ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

том 71, № 11, с. 988-1001 (2001)
На заседаниях Президиума РАН не часто делаются научные сообщения на глобальную тему, обычно речь идет об открытиях и конкретных разработках. Образованию земной биосферы было посвящено научное сообщение ведущего отечественного микробиолога академика Г.А. Заварзина. По его мнению, около 2 млрд. лет назад, в период господства на Земле бактерий, были заложены основы биосферы современного типа. Все остальные геосферно-биосферные события объясняются модификацией этой первичной биосферы. Ниже публикуются текст научного сообщения и с небольшими сокращениями материалы состоявшейся в Президиуме РАН дискуссии.
 
СТАНОВЛЕНИЕ БИОСФЕРЫ

Г. А. Заварзин

Заварзин Георгий Александрович - академик, заведующий лабораторией Института микробиологии РАН.

В истории изучения природы попытки объяснить целое через часть на пути редукционизма неоднократно сменялись попытками объяснить части через целое в системном подходе. В проблеме становления биосферы наиболее значимое смещение фокуса внимания исследователей связано с именами А. Гумбольдта и Ч. Дарвина (рис. 1).
 

Рис. 1. Основные этапы становления редукционистского и системного подходов в естествознании

1738 г. - К. Линней сформулировал представление о множестве организмов

1799 г. - А. Гумбольдт предложил рассматривать взаимодействие одновременно существующих организмов с ландшафтом

1859 г. - Ч. Дарвин обосновал идею о том, что свойства каждого вида определяются его происхождением; 1896 г. - С.Н. Виноградский высказал идею о Земле как едином большом организме

1926 г. - В.И. Вернадский создал теорию биосферы

1979 г. - А. Ловелок выдвинул гипотезу, в которой биота определяет условия своего существования, регулирует состав атмосферы и климат

В 1799 г. Гумбольдт противопоставил систематизации множества природных объектов, предложенной К. Линнеем, представление о взаимодействиях в природе на основе единства времени и пространства. Гумбольдт создал биогеографию с климатом как определяющей силой ландшафта, в свою очередь понимаемого как некая физиогномическая целостность в "Ansichten der Natur". В противоположность Гумбольдту Дарвин объяснил возникновение линнеевского множества видов историей их происхождения на основе изменчивости, наследственности и естественного отбора в результате конкуренции и того, что покойный Н.Н. Моисеев назвал Рынком с большой буквы и универсальным законом природы. В современном естествознании эти две тенденции вылились, во-первых, в господствующую на протяжении полутора веков идеологию дарвинизма с молекулярной генетикой как ее острием и биомедициной как прагматической целью, а во-вторых, в геосферно-биосферную систему взглядов в естествознании, задача которой - выяснить условия устойчивого развития путем изучения взаимодействий в природе. Я буду рассматривать именно вторую линию системного подхода, предполагая, что с редукционистским подходом в биологии читатель вполне знаком.

Прежде чем перейти к основному содержанию моего научного сообщения, напомню некоторые общие положения. При этом я вступаю в область, в которой являюсь скорее потребителем, чем производителем знаний.

Этапы становления биосферы сейчас выяснены в общих чертах геологами и палеонтологами для 3.8 млрд. лет истории Земли, на протяжении которых прослежена геологическая осадочная летопись. В этих временных рамках можно выделить три этапа:

• прокариотная биосфера до неопротерозойской революции (около 1 млрд. лет назад);

• протисты и нетканевые организмы до начала фанерозоя с вендом как переходным периодом и комбинаторным множеством биоразнообразия протист, обусловленным симбиогенезом (1-0.8 млрд. лет назад);

• тканевые организмы фанерозоя (0.6 млрд. лет назад), появление наземной растительности в конце силура - девоне (около 350 млн. лет назад), когда начинает господствовать монофилетический принцип развития биоразнообразия с ветвями растений, грибов, животных.

Прокариотная биосфера в геологической летописи отчетливо маркируется строматолитами - биогенными слоистыми породами, представляющими собой литифицированные циано-бактериальные сообщества (ступенчатая линия на рис. 2).
 
Рис. 2. Биотические события в истории Земли (модифицированная схема Б. Шопфа) и распределение биоразнообразия строматолитов (по М.А. Семихатову)

Около 3.5 млрд. лет назад началось образование железистых формаций, состоящих из магнетита и гематита: около 2 млрд. лет назад получил распространение серный цикл; около 0.8 млрд. лет назад произошло распространение эукариот; 0.3 млрд. лет назад сформировалась наземная растительность и возникла почва современного типа

В геологической летописи обнаружено резкое изменение состояния литосферы и поверхностных оболочек Земли около 2 млрд. лет назад. Оно отмечено образованием красноцветных пород, свидетельствующих о появлении кислорода в атмосфере, прекращением железорудной эпохи и, судя по фракционированию изотопов, развитием серного цикла с сульфатредукцией. В этот период биосферно-геосферная система как бы выворачивается наизнанку: вместо кислородных карманов в циано-бактериальных сообществах в условиях аноксической атмосферы формируется кислородная атмосфера с анаэробными карманами в субаквальных условиях - местах потребления кислорода. 2 млрд. лет назад произошла грандиозная перестройка всей геосферно-биосферной системы на основе создания кислородной атмосферы. После этого появилась возможность для развития биосферы современного типа.

Тогда на Земле существовало лишь прокари-отное сообщество и, следовательно, становление биосферы происходило под действием только бактерий. Все остальные события объясняются модификацией биосферной системы, созданной в период исключительного господства прокариот. Так называемая эволюционная биология, которую нам преподают в школах и вузах, рассматривает последовательность происхождения позвоночных животных и механизмы изменения на основе генетики и полового процесса. Это нечто вторичное и поверхностное по отношению к базовым процессам, обусловленным деятельностью "невидимых".

Согласно традиционным взглядам, выживали наиболее приспособленные и, следовательно, эволюция шла в направлении все большей приспособляемости. При этом эволюция живого рисуется в виде генеалогического дерева, развивающегося от немногих предковых форм (рис. 3), которые должны были бы вымирать как менее приспособленные. На самом деле в природе сейчас сосуществуют представители всех главных групп организмов, последовательно появлявшихся в истории биосферы. Мы можем наблюдать всю "лестницу существ" - от примитивных до самых сложных - и на основе актуалистической палеонтологии реконструировать облик вымерших. Вместо вымирания предшествующей биоты наблюдается ее сохранение, персистентность.
 

Рис. 3. Глобальное филогенетическое дерево микроорганизмов и распределение метаболических путей автотрофной фиксации углекислоты (по О. Кандлеру).

Порядок ветвления и длина ветвей основаны на сравнении последовательностей нуклеотидов в 16/18S рДНК генов

Сказанное можно иллюстрировать на примере строматолитов. Поверхность строматолита (возраст 2.2 млрд. лет) из района Петрозаводска такая же, как у корочки высушенного циано-бактериального мата из лагун Сиваша; другой строматолит (возраст 0.8 млрд. лет) имеет своим аналогом термофильный циано- бактериальный мат с острова Кунашир. Подобные слоистые структуры мы научились моделировать в лаборатории.

При разнообразии в деталях циано-бактериальные сообщества сохраняют свою архитектуру и состав на протяжении всей геологической летописи. Более того, микропалеонтологи утверждают, что микрофоссилии цианобактерии, возраст которых более 2 млрд. лет, можно классифицировать по современным определителям синезеленых водорослей. Не происходило ни изменений, ни эволюции, выходящей за рамки изменчивости, приуроченной к местообитаниям. Следовательно, изучая современные циано-бактериальные сообщества можно составить представление о микробной биосфере протерозоя.

Актуалистический подход в определенных пределах оправдан. Для этой цели особенно подходят микробные сообщества, развивающиеся в местообитаниях, где отсутствуют высшие организмы. Такие сообщества называются реликтовыми и считаются аналогами экосистем прошлого. Их можно наблюдать в экстремальных условиях, например, в гидротермах или лагунах с повышенной соленостью. Под экстремальными обычно понимаются условия, в которых "трава не растет и скот не пьет". Развитие микробных сообществ в таких местах означает, что эволюция и усложнение сопровождались сужением базы жизни - тем, что Андрэ Львов в 1942 г. назвал эволюцией утраченных функций.

Функциональные связи в геосферно-биосферной системе легче всего продемонстрировать на основе взаимосвязи биогеохимических циклов (рис. 4). Ведущим является цикл органического углерода. На первом этапе при фотоавтотрофной ассимиляции углекислоты (СО2 + Н2О = [СН2О] + O2) происходило сопряжение цикла углекислоты, кислорода, органического углерода в молярном соотношении 1 : 1 : 1. Судя по изотопным отношениям, органический углерод формировался таким же путем в древнейших осадочных отложениях Земли. На втором этапе в результате дыхания органотрофов протекала обратная реакция и кислород удалялся ([СН2О] + O2 = СО2 + Н2О). Если бы не было деструкции, то система остановилась бы из-за избытка кислорода, что и наблюдается при культивировании цианобактерии в замкнутых сосудах, когда концентрация кислорода превышает 20%. Циклический характер биосферных процессов - это универсальная необходимость для геосферно-биосферной системы. В противном случае накопление продукта за геологическое время вызовет остановку биогенного цикла.
 

Рис. 4. Сопряжение биогеохимических циклов 

Все величины даны в 1018 г

В цикле органического углерода, однако, имеется нарушение, обусловленное неполнотой разложения органического вещества. Часть органического углерода оказывается недоступной бактериям и захоранивается в осадочных отложениях в виде керогена, составляющего основной резервуар восстановленного углерода на Земле. Дисбаланс в цикле приводит к накоплению кислорода в атмосфере и его стоку в окисленные формы железа и сульфаты Мирового океана. В атмосфере осталось около 5% кислорода, образованного за всю историю биосферы. Незамкнутость циклов ведет к так называемой биогеохимической сукцессии. Это - основная движущая сила эволюции геосферно-биосферной системы с ключевым процессом седиментогенезом. Идея о том, что эволюцию биосферы в рассматриваемых временных масштабах можно объяснить, ограничившись оценкой первичной продукции, относится к области недомыслия.

В связи с циклом органического углерода следует обратить внимание на судьбу неорганического углерода. Углекислота дегазации Земли обнаруживается в виде отложений карбонатов - известняков и доломитов. Они возникают как конечный продукт химического выветривания (CaSiO3 + СО2 = СаСО3 + SiO2) с глинами в качестве эквивалентных остаточных накоплений. Именно в глинах происходит преимущественное захоронение керогена.

С циклом органического углерода стехиомет-рически связаны циклы азота и фосфора соотношением Редфильда, то есть отношением этих биогенных элементов в биомассе: С : N= 6; С :Р = = 116. Для организмов с органическими опорными структурами, как у деревьев, отношение С : Р может достигать 500. Тем не менее эта жесткая связь циклов обусловлена составом биомассы. С циклом органического углерода связаны катаболические циклы серы и железа. Цикл железа доминировал около 2 млрд. лет назад в железорудную эпоху, а сейчас он имеет подчиненное значение. Цикл серы сформировался позднее 2 млрд. лет назад и представляет собой важнейший путь анаэробной деструкции в море. Два эти цикла несовместимы, так как при одновременном протекании в одном месте они привели бы к осаждению сульфидов железа.

Цикл органического углерода может полностью осуществляться циано-бактериальным сообществом по определенным правилам. В современных условиях в послесилурийской биосфере роль первичных продуцентов играют в море фототрофные водоросли и протисты, а на суше - сосудистые растения. Роль же деструкторов в море досталась беспозвоночным, а на суше - грибам. Циклы азота, серы, железа находятся целиком под контролем бактерий, и только бактерий. Следовательно, биогеохимическая система планеты сформировалась в прокариотной биосфере и в настоящее время контролируется кооперативной бактериальной системой. Функциональное разнообразие бактерий достаточно для того, чтобы катализировать биогеохимическую машину планеты.

Итак, при рассмотрении функциональной системы мы получили не традиционную, а совершенно иную картину. Возникающие по мере филогенетического усложнения организмы должны приспосабливаться к уже существующей системе, и это составляет суть естественного отбора. "Творческая" его роль заключается не в вытеснении путем конкуренции, а в соответствии элемента большой системе. Нельзя быть приспособленным к тому, что будет, или к тому, что было. Единство времени и пространства, провозглашенное Гумбольдтом, - необходимая основа взаимодействий в настоящем. Таким образом, сохранение старого есть условие существования нового. Поэтому сохранение всей системы живых существ (старых даже больше, чем новых) - необходимое условие, а не упущение незавершенной эволюции. В функциональном отношении происходит наложение, а не второочередная замена, то есть эволюция осуществляется аддитивно.

Поскольку первая биосфера была создана бактериями, рассмотрим систему кооперативных взаимоотношений в бактериальном сообществе. Она определяется в первую очередь трофическими отношениями (рис. 5). Граф трофических отношений представляет собой транспортную сеть. Для микробного сообщества каждого местообитания приходится устанавливать и идентифицировать типичных представителей функциональных групп. Граф служит планом исследования: если в нем появляется висячее ребро (C1-метаногены на рис. 5), то необходимо найти организм с соответствующей функцией.

Рис. 5. Граф трофических отношений в бактериальном сообществе

На начальном этапе первичные продуценты - цианобактерии или водоросли - поглощают двуокись углерода и выделяют кислород, образуя биомассу. Далее биомасса переходит в мортмассу с потерей примерно 20% органического углерода при автолизе. Аэробные деструкторы, согласно правилу Виноградского, способны использовать каждое природное вещество, и соответственно для белков, жиров и углеводов имеются сахаро-литический, протеолитический, липолитический пути и микробы-специалисты. Мортмасса представляет собой взвешенное органическое вещество, и чтобы ее могли использовать бактерии, должна быть гидролизована на низкомолекулярные вещества, доступные осмотрофам. В результате на мортмассе образуются физически структурированные группировки бактерий-деструкторов с частичками, наподобие "морского снега" в океане, или на органических остатках в почве.

Часть взвешенного органического вещества переходит в анаэробную зону, где действует группировка анаэробных гидролитиков. При этом олигомерные продукты гидролиза частично рассеиваются, их потребляют диссипотрофы, способные к утилизации растворимого органического вещества в низкой концентрации. Анаэробы-бродильщики образуют водород, ацетат и "летучие жирные кислоты", которые перерабатываются специализированными группами организмов. В среде, где отсутствуют внешние окислители, водород и ацетат используются метанообразующими археями. Летучие жирные кислоты разлагаются на ацетат и водород синтрофами. Метан поднимается на поверхность, и его окисление метанотрофами препятствует доступу кислорода в анаэробную зону. В присутствии соединений серы на завершающих этапах метаболизма главенствуют сульфатвосстанавливающие бактерии и бактерии, окисляющие сероводород. В целом метаболизм сообщества аналогичен метаболизму клетки, однако вместо ферментов действуют бактерии со специфическими функциями.

Этой кооперативной системе свойственны термодинамические ограничения. Вся система подчиняется закону Гесса, и пути превращения вещества могут быть различными, но каждая реакция должна давать достаточно энергии для поддержания существования определенного вида микроорганизмов. Энергетический предел соответствует 1/3 энергии, необходимой для образования АТФ. Рассматривая такие кооперативные сообщества из разных мест обитания и сопоставляя функциональную и филогенетическую системы, я пришел к выводу, что тесные трофические отношения осуществляются между парами организмов, филогенетически удаленными друг от друга. Например, археи-метаногены взаимодействуют с бактериями-бродильщиками, клостридии-гидролитики - со спирохетами-диссипотрофами, представляющими самостоятельную филогенетическую ветвь, спирохеты - с протеобактериями-сульфатредукторами. Наиболее разительный пример этого эмпирического правила получили сотрудники Института морской микробиологии в Бремене в 2000 г.: анаэробное окисление метана осуществляется консорциумом археи-метаногена с протеобактерией-сульфатредуктором.

Благодаря применению флуоресцентных олигонуклеотидных проб удается обнаружить в сообществах представителей разных филогенетических ветвей бактерий. Их функциональное разнообразие в сообществе необходимо предполагает латеральный перенос генов, в результате которого образовалась комбинаторная морфофизиологическая фенотипическая система бактерий.

Итак, микробное сообщество - главный актор (действующее лицо) природоведческой микробиологии - собирается из филогенетически удаленных видов организмов, а не возникает путем дивергенции и приобретения способностей. Эволюция микробных сообществ - основная движущая сила биогеохимической эволюции биосферы - находится в области недарвиновских представлений. Конкуренция и, возможно, селектогенез действуют внутри функциональных блоков, в то время как свойства, необходимые для вхождения в сообщество, задаются системой более высокого уровня, которая определяет направление естественного отбора. Точно так же для сообщества условия задаются ландшафтом. В результате при исследовании геосферно-биосферной системы приходится двигаться сверху вниз, от общего к частному, а не от элемента к системе, как предлагается в индивидуалистическом подходе, связанном с теорией Рынка. Вот так и формируется недарвиновская область эволюции.

Чтобы не ограничиваться теоретизированием, расскажу о выполненных в моей лаборатории исследованиях, которые послужили экспериментальным основанием для изложенного. Мы изучали микробные сообщества экстремальных местообитаний в поисках аналогов экосистем прошлого.


Рис. 6. Модель континента с указанием районов,
для которых характерны специфические микробные сообщества

В качестве модели рассмотрим условный континент, окруженный океаном (рис. 6). На активном краю континента действует вулканизм, на пассивном краю в окраинных морях и лагунах происходит осадконакопление, во внутриконтинентальной области имеет место субаэральное выветривание. В океане интерес представляют зоны активной гидротермальной деятельности, в которых можно исследовать глубинную подземную биосферу гипертермофилов. В каждом из этих районов развиваются характерные микробные сообщества. Мы изучили:

В результате мы открыли большое число новых бактерий и их групп. Однако целью нашей работы было не умножение знаний о видовом биоразнообразии, а выяснение биосферных функций организмов. Например, для термофильного сообщества основной интерес представляла трансформация газов. Из организмов с уникальной функцией мы обнаружили экстремально термофильные водородные бактерии и анаэробные карбоксидобактерии, окисляющие окись углерода водой. Сейчас карбоксидобактерия (Carboxydothermus hydrogenoformans) интенсивно исследуется в Германии для создания водородной энергетики, в которой продукты парогазовой конверсии сочетаются с водородным топливным элементом. Как правило, нам удавалось построить картину трофических связей в микробных сообществах, аналогичную той, которую я уже приводил, с характерными вариациями для каждого из сообществ. В частности, в галофильном сообществе изучены группы организмов, связанные с метаболическим путем последовательной деградации осмопротекторов (C1-метаногены, образующие висячее ребро на рис. 5).

В последние годы мы исследовали сообщества алкалофильных организмов, которые развиваются при рН 10. Все, что мы открыли здесь, не было изучено микробиологами, и это позволило прийти к гипотезе "содового континента" как необходимого следствия углекислотного выщелачивания. На ранних этапах эволюции Земли должен был существовать глобальный сток углекислоты, которым может быть только выветривание. Этот важнейший геохимический механизм, спасающий Землю от убегающего парникового эффекта, заключается в углекислотном выщелачивании и связывании углекислоты в карбонаты, прежде всего кальция. В субаэральных условиях, где отсутствует промывной режим, с большой вероятностью образуются содовые озера. Для микробов условия содовых озер оказались не экстремальными, а наиболее благоприятными. В них отмечена высокая степень эвтрофикации из-за того, что в щелочном растворе нет кальция и железа, а потому удерживаются фосфаты. В результате создаются благоприятные условия для азотфиксирующих цианобактерий как первичных продуцентов и для развития чрезвычайно богатых и разнообразных микробных сообществ, деградирующих мортмассу. Моделью служило экваториальное содовое озеро Магади южнее Найроби и центральноазиатские озера.

Разнообразие бактериальной жизни и полнота функций микробного сообщества в содовых озерах позволяют думать, что микробная жизнь не "вышла из моря", а "вошла в море". Отсюда один шаг до дарвиновского "маленького теплового пруда" как колыбели живого на Земле, этот шаг выводит меня из стана антидарвинистов.

Геосферно-биосферную систему необходимо рассматривать как целостность, задающую функционально значимые свойства своим компонентам. Традиционный путь от индивидуальных изменений к изменению целого оказывается недостаточным и ведет к ложным заключениям.

После выступления Г.А. Заварзин ответил на вопросы.

Академик Ю.А. Израэль: Большое спасибо, Георгий Александрович, за интересный доклад. У меня к вам есть два вопроса. Первый. Вы говорили, что в истории биосферы какие-то системы разваливались, какие-то развивались. На какой период времени приходилось, скажем так, наивысшее качество биосферы? Я понимаю, что это все условно, но такой момент уже прошел?

Г.А. Заварзин: На мой взгляд, высшее состояние биосферы было в период существования бактерий, когда никто никого не ел.

Ю.А. Израэль: Вы нас несколько успокаивали: миллионы лет существуют геосфера, биосфера и лишь тысячу лет парниковый эффект. Тем не менее появился человек, появились антропогенные воздействия. Все процессы сейчас могут идти (я не хочу сказать, что идут) за чрезвычайно короткие периоды. Поэтому возникает второй вопрос: есть какие-то критические элементы в той схеме становления биосферы, которую вы построили? Что за критические элементы, правомерно ли понятие "дестановление" биосферы?

Г.А. Заварзин: Грандиозная по масштабу катастрофа - дестабилизация атмосферы - произошла, когда железный цикл сменился на серный. Эти два цикла несовместимы, потому что при сульфатредукции железа быть не может, все оно "отправится" в сульфиды. Со сменой циклов атмосфера как бы "вывернулась наизнанку": вместо оксигенных карманов внутри циано-бактериальных матов со 100%-ным содержанием кислорода на свету образовались анаэробные карманы в местах, где много органики.

Ю.А. Израэль: А сейчас происходит дестабилизация биосферы?

Г.А. Заварзин: Конечно, сейчас наблюдаются очень резкие изменения: не только концентрация углекислоты поднимается, но и концентрация кислорода падает по отношению к азоту. Куда это приведет и нужно ли нам вводить Киотский протокол?.. Наверное, нужно.

Ю.А. Израэль: В таком случае возможен ли в связи с этими процессами какой-то кризис в состоянии биосферы?

Г.А. Заварзин: В глобальном плане, безусловно, работающий парниковый эффект "лезет вверх". С этим ничего не поделаешь, и к катастрофе мы можем подойти. В региональном плане для большинства стран, в том числе и России, критическим, на мой взгляд, является гидрологический цикл - чистая вода, в которой нуждается до 70% населения Земли.

Ю.А. Израэль: Я не говорю о человечестве, я говорю о биосфере.

Г.А. Заварзин: Разнесем биосферу, если все распашем. Конечно, кризис может наступить.

Академик Н.А. Шило: У меня тоже возникло несколько вопросов. Из вашей концепции совершенно выпал солнечный свет, тогда как мы знаем, что он играет исключительную роль. Возьмем простой известняк, облучим его рентгеновскими лучами, обольем водой и сразу же получим целую группу аминокислот. Обнаружено влияние излучения разного спектра и на растительные организмы. Об этом свидетельствует Памирский эффект. Сахалинский эффект.

Г.А. Заварзин: Действие света двояко. Мы хорошо знаем о токсическом действии ультрафиолета. Считается, что все биотические процессы ультрафиолет остановит. Однако эта идея очень сомнительна. Некоторые циано-бактериальные маты развиваются под слоем камня (эндолитически). С другой стороны, нарисованная мною картина становления биосферы не будет работать без поступления энергии извне. Я целиком опустил системы, функционирующие на эндогенном материале, из глубин Земли.

Н.А. Шило: Почему природа изобрела пару? В данном случае речь идет о половой паре, хотя прослеживается парность поведения и химических элементов в природе.

Г.А. Заварзин: Если у нас нет трофической пары, действующей в противоположных направлениях, то система необходимо утыкается в стационарное состояние. Цикл является наиболее универсальным законом биосферно-геосферного взаимодействия. Известно выражение Бернера: вся биота - биосферно-геосферная система - действует на основе правила цикла в циклах.

Н.А. Шило: Позвольте мне еще один вопрос. Какие силы ограничивают развитие организмов? Приведу простой пример. Гинкговые растения существуют с юры - 140 млн. лет они не меняются, другие резко изменились на протяжении этого времени, третьи вовсе погибли. Почему в своем развитии отдельные организмы заходят в тупик и гибнут?

Г.А. Заварзин: Из-за биогеохимической сукцессии, в результате которой система (сообщество) упирается в тупик. Примером такого тупика является железный цикл. Есть все бактерии, нужные для того, чтобы осуществить реакции этого цикла, но он не работает, так как возможности для него исчерпались. Такие сукцессионные изменения как раз и служат основой не филогении, а эволюции биосферно-геосферной системы.

Академик Б.С. Соколов: Не кажется ли вам, что вы сделали одно упущение между Гумбольдтом и Дарвином? По сути дела, основы концепции биосферы были сформулированы Ламарком. И был Тейяр де Шарден, которого вы тоже не упомянули.

Г.А. Заварзин: Борис Сергеевич, если я сделал только эти упущения, я счастлив. Мне нужно было просто продемонстрировать, что развитие мысли идет от интегратизма к редукционизму, и когда исчерпано одно направление, примерно через три поколения ученых происходит перелом.

Б.С. Соколов: Меня интересует ваше отношение к древнейшей осадочной формации Иссуа и ее образованию. И есть еще изотоп углерода 14С, свидетельствующий о развитии автотрофного пути фиксации.

Г.А. Заварзин: Последние данные, даже не по Иссуа, а по Акилеа, которая постарше на 300 млн. лет, свидетельствуют о том, что в этих формациях с изотопами углерода происходят неожиданные вещи: крайне облегчен изотопный состав углерода.. .

Б.С. Соколов: Что такое Акилеа?

Г.А. Заварзин: Это остров около Гренландии. Там действительно очень легкие карбонаты, соответствующие карбонатам, возможно, происходящим из органического вещества. Изотопные данные были опубликованы Аррениусом.

Академик В.Н. Большаков: Есть теория, что устойчивость биосферы зависит от степени ее структурированности: чем больше структур, тем она устойчивее, и наоборот. Между тем из вашего рассказа следует, что верхние этажи структуры биосферы - человек и высокоорганизованные сообщества - просто-напросто не нужны, потому что устойчивость биосферы, как я вас понял, базируется на низших этажах структурного уровня - микробных организмах.

Г.А. Заварзин: Если оценивать устойчивость во времени, то, безусловно, прокариотная система была самой устойчивой. Она просуществовала миллиарды лет, время же существования высокоорганизованных сообществ измеряется всего несколькими миллионами.

Академик А.С. Спирин: Как редукционист, хочу задать уточняющий вопрос. Мы знаем две группы микроорганизмов: эубактерии, которые сейчас называют просто бактериями, и архебактерии, именуемые археями. В сообществах, которые вы описывали, они сосуществовали всегда или это необязательно?

Г.А. Заварзин: У меня получается, что они всегда сосуществовали в одном сообществе. Есть только одна исключительная система, состоящая преимущественно из архей, - это так называемая "глубинная биосфера" гипертермофилов, использующая глубинный водород. Но более интригующее сообщество - это археи "голубого" океана, потому что в "голубом" океане, сугубо олиготрофном, находящемся в области центральных циклонических вихрей, примерно треть обитателей археи. В "голубом" океане недостаток питательных веществ.

Б.С. Соколов: Существует хорошо нам понятная концепция биосферы Ламарка - Вернадского, но известна и концепция, если выражаться языком Тейяра де Шардена, "божественной среды", уводящая нас во Вселенную. Как вам представляются связи между сферой живых систем во Вселенной и сферой живых систем на Земле?

Г.А. Заварзин: То, что происходит во Вселенной, находится в ведении Палеонтологического института. Я к этому имею косвенное отношение и могу только сказать, что обе системы очень похожи друг на друга.

Ю.А. Израэль: Я вновь хочу вернуться к вопросу об устойчивости биосферы. Что, с вашей точки зрения, является критическим для нынешнего состояния биосферы?

Г.А. Заварзин: Для биосферы критическим является состояние углеродного цикла, цикла органического углерода. От него зависит все остальное.

Ю.А. Израэль: Что значит критическое состояние углерода?

Г.А. Заварзин: Как я уже говорил, основная масса углерода уходит в осадочные породы. К сожалению, геологи совершенно не рассматривают седиментационный процесс в миллионолетних системах. Вот этот процесс - один из критических на больших временах.

Ю.А. Израэль: А тот углерод, что выбрасывается в атмосферу при сжигании топлива, - это значит хорошо?

Г.А. Заварзин: По отношению к естественным наукам я вообще стараюсь не употреблять критерии хорошо и плохо, только критерий критичности. Безусловно, выброс в биосферу больших количеств углерода в результате антропогенной деятельности критичен для углеродного цикла. На коротких интервалах времени мы можем вывести углеродный цикл из устойчивого состояния.

Ю.А. Израэль: Правильно я вас понял: для биосферы критично состояние углеродного цикла?

Г.А. Заварзин: На достаточно больших временах. Ни одно заключение нельзя сделать для биосферы, не определив масштаб времени и пространства.

Академик Н.П. Лякишев: Каковы масштабы железного цикла в биосфере? И если они огромны, то куда же девалось железо? Оно встречается в ограниченных масштабах в основном в форме оксидов, почти нет сульфидов.

Г.А. Заварзин: Манфред Шидловский установил, что на образование джеспилитов, или железистых кварцитов, как на Курской магнитной аномалии, ушло по меньшей мере 40% кислорода, который когда-либо появлялся на Земле. Чтобы обойти эту сложность, предложено два гипотетических механизма, но ни один из них строго не доказан. Первый - при образовании этих окислов железа поглощался кислород, выделенный цианобактериями, как предположил П. Клауд. Второй - окислы железа формировались в анаэробных условиях под действием фотосинтетических несерных бактерий, как установил Ф. Виддель. Действительно, и такой механизм работает.

Когда переходят к попытке объяснить геологические условия образования джеспилитов, то обычно предполагают, что джеспилиты были сингенетичными осадками. Они формировались там, где развивались бактерии. В присутствии пурпурных бактерий происходил эпигенетический процесс. Железистая муть моталась по водоему и садилась в геологическую ловушку. Не верил я в эту идею до последнего времени, пока своими глазами не увидел природные модельные системы на побережье Северного моря.

Н.П. Лякишев: А сульфиды?..

Г.А. Заварзин: Сульфиды появились потом, потому что нижняя точка образования сульфатного океана, который "поглотил" вторую половину кислорода, прослеживается до 2 млрд. лет назад. Раньше кислорода в атмосфере просто не было, как показали исследования кор выветривания.

Академик Г.В. Добровольский: Кто является первичным продуцентом в содовых системах?

Г.А. Заварзин: Цианобактерии, потому что в содовых озерах нет ни кальция (он выпал раньше), ни железа, которое тоже свяжет фосфор. Концентрация фосфора в озере Магади составляет 100 мг/л - чудовищная величина. Неудивительно, что в озере процветают цианобактерии с азот-фиксацией: им безразличен лимит по азоту, но фосфор необходим. В таких экстремальных условиях развивается эвтрофикация - буквально суп из бактерий.

Г.В. Добровольский: Вы считаете, что серный цикл начался позже, чем 2 млрд. лет назад?

Г.А. Заварзин: С уверенностью я этого сказать не могу, потому что к 2 млрд. лет назад относятся известные данные по изотопии серы. В то же время локальные сульфаты, возраст которых 3.5 млрд. лет, обнаружены на северо-западе Австралии.

Член-корреспондент РАН Г.И. Каравайко: Очень большие сомнения есть у физиков по поводу датировок с помощью изотопных методов, включая уран, свинец и углерод. Что вы думаете на этот счет?

Г.А. Заварзин: На этот счет мне не положено думать, мне положено пользоваться теми данными, которые встречаются в рецензируемых журналах.

Г.И. Каравайко: И еще один вопрос: эволюционный путь как будто бы противоречит второму закону термодинамики, который утверждает, что все исчезает, но не созидается.

Г.А. Заварзин: Схема трофических отношений в бактериальном сообществе, которую я приводил, подчиняется термодинамическим законам. На ней представлены самостоятельно существующие виды организмов, каждый из них должен получить свою долю энергии. Эта доля равняется одной трети АТФ. Если энергии будет меньше, существовать вид не сможет.

Г.В. Добровольский: В какой мере гипотеза Ловелока о Земле как едином организме оригинальна по сравнению с более ранними мыслями, сформулированными и Виноградским и Вернадским?

Г.А. Заварзин: Я очень скептически отношусь к гипотезе Ловелока, не вижу в ней ничего оригинального кроме одного - связи климата с составом атмосферы. Эту связь Ловелок действительно разработал.

Представление о Земле как о большом организме Сергей Николаевич Виноградский сформулировал в 1896 г. на лекции перед членами императорской фамилии. Он сделал лекцию очень популярной, в результате она оказалась "генерализованной" в максимальной степени. Виноградский сказал, что Земля работает как большой организм, причем слово "организм" он употреблял вместо слова "система". Биолог в то время не мог сказать слово "система", потому что под этим сразу же понималась систематика. И Виноградский сделал шаг вперед по сравнению с Вернадским (только, пожалуйста, не проклинайте меня за это высказывание!). Он обратил внимание на то, что вся система работает на микробах-катализаторах, в то время как Вернадский рассматривал биоту прежде всего в качестве концентраторов вещества.

ВЫЖИВЕТ ЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО?
Обсуждение в президиуме РАН

Академик А.С. Спирин: Выступление Георгия Александровича Заварзина привело меня к некоторым раздумьям, может быть, и не очень оптимистическим. Через какое-то время после остывания Земля представляла собой Солярис - гигантский организм. Сообщество микроорганизмов, среди которых были и археи, и бактерии, работало как единый живой организм. Что такое мы с вами и вся возникшая жизнь? Как редукционист позволю сказать, что мы - симбионты этих двух групп микроорганизмов.

Спустя еще какое-то время Солярис начал дробиться на плавающие и растущие организмы. Произошел переход от интегральной системы, от целостной к раздробленной, в которой образовавшиеся организмы стали поедать друг друга: животные - растения, других животных и т.д. Здесь звучали опасения за нашу биосферу, но той биосфере, которая представляет собой сообщество эубактерий и архей, ничего не грозит. Мы беспокоимся лишь за ее верхнюю надстроечку, за малую биологическую массу, ибо мы маленький отросточек Соляриса. Ну, помрем, все равно жизнь будет развиваться.

Меня еще очень заинтриговала схема развития редукционизма, которое заканчивается биомедициной. Непопулярная идея высказана. Дело в том, что биомедицина ведет к гибели человечества. Когда мы начнем лечить болезни генно-инженерными способами, когда мы избавим человечество от рака, СПИДа и других страшных болезней, мы превратимся в загнивающее геронтологическое общество из двухсотлетних одряхлевших людей с безысходно отягощенной наследственностью. Это не шутки! Генная инженерия отягощает наследственность летальными генами. Починка отдельных органов, замена их протезами - это на самом деле путь к умерщвлению человечества (не быстрому, постепенному) за счет индивидуума.

Исторически мы восприняли индивидуалистическую философию, в корне противоречащую основному принципу биологии. В ней главное - вид. Особью поступаются, когда нужно выжить виду. А мы поставили во главу угла индивидуум.

Академик К.С. Демирчян: Я очень далек от биологии, тем более от такого глубокого рассмотрения проблем возникновения и эволюции жизни. Но здесь на одном из графиков фигурировало понятие "устойчивое развитие", которое появилось в начале 90-х годов после конференции по окружающей среде в Рио-де-Жанейро. Там оно трактовалось достаточно широко - с позиций не только биологии, но и социума, то есть устойчивое существование людей, отдельных государств, отдельных этнических групп. Вот об этой социальной трактовке понятия устойчивого развития в последующие годы забыли все.

Принятые в дальнейшем решения были закручены вокруг проблемы сохранения окружающей среды. Авторитетная группа высокопоставленных лиц во главе с А. Гором, фактически захватила право определять, что угрожает человечеству, что не угрожает человечеству. В частности, было принято Киотское соглашение, ограничивающее принудительным порядком выбросы в атмосферу двуокиси углерода, связанные с работой тепловых электростанций, двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Такая мера резко осложняет социальное развитие в бедных странах, в том числе и в России. Между тем Киотское соглашение мы поспешили подписать. Его не подписали Китай, Индия и другие государства. Дж. Буш сейчас хочет выйти из этого соглашения, абсолютно правильно мотивируя свой шаг тем, что нет обоснованного научного подтверждения необходимости подобного соглашения. Он предлагает сделать подсчеты, сколько двуокиси углерода выбрасывается на той или иной территории и сколько ее поглощается. А ведь на территории России двуокись углерода поглощается.

Мое предложение - вернуться к серьезному обсуждению всех аспектов тематики устойчивого развития, определить, насколько необходимо выполнение Киотского соглашения для нашей страны в тех условиях, в которых она находится.

Академик Б.С. Соколов: Георгий Александрович Заварзин как всегда сделал превосходный доклад, неудачных докладов я от него не слышал. Но думаю, что он не учел одного обстоятельства -аудитории, которая здесь находится. Он сузил свой доклад, по существу, до моментов становления биосферы, тогда как присутствующие больше всего озабочены нынешним состоянием биосферы и ее будущим. Их тревога абсолютно понятна.

Академик К.С. Демирчян обратил внимание на выражение "устойчивое развитие". Неудачный, на мой взгляд, перевод с английского, потому что речь идет не об устойчивом развитии, а об устойчивой поддержке развития. Устойчивое развитие - это глупость, устойчиво можно стоять на месте. Не буду дальше развивать эту тему и перейду совсем в другую сферу.

Становление биосферы неразрывно связано с проблемой происхождения жизни, одной из фундаментальных в естествознании. К сожалению, хотя у нас есть специалисты в этой области, серьезных работ они сейчас не ведут. Они велись, когда был жив А.И. Опарин, но в области скорее рассуждений и без отрыва от идеи первичных коацерватных "капель", которые появились якобы только на Земле. Это была типично дарвинистская постановка проблемы, от нее Александр Иванович никогда не отрывался. Его рассуждения о происхождении жизни не выходили за пределы нашей планеты. Вот почему я задавал, может быть, не совсем удачный и больше философский вопрос относительно "божественной среды" Тейяра де Шардена.

Думаю, что наиболее мощный всплеск интереса к проблематике, о которой сегодня шла речь, произошел (скажу самоуверенно) при моем участии в 1965 г., когда в Новосибирском академгородке я впервые созвал международный симпозиум по палеонтологии докембрия. К тому времени мы накопили достаточно много данных о древнейшей жизни на Земле (от микрофоссилий и строматолитов до гигантских форм венда), и настала пора выработать согласованные программы дальнейших исследований.

Во времена моей учебы в Ленинградском университете рассуждения о палеонтологии докембрия или о стратиграфии докембрия считались какой-то нелепостью. Лекции по исторической геологии, которые я слушал у профессора П.А. Православлева, убеждали нас в том, что весь докембрий - это мешанина, как выражался Павел Александрович. Сейчас же мы хорошо осознали, что палеонтология докембрия дает серьезнейшие основания для понимания процессов, связанных с появлением и развитием жизни в глубоком докембрий (до 4 млрд. лет назад). Самое удивительно, что палеонтология докембрия, казалось бы, такая далекая от линнеевско-дарвиновской системы, прямо связана с современным состоянием биоразнообразия на нашей планете. Но это биоразнообразие (во всех экосистемах) сейчас находится под страшной угрозой.

Я упоминал уже сегодня имя Ламарка. Этот слепой французский ученый высказал мысль, которая звучит примерно так: "Человечеку суждено истребить самого себя после того, как он сделает Землю непригодной для обитания". Подчеркну: это сказано 200 лет тому назад. Уже тогда у Ламарка были довольно ясные представления о том, что произошло, например с Сахарой. Оазис, в котором, судя по первобытным наскальным рисункам, обитали жирафы и гиппопотамы, росли пальмы, была вода, превратился в пустыню. Кто это проделал? Человек со своими стадами овец. Мы с вами, опираясь на достижения современной цивилизации, неуклонно трудимся над тем, чтобы уничтожить биосферу, причем мы не в состоянии остановить эту разрушительную работу никакими запретами, никакими мерами защиты. Вот в чем трагедия; человечеству действительно суждено погибнуть. Да оно и обречено на вымирание как всякий биологический вид.

Очень много говорится сейчас о переходе биосферы в ноосферу. Ноосфера, по существу, возникла одновременно с высшими гоминидами, с разумом, с появлением Homo sapiens. Однако Ноmo sapiens не то, что не хочет, он не может пальцем о палец ударить, чтобы приступить к радикальному спасению биосферы. Он обезоружен опережающим темпом технической специализации, а это - путь в тупик. Я решусь сказать страшную вещь: на мой взгляд, никакого перехода биосферы в ноосферу в современном обществе нет и в обозримом будущем не предвидится. Ноосфера, о которой сейчас бодро толкуют в легковесных трудах, особенно журналисты, - это такая же химера, как коммунизм. А биосфера, о которой рассказывал Георгий Александрович, появилась до человека, существует при человеке и будет существовать после его исчезновения.

Академик Ю.А. Израэль: Отмечу, что исторически первым появился термин "экологически устойчивое развитие". Позднее он превратился в термин "устойчивое развитие". В первых публикациях Римского клуба речь шла именно об экологически устойчивом развитии, вот почему я так упорно задавал Георгию Александровичу Заварзину вопрос о том, что же является при таком понимании термина "устойчивое развитие" критическим звеном в биосфере. Если считать, что понятие устойчивого развития существует, то его определение должно было бы звучать так: это такое развитие, при котором не создается опасности для здоровья населения, для биосферы и для климатической системы.

Несмотря на то, что существует рамочная Конвенция ООН по изучению климата, программа геосферно-биосферных исследований и много других, мы так и не подошли к определению того, какие элементы в биосфере и в климатической системе являются критическими с точки зрения воздействия человека. Георгий Александрович сказал, что тут многое зависит от периода времени, в течение которого происходит воздействие. Но человек воздействует на природу таким образом, что огромные геологические периоды, связанные с изменением природной среды, могут сжаться не до тысяч, не до сотен, а до десятков лет. Вот почему нам грозит опасность, вот почему мы должны знать критические элементы. Это, конечно, даже не питьевая вода и не сельскохозяйственные земли, а некие соотношения тех или иных организмов в биосфере. В климатической системе один из критических элементов - криосфера.

Хочу еще раз подчеркнуть, что наши действия по сохранению биосферы либо научно не достаточно обоснованы, либо не выходят за рамки митингов. Поэтому я призывают сосредоточить внимание на выработке научно обоснованных мер по охране биосферы и климатической системы, пока еще есть время.

Академик Н.А. Шило: Георгий Александрович Заварзин приводил примеры систем, которые относятся к нелинейным, характеризующимся прежде всего неустойчивостью. Это открытые системы, подпитывающиеся внешней энергией, что и определяет их эволюцию. К примеру, к нелинейным системам относятся экономические, социальные и др. Видимо, в ходе становления биосферы именно такого рода системам принадлежит решающая роль. Впрочем, сам организм, любой биологический объект - это открытая система, осуществляющая массообменные процессы с окружающей средой, энергетически подпитывающаяся последней.

Однако если обратиться к процессу зарождения органического мира на Земле (без понимания чего трудно себе представить становление биосферы), то это сложный природный процесс, сущность которого до конца не разгадана. Он, несомненно, связан с взаимодействием трех оболочек планеты: каменной, водной и воздушной при непременном облучении продуктов этого взаимодействия коротковолновой частью спектра солнечных лучей. На эту мысль наводит известный эксперимент. Возьмите известняк, облейте его водой и облучите рентгеновскими лучами и вы получите группу аминокислот, как известно, включающих карбоксилы и амины. Присутствующий в составе последних азот, по-видимому, заимствуется или из воздуха, или из битумов, природа которых может быть чисто хемогенной либо биологической. Аминокислоты являются структурной основой белков. Последние образуют более сложные органические вещества - органеллы, но именно белки осуществляют обменные функции и, в сущности, являются главным структурообразующим элементом органических объектов, которые и участвуют в становлении биосферы. Таким образом, на первый план выступает проблема воспроизводства белка или белков. Если бы удалось приблизиться к ее разгадке, то проблема зарождения и развития жизни на Земле стала бы более ясной и становление биосферы оказалось бы познаваемым.

Думаю, что на определенных этапах эволюции материального мира на отдельных объектах Вселенной неизбежно должна возникать биологическая жизнь. Это - имманентно присущее свойство материи, реализующей свои биологические возможности при каких-то совершенно определенных физико-химических условиях, развивающихся под действием светового луча, может быть, определенным образом ориентированного в пространстве.

Непременной особенностью становления биосферы является бифуркация биологических систем. На определенных этапах развития сообщества органического мира претерпевают бифуркацию. Развитие организмов диверсифицируются, возникают две ветви какого-то вида, одна из которых может неопределенно долго развиваться, тогда как другая оказывается в тупиковой позиции и исчезает. К примеру, в юре значительным развитием пользовалась нильсония семейства цикадовых и гингковые. Первая в мелу исчезла, а гингковые живут до сих пор, то есть почти 140 млн. лет. Исчез также широко распространенный в палеогене Pinus strobus, его небольшие ареалы сохранились лишь на американском континенте. Будучи перенесенным в Азию и в Европу, этот вид сосны стал бурно развиваться в районах своего доледникового обитания и достигает полной зрелости почти на треть быстрее, чем, например, сибирский кедр. Этот факт наводит на мысль о возможной реконструкции наших лесов с целью повышения их продуктивности. Так, например, сделали японцы: они почти все древесные растения своих горных лесов заменили криптомерией, отличающейся высокой выносливостью и продуктивностью.

Состояние биосферы, конечно, всех волнует, но невозможно понять вектор ее изменения, если не будут раскрыты причины вымирания отдельных видов организмов на фоне бурного развития других, если не получат удовлетворительного объяснения причины внутривидовой борьбы. Обратимся, например, к человеку как к виду. В 1000 г. по христианскому календарю численность населения на Земле составляла 275 млн. человек, к 1500 г. она выросла до 450 млн., то есть за 500 лет увеличилась в 1.6 раза, а за последующие 500 лет численность населения Земли возросла в 15 раз, достигнув к 2000 г. 6 млрд. человек. Если этот темп прироста населения сохранится, то к 2500 г. численность населения на Земле достигнет 90 млрд. человек, к 3000 г. - 180 млрд. человек. Такой нагрузки, разумеется, биосфера не может принять. Поэтому возникнет масса проблем. Их решение может быть чисто физиологическим, то есть на напряженность в биосфере откликнется ДНК, возникнет естественная регуляция численности населения. Однако более вероятный путь решения проблемы сведется к усилению внутривидовой борьбы. Усилятся межрелигиозные, расовые, этнические, межгосударственные войны, борьба за истощающиеся ресурсы, что, несомненно, будет сдерживающим началом для роста населения.

Член-корреспондент РАН А.Ю. Розанов: Меня выступления Георгия Александровича Заварзина всегда побуждают к тому, чтобы искать "узкие места" в решении проблем. Есть несколько таких мест и сегодня. Во-первых, не все ясно с "железным веком", потому что, строго говоря, вопросы, связанные с седиментологией, литологией, корреляцией докембрийских толщ проработаны не очень детально. Если стратиграфия докембрия сделала большой рывок, то в области седиментологии мы провалились. Необходимо поставить специальные исследования, чтобы балансовые отношения, о которых здесь рассказывалось, получили серьезное научное подкрепление.

Во-вторых, когда мы говорим, что с архея появляются и археи, и эубактерии, это не совсем точно. Диагностика ископаемых бактерий очень сложна, она идет через осознание геохимических процессов. Мы должны представить себе, какой комплекс бактерий формирует те или иные осадки и потом породы. Этого мы еще не знаем, потому что только несколько лет назад стали понимать, что в каждой осадочной породе можно с помощью электронного микроскопа отыскать бактерии. Мне кажется, что геохимическая и литологическая специфика деятельности бактерий требует тщательного изучения.

И последнее. Здесь разгорелся спор, что хорошо и что плохо для биосферы. Думаю, что этот спор тоже ведется пока на уровне догадок. На самом деле интересы человека и интересы биосферы находятся в полном противоречии, и задача биосферы человека уничтожить. Поэтому мы должны четко разграничить наши потребности, наши задачи и биосферные потребности. Биосфера, конечно, будет независимо от нас жить и через несколько миллиардов лет, как жила до этого на протяжении 4 млрд. лет. В ее истории случались кризисы, но не более того. Единственно разумная стратегия нашего поведения сводится к тому, что вживаться в биосферу, а не пытаться создать ноосферу. Это занятие чрезвычайно опасно для нашего собственного существования.

Академик Д.М. Климов: Мы обсуждаем, как возник термин устойчивого развития, его перевод. Так случилось, что я был на конференции по устойчивому развитию в Словении, и могу квалифицированно сказать, что под устойчивым развитием понимается абсолютно все: экономика, политика, техника, химия. Я удивляюсь, как всю эту кашу можно впихнуть в устойчивое развитие и всерьез обсуждать.

Академик М.В. Иванов: Сегодня мы заслушали очень интересное сообщение, но его обсуждение в должно мере не состоялось. Мне хотелось бы вернуть внимание присутствующих непосредственно к той задаче, которую, как мне кажется, ставил Георгий Александрович Заварзин, выходя на трибуну. Он познакомил нас со своими воззрениями о первых этапах существования развитой биосферы. Конечно, проблема становления биосферы не может решаться без рассмотрения проблемы происхождения биосферы. От последней темы Георгий Александрович уходил, даже когда ему задавали прямые вопросы. А вот характеристика первых этапов существования развитой биосферы, основанной исключительно на жизнедеятельности прокариотных организмов, представляется очень интересной частью доклада.

Этот доклад мог состояться только после того, как о жизни микроорганизмов мы стали судить не по их численности, не по их видовому разнообразию, а по их колоссальной геохимической активности. Если Пастер и Кох открыли разнообразие микроорганизмов, то Виноградский и Вернадский поставили вопрос о том, в каком же масштабе действуют микроорганизмы в природе. Ясно, что они вызывают эпидемии, производят миллионы литров вина и пива, но в каком масштабе они действуют в природе? Благодаря тому, что в последние 50 лет в микробиологию и в геохимию были внедрены количественные методы определения жизнедеятельности микроорганизмов, появилась возможность оценивать их геохимическую активность, в том числе и в прошлые геологические эпохи.

Мне, как микробиологу, очень импонирует то, что биосфера начала функционировать без высших организмов и основные ее процессы базируются на деятельности микроорганизмов. Но я согласен с членом-корреспондентом РАН А.Ю. Розановым, что материалов для разносторонней характеристики ранних этапов развития биосферы еще маловато. Георгий Александрович в основном ссылался на строматолиты, но ими, конечно, не исчерпываются доказательства глобальной геохимической деятельности микроорганизмов уже на первых этапах эволюции биосферы.

К тому, что говорил Георгий Александрович, хочу добавить следующее. Достаточно точно установлено время, когда началась деятельность биологического серного цикла. Оно определяется по времени начала фракционирования стабильных изотопов серы - это 2.6-2.9 млрд. лет назад. Так что вряд ли железный цикл предшествовал серному. Другое дело, какие были масштабы этих циклов. Но в принципе получены прямые доказательства, что серный цикл начался раньше массового образования минералов окисного железа.

Редко используются в реконструкции геохимической деятельности микроорганизмов на ранних этапах развития биосферы закономерности фракционирования стабильных изотопов углерода. Достаточно уверенно можно говорить, что в истории Земли был период, характеризовавшийся экстремальной активностью метанокисляю-щих микроорганизмов. Без этих микроорганизмов, обладающих способностью фракционировать изотопы углерода, невозможно объяснить наличие в древних породах органических веществ с изотопным составом углерода с величинами d13С = -50% и даже более низкими.

В изотопной геохимии намечаются и новые подходы к объяснению жизнедеятельности древних организмов. Буквально в прошлом году было показано, что возможно биогенное фракционирование изотопов железа при развитии микроорганизмов железного цикла. Если эти результаты подтвердятся, то по изотопным данным можно будет судить, как формировались железные руды биогенного и абиогенного происхождения.

Думаю, что Президиум РАН правильно поступил, поставив на своем заседании доклад Г.А. Заварзина. Он заинтересовал слушателей, пусть даже косвенными вещами.

Академик Ю.С. Осипов: Прежде всего хочу поблагодарить Георгия Александровича Заварзина за интересное выступление. Что касается обсуждения, то оно действительно иногда расширялось за пределы научного сообщения, но было очень полезным. Полагаю, что в ходе его прозвучали аргументы, в какой-то степени защищающие нас от пессимистических высказываний Бориса Сергеевича Соколова.

Большое спасибо.

Материалы обсуждения подготовила к печати Т.В. Маврина


 

VIVOS VOCO!
Ноябрь 2001