Г лава IV Появление организмов . Значение растений в распределении энергии

Таким образом, до появления органической жизни на земной поверхности запас превратимой энергии был вообще невелик, а главное, распределен неравномер­но в разных частях Земли и мог приходить в действие только в некоторые эпохи, наиболее для того-благопри-ятные. Появление органической жизни на Земле не только изменило в высшей степени вид и свойства по­верхности Земли, но также и количество и способ рас­пределения высших родов энергии.

Мы вовсе не будем здесь входить в рассмотрение спорных пунктов, касающихся первого появления орга­низмов. Укажем только на один факт, самый важный, по нашему мнению: химические лучи Солнца, недей­ствительные по отношению к некоторым соединениям, например угольной кислоте, аммиаку и пр., при той тем­пературе, с которой они доходят на земную поверх­ность, получают способность разлагать их при помощи растений. Следовательно, мы были только относитель­но правы, говоря прежде, что эти лучи все отражались или превращались в теплоту. Так оно было вначале, но, зная зависимость химических действий от разных об­стоятельств, кажущихся побочными, например продол­жительности действия, количества присутствующих веществ, формы их распределения, диффузии, элек-

59

трических процессов и пр., мы должны предполагать, что химические лучи Солнца, недействительные для разложения углекислоты, аммиака и составных частей почвы при обыкновенных обстоятельствах, могут стать действительными при каком-нибудь особом сочетании этих обстоятельств. Прибавим, однако, что обе глав­ные гипотезы о начале организмов, стоящие ныне друг против друга, то есть сотворение и произвольное за­рождение, кажутся настолько невероятными даже та­ким знаменитым ученым, как В. Томсон и Гельмгольц, что они склоняются к третьей, именно — к предположе­нию, что первые зародыши организмов были занесе­ны на Землю падающими из всемирного пространства метеорными камнями²⁷.

Гораздо важнее, нежели вопрос о первом появлении организмов, для учения о распределении энергии на земной поверхности вопрос об их распространении. Почему организмы, самое появление которых требова­ло стечения обстоятельств столь благоприятных и ред­ких, что мы до сих пор еще не могли проследить, како­вы именно эти обстоятельства, как скоро появились, то быстро размножились и теперь покрывают собой боль­шую часть поверхности земли и населяют моря? Нам кажется, что на этот вопрос уже легче дать ответ более или менее удовлетворительный. Организмы распрост­раняются, потому что с успехом выдерживают борьбу за существование с неорганической природой, во всех тех случаях, где запас превратимой энергии у них боль­ше^ чем в окружающих их неорганических веществах. Действительно, организмы не могут существовать ни в клокочущей лаве вулканов, ни даже в виде горячих ис­точников или среди песков пустыни, часто взрываемых ветром. Даже обыкновенный, быстро текущий ключ или вовсе не заключает организмов, или только такие, ко-

Lange. Geschichte des Materialismus. Т. II, стр. 236.

60

торые попали в него позже, окрепнувши, а первые ста­дии своего развития прошли в другом, более покойном месте. Во всех местах, где существует значительнее механическое движение, где, следовательно, преврати-мой энергии много, организм со своим небольшим ко­личеством высшей энергии не выдерживает борьбы за существование, так как его движение, рост, питание и пр. разрушаются ежеминутно посторонними, более силь­ными движениями. Напротив, в месте, лишенном зна­чительного количества превратимои энергии, движения организма оказываются сильнейшими, и он беспрепят­ственно продолжает свое развитие.

Весьма интересные опыты Хорвата ²⁸ послужили исходной точкой для высказанного нами взгляда. Сущность опытов заключается в следующем. Хорват брал четыре, по возможности, одинаковые стеклян­ные трубочки, до половины наполненные одной и той же питательной жидкостью, на пол-литра которой при­бавлял по две капли жидкости, содержащей бактерии. Число бактерий было так незначительно, что питатель­ная жидкость трубочек оставалась ясной. Все трубоч­ки тотчас же закрывались. Две из них прикреплялись особо приспособленным образом к машине, движи­мой водой, которая во время своего хода сильно взбалтывала содержимое трубочек. Другие две тру­бочки ставились в покойном месте, вблизи взбалты­ваемых. По окончании опыта, через 24 или 48 часов, жидкость трубочек, стоящих в покое, была молочно-мутной и при микроскопическом исследовании ока­залась содержащей значительные количества Bacterium termo и Bacterium bacillus (Cohn). Жидкость в тех трубочках, которые взбалтывались машиной, оставалась ясной. Бактерии в ней не размножались

²⁸ A. Horwath. Ueber den Einfluss der Ruhe und der Bewegung auf das Leben. В Pflugers Archiv. f. d. g. Physiologie. Bonn, 1878.

61

не только во время взбалтывания, но даже и при пос­ледующем покое в течение 48 часов при температуре 25° до 30°, если только взбалтывание продолжалось достаточное время, например около 48 часов.

Заканчивая изложение своих опытов над бактерия­ми пожеланием, чтобы подобные же опыты были повто­рены и над дрожжами, инфузориями, растительными семенами и пр., Хорват приводит следующий пример в подтверждение своего мнения о том, что сильные дви­жения препятствуют развитию жизни: «Все те воды, океаны, моря, реки, которые, представляя все выгод­ные условия для развития жизни²⁹, тем не менее со­держат в сравнении со стоячими водами мало расте­ний и животных, — все эти воды часто бывают в силь­ном движении и никогда не бывают в покое»³⁰.

Таким образом, обладая известным запасом пре-вратимой энергии, известной способностью к механи­ческому движению, например росту корня вниз, а стеб­ля вверх, и встречая почти везде на земной поверхно­сти отсутствие механического движения, имея, если можно так выразиться, почти что монополию сбереже­ния солнечной энергии, заключающей в себе еще зна­чительную часть превратимых в высшую форму эле­ментов, — растения в действительности стали совер­шать с успехом это превращение и продолжают его и до сих пор. Громадные залежи каменного угля и ат­мосфера, в значительной степени освобожденная от содержания углекислоты, являются главными свиде­телями многовековой деятельности растений.

В настоящее время принято, для большего удобства расчетов, всякий процесс, оканчивающийся образова­нием химического движения, то есть одной из высших

«I.e. присутствие кислорода, света, теплоты и питательных ств».

A. Horwath, 1.с.,стр, 133.

62

форм превратимой энергии, приравнивать к действию термической машины, то есть такой машины, в кото­рой теплота переходит в работу. Начало такому обще­му взгляду на происхождение механической энергии положено гораздо ранее развития механической тео­рии тепла исследованиями Сади Карно, который уже в 1824 году говорил: «Чтобы рассматривать принцип происхождения движения из теплоты во всей его ши­роте, нужно представить его себе независимым от ка­кого бы то ни было механизма, какого бы то ни было определимого вещества; нужно установить ход рассуж­дений, применимых не только к паровым машинам, но и ко всякой вообразимой огневой машине, каково бы то ни было вещество, пущенное в ход, и каков бы ни был способ, которым на него действуют». И далее: «Везде, где существует различие в температуре, может быть и происхождение двигательной силы» ³¹. Мы знаем, однако, что никогда вся теплота не мо­жет быть превращена в работу, и наилучше устроенные паровые машины не дают более 1/5 или 1/4 полезной работы. Остальная теплота падает еще ниже относи­тельно превратимости, теряет способность быть даже превращенной в работу, рассеивается. Но для того, чтобы правильно судить о количестве полученной ра­боты и потраченной теплоты, необходимо, чтобы в ма­шине совершился круговой процесс превращения теп­лоты в работу и обратно работы в теплоту, так как ина­че мы не имеем возможности точно представить себе количество теплоты, находящейся в полученной рабо­те³². Вот что Карно называет циклом операций или круговым процессом. По его мнению, рассуждать об отношении между полученной работой и теплотой, по-

³¹ Sadi Carnot. Reflexions sur la puissance motrice du feu. Paris,
1824, стр. 8 и 16.

³² Sadi Carnot, 1. с, стр. 20.

63

траченной на произведение работы, можно только тог­да, когда цикл окончен. Взяв известное количество пара и дав ему просто расширяться, мы на основании потраченной во время этого процесса теплоты и полу­ченной работы не имели бы право сказать, что исчез­нувшее количество тепла представляет эквивалент полученной работы. В самом деле, при окончании дей­ствия пары находятся в другом состоянии относитель­но давления и температуры, чем при начале. Вначале это могли быть насыщенные пары, имевшие известную температуру; в конце же процесса, если были приняты известные предосторожности, пар хотя и мог остаться насыщенным, но температура его была другая; поэто­му нельзя сказать — обладают ли эти пары тем же ко­личеством энергии, каким обладали в первоначальном состоянии, или нет. Мы не имеем разумного основа­ния для определения количества тепла, перешедшего в работу, если рабочее вещество является вначале од­ним, а в конце другим. Если же при помощи какого-нибудь приспособления нам удастся вновь привести рабочее вещество к прежнему состоянию, в таком слу­чае мы получим право сказать, что так как это веще­ство вернулось к своему первобытному состоянию, то, значит, в нем не произошло теперь и изменений, — и тогда уже можно рассуждать о всех внешних явлениях, происходивших во время процесса, и определять ус­ловия эквивалентности между ними.

Другая великая заслуга Карно заключается в мыс­ли о совершенной машине, в которой совершался бы оборотный процесс - оборотный' не в обыкновенном техническом смысле обратного действия частей, а в том смысле, что, кроме превращения теплоты в рабо­ту, машина может совершать оборотный круговой про­цесс и, давая работу, возвращать, так сказать, теплоту от холодника к паровику. Здесь мы имеем извраще­ние всего процесса, а не изменение в направлении дви-

64

жения машины. Карно ввел такое понятие и доказал, что если бы удалось получить машину, в которой про­исходил бы оборотный круговой процесс, то это была бы машина совершенная, понимая под совершен­ством машины возможность установить условия обрат­ного кругового процесса, совершенно независимо от природы рабочего, вещества в машине³³.

Мы уже дали краткий очерк учения о тепловой ма­шине, так как оно облегчит нам изложение последую­щего. Тем не менее растения; не могут быть непосред­ственно сравниваемы с тепловой машиной или с элек­тромагнитной, что в данном случае безразлично. Рас­тения главным образом сберегают только солнечную энергию, но не превращают ее в механическую рабо­ту. Они останавливаются на полдороге, превращая ее только в свободное химическое сродство. Поэтому в растениях не может быть и речи о круговом процессе. Количества механического движения, образующегося в растениях, крайне ничтожно. Движение спор у тай­нобрачных, тычинок у некоторых явнобрачных, напри­мер барбариса, рост корня и стеблей, закрывание и от­крывание цветов, опускание и поднимание листьев у мимоз и др., поворачивание цветов и листьев к солн­цу, ловля насекомых мухоловками, — все это движе­ния по большей части не быстрые, слабые и соверша­ющиеся на малом протяжении. Они представляют со­бой всю небольшую сумму механической работы, со­вершаемой растениями. В сравнении с количеством получаемой растениями солнечной энергии, даже в сравнении с частью ее, превращаемой растениями в свободное химическое сродство, механическая рабо­та, доставляемая растениями, настолько незначитель­на, что мы пока можем оставить ее без подробнейше­го разбора.

Тэт, 1. с, стр. 88-89 и Sadi Carnot, 1. с, стр. 21.

65

Гораздо важнее накопление растениями преврати-мой энергии в форме химического сродства. Мы ви­дели, что растения именно потому, что не совершают кругового процесса, не превращают получаемую теп­лоту, свет и химическую энергию в механическую ра­боту, уже успели в течение веков накопить значитель­ный запас превратимой энергии на земной поверхнос­ти. Это накопление энергии, это сбережение ее продол­жается при помощи растений и в настоящее время. Действительно, мы знаем, что Земля теряет в простран­ство, рассеивает такое количество тепла, какое соот­ветствует различию температуры между поверхностью Земли и пространством. Но при совершенно одинако­вой температуре количество энергии, в том числе и скрытого, нелегко освобождаемого тепла, в разных случаях может быть очень различно. Совершенно пра­вильно говорит Секки ³⁴: «Солнечные лучи, падая на ра­стения, не отражаются и не разбрасываются так, как это случается, когда они падают на голые камни или на пески пустыни. Они в значительной мере задержи­ваются, и механическая сила их колебаний потребля­ется на разрушение соединений, составленных из кис­лорода с углеродом и водородом, соединений устой­чивых, известных под именем углекислоты и воды».

Но что же при этом происходит? Часть солнечной теплоты пропадает, как теплота. Она задерживается на поверхности Земли, не нагревая ее, не повышая ее температуры, не увеличивая ее потери. При рав­ной потере Земля получает больше энергии или при равном получении теряет меньше. Как бы мы ни рас­сматривали этот процесс, в обоих случаях на повер­хности вследствие деятельности растений получает­ся накопление энергии и притом не рассеянной энер­гии в роде тепла, электричества или даже света, а

Secchi. Le Soleil. Т. II, стр. 300,

66

высшей, сохранимой веками и способной ко всем возможным превращениям. Именно потому, что ра­стения во время своей жизни не дают полного круго­вого процесса, они действительно увеличили и про­должают увеличивать запас превратимой энергии на земной поверхности. На земле растения — злейшие враги мирового рассеяния энергии.

Сколько именно растения сберегают солнечной энергии, например, в течение года, вычислить еще очень трудно, так как для этого следовало бы знать количество тепла, получаемое всеми растениями на Земле, и количество рассыщенного сродства, сбере­гаемое в них в течение года через разложение угле­кислоты, аммиака и других насыщенных или близких к насыщению соединений. Так как в некоторых стра­нах Европы уже сделаны расчеты необходимого чис­ла градусов тепла, нужных для того, чтобы довести до зрелости разные сорта хлебов и других возделывае­мых растений; так как, кроме того, средние урожаи этих растений также известны, а состав почвы всегда может быть определен, то можно надеяться, что ско­ро удастся определить, какой процент получаемой от Солнца энергии может сберечь в высшей форме пи­тательного вещества и топлива десятина пшеницы или в материале для одежды десятина конопли и т. п. В настоящее время наибольшее затруднение для тако­го определения энергии заключается не в вычисле­нии энергии сбереженной, но в определении энергии получаемой. Несомненно, что на жизнь растений име­ют влияние, кроме теплоты солнечных лучей, еще и свет, и химическое действие их, а для них эквивален­ты в теплоте или механической работе еще не могут быть найдены с достаточной точностью.

Таким образом, в растениях совершается работа поднятия части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, точно так, как подобная же работа совер-

67

шается в воде, испарившейся под влиянием тепла и накопившейся потом в каком-либо резервуаре на воз­вышенном месте, или в воздухе, нагретом и приведен­ном таким образом в состояние большей упругости. Главная разница между этими процессами заключа­ется в том, что у растений энергия накопляется в фор­ме химического сродства, в воде же и воздухе непос­редственно в виде потенциального или кинетического механического движения. Но ни та, ни другая энер­ гия, предоставленная сама себе, не служит к под­ нятию нового количества энергии на высшую сту­ пень. Воздух, потеряв при переходе в более холодное место часть своего тепла, теряет и упругость, застав­лявшую его двигаться. Работа его превращается в теп­лоту и рассеивается. Вода, прорвав препятствия, кото­рые ее задерживают, сбегает по склону горы в реку, а оттуда в море. Работа ее также превращается в тепло­ту через трение о дно ее русла, о камни, которые она с собой уносит и т. д. В конце концов эта работа беспо­лезно рассеивается в пространстве. Растения, предо­ставленные самим себе, или сгнивают и разрушаются, окисляясь на кислороде воздуха и рассеивая сбере­женную в себе энергию, или при благоприятных обсто­ятельствах обугливаются, и уголь этот сохраняется под новыми слоями осевшей почвы. В последнем случае значительная часть энергии растений сберегается, но только складывается в запас, а не способствует под­нятию нового количества низшей энергии на высшую ступень. Энергия, сбереженная в каменном угле, есть, в сущности, только сбереженное солнечное тепло, но еще не высшая энергия, потому что понятно, что химичес­кое сродство угля для того, чтобы дать действительно высшую ступень энергии, т. е. механическую работу, • должно быть предварительно обращено в теплоту, и затем теплота уже в механическую работу. При этом, конечно, происходит всегдашнее рассеяние тепла.

68

Таким образом, если проследить историю сбереже­ния солнечной энергии на земной поверхности, то мы увидим, что в то время, когда температура земной по­верхности поддерживалась, главным образом, изнут­ри Земли, сбережения этого вовсе и не происходило. Уже позже, когда главным источником тепла для зем­ной поверхности стало Солнце, когда появились на Земле пояса и прочие различия температуры, часть солнечной энергии стала превращаться воздухом и водой в механическую работу. Некоторая, незначитель­ная часть энергии при этом сберегалась, но при своем потреблении все-таки целиком рассеивалась в про­странстве. Доля энергии, сберегаемая растениями, уже гораздо значительнее, но и она пока не ведет к подня­тию новей энергии на высшую ступень. О небольших, так называемых произвольных движениях растений мы уже упоминали и по незначительности их не рассмат­ривали подробнее. Каменноугольные пласты представ­ляют, правда, громадный запас превратимой энергии, но лишь потенциальной, не переходящей, за исключе­нием разве движения угольных газов в пустотах, в ки­нетическую. Тем более энергия, сбереженная расте­ниями и сложенная внутри Земли, не служит сама со­бою к производству новой высшей энергии.

69

Глава V