о жизни на Земле, клетках и других особенностях биосферы

Г И П О Т Е З Ы. Д И С К У С С И И. П Р О Б Л Е М Ы

УДК573.55 + 576.3/.7 О ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ, КЛЕТКАХ И ДРУГИХ ОСОБЕННОСТЯХ БИОСФЕРЫ

© 2011 г. Ю.С. Кононов

ФГУП "Нижне-Волжский НИИ геологии и геофизики"

В журнале "Недра Поволжья и Прикас-пия" (2010, Вып.63) опубликована статья Б. Жигулина "Жизнь на Земле. Кто ею управляет?" [8]. В приведенном примечании редакции отмечено, что статья получена неожиданно, и ... прямого отношения к ... журналу не имеет. Однако в ней можно усмотреть философское осмысление гипотез происхождения жизни на Земле, ... декларируя собственную точку зрения на эту ... проблему. Отмечается также, что в приведенных мыслях можно усмотреть кое-что полезное для понимания . научных концепций о происхождении жизни на Земле на клеточном уровне, и . это . имеет все-таки, хоть и косвенное, отношение к темам, освещаемым на страницах ... издания. Соответственно статья публикуется в дискуссионном порядке, что дает основание высказать по поводу затронутых вопросов ряд соображений, которые мне представляются более близкими к тематике журнала. Поэтому, несмотря на то, что обсуждаемая статья очень невелика по объему, она требует гораздо более пространных комментариев, поскольку в ней, образно говоря, "смешались кони, люди ." Прежде всего это относится к отмечаемому редакцией философскому осмыслению происхождения жизни на Земле (и ее управлению?).

Философский или мировоззренческий аспект при изучении земных недр и истории развития Земли вообще в наибольшей мере проявляется на глобальном уровне, а по мере перехода к региональному и локальному условиям можно считать его ослабевающим. В то же время, например, изобретение микроскопа дало мощный толчок к изучению природных объектов на ранее недоступном уровне, включая клеточное строение биологических объектов. В частности, в геологии, применительно к задачам литологии и петрографии, это - минерально-кристаллический уровень, а в области биостратиграфии и палеонтологии - уровень, условно именуемый микропалеонтологией и палинологией (палеопалинологией). Кстати, такие исследования достаточно широко развиты в геологических организациях Поволжья и Прикаспия, включая НВНИИГГ, издающий журнал "Недра Поволжья и При-каспия".

Между прочим, примерно в середине прошлого века академик А.Л. Яншин отметил, что в прагматическом отношении развитию микропалеонтологических и палинологических исследований способствовали буровики. При вскрытии пород скважинами геологическая информация о находящихся в них органических остатках содержится в весьма ограниченных по размерам образцах керна и еще более раздробленном шламе. Возможности обнаружения в таких условиях макроостатков, встречаемых в естественных и искусственных обнажениях пород, включая шахтные выработки, крайне ограничены. При резком нарастании во второй половине XX века объемов бурения на нефть и газ микропалеонтология и палинология для биостратиграфов (в том числе в НВНИИГГ) стали поистине "палочкой-выручалочкой". Примерно в это же время к ним

присоединилось изучение харовых водорослей. В становлении этого нового биостратиграфического направления большую роль сыграл саратовский геолог Ф.Ю. Киселевский. К числу важнейших геологических объектов, для которых это направление оказалось весьма значимым, например, относятся верхнепермско-триасовые (преимущественно красноцветные) отложения При-каспия. В них порою не удается обнаружить ни микрофауны, ни спор, ни пыльцы, а хары все же при этом встречаются. Соответственно такие образцы перестают быть биостра-тиграфически "немыми".

Применительно к философскому, мировоззренческому или методологическому аспектам развитие микропалеонтологических исследований в обобощенном виде (включая споры и пыльцу, а также харофиты) можно считать важным по крайней мере в двояком плане. С одной стороны, они расширяют спектр биостратиграфических исследований. К тому же споры и пыльца характеризуются очень широким ареалом распространения. За счет далеких переносов преимущественно атмосферными потоками они захороняются одновременно и в наземных (континентальных), и в водных (в том числе морских) условиях. С учетом указанного обстоятельства в отечественной биостратиграфии был разработан и успешно используется принцип хронологически взаимозаменяемых признаков (ХВП). При этом, если упомянутый принцип изначально выдвигался как биостратиграфический [11], то для корреляции разнофациональных (и разноформа-ционных) отложений он приобретает более широкое значение. С другой стороны, развитие микропалеонтологии в общем может считаться переходом от изучения ископаемых остатков многоклеточных организмов преимущественно к одноклеточным. Еще более далеко в таком направлении палеонтология и биостратиграфия продвинулись после создания и использования в геологии электронного микроскопа. В том числе ныне получила развитие бактериальная палеонтология [3], которая имеет особенно важное значение для изучения дофанерозойских геологических образований, когда более сложных организмов на Земле еще не существовало. Появляющиеся в последнее время все более часто публикации в таком плане позволяют по-новому оценить высказывавшиеся ранее соображения об ограниченности биостратиграфии фанерозоем [17]. Кроме того, в данном случае биостратиграфия сочетается с применением определения абсолютного возраста пород [16 и др.].

Очевидно, следует также упомянуть, что к концу прошлого века появились соображения о некоторых более общих особенностях бактериосферы или фанеросферы [15]. В том числе отмечалось, что бактерии по сравнению с другими видами простейших, одноклеточных организмов адаптируются в наиболее широком диапазоне физико-химических, в частности, термобарических условий. Видимо, то же самое относится к гораздо менее изученным ныне вирусам, но успехи бактериальной палеонтологии позволяют надеяться на успехи и в этом плане. Пока же можно считать, что бактериосфера (фанеро-сфера) включает и собственно бактерии, и вирусы. При ее выделении отмечалось в том числе, что она отличается высокой биопродуктивностью и составляет значительную, если не основную, часть биосферы. Отмеченные особенности в статье Б. Жигулина даже не упоминаются, хотя без этого говорить о жизни на Земле практически бессмысленно. В познавательном плане это можно было бы назвать "копанием вглубь". "Да и не надо нам копать до конца, надо жить в гармонии с клеткой, исходя из благородных ее целей" - пишет автор статьи.

Как можно оценить такое, мягко говоря, своеобразное изречение в рассматриваемом плане, в том числе в рамках преимущественно прикладной науки, например существующей в НВНИИГГ? В таком плане оно прежде всего антинаучно, поскольку наука (и фундаментальная, и прикладная) по своей сути призвана постоянно "копать", все глубже и глубже, без "конца". В сущности, именно этим она ежечасно и ежеминутно занимается в каждом конкретном случае. Иначе она бы не была наукой, и не было бы известно о клеточном строении биологических объектов. Ныне же с его особенностями может ознакомиться каждый желающий [14]. Между прочим, Б. Жигулин упоминает о наступлении эпохи космонавтики. Делается это как-то вскользь. Вроде бы она наступила сама собой. Отнюдь. Наступлению ее, как и многим другим важным вехам развития научно-технического прогресса, предшествовало очень длительное и кропотливое "копание". Да и сама космонавтика по сути то же самое. Как бы ни хотелось автору, но прекратить такое развитие невозможно, а подобные призывы бессмысленны.

В философском аспекте призыв "не копать" отдает старым агностицизмом, в основном соседствующим с субъективным идеализмом, чуждым естествознанию в целом. Наиболее наглядно это (главным образом - на примере физики) было показано около века тому назад [10] и фактически, как оказывается, остается актуальным и в наши дни. В данном случае затрагивается геобиологический аспект. А непосредственно у Б. Жигулина в философском отношении получилось какое-то непонятное смешение объективного и субъективного идеализма. Более подробно на этом останавливаться нет необходимости. Однако все же следует отметить, что его "кредо" в целом противопоказано прежде всего именно геологии и естествознанию в целом. Они по своему содержанию имеют постоянные теснейшие прямые и оборотные связи с диалектическим материализмом. В том числе, например, диалектика развития Земли особенно наглядно проявляется в ее биосфере, а если говорить о традиционных геологических науках, - то в палеонтологии и стратиграфии, о которых уже частично шла речь (но не у Б. Жигулина).

Подавляющее большинство того, что говориться Жигулиным о клетках и о человеке, включая приведенное изречение, вообще не выдерживает критики. В частности, клеткам придаются совершенно не свойственные им функции, а действительно связанное с особенностями их строения выделение прокаристов и эукариотов даже не упоминается. Близки к истине лишь высказывания по поводу деления клеток. Однако и здесь по крайней мере необходимы уточнения. Так, уже давно известны две разновидности такого деления (мейоз и митоз) и их особенности [14]. В известной мере обе разновидности двойного парного деления клеток могут рассматриваться в качестве примеров количественной ограниченности природных систем их системообразующими факторами (СОФ). В принципе, они сходны с другими подобными материальными системами в геологии и смежных с ней областях естествознания [9].

Применительно к рассмотрению философского или мировоззренческого аспекта, очевидно, следует отметить важное значение выдвижения Л. Берталанфи в 1968 г. "Общей теории систем". С тех пор системный подход и системный анализ, как его составная часть, получили широкое развитие. Не вдаваясь в подробности, достаточно вспомнить, что в 80-х годах XX века на Всесоюзных конференциях по системному подходу в геологии (и смежных областях естествознания) были представлены сотни докладов. В том числе в них, с одной стороны, рассматривались особенности развития биосферы, а с другой, - давалась оценка качественно-количественных соотношений СОФ. Довольно активно в таких конференциях участвовали и сотрудники НВНИИГГ. Применительно же к общей теории систем наиболее важное значение в сфере геологии до сих пор придается исследованиям Ю.А. Урманцева [18 и др.], а в разработке представлений о системном движении материи - А.Н. Дмитриевского с соавторами [7 и др.]. Без учета этого разговор о жизни на Земле выглядит по меньшей мере несерьезным.

В статье Б. Жигулина как бы мельком затронуты некоторые геологические (или глобально геологические) вопросы, причем делается это так, как будто они не были предметом обсуждения прежде всего в отечественной литературе. В частности, речь идет о глобальных катастрофах на примере быстрого исчезновения динозавров. На самом деле такие вопросы обсуждались неоднократно и многие из них получили однозначное толкование. Например, в этом отношении достаточно вспомнить сравнительно недавно опубликованную статью С.Г. Неру-чева, посвященную периодичности геологических и биологических событий фанерозоя [12]. В ней, во-первых, вымирание динозавров рассматривается как частный случай среди многих периодических событий подобного рода. Во-вторых, отмечается, что хотя в геологическом плане такие события выглядят как кратковременные, тем не менее их продолжительность была более одного миллиона лет (это, примерно, сопоставимо с продолжительностью антропоге-на). Что касается самих динозавров, то их появление и вымирание - частный случай среди пресмыкающихся, то есть в целом не отличается от общей тенденции. Последняя заключается в том, что вымирание одних видов, родов и т. д. происходит на фоне новообразований соответствующих таксонов. Не вдаваясь пока более подробно в соотношение катастроф и более плавных, малозаметных изменений геологической обстановки, можно лишь заметить, что, по мнению большинства исследований, они сочетаются между собой. Наиболее яркое выражение это находит в широко наблюдаемой георитмике и геоцикличности (которые, к сожалению, иногда путаются). Впрочем, для Б. Жигулина такие геологические аспекты, включая их отражение в биосфере, не важны. Он предполагает лишь такую глобальную катастрофу, при которой может исчезнуть весь органический мир.

В геологическом или геобиологическом отношении достаточно существенное значение имеет задаваемый Б. Жигулиным вопрос: "Откуда появилась клетка?" Однако попытка ответить на него в сущности оказалась весьма примитивной, в отличие от широко распространенных ныне воззрений, которые просто игнорируются. Например, он ссылается на опыт американского ученого С. Миллера, который в 1953 году синтезировал из неорганических веществ простые органические соединения, входящие в состав клетки. Однако общепринято считать, что первым синтез органических веществ из неорганических еще в Х1Х-м веке осуществил П.Э.М. Бертло, причем этим он нанес поражение принятым в то время представлениям о "жизненной силе". Между прочим, Бертло был иностранным членом Российской Академии наук, а полученный им результат мог сказаться на предложенной Ф. Энгельсом формулировке о том, что жизнь есть форма существования белковых тел. Ныне вполне обоснованно предполагается, что на Земле (и именно на Земле) были в свое время (в условиях первичной восстановленной атмосферы) весьма благоприятные условия для синтеза белков. К наиболее благоприятным геокосмическим условиям, предопределившим возможность образования белковых соединений (или биосинтеза) на Земле, на современном уровне знаний могут быть отнесены следующие. Прежде всего Земля уникальна среди других планет Солнечной системы по характеру соотношений ее с Солнцем. Так, оказываются очень близкими отношения максимального расстояния между Землей и Солнцем и его диаметра к диаметру Земли. В свою очередь это сопровождается подобными же связями ряда других параметров, а в данном случае определяет благоприятные термобарические условия на поверхности планеты. Например, установлено, что по крайней мере в фанерозое среднегодовая температура в основном не превышала +20о С, а ее колебания в так называемые ледниковые периоды и периоды потепления климата находились на уровне примерно 10о С. Мало

менялась и величина атмосферного давления на поверхности Земли, где в основном развивалась жизнь.

В геокосмическом плане для Земли характерно также наличие единственного крупного спутника (Луны) со значительным эксцентриситетом орбиты. В таких условиях наблюдается смещение барицентра Земли относительно центра с образованием своеобразного колебательного контура и давно известной микрогеокосмической ритмикой. Наряду с ней в последнее время удалось выявить мегаритмику, обусловленную "приходами-уходами" Луны [11]. По сравнению с другими планетами Солнечной системы, испытывающими ритмику галактических воздействий и Солнца, у Земли есть свой дополнительный колебательный контур. Он, несомненно, воздействует и на геофизические поля Земли, и на протекающие на ней гео- и биогеохимические процессы.

При геосферной дифференциации Земли для последующего биосинтеза, очевидно, весьма важно образование самостоятельной жидкой гидросферы. Она к тому же пронизывает часть литосферы и перемешиваемой атмосферы. Для жидкой воды важно то, что она обладает системой аномальных физических свойств [5], а ее диссоциация способствует образованию и кислот, и оснований. Кстати, в последнее время установлено, что присутствующие на Земле и отсутствующие на других планетах граниты земной коры могут быть получены при воздействии воды на базальты [4]. В рассматриваемом плане при наличии на Земле жидкой гидросферы наиболее существенно ее соотношение с атмосферой. В целом оно оценивается как квазиравновесное состояние. Однако при этом нижняя, перемешиваемая часть атмосферы [2] по мере приближения к жидкой гидросфере все более насыщена парами воды, находящимися в конденсат-но-аэрозольном состоянии. Здесь осуществляется постоянный круговорот воды, очень часто носящий турбулентный, вихревой, ураганный характер, сопровождаемый такими процессами, как кавитация и др., в том числе повышающими реакционные способности воды.

Важной особенностью Земли, способствующей активизации на ней геохимических процессов, включая возможность биосинтеза, общепринято считать наличие электромагнитных полей, испытывающих регулярные и нерегулярные колебания. В том числе, например, образованная при геосфер-ной дифференциации магнитосфера совместно с радиационным поясом оценивается в качестве экрана, защищающего биосферу от жесткого космического излучения. С другой стороны, в последнее время установлена биологическая активность так называемой магнитной воды. Однако, строго говоря, "немагнитной" воды вообще при наличии у Земли магнитного поля не бывает. Особенности земного электричества, включая грозовые разряды, наиболее изучены для нижней части атмосферы [2], контактирующей с литосферой и гидросферой. Наиболее интенсивно оно проявляется в ходе вихревых процессов.

Практически все процессы, протекающие на Земле, имеют непрерывно (или постепенно) - скачкообразный характер. В геобиологическом отношении на это было обращено внимание в виде разработки эволюционной теории Лайеля-Дарвина и теории катастроф Кювье. В философском плане оба подхода объединились в диалектике Гегеля, которой Энгельс придал материалистическое содержание. По мере развития уже упоминавшегося системного подхода особое внимание стало уделяться саморазвивающимся системам или синергетике. В рамках такого направления обычно речь идет о сочетании линейных и нелинейных процессов, в том числе в геодинамике [1, 13 и др.], и переходе одних в другие в точках бифуркации. В более традиционных представлениях здесь происходит скачок, коренное качественное изменение, катастрофа, флуктуация. Вполне обоснованно можно полагать, что именно в таких условиях происходит и биосинтез.

Наконец, в рассматриваемом плане достаточно важное значение имеет сравнительно недавно разработанная термодинамическая модель эволюции сопряженных процессов [6]. При геосферной дифференциации Земли очень важными для последних являются условия одновременного взаимодействия трех сопряженных геосфер - литосферы, гидросферы и атмосферы. Их наиболее правомерно уподобить современной литорали. Здесь происходит интенсивное перемешивание не только водно-воздушных масс с такими сопутствующими процессами, как кавитация, грозовые разряды, но и сильно измельченного минерального состава пород в воде. В этом их отличие от других сопряженных процессов. Химический же состав первичной атмосферы для синтеза белковых соединений (биосинтеза) был наиболее подходящ.

Отмеченные особенности вполне согласуются с ныне уже многочисленными опытами отечественных и зарубежных исследователей по синтезу органических соединений, типа белков, подтверждая возможность природного биосинтеза. Более сложен другой вопрос, связанный с необходимым временем образованием из белковых соединений первых одноклеточных организмов. Судя по всему, это в основном были

бактерии, еще не содержащие клетчатки и главным образом относимые к прокариотам. Сегодня наиболее древние определимые микрофоссии удалось выявить в протерозойских образованиях. Преимущественно они представлены цианобактериями, наряду с которыми иногда встречаются простейшие грибы и др. К концу же протерозоя появляется эдиакарская фауна, а в фаренозое, начиная с кембрия, получают развитие многоклеточные организмы (эукариоты). Выявлению же самых ранних одноклеточных могут способствовать дальнейшие успехи в развитии бактериальной палеонтологии, в ее "копании".

В конце своей статьи Б. Жигулин пишет (с.66): "Когда я пришел к выводам, о которых написал, я успокоился, смысл стал очевиден". К сожалению, это не смысл, а вымысел. Приведенные замечания, хотя и в краткой форме, все же отражают подлинное состояние современных геобиологических исследований, включая представления о биосфере как особой геосфере, свойственной именно Земле. Все они слишком далеки от выводов Б. Жигулина, от излагаемой им точки зрения на жизнь. А от современной науки, включая геологию, они находятся где-то далеко на "обочине". Поэтому мне усмотреть в них хоть какое-то полезное начало, в отличие от более оптимистического примечания редакции журнала, все-таки не удалось.

Л ит ер ат у ра