Глава III. Экология и химия

В рассказе М. М. Зощенко "Исповедь" (1923) приводится диалог:

- Бог есть, - строго сказал поп. - Не поддавайся на это... А чего, вспомни, сын-то еще говорил?

- Да разное говорил.

- Разное! - сердито сказал поп. - А откуда все сие окружающее? Откуда планеты, звезды и луна, если богато нет? Сын-то ничего такого не говорил - откуда, дескать, все сие окружающее? Не химия ли это?

- Не говорил, - сказала Фекла, моргая глазами.

- А может, и химия, - задумчиво сказал поп. - Может, матка, конечно, и бога нету - химия все...

Так талантливый юморист отразил одну из величайших революций в истории естествознания - признание единства материальной природы мира.

На Земле известно 89 естественных химических элементов. Еще 18 элементов получают искусственно, и надо полагать, что список последних будет продолжен. Исследование состава метеоритов и лунного грунта, зондирование атмосферы других планет, спектральный анализ излучений далеких звезд и туманностей - все эти наблюдения показывают, что Вселенная повсюду состоит из одних и тех же известных химических элементов. Разнообразие устойчивых химических соединений бесконечно велико (в настоящее время установлена химическая структура более 6 млн. химических соединений), причем около 200 тыс. новых соединений в год синтезируется человеком либо экстрагируется в огромных концентрациях.

Предметом биохимии являются химические процессы, происходящие на организменном и суборганизменном (тканевом, органоидном, клеточном и молекулярном) уровнях. Достижения биохимии общеизвестны: это расшифровка генетического кода, структуры белков, ДНК и РНК, природы вирусов, функций клеточных органоидов, мембран и т. д. Биохимическим исследованиям посвящены даже художественные произведения, например автобиографическая повесть лауреата Нобелевской премии Дж. Уотсона "Двойная спираль" (Воспоминания об открытии структуры ДНК, 1969). Зародившись преимущественно в недрах физиологии, современная биохимия глубоко внедрилась в область молекулярной биологии.

Академиком В. И. Вернадским заложены основы биогеохимии, предмет которой составляют химические процессы, совершающиеся в географических оболочках Земли при ведущей роли живого вещества планеты, т. е. на уровне биосферы. В этом смысле современные атмосфера и ионосфера, а также значительная часть литосферы Земли рассматриваются как функциональные производные биосферы. В трудах Б. Б. Полынова (1952, 1956), А. П. Виноградова (1957), А. И. Перельмана (1961, 1977), В. В. Добровольского (1966), М. А. Глазовской (1972, 1973), В. А. Ковды (1975) и многих других исследователей биогеохимические принципы Вернадского получили дальнейшее развитие, а происходящая научно-техническая революция придала им особую актуальность.

Синтез географических идей Докучаева и биогеохимических идей Вернадского привел Б. Б. Полынова в 30 - 40-х годах к разработке учения о геохимии ландшафта. Термин "ландшафт" первоначально обозначал просто "тип местности". В дальнейшем термин становился все более содержательным, а его содержание - все более дискуссионным: многочисленные определения можно было цитировать на протяжении нескольких страниц. По определению Л. С. Берга, географические ландшафты представляют собой "строго локализованные, характерные, обладающие естественными границами участки земной поверхности", живые и косные элементы которых находятся в непрерывном изменении и взаимодействии (см.: Л. С. Берг. Избранные труды, т. I, с. 276 - 277). Предметом геохимии ландшафта являются процессы распространения, сочетания и перемещения химических элементов в ландшафте. Б. Б. Полынов ввел в употребление понятие об элементарном ландшафте, которому вполне соответствует биогеоценоз В. Н. Сукачева. Комбинации элементарных ландшафтов образуют единый геохимический ландшафт.

Итак, очень условно, биохимия соответствует организменному, геохимия ландшафта - биогеоценологическому (экосистемному) и биогеохимия - биосферному уровням интеграции жизни. Однако, как уже неоднократно отмечалось, между организменным и биосферным уровнями интеграции лежит громадная область биологических явлений, структурно-функциональная природа которых отражается в таких разноплановых категориях, как поколение, клон, дем, семья, ценопопуляция, популяция, вид; биогруппа, синузия, парцелла, консорция, ярус, биогоризонт, фитоценоз, зооценоз, микробоценоз, биоценоз, биогеоценоз (экосистема); ландшафтный, зональный, эндемический и реликтовый флористический и фаунистический комплексы. Каждой из этих реальных категорий членения живого вещества соответствует своя специфическая система связей между ее соподчиненными компонентами, в том числе и сугубо химических. На уровне биоценоза и его важнейших структурных подразделений, например, это должна быть прежде всего химия высокомолекулярных органических соединений, а не только химических элементов и элементарных веществ типа H₂O и CO₂.

В настоящей главе мы рассмотрим некоторые аспекты химических взаимодействий внутри биоценоза, химических воздействий на биоценозы и химических проявлений биоценозов как метаболически целостных объединений по отношению к окружающей среде, включая смежные биогеоценозы. По-видимому, именно при такой постановке вопросов можно будет обсудить большинство неясных и поисковых, но актуальных для развития экологии моментов, весьма существенных для практики.