Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

Так и было бы, если бы не существовало живого вещества. Но на Земле есть жизнь, и поэтому законы физики, по крайней мере с точки зрения непосвященного наблюдателя, оказываются нарушенными. Вещества движутся против градиентов! Предположим, что в океане живёт какой-то вид организмов, накапливающих кремний. Допустим также, что этот вид предпочитает жить при определённой средней температуре, избегая слишком тёплых и слишком холодных мест. Тогда в тех местах океана, где держится соответствующая температура, окажутся огромные скопления кремния, тогда как даже на небольшом расстоянии, где проходит более холодное или более тёплое течение, кремния будет значительно меньше. С точки зрения физики это объяснить нельзя: кремнию всё равно, при какой температуре существовать, его перемещение с температурой не связано. Значит, скопления кремния никак не объясняются физическими законами (хотя и не противоречат им).

Рис. 134. Круговорот азота

Их создали живые организмы, способные накапливать этот элемент, забирая его из морской воды, хотя его концентрация там значительно меньше, чем в самом организме.

Очень важной функцией живого вещества в биосфере является биогенная миграция атомов, т. е. постоянный круговорот веществ и элементов. Рассмотрим азот, который, хотя и присутствует в атмосфере в значительном количестве, является довольно инертным элементом и в химические реакции вступает неохотно (рис. 134). Если бы на Земле не было жизни, он так бы и «витал в облаках». Однако благодаря существованию азотфиксирующих бактерий и их ферментов он превращается в химические соединения, которые усваиваются растениями, а затем и животными, мигрируют по огромным пространствам, а потом, благодаря деятельности уже других бактерий, превращаются в свободный азот и уходят в атмосферу. Точно так же происходит миграция углерода, который составляет основу органических веществ, и кислорода, который постоянно поглощается в результате дыхания и вновь возвращается в атмосферу благодаря фотосинтезу (рис. 135).

1. Каковы размеры биосферы?

2. Объясните, почему верхняя граница биосферы проходит именно на высоте 20 км.

Рис. 135. Круговорот углерода

3. Какие виды вещества выделял В. И. Вернадский в биосфере? Приведите примеры, относящиеся к основным четырём типам веществ.

4. Назовите основные функции живого вещества в биосфере. В чём они заключаются?

1. Рассмотрите рисунок 135. Расскажите о круговороте углерода и о роли живых организмов в этом процессе.

2. Используя дополнительные источники информации, сделайте стендовый доклад о круговороте серы в природе.

1. Объясните, почему учение о биосфере было создано не биологом, а специалистом в других областях естественных наук.

2. Вспомните, кто были по специальности Г. Мендель, Ж. Б. Ламарк, Ч. Дарвин. Почему создатели крупных естественно-научных теорий не были узкими специалистами в одной конкретной области?

3. Выясните, какие новые профессии возникли в связи с экологизацией всей системы научных знаний.

Происхождение и развитие жизни на земле

§ 43 История представлений о зарождении жизни

Оспаривать, что жуки и осы зарождаются из коровьего помёта, это всё равно что спорить против разума, здравого смысла и реального опыта. Даже столь сложные животные, как мыши, необязательно должны иметь отцов и матерей; если кто-либо в этом сомневается, пусть поедет в Египет и там убедится в том, что поля положительно кишат мышами, зарождающимися из грязной тины реки Нила, что является большим бедствием для населения.

Проблема наведения мостов между живым и неживым волновала человечество всегда. Видя, сколь легко живой организм можно превратить в мёртвый, люди охотно допускали, что возможен и обратный процесс. Пропасть между живым и неживым, о которой говорил Вернадский, никогда не казалась непреодолимой. В Античности и Средневековье оживление связывали с внесением в неживой предмет души, дыхания, духа, одним словом, какой-то сущности, принципиально отличной от обычного вещества, но однако объективно существующей в мире. Эту сущность в разное время называли по-разному, но в эпоху естествознания в связи с развитием физики она получила название жизненной силы или жизненной энергии. Сторонники существования жизненной силы были названы виталистами (от лат. «вита» – жизнь).

Противоположная точка зрения, получившая название физикалистской или механистической, заключалась в том, что никакой жизненной силы или энергии в природе не существует, а все особенности живой материи заключаются исключительно в сложности её организации.

Таким образом, согласно этим двум концепциям, неживое вещество можно превратить в живое либо присоединив к нему жизненную силу, либо увеличив сложность его организации, многообразие физических элементов и связей. Принципиальным вопросом становится, следовательно, вопрос о том, как на Земле появилась жизнь. Все существующие по этому поводу теории можно разделить на несколько категорий.

К первой из них относится креационизм (от лат. «креацио» – творение), утверждающий, что жизнь возникла в результате сверхъестественного события, осуществлённого по воле Бога или Творца. В предыдущем параграфе мы уже привели цитату из Библии, где формулируется эта точка зрения. Креационистские описания происхождения жизни существуют и в других религиях. Все они подразумевают вмешательство сверхъестественных сил, т. е. чудо. Но чудо невоспроизводимо, не может служить предметом эксперимента, а вызывающие его причины не поддаются логическому анализу. Следовательно, креационизм по самой своей сути не может рассматриваться как теория, имеющая хоть какое-нибудь отношение к науке. Зато следующая теория всегда была предметом активных исследований и ожесточённых дискуссий.

Эту теорию называют теорией спонтанного зарождения жизни или теорией абиогенеза. Слово «абиогенез» означает «происхождение жизни без участия чего-то живого». На протяжении многих веков теория абиогенеза казалась абсолютно очевидной и не вызывала никаких сомнений. Если бы она подтвердилась, довольны были бы все – и виталисты, и физикалисты. Первые утверждали бы, что в природе разлита жизненная сила, которая периодически заполняет собой вещества и тела, делая их живыми. Вторые же говорили бы о таком же периодическом, но случайном или соответствующем законам физики складывании молекул в определённые комбинации, которые соответствуют живым организмам.

Убеждённым сторонником абиогенеза был Аристотель. Для него мир был живым. Аристотель ввёл понятие энтелехии, что означает «цель в самом себе». Аристотель утверждал, что в результате энтелехии образуются виды, которые затем продолжают воспроизводить сами себя. Но некоторые, не очень развитые животные вроде червей, моллюсков и даже рыб могут возникать и самопроизвольно из ила, гниющих остатков и других форм неживого вещества. А поскольку авторитет Аристотеля в средневековой Европе был незыблем, его убеждение в возможности самопроизвольного зарождения жизни получило всеобщее признание. Известный учёный начала XVIII в. ван Гельмонт считал, что он подтвердил самозарождение экспериментальными данными. Он описал эксперимент, в котором ему удалось якобы создать мышей из грязной рубашки и горсти пшеницы, помещённых в закрытый (надо думать, что не очень плотно) шкаф. Он считал, что активным началом, производящим мышей из неживого вещества, является человеческий пот, которым пропитана рубашка.

С распространением строгих научных методов теория самозарождения стала давать глубокие трещины. Сокрушительный удар по ней нанёс в 1688 г. флорентийский врач и естествоиспытатель Франческо Реди (1626–1697). До него ни у кого не вызывало сомнений то, что в гниющем мясе могут абсолютно самопроизвольно появляться маленькие белые червячки. Реди первым делом установил, что червячки – это личинки мух, а потом провёл гениальный по своей простоте эксперимент, результаты которого описал так:

«Я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой – немного рыбы, в третий – угрей из реки Арно, в четвёртый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми. Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней после того, как в них была положена дохлая рыба».