Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
Физические процессы, определяющие рост кристаллов, до конца не установлены
Явление роста кристаллов, казалось, должно быть хорошо изучено: оно считается намного более простым, чем биологнче-
Рис. 8.3. Один и тот же минерал представлен во множестве различных форм: кальцит (СаСОз) встречается приблизительно в 600 кристаллических формах и более чем в 2000 комбинаций этих форм (14 из них представлены здесь). (Medenbach, Sussieck-Fornefeld, 1983).
Л 7
Рис. 8.4. Различные формы одного и того же минерала (Medenbach, Sussieck-Fornefeld, 1983). А. Пять разных кристаллов кварца БЮг- Углы между соответственными гранями всюду идентичны. Б. Четыре формы минерала тетраэдрита (Си, Fe)i2(Sb, As)4Si3; на двух из них видны сростки.
Рис. 8.5. Кристаллы простейшего химического соединения — воды (HjO) — принимают тысячи различных форм, однако все они имеют гексагональную структуру (Porzig, 1963).
Рис. 8.6. Опыты по исследованию роста кристаллов (Nittman et al., 1985). Менее вязкая жидкость (вода) «раздвигает» более вязкую (масло), создавая состояние механической неустойчивости. Это явление называется «пальцевидной неустойчивостью вязких сред», поскольку вода, проникая в масло, образует «пальцы». Они сходны со структурами, возникающими при кристаллизации льда на воздухе.
ское развитие. Однако механизм образования кристаллов еще не вполне ясен. Это относится и к двум основным явлениям, связанным с ростом кристаллов льда: 1) рост с ветвлением и
2) расщепление растущего конца у крайней точки при отсутствии поверхностного натяжения (Nittman et al., 1985; Nittman, Stanley, 1986) (рис. 8.6). Несмотря на то что исследуется одно
из простейших соединений, этим явлениям пока затруднительно дать точную физико-химическую расшифровку (Maddox, 1986). Ключевым является вопрос о том, каков механизм проявления анизотропии молекул воды на макроскопическом уровне. Требуется также разъяснить физический механизм, определяющий точку раздвоения растущей ветви кристалла. Прежде чем дать объяснение ходу биологического развития, надо расшифровать процесс роста кристаллов.
Жидкие кристаллы
Кристаллы в большинстве своем — твердые тела с плоскими гранями. Ранее предполагали, что жидких кристаллов быть не может, так как жидкости с их однородной структурой и текучестью считались аморфными. Несколько десятилетий назад Отто Леман (О. Lehmann) показал, что существуют и жидкие кристаллы и что они обладают свойствами,, характерными для твердых тел.
В спиртовом растворе олеата аммония при медленном охлаждении образуются прозрачные кристаллы, имеющие вид двух удлиненных пирамид с общим основанием. Под микроскопом можно наблюдать в них двойное лучепреломление. Им свойственны все характеристики твердого кристаллического состояния, хотя они являются жидкостью и деформируются при перемешивании раствора (Houlevigue, 1931; Rothen, Pierans-ki, 1986).
Открытые недавно квазикристаллы имеют симметрию 5-го порядка
Считалось, что кристаллические вещества не могут обладать симметрией 5-го порядка. Распространенность же этого типа симметрии у растений и у иглокожих использовали как свидетельство того, что жизнь представляет качественно иной уровень организации. В 1984 г. было сделано открытие в минералогии: обнаружилось, что металлы в стеклообразном состоянии являют собой новый вид упорядоченности атомов. Они ни кристалличны, ни полностью аморфны; их назвали квази-кристаллами. Быстро охлажденный образец шехтманита — сплава алюминия с марганцем — обладает симметрией 5-го порядка. Такую же симметрию можно получить и у многих других металлов. Шехтманит, если его расплавить и быстро охладить, образует ветвистые структуры, похожие на снежные хлопья. Однако квазикристаллы шехтманита, в отличие от кристаллов льда, имеют симметрию не 6-го, а 5-го порядка (рис. 8.7) .(Nelson, 1986).
Рис. 8.7. Электронно-микроскопический снимок квазикристаллов шехтмани-та (Nelson, 1986). Квазикристаллы образуются при быстром охлаждении горячего разжиженного сплава алюминия и марганца. Квазикристаллы имеют вид ветвящихся дендритов, обычных для кристаллов льда, однако благодаря икосаэдрической симметрии шехтманита они обладают симметрией 5-го порядка, а не 6-го, как у снежинок.
Описанные эксперименты показывают, что минералогия — это та наука, где придется еще многое узнать о кристаллической структуре, прежде чем можно будет понять, что представляет собой биологическая эволюция. Тот факт, что между состояниями кристаллическим и а:морфным существует еще и промежуточное, обнаруживающее свойства, присущие живым организмам, наводит меня на мысль, что эволюция шла от минералов к организмам через четыре этапа: через образования твердокристалличеокие, жидкокристаллические, квазикристал-лические и аморфные.
Эволюционные закономерности построения минералов
Эволюционно значимые закономерности, вытекающие из науки о минералах, имеют чрезвычайно большое значение для познания биологической эволюции. Их можно суммировать следующим образом.
