Я познаю мир. Живой мир

Колыбель жизни?

Когда произносят слово «земля», в воображении обычно встает не наша планета, а теплый комок темного грунта, пронизанный тонкими корешками. Эта земля, почва, важнейшая часть любой наземной экосистемы. Вообще, почва, она в значительной степени «сама по себе». Её изучает особая наука – почвоведение, она рассматривается как особое природное тело, особая система. Почва состоит из частиц горных пород, воды, живых существ (в основном микроорганизмов) и сложных органических молекул – гумусных веществ. Совокупность минеральных «песчинок» и облепляющих их гумусных веществ называется гумусом. Гумус – совместный продукт жизнедеятельности живых существ и сложных химических реакций, идущих в почве.

Далеко не в каждой почве есть гумус. Гумус – «вершина» деятельности деструкторов. Если деструкторов недостаточно или их деятельность нарушена, гумус не образуется, он заменяется другими органическими составляющими почвы. Тогда вместо нормальной почвы может возникнуть, например, торф.

image l:href="#"

Строение почвы:

Ао – подстилка; А – гумусный (перегнойный) горизонт; В – горизонт вмывания; С – материнская порода

Все элементы почвы тесно связаны, то есть почва может рассматриваться как особая экосистема, точнее – особый тип экосистем. Эта экосистема, вероятно, древнейшая экосистема Земли. Принято считать, что жизнь возникла в океане. Но очень может быть, что колыбелью жизни были грунтовые растворы, насыщенные минеральными веществами и органическими продуктами вулканических извержений. И уже оттуда, из грунта, первые формы жизни проникли в океаны. Так или иначе, но почвы (или, по крайней мере, палеопочвы) возникли почти одновременно с возникновением жизни.

Да, многоклеточные организмы появились, скорее всего, на теплом мелководье. Но когда первые растения и животные начали завоевывать сушу, они столкнулись не с мертвой пустыней, а с этим необыкновенным природным телом – почвой.

Современные наземные экосистемы – это сложные конструкции, их разные этажи имеют разный возраст, и всё это здание покоится на фундаменте невообразимой древности – почве. Конечно, не надо думать, что соседний сосновый бор растет на почве, образовавшейся четыре миллиарда лет назад. В каждом конкретном месте почва зарождается, развивается, живет и, рано или поздно, умирает (или перерождается). И современные почвы уже совсем не те палеопочвы, что возникли на Земле вскоре после формирования твердой земной коры. Хотя бы потому, что надстройка верхних этажей включала перестройку нижних. Но это совершенно не мешает почве сохранять древние черты. Так, в основе навороченного «мерседеса» явственно проглядывает конструкция древней повозки – четыре колеса на двух осях и лежащий на них кузов. И, кстати, древнее далеко не всегда значит примитивное. Иногда наоборот, это значит доведенное до совершенства и прошедшее проверку временем.

Мать сыра земля

При смешивании гумусовых веществ с минеральными компонентами почвы образуется гумус – сложная система органических веществ и минеральных частиц. Именно гумус придает почвам темную окраску. Состав и свойства гумуса зависят от химического состава минеральной части почвы, от температуры, от наличия в почве воды и кислорода, от того, какие организмы–гумификаторы могут жить, и живут, в таких условиях. Зависят свойства гумуса и от того, какие мертвые вещества поступают в почву. Гумификация хвои дает совершенно другой результат, чем гумификация луговых трав или дубовой листвы. Кстати, имейте в виду, что почва – это не только «земля». Подстилка – слой отмерших стеблей и листьев – это тоже часть почвы, её верхний горизонт.

Гумус – удивительная субстанция. Гуминовые кислоты – это на самом деле не какие–то определенные органические кислоты, а сложные полимеры, с кольцевыми участками, боковыми цепями, с непостоянным составом и структурой, которые имеют кислую реакцию. Гумусовые вещества «облепляют» и склеивают минеральные частицы, придавая почве комковатую структуру. Некоторые виды гуминовых кислот растворяют минеральные частицы. Огромные сложные молекулы гумусовых веществ удерживают на своей поверхности молекулы воды, сохраняя определенную влажность почвы. Но самое интересное другое. Гумус захватывает из почвенного раствора и удерживает разнообразные вещества. В частности, захватываются и удерживаются гумусом искусственные минеральные удобрения. Если концентрация каких–либо веществ в почвенном растворе увеличивается, гумус активно их захватывает, снижая насыщенность раствора. Если концентрация уменьшается – гумус отдает захваченные запасы, восстанавливая её. Это называется буферными свойствами почвы. И чем больше в почве гумуса, тем больший запас необходимым растениям и микроорганизмам веществ он удерживает, тем больше плодородие почвы и тем труднее такую почву истощить и погубить. Но трудно – не значит невозможно. Сельские хозяева многих стран и народов губят почвы последовательно и весьма успешно. Мало кому приходит в голову, что почва – в сельском хозяйстве такое же средство производства, как станки, доменные печи или бетономешалки в промышленности. Разница лишь в том, что почвы даются каждому народу Богом или судьбой только один раз, и, будучи уничтоженными, восстанавливаются столетиями. Или не восстанавливаются вообще.

Хотя запасы многих веществ абиотической среды кажутся неисчерпаемыми, существует множество элементов, необходимых для жизни, но присутствующих и экосистеме в весьма ограниченном количестве, в частности микроэлементы. Очень часто именно эти элементы ограничивают массу живого вещества в экосистеме. Тепла, влаги, питательных веществ может быть я изобилии. Но если не хватает, скажем, йода, масса биоты рано или поздно придет в соответствие с доступным количеством именно этого элемента.

Незаметные труженики

Мы как–то привыкли много говорить о роли зеленых растений в жизни Земли и считать их основой основ. Зеленые растения и органические вещества синтезируют, и обеспечивают атмосферу кислородом, и на климат влияют. Однако растения и деструкторы – единое целое. Без деструкторов растения существовать не могут. В наземных экосистемах рабочее место основной массы деструкторов – почва. Почти все деструкторы невелики, многие вообще видны только в микроскоп и жизнь ведут тихую и малозаметную. Но это не делает их менее важными. Общая масса почвенных грибов и бактерий в среднем по планете – около пяти тонн на гектар. Пять тонн активно работающих живых существ. А кроме грибов и бактерий делом разложения органики занимаются и черви, и клещи, и насекомые. Вся эта тесно связанная между собой компания называется сапротрофами, и о ней стоит сказать несколько слов.

Главные работники деструкционного блока – бактерии и грибы. Они могут разложить всё, включая такие, совершенно несъедобные вещества, как лигнин, целлюлоза и воск. Из лигнина с целлюлозой, если вы помните, состоят стенки растительных клеток. И сухая древесина, и солома, и высохшие опавшие листья состоят чуть ли не целиком из этого крайне прочного сочетания. А воск входит в покровы листьев. Так вот, грибы и бактерии могут разложить всё. Но гораздо быстрее и эффективней они это делают, если опад предварительно измельчить. Сами они сделать этого толком не могут, и размельчением опада занимается целая армия животных. Не надо, впрочем, думать, что всё устроено так просто – одни размельчают опад, другие его разлагают. Цепь превращений мертвой органики устроена весьма замысловато.

Начнем с того, что ни одно здравомыслящее существо не будет ничего измельчать за просто так. Что–то оно должно с этого иметь, часть опада оно должно усваивать, иначе чего ради его жевать? Разрушителей опада можно разделить на несколько категорий.

Во–первых, кроме непосредственно разрушителей, есть ещё и «тормошите л и ». Фактически к этой категории относятся все роющие животные. При постоянном рыхлении, перемешивании, измельчении увеличивается доступ кислорода и влаги в разлагающуюся органику, что способствует более интенсивному бактериальному разложению, да и грибы на этом бульончике живут с удовольствием.

Однако кроме того, что животные просто перемешивают субстрат, они могут его и поедать, часть веществ усваивая сами, а часть оставляя на долю «следующей смены». Одни обладают пищеварительными ферментами, разлагающими опад, для них это нормальная пища. Они его заглатывают, предварительно разжевав, усваивают часть, а часть выводят с экскрементами, которые поступают в распоряжение грибов и бактерий. Другие жевать не могут (например, дождевые черви), но под действием их пищеварительных соков травинка или кусочек листа тоже распадаются на части. Третьи переваривать растительные ткани не в состоянии, но жуют и глотают опад не менее охотно. У этой публики грибы и бактерии живут в пищеварительном тракте. Там они благополучно перерабатывают измельченную массу, а то, что из нее при этом получается, уже способен усвоить и их хозяин. Кроме того, этот хозяин переваривает и часть своих помощников. Есть среди поедателей мертвой органики и такие, которые едят опад, но усваивают не мертвые растительные ткани, а только поселившихся на них грибов и бактерий. Надо сказать, что весьма часто сапротроф способен и сам частично переваривать опад, и пользуется услугами микроорганизмов–симбионтов, и благополучно переваривает проглоченных бактерий и вдобавок с удовольствием ест экскременты других сапротрофов. Найти конец и начало клубка, в который спутана цепочка превращений опада, – занятие не для слабонервных.