Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Необходимо иметь в виду, что хотя первоначально и могли образоваться сложные органические молекулы благодаря подобным неорганическим катализаторам, однако такое превращение
Кремнезем в биосфере
1007
было всего лишь первым этапом из сотен или тысяч последующих реакций, которые затем привели к возникновению первого, действительно «живого» организма, т. е. организма, способного размножаться. Поэтому говорить, что отмеченный первый этап представлял собой стадию «происхождения жизни», это равносильно утверждению, что первый извлеченный из недр земли кусок железной руды послужил первопричиной появления автомобиля.
Жанэ [9] обсудил в своем обзоре роль кремнезема в период добиотической эволюции. В дальнейшем роль кремнезема в постепенном развитии жизни была рассмотрена Седлаком. [10] и Высоцким, Даниловым и Стрелко [11]. Если коллоидные силикаты на первом этапе представляли собой молекулярную кристаллическую решетку, играющую роль в происхождении жизни, то необходимость в подобном строении отпадала, как только устанавливалось высокоупорядоченное, активное, «живое» расположение органического вещества. Если гипотеза справедлива, то структура живого вещества должна была бы унаследовать в некоторой степени строение кристаллической решетки. Например, должно было бы наблюдаться некоторое соответствие между молекулярной структурой биологических веществ белкового типа и межатомными расстояниями, характерными для поверхностей таких коллоидных силикатов, как бентонит, палыгорскит или каолинит.
Воронков, Зельчан и Лукевиц [4а] обобщили все подобные предположения и гипотезы по этой проблеме, возникавшие за последние 200 лет, включая возможности образования других биологических форм во Вселенной на основе полимеров, имеющих связи Б!—51, Б1—N или 51—С.
Наиболее ранние биологические формы
Несомненно, что наиболее древними ископаемыми остатками живых организмов являются сине-зеленые водоросли, обнаруженные в виде включений в шерте (микрокристаллическом кремнеземе), открытые Баргхорном и Тайлером [12] и в дальнейшем изученные многими исследователями [13—17]. Эти микроскопические биологические формы были, очевидно, тесно связаны с растворимым и коллоидным кремнеземом, поскольку первоначально они укреплялись в силикагеле. Такие микроорганизмы возникли 3,5 млрд. лет назад, вероятно, всего лишь через 1 млрд. лет после образования Земли и задолго до формирования многоклеточных биологических форм, быстро размножившихся 0,6 млрд. лет назад. Именно в течение этого интервала времени, составившего 3 млрд. лет, сине-зеленые водоросли, как полагают, превратили исходную восстановительную атмосферу
1008
Глава 7
Рис. 7.1. Микрофотография оболочки водоросли с адсорбированным коллоидным кремнеземом.
Земли в атмосферу окислительную в результате выделения кислорода при фотосинтезе. В настоящее время предполагают, что процесс фотолиза воды в верхних слоях атмосферы с удалением водорода в космическое пространство не смог бы обеспечить образование большого количества кислорода в течение докембрийского периода [18].
Еще нет доказательств того, что кремнезем — одно из необходимых веществ, принимающих участие в метаболизме сине-зеленых водорослей, но по крайней мере один из типов таких водорослей, по наблюдениям Дилера, неплохо растет в концентрированных 30 %-ных золях коллоидного кремнезема. Было обнаружено, что на хорошо промытых клеточных оболочках имеется адсорбированный коллоидный кремнезем (рис. 7.1).
Олер и Шопф [19] провели исследования по фоссилизации водорослей в силикагеле. Водоросли суспендировали в концентрированном коллоидном кремнеземе, переводили в гель кремне-
Кремнезем в биосфере
1009
зема и подвергали затем автоклавной обработке при достаточно высокой температуре с целью превращения геля в микрокристаллический кварц. В результате получалась похожая на шерт масса, содержавшая внедренные в нее водоросли, подобные тем, которые были найдены в древних окаменевших образцах.
Биологическое разрушение горных пород
Хотя большая часть вторичных минералов, таких, как глины, может формироваться из первичных силикатных горных пород посредством неорганических реакций в присутствии воды, однако процесс эрозии может катализироваться органическими реагентами. Джеке [20] представил обзор работ группы советских ученых, которые полагают, что во многих случаях в процесс выветривания горных пород включается и биологическое воздействие. Полынов [21] считал, что многие из нестойких минералов, обнаруживаемых в настоящее время на поверхности земли, давно бы исчезли, если бы они непрерывно не синтезировались живыми организмами. Айдинян [22] сообщил, что на поверхности горных пород, на которой растут лишайники, обнаружены минералы в коллоидной форме, являющиеся продуктом выветривания и имеющие такое же отношение 8Ю2 : ГлгОз (оксиды железа или алюминия), что и в золе лишайника. Это указывает на биологическое происхождение таких коллоидных минералов. Глазовская [23] пришла к заключению, что водоросли и диатомеи представляют собой сильнодействующие агенты эрозии, способные вырабатывать аморфный кремнезем и синтезировать алюмосиликаты, подобные бейделлиту и монтмориллониту. Ярилова [24] обнаружила, что лишайники выделяют кислоты, которые разъедают твердые горные породы и могут расщеплять кристаллы плагиоклаза на частицы меньшего размера. Некоторые из таких глинистых минералов нонтронит-бейделлитового типа, по-видимому, синтезируются в растительных тканях. Болышев [25] полагает, что сине-зеленые водоросли вызывают разложение почвенных минералов и способствуют переносу кремнезема и оксида алюминия в раствор и что кремнезем, приготовленный подобным образом, пригоден для усвоения некоторыми видами диатомей, которые обычно сопровождают сине-зеленые водоросли. Александров и Зак [26] выделили бациллу (В. БШсеиз), которая вызывала разложение нерастворимых, содержащих поташ алюмосиликатов, причем получаемый калий оказывался пригодным для усвоения растениями. Внесение посевного материала в почву, обогащенную азотом и фосфором, при небольшом содержании поташа в растворимой форме вызывало повышение урожая зерновых (пшеницы, кукурузы) на 50—100 %- В проведенных в лабораторных условиях
