Борис Сребродольский - Жемчуг

Вода — постоянный компонент минералообразующих растворов и один из строительных блоков организма. За счет гидратации и других взаимодействий вода входит во многие структурные элементы клетки, в межклеточное пространство и в органическую матрицу. Универсальной функцией воды является ее цементирующая роль в форме водородных связей как между отдельными частицами и компонентами клетки, так и между минеральным веществом и реакционноспособными участками матрицы. К тому же она предшественник и продукт преобладающего большинства процессов в организме, химический смысл которых сводится к реакциям гидратирования, дегидратирования, конденсации, в конечном итоге приводящим к образованию циклических и ациклических соединений. Вода в минералообразующих растворах, как правило, способствует образованию биогенных кристаллов, однако в отдельных случаях она может производить тормозящее влияние на их возникновение и рост. Иногда она существенно ограничивает проявление свойств биогенных кристаллов или из присущего им многообразия выдвигает на передний план определенные их качества. Из сказанного видно, что вода — исключительно важный фактор матрицы жизни.

Образование центров начальной кристаллизации происходит в строго упорядоченных точках матрицы — там, где энергетическая выгодность процесса зарождения кристаллической фазы обусловливается тесным сродством между минеральным и органическим компонентами. Голубев рассматривает сильное специфическое взаимодействие между ними в качестве фактора, благоприятствующего нейтрализации поверхностной энергии кристаллов, что делает систему энергетически выгодной.

Труднее объяснить возникновение колломорфного слоя в жемчуге, найденном в черноморской мидии. Этот слой, видимо, состоит из редко встречающегося в природе аморфного карбоната кальция, выпавшего внутри организма из коллоидных растворов. Вполне возможно, что подобное строение имеет и тонкий слой, отмеченный в раковинах некоторых моллюсков между призматическим и перламутровым слоями. В таком случае следует допустить, что роль органической матрицы в образовании многочисленных центров кристаллизации карбонатных частиц была невелика. К минимуму должна быть сведена роль матрицы как питающего агента, ибо мельчайшие частицы карбоната не увеличиваются в размерах. Роль питающей системы, по-видимому, выполняли многочисленные поры, пронизывающие колломорфный слой [Шнюков, Деменко, 1983]. Эта несколько идеализированная картина образования колломорфного карбоната в жемчуге служит хорошим примером сложности процессов происходящих в организме и сопровождающихся отложениями минеральных веществ.

Процессы осаждения карбоната кальция в биологических средах весьма сложны. Моделирование их в лабораторных условиях сопряжено с трудностями, связанными в первую очередь с выбором параметров минералообразующей среды — величин, характеризующих ее состояние.

Жемчуг, как и другие минеральные образования, представляет собой агрегат кристаллов. Однако в отличие от обычных минеральных агрегатов биогенные кристаллы (и слагающие их кристаллиты) не только не срастаются, но даже не соприкасаются между собой. Дело в том, что каждый кристаллический индивид обволакивается, как чехлом, органической пленкой, связанной с матрицей. Толщина пленки зависит от величины кристалла. Она проницаема для минералообразующих физиологических растворов, питается ими и не подвергается процессу минерализации. Такое явление, названное Голубевым принципом обволакивающих пленок, наблюдается если не во всех, то в большинстве биогенных кристаллов. Роль обволакивающих пленок прежде всего генетическая: подобно системе подводящих каналов, пленки обеспечивают питание минерально-органического агрегата. В противном случае не происходил бы их рост. Нарушение принципа обволакивающих пленок ведет к прекращению роста биогенных кристаллов и в ряде случаев способствует протеканию в них необратимых процессов.

Молекулярная природа взаимодействия органического и минерального компонентов биогенного минерала остается неизвестной. В ней скрыт весьма интересный механизм, приводящий к кратковременным остановкам роста биогенных кристаллов и существенно ограничивающий рост всего минерально-органического агрегата. Так, биологическая минерализация в процессе формирования жемчуга проходит в полном соответствии с моделью обволакивающих пленок. Однако рост призматических кристаллов жемчужины многократно прерывается. Кратковременные остановки в росте кристаллов отчетливо фиксируются скоплениями темного органического вещества; оно продолжает выделяться, несмотря на прекращение роста арагонита, и покрывает торцы его кристаллов маломощными слоями. В дальнейшем рост кристалла арагонита возобновляется, а чрезмерное выделение органики прекращается. Другими словами, процесс минералообразования внутри организма происходит скачками. Многократное повторение этого процесса придает формирующемуся минерально-органическому агрегату концентрически-зональное строение. Причины зональности разные. Возможно, зональное строение жемчужины отражает периодичность дефектной структуры органических молекул матрицы или же до деталей наследует тонкую структуру их, в частности нередко наблюдаемую поперечную исчерченность. Не исключено, что зональная структура жемчуга и других биогенных кристаллов связана с ростовыми пульсациями, которые могут быть вызваны частыми изменениями температуры воды, ее состава, условиями питания моллюсков и другими факторами.