Кроме того, раз вошедший в состав живого вещества азот надолго входит в круговорот жизни. Дело в том, что и отбросы животных и белковые вещества мертвых животных и растений быстро разлагаются бактериями, вызывающими сложные процессы брожения и гниения.
При этом, благодаря опять-таки бактериям, азот белков переходит в азот соединений аммиака, азот аммиака — в азот азотноватой и азотистой кислот, а азот последних — в азот азотной кислоты. Последний легко образует в почве селитру или азотнокислый кальций и поглощается корнями растений, которые снова используют его на постройку белков.
Круговорот азота таков:
1. Газообразный азот атмосферы.
2. Окисление его почвенными бактериями в азот азотной кислоты. Образование солей последней.
3. Использование солей азотной кислоты растениями. Образование растительных белков (протеинов).
4. Питание животных растительными протеинами.
5. Образование животными отбросов, богатых азотом. Умершие животные и растения с их белками.
6. Процессы гниения, переводящие азот белков в азот соединений аммиака, кратко называемых амидами.
7. Окисление азота амидов нитритными бактериями в азот азотистой кислоты.
8. Окисление азота солей азотистой кислоты нитробактериями в азотную кислоту. Образование ее солей.
9. Использование растениями этих солей.
Содержание свободного азота в атмосфере и его связывание работою почвенных бактерий, по-видимому, шли равномерно в течение всей истории жизни на Земле. Кроме того, в круговорот жизни входит в незначительном количестве еще и азот неорганического происхождения. Хотя в породах литосферы его и не содержится, но зато в воздухе свободный азот, как показал уже Кавендиш в XVII в., соединяется с кислородом при действии электрических искр во время гроз. Так как при этом обычно нет недостатка и в воде, то получается соединение, содержащее в себе азот, водород и кислород, именно азотная кислота (HNO 3). В других случаях, если в соединение вступает не вода, а свободный водород, то электрические разряды вызывают образование аммиака (NH 3). Вот почему дождевая вода может содержать в себе небольшую примесь азотной кислоты или аммиака.
В результате всего этого запас азота сравнительно с потребностью очень велик и не внушает никаких опасений со стороны его возможного истощения.
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 отзывается 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 S 2+ 2Н 2O + 3O 2= 2H 2SO 4, 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 [22] и других, явно меняется в присутствии углекислых солей кальция.
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» [23] .