Размножение организмов и геохимическая энергия живого вещества

§ 25. Растекание размножением в биосфере зеленого живого вещества является одним из характернейших и важ­нейших проявлений механизма земной коры. Оно обще всем живым веществам, лишенным хлорофилла или им обладающим, оно — характернейшее и важнейшее выявление в биосфере всей жизни, коренное отличие живого от мертвого, форма охвата энергией жизни всего простран­ства биосферы. Оно выражается нам в окружающей приро­де во всюдности жизни, в захвате ею, если этому не препят­ствуют непреодолимые препятствия, всякого свободного пространства биосферы. Область жизни — вся поверхность планеты. Если какая-нибудь часть ее оказалась безжиз­ненной, в короткий или медленный срок она неизбежно будет захвачена живыми организмами. Мера геологического времени в истории планеты — небольшой промежуток, и мы видим, как в это время вырабатываются организмы, приспособленные к жизни в условиях, которые раньше делали ее невозможной. Область жизни, по-видимому, расширяется в геологическом времени (§ 119, 122), и, во всяком случае, несомненно, что она всегда охватывает или стремится охватить до конца все доступное ей простран­ство — на протяжении, вероятно, всей геологической ис­тории. Ясно, что это стремление является отличительной чертой живого вещества, а не проявлением чуждой ему силы, как, например, при растекании песчаной кучи или ледника под влиянием силы тяготения.

Растекание жизни — движение, выражающееся во всюдности жизни — есть проявление ее внутренней энер­гии, производимой ею химической работы. Оно подобно растеканию газа, которое не есть следствие тяготения, но есть проявление отдельных движений частиц, совокупность которых представляет газ. Так и растекание по поверхно­сти планеты живого вещества есть проявление его энер­гии, неизбежного движения, занятия нового места в био­сфере новыми, созданными размножением организмами. Оно есть проявление прежде всего автономной энергии жизни в биосфере. Эта энергия проявляется в работе, про­изводимой жизнью, в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. Я буду называть ее геохимической энергией жизни в биосфере.

§ 26. Это движение живых организмов путем размно­жения, совершающееся с удивительной и неизменной ма­тематической правильностью, идет в биосфере непрерыв­но и является характернейшей и важнейшей по своим эффектам чертой ее механизма. Оно идет на земной поверхности — на суше, оно проникает все водоемы, в том числе гидросферу, оно видно на каждом шагу в тропосфе­ре; в форме паразитов оно охватывает все другие живые существа, имеет место внутри самих живых веществ.

Неуклонно и неизменно оно длится без перерыва и без замедления мириады лет, все время совершая огром­ную геохимическую работу, являясь формой проникнове­ния энергии солнечного луча в нашу планету и ее распре­деления по земной поверхности.

Мы должны видеть в нем не только перенос материаль­ных тел, но и передачу энергии. В связи с этим и перенос материальныхтел размножением есть процесс особенный.

Это не есть простое механическое передвижение тел по земной поверхности, независимых, не связанных с той сре­дой, в которой они двигаются. Среда, в которой они дви­жутся, не только обусловливает своим сопротивлением тре­ние, как это имеет место в движении тел под влиянием тяготения. В этом движении связь со средой глубже — оно может идти только под влиянием газового обмена движу­щихся тел и той среды, в которой происходит движение. Оно тем быстрее, чем газовый обмен сильнее, оно замира­ет, когда газовый обмен не может иметь места. Газовый обмен — это дыхание организмов; оно, как мы увидим, глу­боко меняет, направляет размножение. В движении размно­жения мы видим проявление его геохимического значения, выражение его как части механизма биосферы, подобно тому как само это движение является отражением солнечного луча. Проявлением энергии того же луча является и само дыхание — газовый обмен жизни с окружающей средой.

§ 27. Хотя это движение идет кругом нас непрерывно, мы его не замечаем, так как мы нашим взором охватываем только общий его результат — ту красоту, разнообразие форм и красок, движений и соотношений, которые нам дает жи­вая природа. Мы видим лишь поля и леса с их раститель­ной и животной жизнью, полные жизни водоемы и моря, пронизанную ею только кажущуюся мертвой почву. Мы видим статический результат, динамическое равновесие этих движений; редко когда можем наблюдать их как таковые.

Остановимся на нескольких примерах, в которых вскроется это созидающее живую природу, нам не видное, но для живой природы основное своеобразное движение.

Временами на небольших относительно пространствах мы видим прекращение жизни высшей растительности. Лесной пожар, степные палы, взрыхленные, распаханные, запущенные поля, вновь образовавшиеся острова, застыв­шие потоки лавы, покрытые вулканическим пеплом про­странства суши, освободившиеся от ледников или водных бассейнов ее пространства, новые почвы, образованные на безжизненных скалах лишайниками и мхами, — эти и другие формы бесконечных проявлений жизни на нашей планете на некоторое время образуют лишенные трав и деревьев пятна на зеленом покрове суши. Они образуют их на короткое время. Жизнь быстро входит в свои права. И зеленые травы, а затем и древесная растительность за­нимают утерянные или новые места. Отчасти они занима­ют их проникновением извне, приносом семян подвиж­ными организмами или еще больше — ветром, отчасти возникают от всюду в почве находящихся их запасов, ле­жащих в ней в латентном состоянии и сохраняющихся в этой форме иногда, по крайней мере, столетия.

Но это проникновение семян извне есть необходимое условие заселения, но не оно его производит. Заселение осу­ществляется благодаря размножению организмов, зависит от специфичной для их размножения геохимической энер­гии; оно идет годами, пока не будет восстановлено нару­шенное равновесие. Как мы увидим, это находится в пол­ном соответствии со скоростью передачи в биосфере жиз­ни, передачи геохимической энергии этих живых веществ — высших зеленых растений, В этом случае, следя вниматель­но за заселением пустых пространств, человек может ви­деть движение растекания жизни, о котором я говорю, ре­ально ощущать ее давление; вдумываясь в него, он может созерцать движение на нашей планете солнечной энергии, превращенной в земную — химическую.

Он его ощущает и в тех случаях, когда ему приходится защищать от чуждого заселения нужные ему поля или пу­стые пространства, тратить на преодоление давления жиз­ни свою энергию.

Он видит его и тогда, когда всматривается в окружаю­щую его природу, в глухую, молчаливую, беспощадную борьбу за существование, которую ведут кругом него зеле­ные растения. Он видит и ощущает действительно, как надвигается лес на степь или как лишайниковая тундра в своем движении его глушит.

§ 28. Членистоногие насекомые, клещи, пауки состав­ляют главную массу живого животного вещества суши. В тро­пических и подтропических странах среди них преобладаю­щую роль играют Orthoptera, муравьи, термиты. Размноже­ние их идет своеобразным путем. Хотя геохимическая энергия, ему отвечающая (§ 37), и того же порядка, как для высших зеленых растений, она все же несколько меньше.

В государствах термитов дает потомство, производит непосредственно размножение, один организм из десят­ков тысяч, иногда сотен тысяч бесполых неделимых. Это царица-мать. Она кладет яички непрерывно весь свой век — иногда десять и больше лет. Количество яичек, новых осо­бей, которое она может дать, исчисляется биллионами. В год она дает сотни тысяч. Указываются случаи, когда она дает 60 яичек в минуту, т. е. 86 400 штук в сутки, так же правильно, как в часовых механизмах отбиваются секун­ды, суточное количество которых равно тем же 86 400.

Размножение идет роями. Часть потомства с новой ца­рицей-маткой улетает и захватывает новое пространство вне ареала, необходимого для жизни первого, исходного госу­дарства. Всюду действует с математической точностью ин­стинкт: и в сохранении яичек, немедленно уносимых терми­тами-рабочими, и в отлете роев, и в замене — в случае неожи­данных случайностей — старой матки новой. Всюду действует с той же точностью и число. Все подвержено мере, числовой закономерности: число яичек, число годовых роев, в них неделимых, число населения государств, размеры и вес орга­низмов, темп размножения и вызванного им переноса гео­химической энергии термитов по земной поверхности.

Мы можем точно выразить числом напряжение дви­жения термитов по земной поверхности благодаря их раз­множению, зная годовое количество роев, число в них особей, их размеры, количество яичек, отлагаемых в год царицей; мы можем обнять числом отвечающее этому движению его отражение в окружающей среде, его давление.

Давление это очень велико. Человек, живущий в об­ласти их обитания, знает это по той работе, которую он должен производить, чтобы защищать от них продукты своего существования, своего питания.

Если бы не было препятствий во внешней среде, глав­ным образом в окружающей термитов жизни, в немногие годы они могли бы захватить и покрыть своими государ­ствами всю поверхность биосферы — 5,10065 • 10⁸ км².

§ 29. Среди организмов бактерии занимают особое ме­сто. Это организованные тела мельчайших известных размеров: линейные размеры их измеряются 10 ^{- 4} см и даже 10 ^-5 см. В то же самое время это организмы с наибольшей силой размножения. Они размножаются дроблением. Каж­дая клетка многократно удваивается в сутки. Наиболее бы­стро размножающаяся бактерия производит эту работу 63 - 64 раза в сутки, в среднем каждые 22 - 23 минуты, с такой же правильностью, как откладывает яички самка терми­тов или обращается около Солнца планета, на которой эта бактерия живет.

Бактерии живут в жидкой или полужидкой среде. Глав­ные их массы наблюдаются в гидросфере; значительные количества сосредоточены в почве, проникают в другие организмы.

Если бы не было препятствий во внешней среде, они могли бы создать с непостижимой для нас быстротой неве­роятные количества сложнейших химических соединений, являющихся вместилищем огромной химической энергии.

Этой огромной энергии отвечает огромная быстрота их размножения. Таким путем в течение полутора и менее су­ток бактерии могли бы покрыть тонким однослойным по­кровом поверхность земного шара, которую в результате размножения зеленые травы или насекомые могли бы преодолеть в течение ряда лет, в отдельных случаях сотен дней.

В морской среде находятся бактерии почти шаровой формы, объем которых, по М. Фишеру, достигает 1 ³, т. е. 10^-12 см³. В 1 см³ может заключаться 10¹² неделимых, и при быстроте их размножения — в сутки около 63 делений каж­дой клетки — кубический сантиметр может быть ими за­полнен в течение нескольких — 11 - 13 — часов, если в него попадет одна такая бактерия. В действительности бактерии живут не изолированно, а образуют колонии и при благо­приятных условиях они заполняют 1 см³ еще быстрее.

Процесс деления неизбежно происходит таким темпом, если бактерия живет в условиях жизни, этому благоприят­ных, прежде всего, если температура среды это дозволяет. Если температура падает, быстрота чередования поколе­ний уменьшается, и это изменение может быть выражено в точной числовой формуле. Все время бактерия дышит, т. е. находится в тесной связи с растворенными в воде газа­ми. Ясно, что количество бактерий путем размножения никогда не может достигнуть в 1 см³ той величины, ко­торая определяет в нем количество газовых молекул, т. е. 2,706 · 10¹⁹ (число Лошмидта). Газовых молекул в 1 см³, заполненном водой, будет во много раз меньше. Мы ви­дим здесь предел размножению ставящийся явлениями дыхания, свойствами газообразного состояния материи.

§30. Пример бактерий позволяет выразить движение, наблюдаемое в биосфере благодаря размножению, в дру­гой форме, чем мы это делали до сих пор.

Представим себе период в истории Земли, который гипотетически неправильно, как увидим, допускают гео­логи, время, когда океан покрывал не три четверти зем­ной поверхности, а всю планету. Э. Зюсс относил это «все­ленское море» (по-гречески «Панталасса») в археозойскую эру. Бактерии в это время, несомненно, его населяли. Их следы известны в слоях древнейшего палеозоя. Характер минералов археозойских слоев и, особенно характер их ассоциаций с неменьшей несомненностью доказывают нахождение бактерий во всем археозое — в самых древ­нейших, доступных геологическому изучению пластах на­шей планеты. Если бы в этом «вселенском море» темпе­ратура была благоприятна для их жизни и если бы в нем не было препятствий их размножению, шаровая бакте­рия, в 10^-12 см³ объемом, в 1, 47 суток — меньше чем в по­лутора суток — образовала бы в этом море сплошную плен­ку в 5,10065 · 10⁸ км².

Пленки бактерий, образующиеся благодаря их размно­жению, занимают хотя и меньше, но все же весьма значи­тельные площади в биосфере.

В 90-х годах прошлого столетия проф. М. А. Егунов указывал на существование тонкой пленки серных бакте­рий на всей площади Черного моря. Эта пленка равнялась бы в таком случае поверхности Черного моря, т. е. 411 540 км², и лежала бы на границе кислородной поверх­ности, т. е. на глубине 200 м. Однако исследования проф. Б. Л. Исаченко, участника экспедиции Н. М. Книповича (1926), не подтверждают этих данных. Это же явление в менее грандиозных размерах, но отчетливо выражено в динамических равновесиях живых организмов, например на границе между пресной и соленой водой и Мертвом озере Кильдинских островов, которое на всей своей по­верхности всегда покрыто сплошной пленкой пурпурных бактерий (К. Дерюгин, 1926).

Другие микроскопические, но все же более крупные организмы постоянно дают примеры подобных явлений. От времени до времени пленка, образованная этими орга­низмами океанического планктона, покрывает простран­ство в тысячи квадратных километров. Подобные пленки образуются довольно быстро.

Во всех этих случаях можно изобразить геохимичес­кую энергию этих процессов таким же образом, а именно в виде передвижения этой энергии на земной поверхности, причем скорость растения пропорциональна скорости раз­множения вида, в нашем случае бактерии Фишера.

При своем максимальном развитии, когда данный вид заселит всю земную поверхность (5,10065 • 10⁸ км²), эта энергия за определенное время, разное для каждого вида, пройдет также максимальное расстояние, равное земному экватору, т. е. 40 075 721 м.

Бактерия Фишера, размером в 10^-12 см³, при образо­вании пленки во «вселенском море» Э. Зюсса развила бы энергию, скорость продвижения которой по земному диа­метру была бы равна около 33 100 см/с.

Это явление может быть выражено в иной форме. Ско­рость V, равная 33 100 см/с, может быть рассматриваема как скорость передачи жизни, геохимической энергии, вокруг земного шара; она равна средней скорости враще­ния вокруг него бактерии путем размножения. В 1,47 суток бактерия размножением обтекает земной шар, совер­шает вокруг него во «вселенском море» полный оборот...

Скорость передачи жизни, по наибольшему расстоя­нию, ей доступному, величина V, будет той характерной для каждого однородного живого вещества постоянной, которой мы будем пользоваться для выражения геохими­ческой энергии жизни.

§31. В основе этой величины, всегда отличной для всякого вида или расы, сказываются, с одной стороны, характер механизма размножения, а с другой стороны, те пределы возможному размножению, которые кладутся раз­мерами и свойствами планеты.

Скорость передачи жизни не есть простое выражение свойств автономных организмов или их совокупностей — живых веществ; она выражает их размножение в соответ­ствии с биосферой как планетное явление. В ее выраже­ние неизбежно входят элементы планеты — величины ее поверхности и ее экватора. Мы имеем здесь аналогию с некоторыми другими свойствами организма, например с его весом. Вес организма на Земле и того же организма на другой планете будет иной, хотя организм может при этом не измениться. Точно так же и скорость передачи его жиз­ни, например, на Земле или Юпитере, площадь и экватор которого иные, чем Земли, будет иная, хотя бы сам орга­низм оставался при этом неизменным.

Этот специфически земной характер скорости пере­дачи жизни вызывается тем ограничением, которое свой­ства и характер Земли как планеты, биосферы как кос­мического явления вносят в проявление заложенного в организмах как в автономных созданиях механизма раз­множения.

§ 32. Область явлений размножения мало обращала на себя внимание биологов. Но в ней — отчасти незаметно для самих натуралистов — установилось несколько эмпи­рических обобщений, которые отчасти кажутся нам сами по себе понятными, так мы с ними свыклись.

Среди этих обобщений необходимо отметить следу­ющие:

1) Размножение всех организмов выражается геометри­ческими прогрессиями. Можно выразить это в единообраз­ной формуле:

где п — число дней с начала размножения;

— показатель прогрессии, который для одноклеточ­ных организмов, размножающихся делением, соответ­ствует числу поколений в сутки;

— число неделимых, существующих благодаря раз­множению через п дней.

Характерным для каждого живого вещества является В этой формуле никаких пределов, никаких ограниче­ний ни для п, ни для ни для N нe заключается.

Процесс мыслится бесконечным, как бесконечной яв­ляется прогрессия.

2) Эта бесконечность возможности проявления раз­множения организма сказывается в подчинении этого про­явления в биосфере, т. е. растекания живого вещества, правилу инерции. Может считаться эмпирически установлен­ным, что процесс размножения задерживается в своем проявлении только внешними силами; он замирает при низкой температуре, прекращается или ослабляется при недостатке пищи или дыхания, при отсутствии места для обитания вновь создаваемых организмов. Уже в 1858 г. Ч. Дарвин и А. Уоллес высказали эту мысль в форме, которая была давно ясна натуралистам, вдумывавшимся в эти явления, например К. Линнею, Ж. Бюффону, А. Гум­больдту, К. Эренбергу, К. М. Бэру: если не будет внешних препятствий, всякий организм в разное, определенное для него время может размножением покрыть весь земной шар, произвести по объему потомство, равное массе океана или земной коры.

3) Темп размножения, сказывающийся в таком эффек­те, отличен для каждого организма и находится в тесной зависимости от размеров организма. Мелкие организмы, т. е. организмы в то же время и более легкие, размножаются гораздо быстрее, чем большие организмы, т. е. организмы в то же время большего веса.

§ 33. В этих трех эмпирических положениях явления размножения организмов выражены вне времени и про­странства или, вернее, в геометрических и механических бесформенных однородных времени и пространстве.

В действительности жизнь в той форме, в какой мы ее изучаем, есть чисто земное — планетное — явление, не отделимое от биосферы, созданное и приспособившееся к ее условиям.

Перенесенная в отвлеченное время и отвлеченное про­странство математики жизнь является фикцией, создани­ем нашего разума, отличным от реального явления.

Если мы хотим иметь точные, научные представления в наши положения о ее свойствах, мы должны внести по­правки в отвлеченные понятия времени и пространства; эти поправки могут в корне, как мы видим в данном случае, изменить наши выводы, в которых свойства земных вре­мени и пространства не были предусмотрены.

§ 34. На Земле организмы живут в ограниченном про­странстве, одинаковом по размерам для всех них. Они живут в пространстве определенного строения в газооб­разной или проникнутой газами жидкой среде. И хотя время нам представляется безграничным, но время како­го-нибудь процесса в ограниченном пространстве, каким является размножение организмов, не может являться без­граничным. Оно тоже будет иметь предел, различный для каждого организма в зависимости от характера его про­цесса размножения.

Неизбежным следствием этого положения является ог­раничение всех величин, определяющих явления размно­жения организмов в биосфере. Должны существовать наи­большие числа неделимых, которые могут дать разные живые вещества. Эти числа — N_max — должны быть конеч­ны и характерны для каждого вида и расы. Скорости пере­дачи жизни должны заключаться в точных и определен­ных пределах, которые не могут быть никогда превзойде­ны. Наконец, величины геометрических прогрессий размножения тоже имеют определенные пределы.

Эти пределы устанавливаются двумя проявлениями планеты: 1) ее размерами и 2) физическим заполнением пространства, в котором течет жизнь, жидкостями и газа­ми — прежде всего свойствами газов и характером газово­го обмена.

§ 35. Остановимся на ограничении, вносимом размера­ми планеты. Влияние этих размеров мы видим на каждом шагу. Небольшие водоемы очень часто покрыты сплошь на своей поверхности плавающей на них зеленой раститель­ностью. В наших широтах это очень часто зеленые ряски — разные виды Lemna. Поверхность воды представляет сплош­ной зеленый их покров без промежутков. Растеньица тесно сдвинуты, их зеленые пластинки заходят друг на друга; про­цесс размножения действует, но он замедлен внешним пре­пятствием — прежде всего отсутствием места. Он проявляется только тогда, когда в зеленом покрове вследствие внеш­них разнообразных причин — гибели рясок или их уноса — образуются пустые промежутки водной поверхности. Они немедленно замешаются размножением. Очевидно, коли­чество неделимых ряски, могущих поместиться на данной площади, определенно и находится в зависимости от раз­меров и условий их существования. Когда оно достигнуто, процесс размножения останавливается, задерживается вне­шним неодолимым препятствием. В каждом пруду создает­ся своеобразное динамическое равновесие, аналогичное тому, какое в нем наблюдается при испарении воды с его поверхности. Упругость паров и упругость жизни механи­чески аналогичны.

Другой всем известный пример представляет в карти­не природы жизнь зеленой водоросли — разных видов Protococcus, обладающей гораздо большей геохимической энергией, чем ряска. Она покрывает в благоприятных ус­ловиях сплошь без промежутков (§ 50) стволы деревьев. Дальше ей идти некуда; ее процесс размножения задер­жан; он возобновляется вновь, как только открывается воз­можность помещения новых неделимых Protococcus. Ко­личество неделимых этой водоросли, могущих поместить­ся на площади дерева, строго определенно и не может быть превзойдено.

§ 36. Эти соображения могут быть целиком перенесены на всю живую природу и на область, доступную ее обита­нию— на поверхность нашей планеты. Наибольшее могу­щее существовать проявление силы размножения живого вещества определено размерами планеты и выражается в количестве неделимых, которые могут разместиться на пло­щади, равной 5,10065 • 10⁸ км². Это количество есть функция густоты скопления организмов, возможной для их жизни.

Эта густота очень различна; для ряски или одноклеточ­ной водоросли протококка она определяется только их раз­мерами; другие организмы требуют гораздо большей пло­щади (или объема) для жизни. Слон в Индии требует до 30 км², овца на горных пастбищах Шотландии — около 10 ⁵ м², средний улей пчел — не менее 10 - 15 км² (одна пче­ла — не менее 2 • 10 ⁵ км², т. е. 200 м²) среднего красного леса Украины, от 3000 до 15 000 неделимых планктона хо­рошо развиваются в 1000 см³ морской воды, 25 - 30 см² до­статочны для обычных злаков, несколько (иногда десятков) квадратных метров — для неделимых обычного нашего леса.

Очевидно, скорость передачи жизни зависит от воз­можной густоты хорошо живущей, не страдающей в своих проявлениях совокупности неделимых, от плотности жи­вого вещества.

Не буду здесь останавливаться на очень еще мало изу­ченной этой важной константе жизни в биосфере. Ясно, что наибольшая плотность сплошного покрова (типа ряс­ки или протококка) или сплошного заполнения 1 см³ мель­чайшей бактерией (§ 29) даст нам, если принять ее воз­можной для всех организмов, наибольшее допустимое для данного вида количество его неделимых в биосфере. Для получения этого числа необходимо принять плотность рав­ной квадрату максимального изменения организма, т. е. его длины и ширины (коэффициент k₁)[4].

§ 37. Ограничение размножения размерами планеты, неизбежная остановка процесса уже этим путем, помимо более глубокого влияния, оказываемого, как увидим, зе­леной средой (§ 123), придает этому процессу очень свое­образные и важные черты.

Прежде всего, очевидно, есть предельное, одинаковое для всех организмов, наибольшее расстояние, по какому мо­жет распространяться передача жизни. Оно равно земно­му экватору, т.е. 40 075 721 м.

Во-вторых, для всякого вида или расы есть максималь­ное количество неделимых, которое не может быть никог­да превзойдено. Это максимальное число получается при полном заполнении данным видом земной поверхности при максимальной возможной густоте его обитания. Это число, которое я буду дальше обозначать N_max и называть стационарным числом однородного живого вещества, имеет большое значение для оценки геохимического влияния жизни. Оно отвечает максимально возможному проявле­нию энергии данного однородного живого вещества в био­сфере, максимальной его геохимической работе; скорость его достижения, разная для каждого организма, выражает­ся скоростью V — передачи жизни.

Эта скорость — V — связана со стационарным числом следующей формулой:

Очевидно, если скорость передачи жизни остается постоянной, Δ, характеризующая силу размножения (§32), должна уменьшаться, размножение организмов должно в данном объеме или на данной площади идти все медленнее и медленнее по мере того, как число созданных неделимых увеличивается, приближается к стационарному.

§ 38.Мы видим это явление в окружающей нас природе. Оно давно было замечено старыми натуралистами и ярко подчеркнуто около сорока лет назад точным наблюдателем живой природы. К.Земпером (1888). Земпер отметил, что в небольших водоемах при всех равных условиях размножение организмов уменьшается по мере увеличения в них количества неделимых. Стационарное число не достигается или достижение его замедляется по мере приближения к нему количества создаваемых организмов; существуют какая-то причина, может быть не всегда внешняя (§43),регулирующая процесс. Опыты Пирля и его сотрудников над мухой Drosophila и над курами (1911 - 1912) под­тверждают это обобщение Земпера в другой среде.

§ 39. Скорость передачи жизни может давать нам яс­ное понятие о геохимической энергии жизни разных орга­низмов. Она колеблется в больших пределах и находится в тесной зависимости от размера организма. Для самых мел­ких организмов, для бактерий, она, как мы видели, близка к скорости звука, т. е. к величине, равной 33 100 см/с. Для самых крупных, для крупных млекопитающих, она равна долям сантиметра — для индийского слона, например, V= 0, 09 см/с.

Это крайние пределы. Между ними помещаются скоро­сти передачи жизни для всех других организмов. Они нахо­дятся в явной зависимости от размеров организма и в более простых случаях (например, для организмов, форма которых приближается к шару) связь размеров организма с его ско­ростью v может быть уже сейчас математически выражена.

Но существование определенной математической зависимо­сти всегда и везде в этой области несомненно и отвечает старинному прочному эмпирическому обобщению (§32).

§ 40. Скорость передачи жизни дает ясное понятие об энергии жизни в биосфере, о ее в ней работе, но оно не­достаточно для ее определения. Для этого мы должны при­нять во внимание массу того организма, энергия растека­ния совокупностей которого в биосфере определяется ско­ростью V.

Выражение , где р — средний вес организма[5],

скорость растекания геохимической энергии которого равна V, дает нам выражение кинетической геохимической энер­гии живого вещества. Взятое по отношению к определен­ным площади или объему биосферы, оно может дать нам выражение той химической работы, которая в геохимических процессах этой площади или объема может быть произведена данным видом или расой организмов.

Уже давно мы имеем подходы к определению этим путем по отношению к определенной площади биосфе­ры— гектару— части геохимической энергии живого ве­щества. Это делается при определении урожаев — количе­ства с данной площади полезных человеку организмов или их продуктов.

В более полной форме оно выражается в количестве органического вещества, которое может быть создано раз­множением и ростом организмов на гектаре.

Хотя эти данные очень неполны и не охвачены теори­ей в достаточной степени, они привели уже к важным эм­пирическим обобщениям.

Несомненно, количество создаваемого на гектаре орга­нического вещества ограничено и теснейшим образом связано с той солнечной лучистой энергией, которую захватывает зеленое растение. Геохимическая энергия, собранная этим путем — размножением организмов, — есть измененная солнечная энергия.

Во-вторых, все более выясняется, что в случаях мак­симальных урожаев количества органического вещества с гектара почвы и гектара океана суть числа одного поряд­ка, приближающиеся к одной и той же величине. Гектар суши охватывает ничтожный слой, не превышающий мет­ров, гектар океана отвечает слою воды, захваченной жиз­нью, измеряемому километрами. Тождественность созда­ваемой в них энергии жизни, очевидно, указывает на освещение сверху как на ее источник.

Мы увидим, что, вероятно, это связано с характерным свойством почвы суши, скопляющей в себе концентра­цию организмов, обладающих огромной геохимической энергией (§ 155). Благодаря этой концентрации энергии живого вещества тонкий слой почвы по своему геохими­ческому эффекту может сравниваться с огромной толщей моря, где центры жизни разжижены инертной массой воды.

§41. Кинетическая геохимическая энергия организма

, взятая по отношению к гектару, т. е. к 10⁸ см², выражается следующей формулой, где - количество организмов на гектар при достижении ими стацио­нарного числа (§ 37), а к — коэффициент плотности жиз­ни (8 36):

Чрезвычайно характерно, что эта величина для Protozoa есть величина постоянная. Для них всех выражение A1, при­нимает форму:

где а — коэффициент, близкий к единице[6].

Из этой формулы ясно, что кинетическая геохимичес­кая энергия Protozoa определяется скоростью V, связанной с весом, размерами организма и темпом размножения От­несенное к , V выражается следующей простой формулой[7]:

в которой числовые, постоянные для всех видов организ­мов коэффициенты связаны с размерами планеты (с пло­щадью ее поверхности и длиной ее экватора, причем ве­личины выражены в сантиметрах и секундах)[8].

Из формулы скорости очевидно, что одни размеры пла­неты не могут объяснить действительно существующего предела для V и

Наибольшая нам известная величина V равна 33 100 см/с, а наибольшая величина — около 63 - 64.

Могут ли они идти дальше (что, как это видно из при­веденных формул, возможно и при постоянстве кинети­ческой энергии на гектар) или есть в биосфере условие, этому препятствующее?

Такое условие есть, и им является газовый обмен орга­низмов, неизбежный и необходимый для их существова­ния и, в частности, для их размножения.

§ 42. Организм не существует без газового обмена, без дыхания. Чем размножение идет быстрее, тем дыхание ста­новится интенсивнее. По степени газового обмена мы все­гда можем судить об интенсивности жизни.

В масштабе биосферы нам необходимо, конечно, иметь в виду не дыхание отдельного организма, а общий резуль­тат дыхания, необходимо учесть газовый обмен — дыха­ние всех живых организмов, обнять его как часть меха­низма биосферы.

В этом отношении давно имеются эмпирические обоб­щения, очень мало до сих пор обращавшие на себя внима­ние и не учтенные нашей научной мыслью.

Одно из них указывает, что газы биосферы те же, ко­торые создаются при газовом обмене живых организмов. В биосфере существуют только они одни: О₂, N₂, СО₂, Н₂О, Н₂, СН₄, NH₃... Это не может быть случайностью.

Затем весь свободный кислород биосферы создается на земной поверхности только благодаря газовому обмену зеленых организмов. Этот свободный кислород есть глав­ный источник свободной химической энергии биосферы.

И, наконец, в-третьих, количество этого свободного кислорода в биосфере, равное 1,5 • 10²¹ г, есть число того же порядка, как и количество существующего и с ним не­разрывно связанного живого вещества, исчисляемого в 10^2О - 10²¹ г. Оба эти исчисления получены вполне незави­симо друг от друга.

Эта тесная связь газов Земли с жизнью указывает с несомненностью, что газовый обмен организмов — и на первом месте их дыхание — должен иметь первостепенное значение в газовом режиме биосферы, т. е. являться пла­нетным явлением.

§ 43. Этот газовый обмен — дыхание — определяет весь темп размножения; он ставит пределы для величин V и

Они не могут перейти через пределы, нарушающие свой­ства газов.

Я уже указывал (§ 29), что количество организмов, мо­гущих существовать в одном кубическом сантиметре сре­ды, должно быть меньше количества в нем газовых моле­кул, т. е. меньше 2, 706·10¹⁹ (число Лошмидта). Если ве­личина v будет больше 33 100 см/с, то для организмов, размеры которых меньше размеров бактерий (т. е. разме­ров меньшего порядка, чем п •10^-5), количество недели­мых благодаря их размножению превысит 10¹⁹ в 1 см³. Очевидно, при неизбежном существовании обмена между газовыми молекулами и организмами количество погло­щающих и выделяющих газовые молекулы организмов, со­измеримых с молекулами по своим размерам, должно было бы расти по мере уменьшения размеров организмов с все большей, в конце концов, невероятной быстротой.

По нашим современным представлениям, таким об­разом, приходим к физическому абсурду.

Если ограничение количества неделимых в кубичес­ком сантиметре определяет наименьшие размеры организма и этим путем ставит максимальный предел для и V, то неизбежное постоянное соотношение между количеством неделимых и газовых молекул в данном объеме — явления дыхания — играет еще большую и постоянно проявляющу­юся роль в явлениях размножения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: