|
Многочисленные факты свидетельствуют, что химические элементы вовлекаются в биологический круговорот в определенных количественных соотношениях и эти соотношения все время поддерживаются. Следовательно, можно определить состав живого вещества, и уже известны неоднократные попытки этого. Однако в начале текущего столетия такая постановка вопроса была новой и неожиданной. Только научная интуиция В. И. Вернадского позволила ему выдвинуть эту крупную научную проблему. В трудных условиях в 1918 г. были начаты экспериментальные исследования на Украине, где в то время В. И. Вернадский возглавлял только что организованную Украинскую академию наук. Через несколько лет он систематизировал свои представления о живом веществе и изложил их в лекциях, которые читал в 1922—1924 гг. в Парижском университете, знаменитой Сорбонне. Исследования были продолжены в организованной в 1929 г. Биогеохимической лаборатории Академии наук СССР. К этому времени В. И. Вернадский впервые определил порядки содержания химических элементов в живом веществе. В дальнейшем на базе лаборатории был создан Институт геохимии и аналитической химии, который носит имя В. И. Вернадского. Институт возглавил ученик В. И. Вернадского р академик А. П. Виноградов. Под его руководством многие годы проводилось определение содержания химических элементов в живом веществе.
Рассматривая данные таблицы 20, можно заметить, что живое вещество в основном состоит из элементов, образующих газовую и водную оболочки планеты. Кислород, углерод и водород составляют в сумме 98,5%. Однако эти элементы содержатся в гидросфере и атмосфере в иных соотношениях. Кислорода в живом веществе значительно больше (70%), чем в воздухе. Содержание основного газа атмосферы — азота — в живом веществе всего 0,3%.
Если из живого вещества не только удалить воду, но и сжечь органические соединения, то можно избавиться от основных элементов — кислорода, углерода, водорода. Это позволит более точно выяснить соотношение зольных элементов, к которым относится большая часть элементов, входящих в состав живых организмов.
Идеи В. И. Вернадского о планетарной геохимической деятельности организмов и о биологической миграции элементов быстро получили широкое распространение во всем мире. Многие ученые пытались объективно оценить степень участия химических элементов в биологическом круговороте. Это оказалось не простым делом. Даже выяснение точного содержания элемента в живом организме не дает однозначного ответа. В качестве примера рассмотрим роль кремния. Как видно из таблицы 20, этого элемента в живом веществе больше, чем многих других, в частности фосфора. Создается впечатление, что для кремния характерна высокая степень вовлечения в биологический круговорот. Высокое содержание кремния в золе растений даже привело Ю. Либиха к ошибочному выводу о важной физиологической роли этого элемента. Сейчас мы знаем о необходимости фосфора для нормальной жизнедеятельности организмов. Поэтому можно не сомневаться в том, что фосфор мигрирует в биологическом круговороте намного интенсивнее кремния. Но как это выразить объективным показателем?
Оригинальный подход к решению этой проблемы был предложен академиком Б. Б. Полыновым, о котором мы уже упоминали при рассмотрении геохимии процессов выветривания. В 1940 г. этот ученый руководил исследованиями на юге Урала, в живописных ландшафтах Ильменских гор. Его внимание привлекли лишайники, растущие прямо на поверхности гранитогнейсовых скал. Лишайники могли получать элементы минерального питания только из этих скал. Но когда были выполнены анализы золы лишайников и горных пород, на которых они росли, оказалось, что растения поглощали химические элементы не в тех соотношениях, в каких эти элементы содержались в исходной породе — гранитогнейсах. В золе лишайников оказалось 15,70% Si02 и 9,30% РаОБ. Можно было подумать, что кремний поглощается более интенсивно, чем фосфор. Но в исходной породе оксида кремния было 70,90%, а оксида фосфора (V) — всего 0,14%. Как же интенсивно должен был вовлекаться в биологический круговорот фосфор, чтобы при столь незначительном содержании в породе его оказалось так много в веществе лишайника! Б. Б. Полынов предложил характеризовать интенсивность вовлечения химического элемента в биологический круговорот частным от деления числа, характеризующего количество элемента в золе растений, на число, характеризующее его содержание в исходной породе. Эту величину ученик Б. Б. Полынова — А. И. Перельман назвал коэффициентом биологического поглощения. После произведения соответствующих расчетов было установлено, что наиболее интенсивно лишайники вовлекают в миграцию фосфор, менее интенсивно — серу и кальций, еще слабее — калий, натрий, магний и марганец, а степень поглощения кремния очень невелика.
|