5. Зольные составные части

Как мы видели, количества их, обращающиеся в организмах, очень невелики. Тем не менее в определенных участках земной коры всегда может оказаться временная недостача того или другого необходимого для жизни элемента. Поэтому перемещения и накопления их растениями и животными имеют большое значение. Каждый атом серы или фосфора, входящий в состав живого вещества, постоянно меняет своего носителя. То он входит в состав луговой травы, то оказывается в теле быка, съевшего эту траву, то переходит в тело человека, съевшего кусок мяса. Умер человек - и те же атомы серы и фосфора будут использованы бактериями гниения, а от них перейдут в почву и там снова будут в виде какой-либо соли серной или фосфорной кислоты поглощены корнем того или другого растения. Атомы эти могут быть одни и те же, может быть, на протяжении всей истории живых существ, насчитывающей не менее 300 млн. лет.

Если уточнять только что сказанное, то необходимо подчеркнуть значение тех элементов золы, без которых невозможно правильное развитие зеленых растений, а следовательно невозможен и круговорот жизни.

Сера необходима для образования белков, так как она непосредственно входит в состав протеинового вещества. Источником серы для корней растений являются соли серной кислоты, находящиеся в почве. Особенно важны сернокислые кальций, магний, аммоний, натрий. При замене сернокислых соединений сернистыми растения страдают. Гниение растительных и животных веществ обычно сопровождается выделением сероводорода и, отчасти, меркаптанов. Запах сероводорода - типичнейший признак гнилостного распада. Если этот процесс происходит в воде, то сероводород накопляется в растворе и делает жизнь для большинства обычных организмов воды невозможной.

Зато здесь быстро развиваются серобактерии, которые по данным С. Н. Виноградского (1887 г.) окисляют сероводород с образованием воды и серы. Сера в виде полужидких капель отлагается в протоплазме этих бактерий и служит им запасным веществом, поддерживающим их экзотермическую реакцию, которая в данном случае заменяет дыхание. В дальнейшем сера окисляется по формуле S₂ + 2H₂О + ЗО₂ = 2H₂SO₄, причем выделяется свободная серная кислота, сейчас же дающая с основаниями сернокислые соли. В морских лиманах и некоторых озерах можно встретить массы различных серобактерий, устилающих их дно плотным ковром белой или различных оттенков красной и фиолетовой окраски. Таким образом, основной круговорот серы в явлениях жизни это: 1) сера белков, 2) сера сероводорода, 3) сера в протоплазме серобактерий, 4) сера сернокислых соединений в водоемах и в почве. Если в последней мало серы, то приходится удобрять поля гипсом, т. е. сернокислой солью кальция.

Основным запасом серы на Земле являются, кроме горных пород органического происхождения, еще и вулканические явления.

Фосфор совершенно необходим, так как без него не образуются нуклеины, т. е. вещества клеточных ядер. В отсутствие фосфора развитие растений останавливается. "Органический фосфор, входящий в состав тела животных и растений, после их отмирания попадает в почву и подвергается здесь воздействию разнообразных биохимических агентов, постепенно минерализуясь и переходя в форму солей фосфорной кислоты, когда он вновь становится доступным для питания зеленых растений - этих первоисточников жизни на нашей планете" (Омелянский, 1913).

При недостатке фосфора в почве обращаются к фосфоритам, которые образовались за счет скоплений костей ископаемых животных. В новейшее время начата разработка минерала апатита, содержащего фосфор. Однако, как говорит Д. И. Менделеев, нет почти ни одного каменистого вещества, составляющего массу земной коры, в состав которого не входил бы фосфор. Следовательно и здесь общий запас фосфора на Земле совершенно достаточен для развития жизни.

Калий образует в литосфере соединения с кремнием, много его и в морской воде. Следовательно, общий запас его вполне достаточен. Без калия невозможен рост растений и животных. Он способствует перемещению углеводов, принимает участие в обмене белковых веществ и стимулирует явления жизни своей радиоактивностью.

Кальций необходим для нейтрализации органических кислот, образующихся в тканях растений, как результат неполного окисления Сахаров в процессе дыхания. Присутствие его обусловливает правильное развитие листьев. Присутствие кальция в почве усредняет кремнекислоту и гуминовые кислоты почвы, что оказывает громадное влияние на рост корней и всасывание ими почвенного раствора. Излишек солей кальция в почве может вызвать щелочную реакцию и обусловить подбор определенных выносливых к щелочной реакции растений, исключив обычные растения, требующие слабо кислой или нейтральной реакции. Внешность растений, как показали работы Кернера^* и других, явно меняется в присутствии углекислых солей кальция.

^* (А. Kerner. Die Abhangigkeit der Pflanzengestalt von Klima und Boden. Innsbruck, 1869.)

Запасы кальция в земной коре состоят, главным образом, из осадочных морских отложений, известняков и мела. Кальций здесь органического происхождения, главным образом, за счет остатков разного рода раковин и панцирей морских животных. Большое участие в его накоплении принимали также кораллы и водоросли, отлагающие при жизни кальций в своих оболочках.

Чтобы представить себе общее количество кальция, связанного в известняках, достаточно вспомнить, что количество углекислоты, связанной кальцием, "в сотни раз больше всего количества угольной кислоты, находящейся в данный момент в атмосфере, в океане, в живом веществе, и угольной кислоте, соответствующей углероду пластов каменного угля, технически доступных"^*.

^* ( В. И. Вернадский. Геохимия, 1927, стр. 217.)

Углекислый кальций в воде растворяется благодаря сверлящим его неустанно животным и водорослям. Сверлящие водоросли, циановые и зеленые, очень обыкновенны. Они в течение долгих геологических периодов безостановочно сверлят камень и раковины и пускают кальций, а попутно и некоторое количество магния и фосфора в великий круговорот природы.

Таким образом, иммобилизируясь в осадочных горных породах, кальций постоянно возвращается снова в растворимое состояние и в виде гипса и других солей попадает в воду и в почвенный раствор, откуда и извлекается растениями.

Магний необходим, так как он сопровождает белковые вещества и входит в состав наиболее важного из веществ, окрашивающих растения, именно хлорофилла; магния в хлорофилле до 2%. В противоположность кальцию запас магния в земной коре связан, главным образом, с кремнеземом и алюминием и принадлежит минералам, образующимся в глубоких слоях литосферы.

Магний белков и магний хлорофилла удерживается организмами в течение всего периода пышного развития растительной жизни на Земле, незначительная часть его все же выделяется в виде магниевых карбонатов и других растворимых солей, переходящих на земной поверхности в мало растворимые магниевые силикаты, и тем для жизни теряется. Зато изрядный запас магния растворен в водах как пресных, так и морских, откуда и черпается растениями.

Железо необходимо растениям, так как прежде всего без него не образуется хлорофилл.

Кроме того, железо играет большую роль в тех химических равновесиях, которые делают возможной жизнь подводных организмов. Запас растворимого в воде железа настолько велик, что вопрос о его круговороте еще не возникал.

Наконец, для жизни необходимы ничтожные сравнительно количества йода, алюминия, бора, кобальта, никеля, меди, марганца, натрия, лития, фтора, мышьяка и так называемых "редких земель". В большом количестве встречается кремний, он пропитывает клеточные оболочки и тем защищает растения от мелких вредителей. Некоторое значение имеют еще хлор и цинк.

Словом, для нас ясна та теснейшая связь органической жизни с неорганическим миром, без знания которой явлений жизни понять нельзя. Ясен также и химический характер явлений жизни. Только понятая химически жизнь поддается научному анализу, порывает связь с мистицизмом и метафизикой и входит в систему диалектического материализма.