Природа. Человек. Закон - Городинская Виолетта Семеновна

И если людям, осваивая новую планету, придется создавать искусственно атмосферу, то ничего лучшего для нормального существования и развития жизни, чем нынешний состав воздуха, придумать они не смогут. Не только потому, что живые существа привыкли, приспособились к этой смеси, но прежде всего оттого, что более эффективного соединения самых необходимейших для жизни газов создать невозможно.

По самому своему существу кислород — очень активное вещество. Он в своем свободном состоянии стремится вступать в соединения практически со всеми другими веществами. Даже неприступное золото в конце концов уступает его настойчивому стремлению. Потому-то и выбран он живым веществом в качестве главного сообщника для извлечения энергии из питательных веществ. Но не только поэтому. Еще и из-за того, что для организма реакция окисления энергетически гораздо выгоднее, нежели реакция восстановления одного и того же количества одного и того же вещества. Так, аэробные организмы из одного моля глюкозы при помощи кислорода добывают 686 килокалорий тепла, а анаэробы, скажем, при брожении используя процесс восстановления — отщепления от той же глюкозы водорода, — всего только 50 ккал. Именно такой 14-кратный энергетический выигрыш и позволил аэробам быстрее и свободнее двигаться в поисках жизненного пространства и более питательной пищи, она, в свою очередь, увеличивала запасы жизненной энергии, которая теперь уже не полностью расходовалась на первостепенные жизненные процессы — поиски питания, поддержания равновесных отношений со средой, размножения и т. п., — но и накапливалась в организме. Избыток энергии, как известно, всегда ищет выхода. И аэробы расходуют его на внеутилитарный поиск — то, что можно назвать игрой. В процессе игры приобретаются новые навыки, происходит обучение и осуществляется познание совершенно иных (по отношению к необходимым первостепенным) обстоятельств и сведений. Эти познания (не обязательно на уровне сознания) наследуются потомством от родителей, увеличиваются, накапливаясь от поколения к поколению, и таким образом идет то вертикальное развитие живого вещества, которое практически недостижимо для анаэробных организмов.

Причем наиболее энергетически выгодно потреблять именно атмосферный кислород. «Водная среда неблагоприятна для существования организмов с высокой интенсивностью окислительных процессов. Какой бы степени совершенства ни достигал орган водного дыхания, он не смог бы обеспечить развития высших форм жизни, которым свойственно постоянство температуры тела за счет интенсивного обмена веществ», — пишет доктор медицинских наук Н. А. Агаджнян в книге «Человек и биосфера» (Агаджнян Н. А. Человек и биосфера. М., 1986, с. 23.).

Почему? Вот простое объяснение. Если в 1 литре воды растворено не более 10 см3 кислорода, то в атмосферном воздухе его содержится 210 см3 на 1 литр.

Человек при усиленной мышечной работе может потреблять до 6 литров кислорода в минуту. Для этого через его легкие должно пройти около 120 литров воздуха, а в разреженной атмосфере еще больше. Если бы существовал аналогичный организм с водным дыханием, то через его жабры должно было бы пройти до 2 тысяч литров воды, и это — в одну минуту!

Ну как тут еще раз не поклониться, не поблагодарить все ту же сине-зеленую за то, что она с такой точностью выбрала и наиболее активный из газов и насытила им атмосферу именно в том количестве и соотношении к остальным газам (как мы увидим, также выбранных не случайно, а со знанием того, что именно понадобится «как воздух» ее потомкам), какое необходимо для наиболее полного развития с наименьшими энергетическими затратами живых организмов! И, согласитесь, невозможно себе представить, что точность эта произошла случайно и организмы только использовали, приспособились к этой случайности.

Как говорится, наши пороки суть продолжение наших достоинств. И высокие достоинства кислорода полностью подчиняются этому правилу, переходя в такие пороки, какими мы, к счастью, обладать никогда не будем. Представить себе, что было бы, если бы вся атмосфера Земли состояла из одного кислорода, вполне можно. Для этого достаточно внести в чисто кислородную среду железную полоску и поджечь ее. Железо вспыхнет, как магний, и сгорит. Такая же участь ожидала бы не только все живое, но и практически почти все породы Земли, находящиеся в непосредственном соприкосновении с чистокислородной атмосферой (дальнейшему сгоранию подземных уж недр помешало бы разбавление кислорода продуктами горения).

Для того чтобы такого не случилось, чтобы достоинства этого газа не перешли в его пороки, природа мудро остановила бурную деятельность сине-зеленых водорослей от чрезмерного воспроизводства кислорода из первобытной атмосферы, определив разумную квоту: одну пятую (точнее, около 21 процента) от общего объема воздуха. А для того чтобы он как-нибудь ненароком где-то не выделился в чистом виде и не наделал бы бед, к каждому атому кислорода приставлена стража из четырех (78 процентов объема) атомов малоактивного азота и в помощь этой страже придана малочисленная (около одного процента объема), но чрезвычайно стойкая и надежная гвардия из атомов совсем уж инертного аргона. Выбран аргон отнюдь не случайно (если выбран, конечно). Из всех инертных газов его растворимость в воде соответствует растворимости кислорода, и потому аргон способен сопровождать и удерживать своего подопечного от возможных эксцессов буквально повсюду. Впрочем, это скорее не стража, а мудрые дядьки-воспитатели, удерживающие слишком шустрого и озорного мальчишку от неблаговидных поступков. Запрет на свободу действий распространяется только на всяческие пакостные дела, добрые же свершить: активно помогать осуществлять жизненно важные процессы, поддерживать горение (где бы мы были без огня первобытного костра и топок ТЭЦ?) и т. д. и т. п. — это, пожалуйста, отпускают с удовольствием. Или, уж во всяком случае — без какого-либо сопротивления.

Возможно, и в теме гемоглобина четыре атома азота порфиринового кольца служат не только для связывания атома железа, но и для нейтрализации активных свойств молекулярного кислорода во время транспортировки его по кровотоку к клеткам организма животных.

Удивительно, что кислородная квота в земной атмосфере как раз соответствует оптимальному уровню. Было бы его больше, как мы знаем, неприятностей не оберешься — даже чайку не вскипятишь (разве что в огнеупорном чайнике), было бы меньше — развитие жизни было бы затруднено. Большинство позвоночных животных не может жить на высотах более 2000 метров потому, что количества кислорода там на 25 процентов меньше, чем на поверхностях, не слишком возвышающихся над уровнем моря.

И еще достойно удивления то, что атмосфера сохраняет на протяжении миллионов лет постоянный баланс: сколько потребляется живыми существами, столько и воспроизводится, поступает в атмосферу от растительности Земли.

Азот, как мы уже знаем, не только стране атмосферного кислорода, он к тому же еще и одна из главных основ живого вещества — в сущности, того, без чего жизнь не могла бы существовать — белка. Непосредственно из воздуха ни животные, ни растения (кроме некоторых малочисленных — открыто всего несколько видов — азотфиксирующих бактерий) усвоить его не могут и в этом кое-кто склонен видеть вопиющую непредусмотрительность природы.

Ох, как они ошибаются! Напротив, можно только с восхищением изумиться мудрейшей предусмотрительности, поставившей этот, по-видимому, единственный лимитирующий фактор на пути безграничного стремления к размножению живого вещества. Если бы растения свободно усваивали азот из воздуха, возможно, что давно бы наступил конец света, а, может быть, во всяком случае для нас, и не начинался бы. Ибо безудержно размножаясь, они бы заполонили сплошным, высотою чуть ли не с Останкинскую телебашню, покровом не только сушу, но и море и океаны, превратив их в верховые болота. Не говоря уж о катастрофической для всей биосферы потере равновесного состояния между атмосферой, гидросферой и литосферой, а следовательно, гибели всего живого, только и могущего существовать в относительно стабильных условиях, но даже просто в таких сверхджунглях громоздящихся одно на другое растений (почва потеряла бы основное свое значение — питать растительность азотистыми и минеральными веществами) животные, а вместе с ними и мы существовать не смогли бы. Поэтому слава природе, наложившей строгий запрет на свободное усваивание атмосферного азота, выдающей его в оптимальном количестве посредством грозовых разрядов и малого, но, по-видимому, вполне достаточного числа видов фиксирующих азот воздуха и снабжающих им растения бактерий. Мало того, чтобы предотвратить даже локальное апокалипсическое размножение растительности, существуют и микроорганизмы, которые денитрифицируют почву, восстанавливая нитраты, которые улетучиваются в атмосферу. Так основной фонд мирового азота сохраняется в той стабильности, которая и обеспечивает безграничное уже не размножение, а развитие и обновление жизни, по-видимому, главную цель ее существования.