Борис Сребродольский - Жемчуг

Словом, неидеальное строение многогранников биогенных веществ скорее правило, чем исключение. Оно усложняет принятую относительность понятия «монокристалл». Наиболее целесообразно его употреблять лишь при рассмотрении если не идеальных, то идеализированных кристаллов. По этому признаку биогенные кристаллы не отличаются от соответствующих «земных» кристаллов.

Основная закономерность биоминерализации состоит в том, что органическая матрица сильно влияет на характер биогенного минералообразования. Она определяет центры зарождения будущих кристаллов и способствует их росту. Отличительная особенность матрицы — ее сравнительно постоянный состав в разных организмах, включающий белки коллагеновой группы, высокомолекулярные полисахариды, фосфолипиды. В аминокислотный состав органического вещества жемчуга входит 18 аминокислот (глицин, тирозин, аланин, валин, серин и др.). В органическом веществе биогенных кристаллов других веществ соотношение аминокислот иное. До сих пор остается неясным, какой механизм регулирует количество и состав аминокислот в организме.

Органическая матрица имеет вид губки, погруженной в физиологический раствор. Ее можно рассмотреть в любом минерально-органическом агрегате после осторожного растворения минеральной части. Важно подчеркнуть, что в объеме матрицы происходит зарождение и рост биогенных кристаллов. Эти процессы регулируются биологическими организмами, исследование которых началось совсем недавно. Биорегулирующее значение матрицы сказывается в определяющем влиянии ее не только на структуру и геометрию биогенных кристаллов, но и на сочетание их между собой. Матрица или ее отдельные участки обладают известным сродством к возникающему на ее основе минеральному компоненту. Такое сродство объясняется близостью строения реакционноспособных ферментов матрицы и пространственной конфигурации ионов в элементарной ячейке кристаллизующегося вещества и их тесным взаимодействием. Только так может быть обеспечено хорошее пространственное соответствие между структурными элементами органического и минерального компонентов образующегося биогенного кристалла.

Однако минеральный уровень такого взаимодействия изучен недостаточно. По-видимому, в его основе лежат Два принципа — эпитаксия и комплексообразование. Эпитаксия — закономерное срастание кристаллов веществ различного состава, обусловленное близостью строения кристаллической решетки или отдельных плоских сеток рядов решетки срастающихся минералов. Таким образом, эпитаксия минеральной фазы на органическом веществе предопределяется наличием сходных мотивов в структуре обоих веществ. При этом отдельные реакционноспособные участки молекул матрицы становятся центрами зарождения кристаллизующегося на их основе биогенного минерала. Из сказанного можно заключить, что избирательная минерализация матрицы обеспечивается высокоупорядоченным ее строением. При биогенной оксиапатитовой минерализации следует предположить близкое сходство конфигурации тетраэдричного радикала PO 3-с определенными участками матрицы. В случае кальцит-арагонитовой минерализации (при образовании жемчуга) участки матрицы находятся в сфере валентного взаимодействия с катионами кальция и плоскими анионами CO 3 2-, образуя особые комплексы в строгом химическом смысле этого понятия. Несомненно, что наряду с валентными взаимодействиями большую роль при образовании таких комплексов играют и более слабые связи — водородные, Ван-дер-Ваальса и др. Доля этих связей в минерально-органических комплексах не установлена.

В последнее время высказывается предположение, что анионы CO 3 2-препятствуют кристаллизации фосфатов кальция внутри организма, а фосфатные и другие фосфорсодержащие анионы не допускают возможности кристаллизации карбоната кальция. Действие анионов, препятствующих кристаллизации минеральных соединений, связано с поглощением их гранями зародышевых кристалликов минеральной фазы.

Характер растворов, в которых происходит биогенное минералообразование, изучен очень слабо. Голубев [1981] полагает, что биогенные кристаллы растут в метастабильных растворах, недонасыщенных соответствующими солями. Это не противоречит главным законам физики. Концентрация солей в таких растворах неблагоприятна как для роста кристаллов на привнесенных извне зародышах, так и для зарождения биогенных кристаллов на случайных пылинках поверхности матрицы. Такие растворы находятся у нижнего предела метастабильной области и устойчивы неопределенно долгое время. Голубев установил, что после искусственного нарушения структуры органической матрицы выпавшие из такого раствора кристаллы теряют биологическую специфичность и могут продолжать свой рост в насыщенных растворах, как и при обычной кристаллизации.