Роль геохимических факторов в эволюции биосферы

В эволюционной теории укоренилось представление, что вопрос о роли химической среды является частью общей проблемы абиотических факторов эволюции, так как адаптация к химической среде по механизму возникновения не отличается от адаптации к температуре, освещенности, влажности и т. д.

Подобное представление справедливо при изучении эволюции на организменном и популяционно-видовом уровнях организации живого. Однако при переходе к исследованию эволюции биосферы требуется его существенная корректировка. Функциональную основу биосферы составляет прежде всего биогенная миграция элементов, а химический состав живого вещества является ее важнейшей характеристикой. Единство процессов жизни и ее геохимической среды определяет развитие, строение и функции биосферы (Ковальский, 1979).

Необходимо выяснить причины установившегося химического состава живого вещества и его своеобразия в различных регионах биосферы. Такая задача была поставлена Вернадским (1922, 1926а), отметившим закономерный характер распределения элементов в живом веществе биосферы и его зависимость от геохимического строения поверхностных оболочек Земли. Впоследствии эти вопросы затрагивались в работах ряда биогеохимиков, но наибольший вклад в их разработку внесли Виноградов и Ковальский.

В 30-е годы Виноградов дал оригинальное объяснение закономерностям в распространении элементов в живом веществе, исходя из предположения, что количественный химический состав организмов есть периодическая функция атомного номера (1935а). Содержание тех или иных элементов обратно пропорционально их атомным весам. Наблюдается и периодичность в убывании числа атомов. Существует определенная связь между биологическими и геохимическими функциями элементов. Атомы железа и марганца выступают в качестве переносчиков кислорода и в биохимических, и в геохимических процессах, а физиологический антагонизм ряда элементов, находящихся в максимумах четного и нечетного рядов (Са/К, Fe/Mn, Pb/Sr, Cs/Ba) соответствует их геохимическому антагонизму.

Таким образом, Виноградов впервые доказал, что распространенность химических элементов в биосфере зависит не только от их атомного веса, что отмечалось и раньше, но и от других физико-химических свойств. Позднее эта идея была подтверждена и существенно развита в сводке В. Шоу (Shaw, 1960), который составил таблицу встречаемости элементов с учетом их атомного веса, электронной структуры, электроотрицательности, атомного радиуса и т. д.