Биоминералообразование как особый класс процессов природного минералообразования

‘ёеокМис, сентябрь, 2010 г., № 9

БИ0МИНЕРАЛ00БРА30ВАНИЕ КАК ОСОБЫЙ КЛАСС ПРОЦЕССОВ ПРИРОДНОГО МИНЕРАЛ00БРА30ВАНИЯ

В группе перспективных геологических и минералогических проблем при исследовании биоминералов, сформированных и фоссилизированных биоорганизмами, получены новые данные в познании онтогенеза органоминеральных агрегатов, которые могут сыграть конструктивную роль в решении проблем биоминеральных взаимодействий.

Процессы кристаллизации в живых организмах, в том числе организме человека, в результате которых формируются как физиогенные биоминералы в ряде органов (кости, зубы, вестибулярный аппарат), так и патогенные твердые образования (уролиты, холелиты и др.), обладают рядом специфических черт. Во-первых, это узкий диапазон термодинамических параметров кристаллизации, совместимый с условиями жизни организма. Во-вторых, набор химических элементов биоминералов близок к химическому составу мягких тканей организма, и в-третьих, процесс синтеза биоминералов, как правило, опосредован сложными биохимическими реакциями, в результате которых в определенном месте и в необходимом количестве производятся компоненты биоминерала.

В результате исследований патогенных биоминеральных образований (твердых тканей зубов, уролитов, сто-матолитов, ринолитов, холелитов, простатолитов) нами были получены новые данные об их строении и составе, позволяющие сделать ряд заключений, важных для практической медицины. К примеру, изучение камней предстательной железы (простатоли-

тов) является сегодня весьма актуальным в связи с распространенностью заболеваний репродуктивных органов человека. Особенно это важно по причине слабовыраженной клинической картины проявления простатолитов и малых размеров кристаллического материала. По данным медицинской

става и структуры четырех камней, извлеченных из предстательной железы. Они имеют бурый цвет, шаровидную, эллипсоидальную и сложную формы. Средний размер составляет около 2 мм. Установлено, что три конкремента представлены только фосфатами кальция с большими вариациями соотношений Са и Р. Из микропримесей в составе камней зафиксированы следы М^, К и Б. Трещины усыхания на поверхности указывают на наличие значительного слоя органической пленки. На поверхности одного из сколов камня визуализиру-

Общий вид простатолита

литературы, камни простаты выявляются у мужчин старше 50 лет в 1—25 % случаев и могут быть обнаружены у каждого мужчины в пожилом возрасте. Они формируются в дольках предстательной железы и имеют небольшие размеры, хотя в отдельных случаях достигают 1 см.

Методом растровой электронной микроскопии (JSM-6400, ЭД-спект-рометр фирмы «Link») нами проведены исследования минерального со-

Содержание аминокислот в раковинах: а) современного моллюска

Сросток кристаллов уэдделлита на поверхности камня

ется зональная структура вокруг апатитсодержащего ядра. Атомное соотношение Са/Р в ядре составляет 1.7.

Апатит в конкрементах представлен единичными или агрегированными глобулами размером от 0.5 до 1 мкм. На поверхности четвертого апатитсодержащего камня обнаружен параллельный сросток двух кристаллов оксалата кальция — уэдделлита. Кроме того, в одном из сколов были обнаружены отдельные кальцийсодержащие выделения без четких границ. Парагенезисы оксалатов кальция и апатита зафиксированы в стомато-литах и очень распространены в уро-литах. На наш взгляд, уэвеллит и уэд-деллит являются маркерами жизнедеятельности грибковой микрофлоры. Ранее нами при исследовании уролитов и стоматолитов были зафиксированы структурные элементы грибков (гифы, споры, друзы).

Согласно заключениям практической медицины, к образованию простатолитов приводят следующие

‘ёес&Мис, сентябрь, 2010 г., № 9

факторы: застойные явления в предстательной железе; воспалительный процесс (основной возбудитель — грамположительная флора); рефлюкс (забрасывание) урины в протоки железы. Известно также, что генезис фосфатных уролитов всегда связывали с присутствием патогенной грамот-рицательной флоры. Однако в исследованных сколах простатолитов нам не удалось обнаружить элементы, которые по составу и морфологическим признакам могли бы рассматриваться как микроорганизмы. Не менее важным условием для формирования камней является поступление камнеобразующих компонентов. Они, в частности оксалат-ионы, могут поступать в простату из других органов по кровеносной системе, а наличие воспалительного процесса способствует их осаждению. Не исключается продуцирование щавелевой кислоты непосредственно в железе вследствие жизнедеятельности грибковой микрофлоры.

Для раскрытия принципов структурной организации биосреды в кристаллические индивиды и агрегаты необходим сравнительный анализ со-

става органического вещества минералов различных генетических типов. Мы провели исследования соединений (веществ) аминокислотного состава в биоминеральных образованиях и установили, что различные минералы формируются в условиях повышенного содержания глутаминовой кислоты и глицина, выполняющих роль структурообразующих компонентов в генезисе твердых образований. Преобладание моноаминоди-карбоновых кислот и лейцина в составе белка патогенных конкрементов свидетельствует об активных процессах биосинтеза кристаллических образований в минералообразующей среде. Низкое содержание аспарагиновой кислоты по сравнению с концентрацией аланина в органической составляющей может быть показателем стадии деструкции в онтогенезе биоминеральных образований, принадлежащих к разным генетическим типам.

Таким образом, результаты наших исследований являются дополнением к биоминералогической информации, что послужит продолжением решения одной из главных задач биоминералогии — накопления факти-

ческого материала. Прогресс биоминералогии возможно обеспечить при исследованиях на междисциплинарном уровне, владея методологией различных научных направлений. Изучение биоминералов представляет геологический, минералогический, медицинский, биологический и общенаучный интерес для решения практических вопросов, касающихся физиологического функционирования живых организмов.

Литература

Каткова В. И. Мочевые камни: минералогия и генезис. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1996. 87 с.

Каткова В. И. Биоминералогия сто-матолитов. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 111 с.

Каткова В. И. Простатолиты // Материалы III Российского совещания по органической минералогии. Сыктывкар: Геопринт, 2009. С. 169—170.

Каткова В. И., Шанина С. Н., Бо-ровкова Е. В. Аминокислоты: структурообразующие компоненты биоминералов и маркеры процессов биосинтеза // ЗРМО, 2008. № 5. С. 80—85.

К. г.-м. н. В. И. Каткова