Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная тенденция к усложнению организации продуктов минерализации гомологичных участков тела прослеживается у некоторых современных групп животных, например моллюсков и рыб (Lowenstam, 1980; Lowenstam, Weiner, 1983). Отражая направление эволюции, эти данные не только подтверждают постулат о том, что сплошной минерализации скелета у животных предшествует точечная минерализация, но дают также ясное представление о том, что этот процесс проходит через ряд последовательных стадий, перечисленных ниже. Для стадии 1 характерны единичные кристаллы или коллоидные тела, во множестве покрывающие участок, где идет минерализация. На стадии 2 минеральные отложения образованы множеством кристаллических агрегатов, а не отдельными кристаллами. На стадии 3 большая часть кристаллов включена в более крупные образования, но некоторое количество небольших кристаллических агрегатов еще остается. Для стадии 4 характерна агрегация всех кристаллов в единую структуру с однородными кристаллографическими и минералогическими характеристиками. Стадия 5 похожа на стадию 4 тем, что все кристаллы
включены в единую структуру, но отличается наличием микроархи-тектурных ячеек с различной кристаллической структурой, которые в принципе могут не иметь различий в минеральном составе. У некоторых организмов процесс останавливается на стадии 4, у других может отсутствовать та или иная стадия. Образующиеся на стадии 1 кристаллы, подобно другим продуктам минерализации, опосредованной остовом, часто отличаются характерной формой, могут иметь уникальный минеральный состав, а иногда - неравновесную относительно окружающей среды химическую структуру. Начиная с объединения отдельных кристаллов в сложные образования на стадии 2 и вплоть до включения всех кристаллов в единую структуру, образующуюся на стадиях 4 и 5, сохраняются упорядоченная кристаллическая структура и хорошо определенная, генетически контролируемая морфология поли-кристаллических тел. Следовательно, отдельные кристаллы, образующиеся на стадии 1, и небольшие кристаллические агрегаты, формирующиеся на стадиях 2 и 3, должны отличаться от кристаллов и кристаллических агрегатов биоиндуцированного и неорганического происхождения.
Совокупность представленных выше соображений служит весьма серьезным свидетельством того, что ко времени появления первых полностью минерализованных скелетов животных в ископаемых остатках механизм минерализации, опосредованной органическим остовом, не только уже существовал, но с эволюционной точки зрения почти достиг в своем развитии завершения, т. е. стадии 4, а возможно, и стадии 5. Таким образом, минерализация, опосредованная остовом, возникла существенно раньше-в протерозое; недостающими свидетельствами ранних стадий развития этого механизма могут оказаться отдельные кристаллы и небольшие кристаллические агрегаты из скальных осадочных пород, удовлетворяющие рассмотренным выше критериям. Из предположения о том, что ранние стадии эволюции минерализации, опосредованной остовом, проходили в протерозое, следует также, что впервые этот механизм мог возникнуть отнюдь не у представителей животного мира. Это противоречит современным взглядам, основанным на результатах исследования ископаемых остатков.
Независимым свидетельством возникновения минерализации, опосредованной остовом, в докембрии служит сравнение биохимической природы органических остовов эукариотических организмов, относящихся к различным типам и способных формировать минерализованные твердые части тела (Weiner et al., 1983). Были изучены животные, относящиеся к самым различным типам, и одна группа протоктист. Проведенное сравнение выявило общность биохимической структуры органических остовов у эукариотических организмов; это согласуется с предположением о том, что «технологию» минерализации, опосредованной остовом, все изученные организмы унаследовали от некоего общего предка, жившего в докембрии. Широко распространившаяся к концу докемрия способность использовать минерализацию, опосредо-
ванную остовом, для наращивания твердого внешнего скелета, представляет собой, по-видимому, кульминацию долгого эволюционного процесса, а не его начало. Альтернативная точка зрения, которая заключается в том, что организмы, относящиеся к различным типам, вырабатывали «стратегию» использования органического остова независимо, нуждается в обосновании. Для этого необходимо объяснить общность биохимических характеристик органических остовов у животных, относящихся к различным типам.
Как отмечалось выше, недавно было показано, что ныне существующие прокариотические организмы также образуют минералы с помощью органического остова. Например, магниточувствительные бактерии содержат кристаллы магнетита, отличающиеся характерной формой и слабо варьирующими размерами. Похожие кристаллы магнетита недавно были обнаружены в миоценовых отложениях (Kirschvink, 1982; Kirschvink, Chang, 1984; гл. 36), но геологические данные о возрасте этих бактерий, а также двух других групп бактерий, способных к образованию минералов, пока отсутствуют. Существенно, однако, что современные бактерии, образующие магнетит и оксид трехвалентного железа, возможно, еще сохранили память о восстановительной атмосфере и переходе от восстановительных к окислительным условиям, произошедшем в раннем докембрии. Представляет интерес и то, что третья группа минералообразующих бактерий относится к цианобактериям, остатки которых прослеживаются в отложениях, имеющих возраст до 3,5 млрд. лет (Awramik et al., 1983). Пока ничего не известно о биохимической природе органических остовов у прокариотических организмов и соответственно неясно, аналогичны ли они органическим остовам эукариотических организмов. Очевидно, необходимо это выяснить и вести поиски в докембрийских отложениях следов прокариотических организмов, способных к минерализации, опосредованной остовом. Это требуется для того, чтобы можно было решить, развился ли механизм минерализации, опосредованной органическим остовом, порознь у прокариотических и эукариотических организмов, или эукариоты унаследовали «технологию» этого процесса у жившего в докембрии прокариотического предшественника.
