Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Было также отмечено, что процессы биоиндуцированной и опосредованной остовом минерализации протекают в анатомически различных частях одного и того же организма, а иногда и в одном и том же месте (Lowenstam, Weiner, 1983). Примером второго из упомянутых случаев может служить верхняя челюсть моллюска наутилуса (Nautilus), для которой характерно чередование регулярных слоев кристаллов кальцита, формирующихся в результате минерализации, опосредованной остовом, и кристаллов брушита и веделита, образующихся вследствие биоиндуцированной минерализации (Lowenstam, Weiner, 1983).
Рис. 1.1.А. Кристаллы флюорита из желудочных пластин брюхоногого мол-'моска рода Eoscaphander. Б. Кристаллы флюорита в статолитах мизиды Praunus
fll'XUOSUS.
Рис. 1.2.А. Кальцитовая спикула из молодого организма Molpadia intermedia. Б. Гранула, образованная аморфным гидратом фосфата трехвалентного железа в смеси с опалом, из взрослого организма Molpadia intermedia.
Часто кристаллы, образуемые организмами, имеют уникальную форму, и это позволяет делать вывод об их биогенном происхождении. Типичным примером служит флюорит (CaF2), образующийся в желудочных пластинках брюхоногого моллюска из рода Eoscaphander (рис. 1.1, А) и в ста голитах многих видов мизид (рис. 1.1,5) (Lowenstam, McConnel, 1968). Игольчатые кристаллы этого минерала (рис. 1.1,5) совсем не похожи на кристаллы кубической и октаэдрической формы, образующиеся при неорганических реакциях.
У животных различных групп отмечались изменения в характере минерализации в процессе онтогенеза. Наиболее выражены эти изменения у голотурий вида Molpadia intermedia (Lowenstam, Rossman, 1975). На послеличиночной стадии твердые части мезодермы у этих организмов состоят из кальцитовых игл (спикул), как и у других видов, относящихся к этому классу. По мере роста большая часть спикул, расположенных вне ротового и хвостового участков тела, рассасывается и затем заменяется гранулами, образованными аморфным гидратом фосфата трехвалентного железа и аморфным кремниевым соединением, по составу соответствующим опалу. На рис. 1.2, А видны имеющие форму теннисной ракетки спикулы из молодых организмов, а на рис. 1.2, Б гранулы, образовавшиеся из продуктов минералогического замещения, у более взрослых организмов.
3. Биологические функции процессов биоминерализации железа
Железо играет ключевую роль во многих метаболических процессах, начиная от переноса кислорода гемоглобином в крови позвоночных животных и кончая центральной ролью в цитохромных структурах. Соответственно минералы железа служат для осуществления столь же широкого ряда функций, включающего перенос и запасание железа, удаление железосодержащих отходов жизнедеятельности, укрепление зубов и ориентацию на местности. Перенос и запасание железа представляют собой, по-видимому, основную функцию минерала ферри-I идрита, образующего, как отмечалось выше, сердцевинную мицеллу сохраняющего железо белка-ферритина. Механизм запасания железа необходим даже организмам, не имеющим в качестве переносчика кислорода гемоглобина. Например, хотя наутилусы и используют для переноса кислорода медьсодержащий белок гемоцианин, их ротовые мышцы содержат миоглобин и, следовательно, железо. Минералы железа служат также для укрепления поверхностного слоя зубцов, покрывающих радулу у хитонов и блюдечек. Животные этих двух групп, живущие в тропических и субтропических водах, используют свои минерализованные зубцы при питании обитающими в каменистом субстрате бактериями и водорослями. Как теперь принято считать, именно они вызывают сильное разрушение береговых утесов на
известняковых островах, которое дополняет разрушения, обусловленные процессами неорганической природы (Lowenstam, 1974). Расположенные вдоль радулы зубцы моллюсков постоянно изнашиваются и заменяются новыми; подобная потеря железа делает необходимым постоянный приток ферритина к местам формирования зубцов. И действительно, было показано, что концентрация ферритина в крови хитона высока (Nesson, 1969; Webb, Macey, 1983; гл. 16).
В организме человека минералы железа иногда образуются вследствие перегрузки метаболизма при лечении некоторых заболеваний. В частности, симптомы дефицита железа при гемахроматозе и талассемии снимаются инъекциями раствора легкоусваиваемого коллоидного железа. При этом анемия на короткий период уменьшается, а железо в конце концов накапливается в различных тканях (включая печень и селезенку) в виде частиц ферригидрита неправильной формы, называемых гемосидерином. Значительные запасы этого вещества можно без оперативного вмешательства быстро обнаружить путем измерения индуцированного магнитного момента сквид-магнитометрами (Ferrill, 1983).
Наконец, наиболее поразительную роль играют различные минералы железа в ориентации живых организмов; эта проблема обсуждается на протяжении всей книги. Так, была четко показана роль магнетита в ориентации клеток магниточувствительных бактерий (Blakemore, 1975; Frankel et al., 1979). С ним же может быть связан инстинкт поиска дома (хоминг) у хитонов (Lowenstam, 1962а; Моок, 1983). С развитием методов экстракции, позволяющих выделять из тканей очищенные препараты ферромагнитных минералов и с высоким разрешением исследовать их структуру и свойства (гл. 5), были получены свидетельства биогенного происхождения многих магнитных частиц, обнаруживаемых с помощью сквид-магнитометрии.
