Основы минералогии гипергенеза

Яхонтова Л. К., Зверева В. П. К теории биокосных (биоминеральных) взаимодействий в экосистемах с минеральным субстратом Вопрос о вкладе вещества земной коры в биогенез и жизнеобеспечение организмов в наше время обретает черты достаточно четких представлений о существовании функциональной связи живой клетки, в первую очередь одноклеточных микроорганизмов, с минеральным субстратом.

Как отмечалось, первым, кто вполне определенно высказался по данному вопросу, был В. И. Вернадский, когда, завершая круг своих философских и методологических исследований по биогеохимии в 1920- 1930-е годы, не раз отмечал, что живые организмы неразрывно связаны с косной материей земной коры, с минералами и горными породами и что эта связь носит жизнеобеспечивающий характер.

Однако в первой половине века, когда биология не располагала данными, необходимыми для исследования механизма биокосных взаимодействий, когда не была завершена теория функционирования клетки, решить рассматриваемую проблему было невозможно. Нужен был "прорыв в клетку", в ее конструктивный и энергетический метаболизм, что стало реальным после 1945 г., когда К. Портер с коллегами получил первое изображение бактериальной клетки под электронным микроскопом. В последующие два десятилетия трудами огромной армии ученых, работающих на стыке биологии с физикой и химией, удалось не только раскрыть структуру белковых молекул, осуществить синтез ферментов и проникнуть в процессы регуляции биосинтеза, но и разработать энергетическую модель функционирующей клетки, основанную на достижении новых наук - биофизики и биохимии, мембранологии и термодинамики открытых систем, теории информации и системного анализа (работы Э. Шредингера, М. Волькенштейна, И. Пригожина, Д. Парсонса, А. Верининова, В. Скулачева, А. Рубина и мн. др.).

Отмеченные успехи в биологии своевременно пополнились идеями об электрохимическом (донорно-акцепторном) механизме взаимодействия клетки микроорганизма с внешней средой, заложившими основы теории переноса (транспорта) массы, энергии и трансформации биокосных взаимодействий (в первую очередь, работы П. Митчелла), согласно которым клетка выступает в роли акцептора энергии и, следовательно, окислителя контактирующей с ней косной материи.

В соответствии с новыми представлениями жизнедеятельность микроорганизмов обеспечивается постоянно совершающимся их взаимодействием с внешней средой в условиях ферментного окисления веществ внешней среды - газов, структуриентов растворов и твердых фаз. При этом осуществляется сложная и не всегда однозначная направленность потоков вещества, энергии и информации в этом процессе - от косных структур среды в клеточные структуры организма и наоборот.

В результате провидческие идеи В. И. Вернадского о функциональной связи живого и косного вещества в биосфере получили полное подтверждение. Но следует заметить, что должного развития они не получили, так как общая направленность теории жизнеобеспечения практически замкнулась на решении чисто биологических, в первую очередь физиологических вопросов. Специфика биокосных систем, действующих в условиях биосферы как земной оболочки, представленной в качестве косного субстрата минеральным веществом, оказалась вне поля зрения биологов, биофизиков и мембранологов. В подавляющем большинстве случаев в качестве природных косных субстратов рассматриваются лишь газы (O2, CO2, H2), скопления органических веществ (почвенный гумус) и растворы в виде питательных сред, а в числе первоочередных проблем важнейшей считается фотосинтез.

Требовался новый "прорыв" в проблему, и он был обеспечен в 1970-е годы начавшейся практикой переработки сульфидных руд с помощью микроорганизмов, когда минеральный субстрат (сульфидная руда) начал привлекать к себе внимание. С первых шагов новой технологии (биотехнологии) в качестве биологического реагента оказалась универсальная культура тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans, способная участвовать в выщелачивании металлов практически из всех типов сульфидных руд. Однако далеко не сразу сложилось представление о жизнеобеспечивающем взаимодействии тионовых бактерий с минеральным субстратом.

Переломное значение имели исследования, посвященные анатомии и физиологии клетки Th. ferrooxidans, фиксирование в ее структуре главного энергетического блока - мембраны и получение с помощью электронного микроскопа картины прямого контактирования бактерий с сульфидными частицами с захватом их в слизистую капсулу клетки (Авакян, Каравайко, 1970; Пивоварова, Головачева, 1985; Remsen, Lindgren, 1960). Тем самым появилась возможность рассматривать процесс выщелачивания сульфидов в виде прямой бактериальной деструкции, т.е. при взаимодействии микроорганизма с минералом.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6

Еще статьи

Канада
Канада крупнейшая страна Северной Америки. Она занимает огромную территорию на материке Северная Америка площадью 9970610 кв. км. По размерам территории занимает второе место после России. Большая часть страны расположена в тех же географических широтах, что СНГ. Крайний юг Канады лежит ...