А. Г. Жабин
НОВЫЕ ДАННЫЕ В ОБЛАСТИ БИОМИНЕРАЛОГИИ
( В связи с выходом книги А. А.
Кораго "Речной жемчуг")
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Биоминералогия - интересный,
перспективный и специфический раздел современной
минералогии. Еще три десятилетия тому назад мы
располагали в этом направлении общефилософскими идеями
(В.И. Вернадский, А.П. Виноградов), предварительными
оценками роли организмов в породообразовании (Я.В. Самойлов), но в нашем распоряжении было мало точных
фактов, цифр, констант, относящихся к механизму
биохимических реакций природного и экспериментального
минералообразования.
Можно было составить очень краткий список работ,
освещающих результаты исследований по морфологии и
динамике роста минеральных иидивидов и агрегатов
биогенного происхождения. К настоящему времени
обстановка изменилась в лучшую сторону.
Когда
мы ознакомились с недавно изданной книгой А.А. Кораго "Речной
жемчуг", то у нас возникло естественное желание не
только критически охарактеризовать это полезное,
новаторское произведение, но и перечислить некоторые
самые общие достижения последних лет в области
биоминералогии, а также выделить наиболее перспективные
проблемы (Юшкин, Жабин, 1978; Кораго, 1980).
В книге
А.А. Кораго подробно, разносторонне, квалифицированно и
фактографически разобран биоминералогический процесс
возникновения жемчужин в раковинах пресноводных
моллюсков Мargaritana margaritiferа. Однако будет
неправильным мнение, что освещен сугубо частный вопрос.
Являясь опытным минералогом и энтузиастом биоминералогии,
А.А. Кораго смог на высоком методическом уровне, с
использованием самых современных физических приборов
показать важность двух аспектов биоминералогии в целом:
1) правомочность использования в биоминералогии общих и
частных идей онтогении минералов (условное расчленение
продуктов кристаллизации на стадии зарождения, роста,
метаморфизма и уничтожения; развитие смоорганизующихся
минеральных агрегатов сферолитовых, оолитовых,
зернисто-конкреционных и т. п.); 2) наличие
принципиальных особенностей в зарождении и росте так
называемых органо-мниеральных агрегатов (Кораго, 1980).
Эти
обстоятельства позволяют положительно оценить книгу
Речной жемчуг не только в отношении темы, стоящей в ее
заглавии, но и в отношении более общих методических
подходов и в других аспектах биоминералогии. Книга А. А.
Кораго "Речной жемчуг" интересна одновременно не только
для минералогов-профессионалов, в том числе геммологов,
но и для непрофессиональных любителей камня, энтузиастов
естествознания: в ней, в главе I, кратко суммированы
любопытные данные о жемчуге, его культуре в нашей стране
и о промысле. В главе II охарактеризованы строение и
состав арагонитовой раковины моллюсков, происхождение
раковин и содержащихся в них жемчужин.
Глава III "Минералогия речного жемчуга" составляет
основной объем книги. Здесь описаны морфологические
особенности жемчуга Северо-Запада СССР, его состав,
физические свойства и строение, дана сравнительная
характеристика состава и строения раковины пресноводного
моллюска и его жемчуга, рассказано о культивировании
отечественного речного жемчуга, описаны оптические
эффекты в ювелирном жемчуге и явление его "старения",
приемы искусственного окрашивания и характер
люминесценции жемчуга.
Благодаря исследованиям А.А. Кораго, минералоги в
состоянии описать в самом общем виде правдоподобную
картину роста самой раковины и патологического процесса
внутри нее роста жемчужины. Но описание возможно пока в
самом общем, схематичном виде. Остаются точно не
разьясненными перечисленные ниже существенные вопросы,
характеризующие динамику роста жёмчужины и вмещающей ее
раковины (рис. 1). Какой характер носит микрозональная
слоистость в призматических и пластинчатых слоях?
Является ли она ростовой, т. е. синхронной наращиванию
арагонитового вещества, или она возникает несколько
позже? Каким процессам эндогенным (физиологическим) или
экзогенным (климатическим) соответствует эта эональность?
Неясным остается геометрическое, пространственное
соотношение изохронных поверхностей роста самой раковины
и отмеченной выше микрослоистости: в какой мере
синхронизированы эти явления?
Одновременно ли доращиваются призматический (наружный) и
пластинчатый, перламутровый (внутренний) слои раковины
по мере ее роста? Если судить по рис.11 на с.28 и рис.22 на с.37, то остаются неразъясненнымм субпараллельные
линии, являющиеся, видимо, изохронами и отмечавшими
форму раковины в предшествующие периоды ее роста. Если
это так, то мы приходим к выводу, не сделанному в книге:
призматические и пластинчатые слои в раковине
доращиваются синхронно, а у жемчужины последовательно.
А.А. Кораго подчеркнул: "В отличие от минеральных
сферолитов в строении жемчуга участвует не только
минеральное, но и органическое вещество.
Минеральные составляющие жемчуга нигде не
соприкасаютел друг с другом , всегда разделявсь
органикой" (с. 69). Но, отмечая такую особенность
призматической зоны жемчужин (с. 58-69), автор
останавливается перед объяснением столь специфической "цементационной"
структуры агрегата, отмечая лишь, что "рост жемчужных
оолитов достаточно своеобразен" (с. 69). При описании
внешней, пластинчатой (перламутровой) сферической
оболочки жемчужины отмечено, что "пластины пластинчатых
слоев используют вершины призм как затравки и сохраняют
ориентировку (кристаллографическую, где ось с
перпендикулярна сфере А. Ж.) призм" (с. 73). Это
означает, - что смена двух типов слоев может происходить
без органического "цемента". Таким образом, выявляются
существенные вопросы, требующие дополнительного
исследования: способны ли кристаллиты арагонита
призматические или пластинчатые автоэпитаксически
взаимодействовать друг с другом через тонкие пленки
органического вещества? Какую роль играют капиллярные
явления в возникновении этой "цементационной" ростовой
структуры органо-минерального агрегата жемчужин?
Закончив краткий обзор книги "Речной жемчуг", мы обратим
внимание читателей на некоторые (далеко не полные по
количеству!) публикации статей и книг последних лет,
которые характеризуют новые идеи и конкретные факты по
нижеследующим разделам биоминералогии.
1.
Возникновение жизни, зарождение на минералах, биогенные
комплексы металлов, активирование биологических
процессов минералами, вулканы и жизнь, формирование
биолитов, эволюция литосферы и т. п. (Яцимирский и др.,
1979; Бойченко и др., 1979; Заварзин, 1979; Мархинин,
1980; Сидоренко и др., 1980; Нусинов, 1981). 2.
Биологическое, главным образом бактериальное,
стимулирование минералообразования, в том числе и
рудообравования (Тudinger и др., 1972; Чухров, 1974;
Жданов, 1977; Яхонтова и др., 1977; Devignе, 1977;
Наncollas, 1977; Solomоn, 1977; Сахвадзе и др., 1978;
Аmjure и др., 1978; Wyckoff, 1978; Леин и др., 1979, и
др.). 3. Роль тионовых бактерий в миграции редких
элементов и золота (Медведева-Ляликова, 1980). 4. Полные
биогеохимические циклы элементов, изотопные аномалии в
связи с биоминералообразоваянем и т. п. (Назаров, 1976;
Мак-Коннелл, 1977; Воронков и др., 1978; Галимов, 1978).
5. Минералообразование в растениях и организмах животных
и человека: скелеты моллюсков, радиолярии, кораллы, зубы,
костный скелет, камни почечные и т. д. (Паливода, 1973;
Зайцев и др., 1979; Касавина, Торбенко, 1979; Тиктинский,
1980; Lovenstam, 1981).
Приведем несколько примеров из этой
подборки публикаций
Необходимо подчеркнуть принципиальную энергетическую
особенность биогенного минералообразования, т.е.
связанного с жизнедеятельностью организмов. Она наиболее
ясно сформулирована Ю.А. Ждановым (1977, с. 111): "Особенность
биохимических превращений заключается в том, что они как
бы обходят высокие активационные барьеры, присущие
обычным химическим превращениям, и одностадийный процесс
заменяют множественным превращением через несколько
переходных состояний и метастабильных промежуточных
продуктов с минимальной энергией активации".
Впечатляющим примером биохимической реакции является
процесс, идущий в огромных масштабах в зоне гипергенеза,
в морях и океанах и заключающийся в восстановлении
сульфатной серы до сероводорода. Он целиком обусловлен
жизнедеятельностью сульфатредуцирующих бактерий. Вне
процесса бактериального синтеза подобное восстановление
возможно лишь при температуре 600-800 град.С. Исследуя
биогенетические механизмы сульфидообразования в таких
гигантских докембрийских месторождениях как Маунт-Айза и
Макартур Ривер (Австралия), П. Трудингер с соавторами (Trudinger
и др., 1972) доказали действие бактериальной
сульфатредукции и на заре геологической истории.
В
термодинамических условиях зоны гипергенеза
бактериальные процессы способны обусловить появление
таких фаз, например вюртцита (вместо сфалерита) и т. п.,
которые в условиях абиогенного поля химического
равновесия не смогли бы возникнуть.
Любопытно, что в современных молодых железистых осадках
распространен ферригидрит (2.5Fe2O3 х 4.5H2О), выделению
которого за счет быстрого окисления двухвалентного
железа способствуют железобактерии Gallionella,
Leptotrix, Toxotrix, и другие. Он самопроизвольно
превращается в гематит. При отсутствии же железобактерий
в холодноводных источниках железо выделяется в виде
гетита и лепидокрокита. "Ферригидрит и
протолепидокрокиты относятся к минералам
предшественникам других, более устойчивых минералов или
к минералам-эфемерам, в геологическом понимании этого
слова. . ." (Чухров, 1974, с. 74).
___________________
Рис.2. Принципиальная схема низкого
активационного уровня биологической реакции. I
- одностадийный химический процесс с энергией активации
ЕIа
; II -
многостадийный биологический процесс с
энергией активации ЕIIа
( по Ю.А. Жданову)
В
настоящее время мы много знаем о минералогических
функциях такой широко распространенной, универсальной,
автотрофной бактерии, как Тhiobacillus ferrooxidans: она
окисляет широкий набор сульфидов, серу, двухвалентное
железо. Ферментативно-каталитическая система этих бацилл
включает в цепочку реакций "усвоение" электронов,
которые отдают разрушающийся минерал. В этом плане стоит
целый ряд исследований, которые под силу лишь единению
минералогов и микробиологов (Яхонтова Л.К., Каравайко А.И., 1977). Обращает на себя внимание докторская
диссертация Н.Н. Медведевой-Ляликовой (1980), в которой
суммированы разносторонние исследования в области
минералогической микробиологии. Здесь обсуждены вопросы
биогенной мобилизации и миграции не только железа, серы
и т. п., породо- и рудообразующих элементов, но и редких,
рассеяиных, благородных: "Экспериментально установлено,
что тионовые бактерии переводят в раствор редкие
элементы, изоморфно входящие в сульфиды. Действие
бактерий способствует процессу рассеяния кадмия, таллия,
галлия, индия, рения, селена и теллура. . ." (Медведева-Ляликова,
1980, с. 42). Минеральные агрегаты растут в организмах
как в нормальном ходе их жизнедеятельности (внешний и
внутренний скелеты, раковины, зубы), так и при
патологическом нарушении физиологических и других
равновесий уролитиаз, нефролитиаз (камни печени, почек).
Эти биоконкреции имеют разнообразный минеральный состав:
струвит, гидроксилапатит, коллофан, вавелит, веделит,
моногидрокальцит и т. п. Расшифровка их внешней и
внутренней морфологии требует вмешательства минералогов,
накопивших в этом направлении богатый опыт.
Достаточно упомянуть, что расшифровав природу зонального
строения почечных и иных "камней", мы были бы способны
оказать неоценимую помощь медицине: стало бы возможно
документально точно определять время появления в
организме патологического минералообразования. А эти
данные позволили бы в свою очередь объективно вскрыть
причину болезни.
Любопытно отметить, например, что в некоторых почечных
камнях, во внутренних и внешних их частях, обнаружены
друзы идиоморфных кристаллов струвита, заросшие
последующими слоями мелкозернистого струвита. Такие
друзы, безусловно, синхронны соответствующей зоне роста,
а не возникли позже, при перекристаллизации уже
выросшего камня. Об этом свидетельствует хорошо
наблюдаемое облекаяие последующими зонами
тонкозернистого струвита этих друз, доставлявших,
несомненно, интенсивные болевые ощущения владельцу
такого камня. Можно предположить, что приступу болезни
соответствует друзовый рост почечной "конкреции".
Сами же
процессы перекристаллизации первично-осажденного
кристаллического минерального вещества на почечных
камнях протекают интенсивно. Мы наблюдали также процессы
перекристаллизации с тенденцией к укрупнению зерен,
приводящие в итоге к возникновению единого
блок-кристалла, заполняющего все пространство камня.
Важно отметить при этом сохранение во всех случаях
реликтового концентрически-зонального текстурного
рисунка: структура агрегата и в этом случае оказывается
менее инертной, чем текстура (Жабин, 1979).
Перекристаллизацию с укрупнением необходимо, видимо,
учитывать при опытном использовании медикаментозных
средств разрушения, растворения, грануляции камня. Дело
в том, что в случае возникновения блокового
монокристалла, занимающего весь объем камня, режим
воздействия должен ориентироваться на растворение, а в
случае зернистого агрегата на ослабление границ зерен и
разделение агрегата на отдельные зерна и фрагменты.
Заканчивая краткий обзор основных современных тенденций
развития биоминералогии, нельзя не отметить прогресс в
исследовании янтаря (Савкевич, 1970, и последующие работы
этого автора) традиционного объекта минералогии, на
примере которого была развита методика диагностики и
определения конституционных свойств сложных природных
органических соединений, изучены признаки первичного
генезиса н последующей метаморфизации.
---------------------
Литература:
Бойченко Е.А., Грыжанкова
Л.Н., Удельнова Т.М. (1979). Значение биогенных
комплексов металлов в эволюции биосферы. В сб.:
Разделение элементов и изотопов в геохимических
процессах. М.
Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Лукавиц Э.А.
(1978). Кремний и жизнь (биогеохимия, фармакология и
токсикология). Рига,"Зинатне".
Жабин А.Г. (1979). Онтогения минералов (агрегаты).
"Наука".
Жданов Ю.А. (1977). Узловое понятие
современной теоретической химии. Вопросы философии,
1.
Заварзин Г.А. (1979). Пространство
логических возможностей в многообразии материй и их
филогения. Природа, 6.
Зайцев В.Т., Гуревич З.А., Почепцов В.Г.
(1979). Желчнокаменная болезнь. Харьков, Вища школа.
Касавина В.С.,
Торбенко В.П. (1979). Жизнь костной ткани. "Наука".
Кораго А.А. Биоминералогия новое
направление минералогической науки. ЗВМО, 1980, вып.
2.
Кораго А.А. Речной жемчуг. "Недра",
1981.
Леин А.Ю., Самаркин В.А., Кашпарова Е.В.,
Матросов А.Г., Иванов М.В. (1979).
Биогеохимические особенности формирования серносных
илов в озере Серном (Куйбышевская обл.). Геохимия,
1.
Мак-Конвелл Д. (1977). Биоминералогия
фосфатов и физиологическая минерализация. В сб.:
Фосфор в окружающей среде. М.
Мархинин Е.К. (1980). Вулканы и жизнь (проблемы
биовулканологии). - "Мысль".
Медведева-Ляликова Н.Н. (1980).
Микроорганизмы месторождений сульфидных руд и их
роль в разрушении и образовании минералов. - Автореф.
докт. дисс. М.
Назаров А. Г. (1976). Биологический цикл
кремнезема. В сб.: Биогеохимические циклы в биосфере.
"Наука".
Нусинов М. Д. (1981). Панспермия:
развитие идеи. "Земля и Вселенная", б.
Паливода Н. И. (1973). Коралловидные
камни почек. Минск, "Беларусь".
Самойлов Я. М. (1978). О концепции
термодинамического распределения изотопов в
биологических системах и ошибках, связанных с ее
пониманием. Геохимия, 10.
Савкевич С.С.
(1970): Янтарь. "Недра".
Сахвадзе Л.И., Гвилава М.Ш., Керкадзе Н.Д.
(1978). Распространение микроорганизмов в рудах и
продуктах обогащения Чиатурского месторождения. Изв.
АН Груз. ССР. Сер. биол., т. 4, 6.
Сидоренко А. В., Теняков В. А., Сидоренко С.
А. (1980). О биологической природе процесса
созидания и развития сиаля Земной Коры. Междунар.
геол. конгресс, Париж-1980, 26 сессия, Минералогия и
геохимия. "Наука".
Тикитинский О.Д.
(1980). Уролитиаз. "Медмцина".
Чухров Ф. В. (1974). О некоторых новых
результатах минералогических исследований. Изв. АН
СССР. Сер. геол., 5.
Юшкин Н. П., Жабин А. Г, (1978).
Перспективные направления генетической минералогии.
ЗВМО, вып. 5.
Яхонтова Л.К., Нестерович Л.Г., Суханцева В.С.(1977).
Новые данные о механизме бактериального окисления
минералов. ДАН СССР, т.237, 2
Яцимирский К. Б., Крисс Е. Е., Гвяздовская В.
Л. (1979). Константы устойчивости комплексов
металлов с биолигандами (справочник). Киев, "Наукова
думка".
Amouri M., Devigne J.P., Fuchs Y. (1978)
Paleo-Bacteries et mineralizations plombo-zinciferes
du Bled Zelfane (Tunisie Centrale). Miner. Depozita,
v.13, 2.
Devigne J.P. (1977). Paleo-bacteries plombophiles
et galenes sedimentaries. Compt.Rend.Akad. Ski.,
D-284, 8.
Hancollas G.
(1977). The mechanism of biological mineralization.
J.Crist. Grouth, v.42, 2.
Lowenstam H.A. (1981). Minerals formed by organisms.
Science , v. 211, 4448.
Solomon D. H. (1977). Minerals, macromolecules and
man. Search, v. 8, 10.
Trudinger P.A., Lambert I.B., Skyring G.W. (1972).
Biogenic ores: a feasibility study. Econ. Geol., 8.
Wyckoff R.W. G. (1978).
Interdeperdance du monde des mineraux et de la
matiere vinante. Bull. mineral., v.101.
--- ***---
Источник:
Зап..ВМО, 1983, вып.2., с. 243-248. Об авторе см.: М.Ю.Поваренных.
Памяти А. Г. Жабина
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Послесловие к веб-публикации
Само слово "жемчуг" ведёт свое происхождение от
китайского "чжень-джу" или арабского "зеньчуг". Индийцы называют его "маньяра"
- бутон цветка, а греки - "маргарон" (от наименования одного из сортов
жемчуга "марджан", имеющего санскритский корень). Славяне называли его, как
французы и немцы, перлом от латинского слова "пирула", что означает
"маленькая грушка". Речной жемчуг некогда водился в Англии и
Ирландии; римляне привозили его с Британских островов. Сейчас регулярная
добыча речного жемчуга ведется только в Германии (Бавария) и США.
Жемчуг издавна знали на Руси, где он был излюбленным
самоцветом. Жители русского Севера издавна знали, что жемчуг следует искать
в тех реках, куда заходит рыба семга. Это породило предание о том, что
жемчужины зарождаются в жабрах сёмги. Белый, красный и золотисто-желтый - самые любимые цветовые
сочетания у русского народа. "Злато-серебро", как и "жемчуга окатные",
упоминаются довольно часто в русских народных песнях, сказаниях и былинах.
Жемчужным белым шитьем с солнечными мерцающими переливами украшали кокошники
и парадные одежды не только русские царевны, но и "красные девицы" на
протяжении тысячи лет. Слово "жемчужный" на Руси означало превосходную
степень красоты.
В 1829 г. в Петербурге была издана книга С. Руссова "Словарь
жемчужный, или описание мест и вод, на пространстве России находящихся, в
коих ловится жемчуг". Речной жемчуг белого, серого, коричневого и
черного цветов с розовыми, золотистыми, голубоватым и сиреневым оттенками,
правильной округлой формы называли окатным. Он шел на ожерелья, оплечья,
запястья, на вставки в кольца, серьги, броши, им расшивали парадные одежды
из льна, шелка, парчи и бархата, а также украшали оклады самых почитаемых в
народе икон.
В древнерусском государстве не ввозили жемчуг из других
стран, а добывали его в своих реках и ручьях. Речной жемчуг промышляли во
многих северных реках Олонецкой, Архангельской, Новгородской и других
губерний, а также в бассейне Амура. Среди рек России свыше 150 считались
жемчугоносными, из них в 77 велась добыча перлов.
Margaritana margaritifera Retz, -
жемчугоносный моллюск, был распространен в XV - XIX вв. от верховьев Днепра
до побережья Северного Ледовитого океана. Особенно славился холодной
"северной" прелестью жемчуг, добываемый на реках Кереть, Варзуга, Умба,
Ковда, Кемь, Муна, Поной и др. Не случайно на гербе г. Кемь в Карелии
изображен венок из жемчуга. Ещё в конце XVII в. в России был установлен
государственный надзор за жемчужным промыслом. В 1721 г. выходит первый указ
Бергколлегии о жемчужной ловле. В указе назывался перечень мер, которые должны были обогащать и
оберегать жемчужный промысел. Однако в постановлении Сената 1736 г.
указывалось, что промышленникам и охотникам не возбраняется ловить жемчуг,
где они находят нужным. Из-за молевого сплава леса, который сейчас прекращён, и
хищнической добычи речного жемчуга в прошлом большинство его угодий в Поморье и
Карелии потеряли былое промысловое значение. Сейчас моллюск Маргаритана маргаритифера взят
государством под охрану.
Особенно славился в русском ювелирном деле "кафимский"
жемчуг, названный так в честь города Кафа (средневековое название Феодосии),
крупнейшего торгового центра на восточном побережье Крыма. "Кафимский жемчуг",
по одной из версий, добывали неподалёку от города Кафа в Чёрном море, согласно же другой
версии, он попадал сюда с аравийского побережья Персидского залива, с Бахрейнских
островов, из Индии. Новгородские купцы с начала XVI в. ездили в Азов и Кафу за
покупкой "кафимских зёрен". В первом "Уставе Кафы" 1290 г. имеются сведения
о том, что местное население ловило в море рыбу и устриц. Изредка в раковинах мидий
попадались мелкие жемчужины, но они были второстепенного достоинства, или не
"первого цвета", как говорили ювелиры. Так что кафимский и сурожский
жемчуг - это не черноморский, а восточный, добытый из морских
раковин Индийского океана, так называемое "бурмитское", или "гурмыжское"
зерно, происходящее из г. Ормудза на берегу Персидского залива.
Жемчуг в раковине речного моллюска.
Поной р., Кольский п-ов, Россия. Геологический музей
ОАО "Апатит". Фото: © А.А. Евсеев.
------------------------------------------------------------------------
Cм.
также:
• Жемчуг и перламутр в природе и истории культуры
• Про мистические, магические,
целебные и лечебные свойства жемчуга и других драгоценных камней
