах на всех континентах Земли.

Наиболее впечатляющей тенденцией в ископаемой летописи мезозойских рептилий вообще, а динозавров - в особенности, стало изменение размеров их тела в сторону гигантизма. Существование и эволюция динозавров – это палеонтологически запечатленное торжество биологической плоти.

Как было отмечено мной ещё в начале данной публикации, даже такие малые растительноядные животные, как современные грызуны (не говоря уже о копытных), временами испытывают острый недостаток в минеральном питании, что заставляет их искать дополнительные источники.  Естественно, возникает вопрос, как же решали задачу минерального питания столь массивные животные, за счет каких природных ресурсов? Каждая, взятая в отдельности особь - это ведь не только мощная мускулатура и другие мягкие ткани, образующие внутренние органы, которые уже, сами по себе постоянно требуют для своей жизнедеятельности много минеральных веществ. Это ещё и могучий костный скелет, на образование которого требуется огромное количество кальция и фосфора. Тем более что костная ткань у позвоночных животных строится не раз и навсегда, а периодически полностью обновляется. К тому же у многих видов динозавров к внутреннему скелету добавляются еще и массивные наружные костные образования, имеющие определенное назначение.
 
Трудно представить то колоссальное количество золы, которое заключала в себе вся совокупная биомасса мезозойских рептилий, отнесенная к какой-либо условной единице времени (например, к году их существования в биосфере). Но совершенно очевидно, что для длительного процветания динозавров требовались не только органические, но и огромные минеральные пищевые ресурсы.

Можно понять обеспеченность элементами минерального питания хищных динозавров. Отчасти можно найти объяснение и относительно гигантских растительноядных форм рептилий, поскольку, как принято считать, они были адаптированы к обитанию в крупных внутриматериковых водоёмах или паслись в прибрежной зоне морей. Здесь они могли питаться без ограничения сочной и мягкой растительностью, особенно водорослями, которые, согласно специальным биохимическим анализам, характеризуются повышенной зольностью.

Однако многие систематические и экологические группировки динозавров, расселяясь по земному шару, выходили далеко за пределы водоёмов. Некоторые из них паслись в меловых лесах почти так же, как это делают нынешние травоядные млекопитающие.
Разгадка механизмов удовлетворения потребности динозавров в минеральной пище существенно осложняется ещё и тем, что юрский и меловой периоды, на которые приходится пышный расцвет мезозойских рептилий вообще и динозавров в особенности, характеризовался повсеместно влажным и тёплым климатом. В течение долгой мезозойской эры происходили лишь незначительные изменения ландшафтов и климата. Юрский период - время крупных трансгрессий, когда моря покрывали значительные площади. В этом периоде климат был мягкий, на континентах преобладали обширные низменные пространства, покрытые морями. Да и в следующем меловом периоде повсеместно господствовал тропический и субтропический климат. В этих условиях жизненно важные минеральные элементы, особенно кальций, становятся очень подвижными в кислой водной среде и легко выносятся за пределы влажного биотопа. Так что «солевой вопрос» должен был сохранять свою актуальность на всём протяжении существования мезозойских рептилий.

С целью удовлетворения потребности в минеральных элементах, динозавры должны были пропускать через себя неимоверное количество растительной пищи. Главным их занятием, по всей видимости, было непрестанное её поедание (как, впрочем, это демонстрируют нам ныне существующие копытные млекопитающие – козы, овцы, коровы олени и т.п.). Но как это всё отражалось на состоянии растительности в местах обитания особенно прожорливых динозавров?

Возможно, противостоянию минеральному голоду мезозойских рептилий способствовали также их морфо-физиологические особенности, позволившие предельно экономно утилизировать употреблённые с растительной пищей минеральные вещества. В отличие от своих предков - амфибий, тело рептилий покрылось роговым чехлом, в силу чего они перестали терять влагу через кожу, а вместе с нею – и минеральные соли, в особенности хлориды. Нельзя исключать также дополнительное использование рептилиями других источников минеральных элементов, не связанных с растительной пищей (как это делают, например, современные млекопитающие).

Как бы то ни было, следует признать, что, односторонне увлекаясь внешним описанием наиболее экзотичных форм динозавров, акцентируя внимание на проблеме их эффектного вымирания, мы имеем до сих пор весьма смутные представления об источниках и механизмах удовлетворения потребности в минеральной пище столь крупных и многочисленных животных. Хотя выяснение именно этого вопроса путём проведения не отдельных и разрозненных, а целенаправленных комплексных исследований с участием специалистов различного профиля, несомненно, могло бы пролить дополнительный (может быть, даже новый и весьма существенный) свет для разгадки феномена динозавров. Пока же динозавры хранят в тайне эту сторону своей удивительной во всех отношениях жизни.

ГЛАВА 6. ТУК ЗЕМЛИ

И послал их Моисей высмотреть землю Ханаанскую. Тучна ли она или тоща? Есть ли на ней дерева или нет? (Числа: 13, 18)


ВВЕДЕНИЕ

Старинное слово «тук» в буквальном смысле означает «жир», «сало». Но не как вещество, а как особая, содержащая его в изобилии и удерживающая в себе плоть. Жировая ткань - энергетическое депо организма. Нередко она покрывает тело того или иного существа однородным (и достаточно плотным) поверхностным слоем, толщина которого (например, у крупнейшего морского млекопитающего - кита) достигает полуметра.

Теперь же, когда говорят «тучный», имеют в виду нечто пространное, объемистое и обязательно насыщенное (как дождевая туча) некоторым полезным вещественным содержанием: тучные колосья, тучные нивы, тучный чернозем...

6.1. ОШИБКА ЛЮДВИГА БОЛЬЦМАНА

Знаменитый  ученый Л. Больцман (австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории, член Австрийской академии наук, член-корреспондент Петербургской академии наук и прочая, и прочая) в своем стремлении объяснить сущность жизни был, по меньшей мере, неточен, когда сказал: «Всеобщая борьба за существование, охватывающая весь органический мир, не есть борьба за вещество: химические элементы жизни находятся в избытке в воздухе, воде и земле... это борьба за энтропию» (надо понимать, негэнтропию.- АК.).
Вторая часть приведенного суждения не вызывает сомнения. Что же касается первой его части, то она, как это видится теперь, совершенно ошибочна.

Стремление всего живого к безудержному размножению встречает на самом деле жесткое лимитирующее ограничение и сопротивление, прежде всего, из-за ограниченности на Земле доступных для жизни минеральных веществ. И только беспрерывное чередование жизни и смерти, процессов созидания и разрушения (до полной минерализации) живого вещества с последующим усвоением освободившихся химических элементов новыми поколениями организмов выводит биосферу из, казалось бы, неминуемого тупика и трофического коллапса. Природа нашла способ придать элементу конечному (количественно ограниченному) свойство бесконечного: сообщила ему круговое движение, заставила его вращаться в относительно замкнутом цикле, то есть непрерывно включаться в повторное биологическое использование.

Складирование и депонирование жизненно необходимых минеральных и органических ресурсов, создание долговременного и устойчивого банка возобновимого плодородия, регулирующего непрерывное воспроизводство жизни, приобретает отсюда фундаментальное значение для биосферы, а выяснение механизмов его возникновения и функционирования представляет значительный естественнонаучный интерес.
 
На эту тему в общем-то сказано немало. Уже не первое столетие существует  биологическая и сельскохозяйственная научная и дисциплина почвоведение, а еще значительно раньше люди научились обращаться с почвой в своей практической деятельности, называемой земледелием. Только не надо думать, что в понимании столь многосложной проблемы уже расставлены все акценты.

6.2. В ОБЪЯТИЯХ «ПАУТИНЫ»
 
Так вот чернозем... Говорят, его мощность достигала в былые времена аж трех метров! Царем почв называл чернозем В.В. Докучаев. Как и упомянутый подкожный слой жира, чернозем резко отличается (обособляется уже всем своим внешним видом и цветом) от того, что лежит под ним, в данном случае - от материнской горной породы, но более всего он отличается своим плодородием. Тем удивительным (на бесплодном геологическом фоне), качественно новым содержанием, которое не только нам, людям, очень полезно, но, прежде всего, необходимо для эффективного функционирования всего гигантского организма биосферы.

Процесс созидания и накопления подкожной жировой клетчатки отдельно взятым живым существом всегда имеет центробежный характер, то есть направлен к периферии организма. Кроме того, выданный «на-гора» конечный продукт (вначале весьма подвижный!) немедленно, тут же подвергается переплетению соединительнотканными нитями и оказывается заключенным в сетчатую упаковку, что придает ему стабильность и достаточную устойчивость в дальнейшем относительно внешних силовых воздействий.

Но ведь и распластанный на могучем теле Земли чернозем в принципе исполнен таким же образом. Мало того, что он жирен (насыщен ценным вещественным содержанием, которое с немалым трудом было извлечено когда-то и доставлено на поверхность из неких материнских глубин), так он еще и переплетен, армирован биогенными нитями. Вырезанный из луговой дернины кусок черноземной плоти можно потрясти, помять, уронить, даже погрузить в воду, но все это мало отразится на его форме и целостности, поскольку он заключен в плотную сетчатую упаковку.
 
Думается, что уже после такого краткого сопоставления мы имеем все основания резюмировать: чернозем и подобные ему природные минерально-органические образования в совокупности составляют Тук Земли - глобальную поверхностно-планетарную систему, больше известную нам под названием «почва», «почвенный покров».

Сказать, что этот удивительный природный феномен есть только результат взаимодействия живого вещества с горной породой в определенных географических и климатических условиях (а так, по существу, и следует из классических определений, кочующих из одного учебника почвоведения в другой), - значит сказать не все, упустить из виду нечто весьма важное, принципиальное, быть может, даже самое главное в технологии и в самом успехе почвообразования.

Так называемое «генетическое почвоведение», исповедующее идею постепенного и непрерывного почвообразовательного процесса (идущего чуть ли не с докембрийских времен, когда континенты еще всецело принадлежали микроорганизмам), не дает ответа на вопрос принципиальной важности. Как, в силу каких обстоятельств могло осуществляться в тех далеких условиях прогрессивное (в геологической шкале времени) накопление, удержание и обособление почвенного плодородия по месту его образования? Ведь для этого в природе должна быть какая-то особая сила, способная организовать в коре выветривания неослабевающий поток необходимого для жизни минерального вещества снизу вверх, против гравитации. Кроме того, в условиях господствующих на планете геологических процессов выветривания земной коры, а также эрозии, дефляции и денудации их продукт - рыхлый полидисперсный мелкозем (физическая основа почвы) - имеет тенденцию к перемещению и выносу за пределы своей первичной локализации. Тем более что мы не знаем на Земле «более могучего дробителя материи, чем живое вещество», говоря словами В.И. Вернадского. Как на зыбкой основе жиру просто не на чем завязаться, так и почвенному плодородию не за что зацепиться. И, следовательно, нет обособления почвенного покрова, есть только биогенное выветривание горной породы. Нет почвы, есть элювий.

Вопрос нисколько не проясняется, когда термин «живое вещество» (понимаемое как ведущий фактор почвообразования) заменяют или дополняют такими общими словами, как «живые организмы», «биота», «наземная растительность» и даже «высшее растение». Конкретная физико-механическая природа фактора, способного радикально переломить деструктивную тенденцию, навязать свою волю и обратить эволюцию коры выветривания в сторону стабилизации и созидания на ее поверхности и прямо по месту первичного образования земного плодородия, все равно остается не вскрытой (завуалированной, обезличенной), научно не определенной. Но ведь этот фактор, бесспорно, существует! В противном случае нынешний почвенный покров Земли, который мы наблюдаем на полях и огородах (да и просто под нашими ногами) не был бы реальностью.

6.3. СОЗДАТЕЛЬ И ХРАНИТЕЛЬ ЗЕМНОГО ПЛОДОРОДИЯ – ДВА В ОДНОМ

Да, этот фактор, в самом деле, существует. Этим фактором явился все тот же, вездесущий и всемогущий дендро-морфогенез, о котором я подробно писал в предыдущей своей публикации под названием «Вселенский Арборетум». Только теперь речь пойдет уже о частном (хотя и очень важном и очень распространенном) случае из общей закономерности. Речь здесь пойдет о биологическом ветвлении.
 
Будучи, как и всякая фрактальная конструкция, геометрическим образом хаоса, живое дерево обнаружило универсальную способность строить из него порядок. Оно в процессе эволюции стало всюду возникать на пути материально-энергетического, а также информационного потока как стремление всего живого обуздать их и приспособить к собственным нуждам.

Впервые (когда суша была еще совершенно безжизненна, тоща и бесплодна) подобие дерева появилось в океане, причем в гетеротрофном исполнении. Его облик приобрели, в частности, двухслойные кишечнополостные животные. Затем дерево обильно прорастает внутри трехслойных многоклеточных животных (от примитивной молочной планарии из плоских червей -  до человека), образуя в дальнейшем все их основополагающие морфофункциональные системы - сначала пищеварительную, выделительную, половую, нервную, а затем и дыхательную, кровеносную, лимфатическую.

И лишь после того, как были решены основные проблемы внутреннего обустройства гетеротрофного организма, осуществлен его системогенез (если следовать терминологии П.К. Анохина), дерево приступило (причем по самому большому счету!) к обустройству внешней жизненной среды. Оно приступило к обустройству самой планеты Земля!

Ориентировочно (по данным палеоботаники) в силуре на арену эволюции выходит, наконец, зеленое дерево-автотроф (здесь и дальше в понимании дерева нам следует отойти от узко ботанических стереотипов: любое травянистое растение – тоже дерево, поскольку оно обладает всеми присущими дереву фрактально-геометрическими признаками). Именно здесь, на суше, выйдя из воды и воплотившись в высшее растение, дерево сумело в полную силу и с колоссальным размахом реализовать свой могучий созидательный потенциал.

В поисках воды и минерального питания дерево-автотроф активно проникает в субстрат (порой совершенно твердый и монолитный), выискивая в нем малейшие трещины, разъедает и разрыхляет его изнутри своим крайне агрессивным в биохимическом отношении живым веществом и всасывает найденные биогенные элементы, перемещая их вверх, против силы тяжести. Добытые таким путем дефицитные для жизни материалы идут на построение собственного тела, а затем по мере его старения и разрушения различными гетеротрофами (животными, грибами и микроорганизмами) возвращаются обратно в землю. Понятно, что здесь они переходят в водный раствор и потому могут быстро и необратимо выноситься в гидрографическую сеть поверхностными и грунтовыми водами. Но, прежде чем уйти из жизни, родительское дерево многократно оставляет после себя и распространяет в изобилии жизнеспособное потомство. Оно-то и перехватывает (хотя бы частично) поток ускользающих элементов и вновь направляет его вверх. Так возникает тенденция к обособлению малого биологического круговорота веществ на фоне большого геологического.

Но это только одна половина дела. В своем стремлении максимально развить поверхность контакта с минеральным субстратом дерево интенсивно ветвится и вытягивается своими терминалами так, что они сильно истончаются к периферии и все больше приближаются к нитям. Тем самым дерево в земле попутно становится еще и фактором текстилизации (от лат. texo - тку, сплетаю) ее поверхностного слоя без каких бы то ни было дополнительных материальных и энергетических затрат. Переплетенный нитями (задерненный) рыхлый почвообразующий субстрат теперь стабилизирован, иммобилизован и надежно защищен от разрушения со стороны внешних геологических процессов.

Интегральная мощность этого механизма, если иметь в виду всю планетарную совокупность высших наземных растений (не только древесных, но, прежде всего, травянистых), превосходит всякое воображение. В результате его длительного (в ряду бесчисленных поколений) функционирования и происходит то, что называют биологической аккумуляцией. Малопригодная для жизни или же вовсе бесплодная горная порода с течением времени преобразуется и обособляется (даже на крутых горных склонах!) в плодородное «естественно-историческое» органо-минеральное, «природное», как сказали бы истые почвоведы, тело. И нет в мире иного «технического решения», которому была бы под силу такая грандиозная задача.

Не станем, однако, при всем этом излишне упрощать действительность: почвообразование - сложный и противоречивый, многофакторный и взаимозависимый процесс, необходимо включающий гумификацию органических остатков на очень тонком биохимическом уровне. Созидание почвенного плодородия невозможно без участия великого множества функционально различных живых существ - животных, грибов и микроорганизмов. И об этом много сказано с тех пор, как Ч. Дарвин опубликовал результаты своих исследований по земляным червям. Их значение не следует принижать. Однако надо согласиться и с тем, что вся разнообразная и совершенно необходимая кооперативная (согласованная и симбиотическая) деятельность почвенной биоты (как и живого вещества, вообще) проходит под сенью и могущественным знаком ветвистой растительной системы (которая к тому же является и основным поставщиком биомассы, требующейся для образования и накопления в почве гумуса).

Под этой благодатной сенью открылись широкие и невиданные ранее в истории Земли возможности для биологического формообразования. Континентальная жизнь после длительного периода стагнации (в отсутствие фактора, способного стабилизировать подвижную кору выветривания и создать долгоживущие запасы складированного почвенного плодородия) стала развиваться опережающими темпами в сравнении с океанической. На многие порядки воз¬росла масса живого вещества. Центр биосферы решительно и бесповоротно переместился из океана на континентальную часть планеты. Общее направление процесса эволюции биосферы стало характеризоваться стремительным возрастанием аккумуляции энергии, увеличением сложности и упорядоченности биологической организации, уменьшением информационной и термодинамической энтропии (на что, в сущности, и обратил впервые внимание физик Л. Больцман, упомянутый мною в начале публикации), возрастанием способности системы к саморегуляции.

В то же время под этим созидательным знаком на Земле сложился глобальный водорегулирующий механизм. Континентальная гидрографическая сеть стала организованной и стабильной. Коренным образом изменился характер поверхностного стока, выветривания и осадконакопления. Покрытая почвенно-элювиальным чехлом, кора выветривания оказалась защищенной от пагубного для биосферы интенсивного разрушения внешними динамическими силами и процессами. Изменился лик Земли, который в прошлом имел совершенно иной - редуцированный и примитивный - характер. И, стало быть, именно биологический дендро-морфогенез есть руководящий фактор почвообразования. И даже более того, он есть категория геологического (геоморфологического) порядка.

В.И. Вернадский как геохимик абсолютизировал глобальное значение на Земле живого вещества (его материально-содержательной части), принимая во внимание лишь общую массу вещества, заключенную в нем энергию и биохимическую (геохимическую) активность, безотносительно к воплощению этого содержания в конкретную биологическую форму.  Концепция биологического дендроморфогенеза вносит существенную поправку в это представление, раскрывает активную и даже определяющую роль ветвистой биологической формы, приобретя которую, живое вещество реализует свой содержательный потенциал максимально эффективным образом.

6.4. КУЛЬТУРНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В БИОСФЕРЕ

Перенесем теперь наше внимание к практике, которую, как известно, называют критерием истины. Многое изменилось с тех пор, как земля стала (говоря теперь уже языком экономистов) предметом труда, средством труда и орудием производства. На всей территории современной суши, отнятой человеком у дикой растительности и отданной культурным растениям, установился иной порядок. Естественное почвообразование в значительной мере приостановлено и заменено техногенными процессами, которые в совокупности именуются земледелием. Земледелие же - «система воздействия на почву с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур».

А чтобы урожаи и в самом деле были очень высокими и стабильными, в мире создана мощная химическая индустрия, производящая и поставляющая ежегодно на поля многие десятки миллионов тонн минеральных удобрений. За ними-то теперь и закрепили (не без основания!) старинное слово «тук», сузив до предела и предав забвению его первоначальный смысл. Полагаясь, видимо, на силу минеральных туков и передовую агротехнологию, научное земледелие провозгласило (в пику мальтузианским теориям) в высшей степени оптимистический постулат, состоящий в том, что при так называемой правильной эксплуатации почв их плодородие не только не снижается, но даже неуклонно возрастает. Посмотрим, однако, что из всего этого на деле вышло.

Раньше дерево-автотроф само заботилось о себе. Оно устремлялось в землю, сильно ветвилось и развивало там мощную текстуральную систему. Теперь попечение о нем взял на себя человек. Удобрение, орошение, рыхление, защита от неблагоприятных внешних факторов, словом - всесторонний уход за культурным растением изнежили его и лишили необходимости предпринимать усилия. Регулярное внесение водорастворимых азотных, фосфорных, калийных и прочих минеральных туков, включая микроэлементы (культурные растения оказались в состоянии усваивать их не более чем наполовину, остальное беспрепятственно уходит в гидрографическую сеть!), породило противоестественный для почвенного режима феномен: в почве стал преобладать нисходящий (центростремительный) поток биогенного вещества, вызвавший в свою очередь недоразвитие (за ненадобностью) корневой системы культурных растений.               

В порядке иллюстрации привожу здесь данные, полученные Ю.С. Толчельниковым (1990). Если на типичных черноземах масса корней естественного разнотравья превышает массу его надземной части в 5-6 раз (в сухой степи в 10-12, а на горных лугах - почти в 100 раз), то на сельскохозяйственных полях это соотношение резко сдвинулось в пользу надземной части. Так, у зерновых культур (при урожайности 30 ц/га) надземная масса составляет 60 ц/га, а подземная - не более 30 ц/га. Растения в культуре, стало быть, не только потеряли способность интенсивно извлекать из геологического субстрата рассеянные в нем элементы зольного питания (а то малое, что все-таки удалось добыть, отчуждается вместе с урожаем), но и в значительной мере утратили свои текстуральные функции. Результат: эрозионная устойчивость отданных им земель существенно снизилась.
               
А тут еще периодическое перепахивание почвы. После каждой такой катастрофы она и вовсе лишается текстуральной основы, становясь совершенно беззащитной перед водой и ветром. К тому же тракторный плуг оставляет за собой довольно глубокие и длинные борозды. Последние, будучи нарезанными, как правило, вдоль склона (так легче пахать!), открывают путь воде, которая размывает и уносит с собой взрыхленную почву, а затем и подпочву. Появляются зияющие пустотой овраги.

Ослабление (а то и  полное выключение) роли ведущего образователя и хранителя почвенного покрова вызвало в современной биосфере грандиозный всплеск денудации, которая, по оценке специалистов, уже превысила в 2,5 раза естественный фон. Огромные массы континентального складированного плодородия, которое кропотливо создавалось на Земле в течение тысячелетий, пришли в движение и направились по рекам в сторону Мирового океана, который постоянно испытывает минеральный голод и по отношению к которому суша всегда была главным источником его удовлетворения.

Казалось бы, нет худа без добра: биогенные вещества все равно остаются в биосфере. Но океан в целом обладает весьма незначительной (по сравнению с сушей) биологической продуктивностью. Так что само по себе отчуждение континентального плодородия в пользу океана (сверх установленной природной нормы) не просто малоэффективно, но крайне расточительно для биосферы.

Часть смытой почвы по пути следования в океан оседает в виде илистых отложений в поймах (и особенно дельтах) рек, которые в принципе и без того характеризуются высоким плодородием (не случаен расцвет в нижнем течении Нила древнеегипетской цивилизации), поскольку исторически, в условиях нормальной денудации, сложены были из таких наносов. Кроме того, всякого рода понижения континентального рельефа (подножия гор, днища балок, бессточные и проточные внутренние водоемы, пруды, озера, искусственные водохранилища и т. п.) стали местом аккумуляции сносимого почвенно-элювиального материала.

Именно по этой причине, вчера еще чистые и глубокие, полные разнообразной жизни озера, сегодня прекращают свое существование, а на их месте образуются линзы органо-минерального вещества. Последние по своим питательным достоинствам могут значительно превышать смытые с прилегающих полей почвы. Да только и в этом нет позитивного смысла ни в глобальном, ни в узкоутилитарном (человеческом) понимании: происходит бесполезное и даже контрпродуктивное собирание и захоронение почвенного плодородия, а, следовательно, и выведение его из биологического круговорота.
               
Но почва транспортируется еще и по воздуху! Так, если в Северном Китае пашут землю, эоловый «дождь» выпадает на Гавайских островах. Столь же регулярно на амазонскую сельву опускается африканская пыль, в которой, между прочим, содержатся дефицитные для влажного тропического леса микроэлементы, а также щелочные и щелочноземельные металлы. Казалось бы, и здесь беда обернулась нечаянным благом. Однако плата за такое суперэкстенсивное «природопользование» всегда слишком высока.
 
Достаточно вспомнить, например, как чудовищно пострадал от пыльных бурь почвенный покров США в результате стремительного освоения колонизаторами новых земель, со всеми вытекающими отсюда последствиями для экономики страны. Охваченный ими огромный регион (включая штаты Техас, Оклахома, Канзас, Колорадо и Нью-Мексико) получил название «Пыльная чаша». Равным образом катастрофическая дефляция охватила Казахстан, Алтайский край и Западную Сибирь вслед за тотальной распашкой плодородных целинных земель. Уже через несколько лет после начала поспешной кампании урожайность зерновых на этих потенциально очень плодородных землях упала до 1,5-0,5 ц/га.

6.5. КАК ЖЕ БЫТЬ БЕЗ ЦАРЯ?

Почвенное плодородие - экологический фундамент и щит современной биосферы - неуклонно падает. Мы теряем почву под ногами в буквальном смысле. В принципе возобновимый природный ресурс перешел в категорию невозобновимых - мы расходуем его, как нефть, газ и тому подобные полезные ископаемые. Тук Земли не только тощает содержательно - быстро и необратимо разрушается сама его физическая плоть.
 
Мерный столб, предусмотрительно забитый американскими почвоведами вровень с поверхностью тучного когда-то чернозема (штат Флорида,1924 ), к настоящему времени «вырос» (обнажился) уже более чем на метр. Очень грозный симптом! Сходная тенденция наблюдается во всех регионах распространения черноземных и других высокоплодородных эксплуатируемых почв. Но если чернозем - царь почв и он оставляет нас, то как же быть без царя?

Положим, не всюду на Земле катастрофа развивается так быстро, а приведенный пример не является среднестатистическим. Однако доподлинно известно, что из 3,5 млрд. га плодородного почвенного покрова, освоенного человечеством за всю историю земледелия, уже вышло из строя 2 млрд. Но и оставшаяся в хозяйственном обороте площадь, равная 1,5 млрд. га, прогрессивно сокращается. Особенно ускорилась потеря почвенного покрова за последние десятилетия. Она составляет сейчас, по разным оценкам, 8 - 15 млн. га в год.

Тук Земли пришел в состояние вырождения, упадка, инволюции, деградации. Земледелие уже сегодня вынуждено переходить в ряде регионов планеты преимущественно на режим искусственного плодородия. Допустим, урожайность сельскохозяйственных культур можно какое-то время поддерживать в условиях этого режима на высоком уровне путем неимоверных энерговложений в каждый гектар возделываемого поля, рискуя вызвать негативные экологические последствия. Но оскальпированная Земля стремительно теряет приобретенный в течение миллионолетий водорегулирующий механизм, что сопровождается изменением гидрологического режима, аридизацией и опустыниванием огромных территорий.

Такой поворот событий вызвал в ученом мире глубокую озабоченность и определил переориентацию земледелия на зональные почвозащитные системы, в основу которых положена главным образом минимизация механической обработки почвы.
В агрономическую практику последних десятилетий вошли плоскорез, безотвальное и бесплужное земледелие. В ряде случаев их использование принесло весьма обнадеживающие результаты, особенно в пострадавших от дефляции засушливых регионах. Однако подобные, паллиативные по своему характеру, меры едва ли способны радикально изменить тенденцию.
 
Как не вспомнить в этой связи дальновидного В.Р. Вильямса, который придавал решающее значение посевным многолетним травам с их мощной текстуральной системой в сохранении почвенного покрова и поддержании его плодородия. Ныне эта агрономическая парадигма, как отвечающая объективному и непреложному принципу дендро-морфогенеза в живой природе, не только сохраняет свою актуальность, но и обретает новые перспективы.

Так уж вышло (и на то были объективные предпосылки), что генеральное направление эволюции земледелия с самого начала стихийно пошло по пути отбора и внедрения в производство главнейших продовольственных культур преимущественно в качестве однолетних форм. В этом, как теперь видится, была далеко идущая (хотя и совершенно вынужденная, неизбежная) стратегическая ошибка цивилизации. И вот почему. Однолетние формы культурных растений заставляют ежегодно осуществлять, как правило, глубокую вспашку для подготовки почвы к очередному посеву, а это максимально повышает риск разрушительной эрозии. Теоретически, если бы удалось получить многолетние аналогичные формы растений (хотя бы хлебных злаков), то их внедрение даже на части обрабатываемых земель могло бы иметь огромные позитивные последствия в деле сохранения почвенного покрова Земли.

Возможно, в этом и кроется одно из перспективных направлений экологической стратегии человечества. В принципе непреодолимых биологических барьеров на этом пути нет, особенно если учитывать возможности генетической инженерии.

Да только хватит ли на это воли у одержимого, как и прежде (и даже еще больше), сиюминутной выгодой «человека разумного»?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Универсальный (вездесущий и всемогущий) дендро-морфогенез как фундаментальное и всеобъемлющее свойство Природы получил очень мощное и очень специфическое проявление в биологической сфере.

Проникновение в кору выветривания биологического ветвления на определенном этапе эволюции биосферы явилось основополагающим фактором образования и одновременно защиты континентального почвенного плодородия от внешних деструктивных воздействий.
 
Убедительным экспериментальным доказательством того стала прогрессивная утрата почвенного плодородия (тука Земли) на фоне ослабления присутствия названного фактора в почвенном покрове вследствие его интенсивного хозяйственного использования в процессе земледелия и растениеводства.

ПОСЛЕСЛОВИЕ. ВСЕЛЕНСКАЯ ПАУТИНА.


                Отец-Матерь прядет Ткань…,
                Ткань эта есть Вселенная.
                Как паук выбрасывает и вытягивает свою паутину,
                так и Вселенная происходит…

                Ведическая космогония


Современная естественнонаучная картина мира примечательна по самому большому счету тем, что в ней стали появляться различного рода нити. Физики-теоретики в своих построениях широко используют такие понятия, как «энергетическая ткань», «паутина», «пряжа»; «энергетические волокна», «фибриллы», «жгуты», «веревки», «канаты» и т. п. Причем не в переносном, а в самом, что ни на есть прямом и фундаментальном значении. Нить стала инструментом и способом понимания мироустройства.

Вселенную на макроуровне ныне сравнивают с бесконечной трехмерной паутиной. Более того, современная модель Вселенной удивительнейшим образом напоминает текстуральную структуру не только биологической ткани, но даже отдельно взятой живой клетки.
 
При всем этом следует особо выделить так называемую струнную теорию. Согласно струнной теории всякое физическое поле, оказывается, есть не функция точки, как принято было считать, а функционал линии в буквальном смысле этого слова. Все элементарные частицы возникают в результате возбуждений неких вакуумных струн и определяются той или иной частотой их колебания. Сама же отдельно взятая струна (как неделимая первооснова) представляет собой предельно тонкую нить, которая, как и подобает нити, способна изгибаться, сворачиваться, образуя причудливые клубки, и даже наматываться на что-то. Переплетаясь между собой и цепляясь друг за друга, струны образуют и создают материю.

Теория струн предлагает и другие феноменологические сценарии. Один их самых интересных заключается в том, что наряду с крайне малыми нитями, длина которых сопоставима с  так называемой планковской величиной, космическое пространство предельно заполнено паутиной вездесущих нитей межгалактических или даже вселенских размеров. Будучи невероятно тонкими и длинными, эти нити обладают в то же время фантастически огромной прочностью на разрыв и многими другими необычными свойствами. Именно они в совокупности и создают, возможно, «темную» материю, которая составляет примерно девять десятых всей массы Вселенной.

В этой связи уместно напомнить, что еще советский академик Я.Б. Зельдович в свое время пришел к пониманию того, что в мире существуют нити (названные им космическими), которые имеют колоссальную длину, соответствующую диаметру Вселенной. Они возникли в первые мгновения Большого взрыва, замкнувшись на противоположных краях Вселенной и увеличиваясь в длине по мере расширения ее пространства. Каждая струна способна изгибаться, перехлестываться сама с собой, обрываться, порождая при этом замкнутые топологические фигуры. Имея огромную массу, эти невидимые «ниточки» сильнейшим образом искривляют пространство со всеми вытекающими отсюда глобальными последствиями.

Подобные представления - не плод фантазии. За ними стоят весьма серьезные исследования, громадный интеллектуальный труд и замечательные творческие озарения большого числа талантливых ученых, очень глубокая физика и математика. Кроме того, они обладают высокой красотой и симметрией (в физическом смысле), то есть соответствуют тому критерию, который стал главным эвристическим принципом современного естествознания. Наконец, эти идеи просто «достаточно безумны, чтобы быть правдоподобными», как считают многие физики-теоретики.

Струнные концепции (их современное развитие оформилось в, так называемую, М-теорию) обещают новую революцию в естествознании. Общая теория относительности и квантовая механика, существуя и развиваясь независимо друг от друга, очень долго не могли найти общий язык для взаимного понимания и плодотворного сотрудничества. Теперь же появляются определенные надежды на примирение этих двух фундаментальных теорий в рамках одной, еще более универсальной парадигмы. Именно теория струн надеется окончательно объединить все силы природы, стать способной привести, наконец, все известные физические взаимодействия (электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное) к общетеоретическому знаменателю, выработать новые представления о пространстве и времени, разрешить важные загадки квантовой гравитации и космологии, создать «единую теорию поля». С помощью теории струн, которая превосходно согласуется с выдвинутой ранее идеей Калуцы - Клейна о многомерности пространственно-временного континуума, предполагается не только вывести все фундаментальные свойства нашего мира, но и выйти за его пределы.

Будущее покажет, насколько оправдаются надежды, связанные с теорией струн. Но, как бы то ни было, рассмотренная мною текстуральная концепция биосферы весьма соответствует этой «безумной» идее и может расцениваться даже как ее вещественное дополнение и подкрепление с биологического фланга.
 
Весь наш мир - это подвижная, сотканная из нитей энергетическая ткань, в которую органически вплетены нити земной белково-нуклеиновой жизни, представляющие собой в одних местах филигранную вязь, а в других - переплетенные лианами непроходимые джунгли, имеем ли мы в виду отдельно взятую биологическую клетку или же биосферу в целом.