БАКТЕРИИ И БИОСФЕРА

Представления общей бактериологии, сформировавшиеся уже к началу нашего столетия, с очевидностью свидетельствовав ли об исключительном значении бактерий для жизни на Земле. Благодаря работам Л. Пастера, С. Н. Виноградского, М. Бейеринка и других ученых стало ясно, что без круговорота биоген­ных элементов, который возможен только при участии бакте­рий, жизнь на Земле немыслима. Глобальная роль бактерий в создании фундамента жизни в самом широком понимании этого слова была, однако, оценена не бактериологами, а одним из выдающихся натуралистов нашего века русским ученым Вла­димиром Ивановичем Вернадским (1863—1945) в его учении о биосфере.

Впервые термин «биосфера» применил австрийский геолог Э. Зюсс (1831—1914). В своей монографии о геологическом строении Земли, изданной в 1875 г., Зюсс писал: «Одно ка­жется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер не­бесном теле, а именно—органическая жизнь... На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу» (цит. по Лапо, 1987). Начиная с 1911 г. этим термином стал пользо­ваться В. И. Вернадский, создавший учение о биосфере. В 1926 г. увидела свет его монография «Биосфера». По В. И. Вер­надскому, «биосфера представляет оболочку жизни—область существования живого вещества» и, кроме того: «биосфера мо­жет быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, ме­ханическую, тепловую и т. д.». Биосфера представляет собой высший уровень экологической интеграции. Советский геолог А. В. Лапо в 1987 г. обобщил формулировки В. И. Вернадского и представил основные функции живого вещества в биосфере в следующем виде:

1. Энергетическая функция заключается в поглощении сол­нечной энергии при фотосинтезе, трансформации химической энергии путем разложения энергонасыщенных веществ и пере­даче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

2. Концентрационная — в избирательном накоплении в ходе ' жизнедеятельности определенных видов веществ: а) использу­емых для построения тела организма; б) удаляемых из него при метаболизме.

3. Деструктивная—в минерализации небиогенного органиче­ского вещества: а) разложение неживого неорганического ве­щества; б) вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот.

4. Средообразующая—в преобразовании физико-химических параметров среды (главным образом за счет небиогенного ве­щества).

5. Транспортная - в переносе вещества как против градиен­та силы тяжести, так и в горизонтальном направлении.

Из перечисленных пяти функций только последняя—тран­спортная—относительно мало зависит от активности бактерий, хотя косвенно, благодаря образованию летучих и других легко подвижных продуктов, они участвуют и в этих процессах. Энер­гетическая и концентрационная функции свойственны любым живым организмам, а в деструктивной и средообразующей дея­тельности бактериям принадлежит решающая роль. Таким об­разом, бактерии способны обеспечить все функции живого ве­щества, необходимые для существования биосферы, тогда как существование биосферы за счет активности одних только эукариот, без бактерий, представляется немыслимым. Именно дея­тельность бактерий обеспечивает замкнутость круговорота ос­новных биогенных элементов в биосфере. Так, усреднение дан­ных соответствующих наблюдений показало, что вещество на­земных растений обновляется примерно за 14 лет, но в океане вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, а его фито­планктон — каждый день. Однако продолжительность общепла­нетарных циклов углерода, азота и фосфора измеряется мил­лионами лет.

Решающая роль бактерий в реализации круговорота биоген­ных элементов стала очевидной уже на заре развития общей микробиологии, однако только в последние годы предпринима­ются попытки количественной оценки глобальных эффектов деятельности тех или иных конкретных форм бактерий.

Биогеохимический круговорот в биосфере не является замкну­тым. Степень воспроизводства циклов достигает в лучшем слу­чае 90—98%. Этапы циклов и организмы, в них участвующие, постоянно изменяются, т. е. биосфера представляет собой эво­люционную систему. Как «былые биосферы» В. И. Вернадский определял оболочку Земли, когда-либо подвергавшуюся воздей­ствию жизни. Он считал, что земная кора захватывает в пределах нескольких десятков километров ряд геологических оболочек, которые когда-то были на поверхности Земли. При этом нужно иметь в виду, что по существующим представлениям око до 1,5 миллиарда лет, т. е. около половины периода существования жизни на Земле, в биосфере существовали только бактерии Они обеспечивали непрерывность и устойчивость первично! биосферы. Примитивные бактериоценозы последовательно осуществляли все необходимые звенья первичного круговорота веществ. Предполагают, что первичные организмы обладали малым количеством неспецифических ферментов, имевших широкий спектр действия. Существование биосферы обеспечивалос жизнедеятельностью сравнительно небольшого количества- ви­дов, характеризовавшихся значительной физиологической лабильностью и полифункциональностью. Только в результата эволюции бактерий и биосферы в тот период появились предпосылки для возникновения более совершенных организмов. К сожалению, о том, что представляли собой биосферы, населенные одними бактериями, практически ничего неизвестно. Некоторых ученые, открывшие и исследовавшие в последние годы предста­вителей архебактерий, считают, что когда-то эти организмы, в частности метаногенные, были доминирующими обитателями Земли. Подобная точка зрения является дискуссионной. Особый интерес в связи с этим представляет недавно опубликованная небольшая по объему книга Г. А. Заварзина «Бактерии и состав атмосферы». В ней впервые дан научно обоснованный анализ возможной эволюции некоторых прошлых бактериальных сооб­ществ.

Существование будущих биосфер тоже немыслимо без дея­тельности бактерий, приспособившихся соответствующим обра­зом к изменившимся средам обитания. В наше время человече­ская деятельность является основным фактором, определяющим условия жизни на Земле. Есть уже немало наблюдений, свиде­тельствующих о способности бактерий приспосабливаться к изменяемой человеком среде, в частности их адаптация к ксенобиотикам—химическим соединениям, отсутствующим в при­роде синтезированным людьми. Кроме того, наблюдается при­обретение бактериями резистентности к токсическим для них веществам, вырабатываемым промышленностью, лекарственным препаратам или отходам производства. В условиях изменяемой человеком биосферы мы несомненно столкнемся с новыми ас­пектами экологии бактерий, разумный контроль условий окру­жающей человека среды немыслим без знания экологии бакте­рий. Ее изучение необходимо для создания биосферы нового ка­чества—ноосферы, представления п котооой были с оптимиз­мом сформулированы В. И. Вернадским: «Человечество, взя­тое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, ставится вопрос о пере­стройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не зная этого, приближаемся, и есть ноосфера.