Владимир Иванович Вернадский
Начало и вечность жизни
6
Особенности пространства, занятого жизнью, особенности «тел» организмов были правильно давно учтены Л. Пастером, но странным образом это величайшее обобщение до сих пор не вошло в научное сознание, не вошло в жизнь[39].
Жизнь могла создаться только в среде своеобразной диссимметрии, отличной от обычной среды биосферы. Под диссимметрией мы понимаем сложное явление, которое иначе рисовалось Пастеру, чем оно рисуется нам. После него оно было углублено П. Кюри, который выставил положение – назову его принципом П. Кюри – огромного теоретического значения. Этот принцип гласит: «Диссимметрия может возникнуть только под влиянием причины, обладающей такой же диссимметрией». Я не могу здесь на этом останавливаться, но из принципа Кюри следует чрезвычайная устойчивость диссимметричной среды или диссимметричного явления в среде, где такая диссимметрия отсутствует[40].
Очевидно, могут быть очень различные проявления диссимметрии, и диссимметрия, связанная с явлениями жизни, есть одна из этих многих форм.
Диссимметрией, свойственной жизни, мы будем называть такое свойство пространства или другого связанного с жизнью явления, для которого из элементов симметрии существуют только оси простой симметрии, но эти оси необычны, ибо отсутствует основное их свойство – равенство правых и левых явлений, вокруг них наблюдаемых. Такая диссимметрическая среда резко отличается от кристаллической энантиоморфной среды, тоже характеризуемой только осями простой симметрии. В ней устойчиво или преобладает только одно из антиподных явлений – правое или левое. Кристаллическая же энантиоморфная среда распадается всегда на две одновременно существующие среды, количественно равные – правую и левую. В диссимметрической среде, характерной для жизни, образуется одна из этих сред – правая или левая, или одна из них резко преобладает над другой. Можно – математически – представить эту диссимметрическую среду как среду симметрическую энантиоморфную, симметрия которой нарушена[41]. В такой диссимметрической среде нет никогда элементов сложной симметрии – ни центра, ни плоскостей симметрии.
Диссимметрия, таким образом, не охватывается учением о симметрии: неравенство правых и левых явлений этому противоречит. С точки зрения учения о симметрии она представляет своеобразное определенное нарушение симметрии.
Пастер указал, что как в строении своего вещества, так и в своих физиологических проявлениях живые организмы обладают такой резко выраженной диссимметрией с преобладанием правых явлений. Правый характер организмов выражается как в правом вращении плоскости поляризации света их основных чистых кристаллических соединений, сосредоточенных в яйце или в семени, в правых кристаллических их антиподах при кристаллизации, в усваивании организмами правых антиподов (их поеданием) и в инертном отношении организмов к левым антиподам (их избегании и т. п.).
Я не буду указывать на те важные общие выводы, которые сделал из этого эмпирического обобщения Пастер. Отмечу только, что он правильно указывал – еще до обоснования принципа П. Кюри, – что самопроизвольное зарождение, абиогенез – возникновение жизни из косной материи – могло иметь место только в такой диссимметрической правой среде. Он думал, что в эту сторону надо направить опыты создания живого организма[42].
Он уже отметил – и это оказалось, по существу, верным до сих пор, – что такой диссимметрией обладают на Земле только живые организмы.
Из этого обобщения Пастера в связи с принципом Реди следует, что вещество биосферы глубоко разнородно. Одно – живые организмы— диссимметрично в указанной форме и образуется только размножением (то есть из диссимметричного же вещества, согласно принципу Реди и принципу Кюри). Другое – обычная земная материя.
Ни в одной из других геосфер нет вещества, обладающего открытой Пастером диссимметрией.
Граница между этими двумя средами – резкая.
После Пастера были открыты еще другие тела, обладающие тем же свойством – нефти, но нефти в своем генезисе связаны с жизнью[43].
Диссимметрия нефтей в связи с биогенным ее происхождением заставляет внести поправку в обобщение Пастера. Должны существовать не только правые, но и левые формы жизни, ибо хотя среди нефтей преобладают правовращающие нефти, но есть нефти и левовращающие.
Эту поправку в представление Пастера о правом характере диссимметрии жизни можно было внести и прежде, при его жизни, так как давно были известны другие проявления жизненной диссимметрии, которые дают для организмов среди множества правых форм формы левые, например, левые неделимые моллюсков (раковины) среди массового преобладания правых – явление, обратившее на себя внимание еще натуралистов XVIII века[44].
Основным в явлении такой диссимметрии является резкое преобладание одного из антиподов, неравенство правых и левых.
Преобладание правых форм в явлениях жизни выражено обычно резко, но и здесь, например, господствующие белки животных (смеси коллоидов) обладают в подавляющем большинстве случаев левым вращением.
Кроме живых организмов и связанной с ними в своем генезисе нефти, все другие явления биосферы этой диссиметрией не обладают. Ее нет, как показал Кюри[45], ни для магнитного, ни для электрического поля[46].
Человек – не проводя через организмы – создает диссимметрические структуры химическим синтезом. Однако до сих пор ему не удалось создать диссимметрическую среду, аналогичную той, которая находится внутри организмов. Часто указывают на лучистую среду (поляризованную), им в лаборатории создаваемую, правую или левую; в этой области идут интереснейшие опыты. Но эта симметричная среда отлична от среды жизни: в правовращающем, поляризованном лучистом поле, например, не могут возникать левые явления, как это имеет место в среде, живым занятой.
Согласно принципу Кюри, деятельность человека является диссимметричной причиной, и создание им диссиметричной среды, отвечающей жизни, явилось бы фактом нормальным.
Вне Земли – в Космосе – есть указания на вероятное нахождение диссимметрических явлений. И уже Л. Пастер искал причины появления диссимметрического явления в Космосе, в явлениях вне планеты.
На вероятное нахождение диссимметрических явлений в Космосе указывает, например, спиральная форма туманностей и некоторых звездных собраний. Если действительно правые спирали в туманностях резко преобладают, как это видно по многим фотографиям, или же в разных частях Вселенной сосредоточиваются в одних левые, а в других правые спиральные туманности, существование диссимметрических пространств в Космосе окажется больше, чем вероятностью. Эта диссимметрия, по-видимому, аналогична той, которая наблюдается в пространстве, занятом жизнью, то есть обладает энантиоморфными векторами (resp. только осями простой симметрии), причем оба – и правый, и левый— могут в ней существовать, но не в равном числе, и правые господствуют чаще[47].
Возможно, что наша планета, не имея диссимметричных явлений помимо жизни в биосфере, проходя через области Космоса, ими обладающие, может в той или иной стадии своей истории войти в область правой диссимметрии этого рода, то есть может стать в условия правого диссимметрического поля, в котором может зародиться жизнь.
Конечно, его существование отнюдь не вызывает зарождения жизни, но его отсутствие этот процесс исключает.
7
Диссимметрия среды на земной поверхности в момент появления жизни имеет значение, конечно, только в том случае, если жизнь создана на Земле, а не пришла в нее из космических пространств.
Другое условие, на котором я хочу сейчас остановиться, касается обеих мыслимых форм появления жизни – и ее земного, и ее космического происхождения.
Жизнь и все живые организмы являются неразрывной, закономерной частью биосферы. Сама биосфера не является случайным образованием – она есть определенный механизм, устойчивая динамическая система, равновесие, установившееся в основных чертах своих с самого своего начала, то есть с начала или с середины архейской эры, с археозоя, неизменно действующее в течение 1,5–2 млрд лет.
В биосфере можно отличить два типа составляющего ее вещества: с одной стороны, косное вещество, с другой – живое. Косное вещество, состоящее в конце концов из минералов, остается в своих морфологических проявлениях, то есть по своему химическому составу и физическому состоянию неизменным. Одни и те же минералы строили его в альгонкской эре и раньше, строят и теперь. Нет новых минералов, появившихся в земной коре в течение геологического времени, если не считать ими созданий человеческой техники[48].
Иное явление представляет другая составная часть биосферы – живое вещество, вечно, в целом и в отдельных своих формах, меняющееся в эволюционном процессе. Это живое вещество является носителем свободной энергии в геохимических процессах биосферы, ее активной составной частью. Его неизменные формы, как некоторые виды (однородные живые вещества) радиолярий, неизменные с альгонкской эры или Lingula с кембрийской, являются исключением. Они существуют в неизменном строении около миллиарда лет. Все остальные за это время коренным образом изменились, эволюционировали. Живой мир биосферы палеозоя и живой мир биосферы нашего времени резко различны, мир косной материи один и тот же.
Как уже указывалось, жизнь для нас научно известна только как закономерная часть биосферы: жизнь вне биосферы не существует – есть нереальная абстракция.
Говоря о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности говорим только об образовании на ней биосферы.
Сохранение неизменным косной материи – минералов – биосферы может иметь место только при условии, что теснейшим образом с ними связанная в биосфере жизнь в некоторых определенных своих чертах тоже остается неизменной. Она, меняясь по форме составляющих ее тел, должна в среднем эффекте остаться неизменной, как и связанная с ней косная материя, быть неизменной в тех своих проявлениях, которые связаны с образованием минералов: в среднем количественном химическом своем составе и в средней своей массе. Она неизменно должна была составлять одну и ту же определенную долю массы биосферы[49]. Ибо только при этом условии не нарушается химический характер того грандиозного явления, в котором выражается в биосфере химическое действие жизни и которое мы называем корой выветривания. Только при этом остаются неизменными по составу и по взаимным соотношениям (парагенезису) в геологическом времени минералы, образующиеся в биосфере, минералы вадозные[50].
Следовательно, с самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как без жизни не могла бы создаться кора выветривания (неразрывная часть механизма биосферы), а связанные с этим проявления жизни – ее геохимические функции – по разнообразию и сложности не могут быть уделом одной какой-нибудь видовой формы жизни. Они на всем протяжении геологической истории и посейчас в окружающей нас природе неизменно распределены между разными формами жизни.
В химической структуре биосферы мы имеем дело с живой природой в целом, а не с отдельными видами. Среди миллионов видов нет ни одного, который мог бы исполнять один все геохимические функции жизни, которые существуют в биосфере изначала.
Следовательно, изначально морфологический состав живой природы в биосфере должен был быть сложным. Функции жизни в биосфере – биогеохимические функции – неизменны в течение геологического времени, и ни одна из них не появилась вновь в ходе геологического времени. Они непрерывно существуют одновременно.
Можно выделить следующие геохимические функции жизни в биосфере – биогеохимические функции биосферы (табл. 1).
Таблица 1
Биогеохимические функции биосферы
1.[51]
2.[52]
3.[53]
1.[54]
2.[55]
Если принять во внимание чрезвычайно быстрое размножение организмов, те газообразные процессы, которые связаны с выделением газов, в том числе дыхание – один из главных источников СО2, химическое значение жизни в биосфере в связи с указанными функциями станет ясным[56].
Оно проявляется еще резче благодаря непрерывному выделению таких чрезвычайно активных в биосфере тел, как свободный кислород, углекислота, вода и сероводород, для которых сейчас известны сотни реакций, связанных с их воздействием на мертвую, инертную составную часть биосферы.
При рассмотрении этой таблицы бросается в глаза, 1) что все без исключения геохимические функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами, 2) что невозможен организм, который мог бы один исполнять все эти геохимические функции, 3) что в ходе геологического времени происходила смена разных организмов, замещавших друг друга в исполнении данной функции без изменения самой функции.
Лишь со времени выступления в биосфере цивилизованного человечества один организм оказался способным одновременно вызывать разнообразные химические процессы, но он достигает этого разумом и техникой, а не физиологической работой своего организма.
8
Вывод о необходимости одновременной чрезвычайно разнообразной геохимической функции в биосфере представителей жизни является основным условием, определяющим характер ее появления.
Каково бы это появление ни было, оно должно быть представлено сложным телом – не совокупностью неделимых одного вида, а совокупностью многих видов, морфологически принадлежащих к разным резко разделенным классам организмов или же гипотетической, особой, отличной от видов неизвестной нам формой живого вещества.
Возможность полного осуществления всех геохимических функций организмов в биосфере одноклеточными организмами делает вероятным, что таково было первое появление жизни. Ибо мы можем сейчас уже проследить создание эволюционным путем более сложных организмов из более простых предков. Если бы химический состав простейших организмов, отвечающих геохимическим функциям жизни, был нам известен и мы смогли бы количественно учесть значение в механизме биосферы каждой биогеохимической функции, мы бы имели представление о том химическом составе живого вещества, который неуклонно должен был существовать в биосфере с ее начала и который не может быть изменен во время эволюционного процесса.
Таким образом, первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни. Должны были сразу появиться биоценозы.
При допущении абиогенеза на Земле (при сохранении принципа Реди, то есть в условиях, указанных выше, § 2), путем абиогенеза должна была создаться или сразу совокупность одноклеточных организмов разных биогеохимических функций, или, начавшись с одной простейшей формы, ее раздробление на формы разных геохимических функций должно было произойти неизвестным нам путем чрезвычайно быстро – вне эволюционного порядка.
Дело в том, что эволюционный процесс, какую бы форму его мы ни взяли, всегда идет уже внутри биосферы, то есть в живой готовой природе. Логически заключать отсюда об изменениях форм организмов путем эволюции вне живой природы, как часто это делают, будет логической ошибкой, недопустимой экстраполяцией.
Все без исключения теории эволюции рассматривают идущий процесс в пределах готовой живой природы. Это ясно для дарвинизма и связанных с ним представлений. Борьба за существование – положение Мальтуса, внесенное Уоллесом и Дарвином в их построения – или идея солидарности (Кесслер, Кропоткин) одинаково допускают изменение видовых форм только в пределах и при участии комплексов живых существ.
Но больше того: течения, исходящие от Жоффруа Сент-Илера и Ламарка, придающие огромное значение изменению среды, то есть биосферы, для изменения видов, тоже связаны теснейшим образом с живой природой. Ибо в биосфере изменяется главным образом живое вещество и все процессы, с ним связанные. Остов косной материи – вне биогенной ее части – остается неизменным. Это касается не только твердых, но и жидких и газообразных соединений.
Это касается и таких представлений, как недавно выставленная И. Вальтером[57] гипотеза об изменении морской жизни в связи с изменением в ходе геологического времени физико-химического состава ее среды – воды океана. Главное изменение в воде океана, несомненно, было в ее живой, шире – в ее биогенной части. Я оставляю в стороне вопрос о том, насколько идеи Вальтера правильны и можно ли говорить об изменении состава моря в едином, определенном направлении в течение хода геологического времени, например, в форме увеличения концентрации состава морской воды, как это допускает Вальтер. Факты этого не указывают.
Но известное изменение – колебание состава – в таком сложном равновесии, какое представляет морская вода, конечно, должно было быть, раз самая активная ее часть – морская жизнь – неизменно и непрерывно менялась.
Во всяком случае, все эти изменения – следовательно, и процесс эволюции – не могут быть прилагаемы к тому первичному разнородному живому веществу, которое, принесенное из космических пространств или же созданное абиогенезом вне биосферы, тогда не существовавшей, впервые сделало возможным сам процесс эволюции видов.
Поэтому же оба представления – и монофилитическое, и полифилитическое – могут иметь место в эволюционных построениях, хотя второе как будто больше отвечает указанным здесь возможностям.
Исходное первичное живое вещество должно было изменяться вне тех законов эволюции, которые мы выводим из изучения морфологических форм, создавшихся в пределах живого вещества.
Вероятно, основным фактором такого изменения являлись геохимические функции жизни.
Это был, должно быть, комплекс одноклеточных и бактериальных форм.
Одним из важных свойств такого комплекса является чрезвычайная быстрота размножения. Величина v, скорость передачи жизни[58], достигает здесь тысяч и десятков тысяч сантиметров в секунду; в немного дней жизнь могла охватить всю поверхность планеты: образовать биосферу и дать начало процессу эволюции и его закономерностям, связанному со взаимодействием – в пределах биосферы – органических форм.
Создание биосферы – ее начало – было и моментом начала процесса эволюции, создания этим путем морфологически различных наследственных рядов.
9
По-видимому, сейчас можно сделать попытку установить, в какое геологическое время могло это произойти, то есть когда образовалась биосфера.
В геологических науках сейчас идет интенсивная работа мысли – пересматриваются и создаются основные понятия и понимания.
Среди таких основных геологических проблем две выходят из круга обычных геологических явлений, в том числе и из области столь захватывающих сейчас геологическую мысль больших проблем тектоники.
Эти два вопроса – вопрос об образовании Луны и вопрос об образовании Тихого океана или, вернее, образовании своеобразной диссимметрии в строении земной коры. Эта диссимметрия открывается нам все глубже и глубже по мере того, как мы углубляемся в изучение современного и прошлых явлений. Диссимметрия земной коры выражается на земной поверхности в различном распределении суши и моря и в том, что это поверхностное распределение в действительности теснейшим образом связано с глубоким строением земной коры. Для значительной преобладающей части океана под ним отсутствуют земные оболочки: стратосфера, метаморфическая и значительная часть оболочки гранитной. Больше того, диссимметрия передается и в тропосферу[59].
Диссимметрия земной коры может получить объяснение, если связать ее с образованием Луны из Земли, допустить, что она произошла в это исключительное и единственное, величайшее по силе потрясение, которое пережила наша планета.
Если я решаюсь конкретно касаться этой космогонической гипотезы, переходящей сейчас в научную теорию, то делаю это потому, что она сейчас конкретно входит в область научных явлений и может быть проверена.
До сих пор она оставалась почти вне геологической мысли. Сейчас, мне кажется, геолог не может ее оставлять без внимания. Ибо, с одной стороны, такое представление об истории Земли и Луны единственное, которое выдерживается сейчас в том новом подъеме космогонической работы, который мы теперь переживаем[60], и, во‑вторых, те силы, которые для этого принимаются во внимание и которые связаны с приливами и отливами, представляют реальный факт. С ними мы должны считаться и для современных явлений, и должны считаться еще более, когда касаемся времен, в которые зарождалась наша планетная система и в частности система Земля – Луна.
Если Луна образовалась из Земли – из верхней ее части, – может ли геолог сейчас оставлять этот факт без внимания, не искать его проявления в изучаемых им явлениях?
Он мог это делать еще недавно, когда казалось, образование Луны из Земли произошло в далекие догеологические времена.
Он не может это делать теперь. Ибо древность тех геологических явлений, которые он конкретно изучает, например, в архейской эре, исчисляется количеством лет, порядок которых отвечает той же декаде – 109 лет, которая отвечает существованию нашей планетной системы. Возраст самого древнего минерала (архейской эры), измеренный на основании явлений радиоактивности, близок 2 × 109 лет[61]; предельная длительность солнечной системы – 5 × 109 лет[62]. Геолог сейчас изучает явления, которые много древнее тех пегматитовых жил, возраст которых ему известен. Луна отделилась от Земли не в самом начале создания Солнечной системы. Время ее образования – отрыва от Земли – входит, таким образом, в пределы геологического времени. Геолог не может не считаться с этими фактом.
Но сверх того уже и астрономы пытаются связать время образования Луны с геологическим временем, с геологическими процессами. Развивая дальше и уточняя основные в этой области работы Д. Дарвина[63], Р. Швиннер[64], приняв во внимание наряду с приливной волной явление дрожания планеты и явление резонанса, связал отрыв Луны с ходом геологической истории – с периодами усиления тектонических процессов в частности. Два вывода Р. Швиннера обращают сейчас на себя наше внимание. Во-первых, Швиннер устанавливает возможность, что выделение Луны могло произойти в лаврентьевскую эпоху и что изучение пород этой эпохи дает возможность отличать их от других архейских отложений. И, во‑вторых, он делает чрезвычайно вероятным, что после отрыва Луны чрезвычайно быстро установились те же самые, в общем неизмененные, климатические условия, которые существуют и ныне на земной поверхности и определяют непрерывное существование в ней жизни. Другими словами, с этого времени образовалась биосфера.
Исходя из такого образования биосферы, неизменной в основных чертах после величайшего потрясения, пережитого нашей планетой, оказывается возможным, что как раз в это время на нашей планете могли некоторое время существовать условия диссимметрии, характерной для жизни. Ибо отделение Луны было связано со спиральным – вихревым – движением земного вещества (должно быть, правым), вторично не повторявшимся. Одно из условий – диссимметрическая причина, необходимая, согласно принципу Кюри (§ 6), могла в это время существовать на поверхности нашей планеты. Одно из условий абиогенеза могло иметь место.
Начало биосферы (и появления жизни), создания Тихоокеанской впадины (и диссимметрии земной коры) и образования земного спутника совпадают как события геологически одновременные и генетически, возможно, связанные…
