Кремний. Мифы и реальность

Кремниевые панцири защищают диатомовые водоросли не только от экстремальных температур, но и от механических повреждений, правда, не спасают их от поедания морскими животными — радиоляриями и кремневыми губками.

Свою панцирную оболочку диатомеи строят из поглощаемого ими кремния (преимущественно в виде ортокремниевой кислоты). Причем концентрация кремния в природных водах им практически неважна, диатомеи могут поглощать кремний из очень разбавленных растворов его соединений и даже разлагать силикаты и алюмосиликаты (глинистые минералы), высвобождая при этом необходимый им кремнезем. В начале XX века шотландские океанографы Д. Меррей и Р. Ирвин выдвинули предположение, что диатомеи поглощают кремний из мельчайших частиц глинистой мути, взвешенной в соленой океанской воде. Потом эти ученые экспериментально доказали, что диатомеи действительно могут разлагать глину, извлекая из нее кремнезем. А позднее эта способность диатомовых водорослей была подтверждена уже нашим великим ученым В. И. Вернадским, как и некоторыми другими. Кстати, специалисты заметили, что в период массового развития диатомовых водорослей концентрация двуокиси кремния в природных водах падает, этим явлением и объясняются сезонные колебания кремния в водоемах.

Кроме строительных, кремний удовлетворяет и другие нужды диатомей, он необходим для их жизнедеятельности. Панцирь как бы подкармливает водоросли, регулируя поглощение ими солей из морской воды. Кремний необходим диатомеям и для размножения, синтеза ДНК, что подтверждают научные эксперименты. Если нет кремния, синтез ДНК замедляется в 10–20 раз, в то же время при добавлении в воду силиката натрия немедленно начинается бурный синтез ДНК и процессы клеточного деления. Ортокремниевая кислота играет огромную роль в обмене веществ диатомовых водорослей: она, например, усиливает синтез аминокислот и белков, локализованных в хромосомах и хлоропластах, регулирует клеточное дыхание, синтез хлорофилла.

По мнению ведущего российского исследователя кремния, академика РАН М. Г. Воронкова, изучение обмена кремния в диатомеях весьма перспективно. Ведь эти крошечные существа могут послужить хорошей моделью для исследования интимной, как говорит ученый, роли кремния в организмах высших животных. Например, после того как выяснилось, что в диатомеях кремний концентрируется в митохондриях, хлоропластах, пузырьках и микросомах, удалось найти его в ядрах, митохондриях, пузырьках и микросомах клеток печени, селезенки и почек крыс. А отсюда, как опять же говорит ученый, один шаг до лабораторных экспериментов и практики.

Продолжая перечень земной кремниевой жизни, нельзя обойти вниманием некоторых примитивных морских животных, биохимия организмов которых связана с кремнием.

Это, например, уже упоминавшиеся радиолярии, чьи ископаемые останки найдены еще в докембрийских отложениях. Известно 7 тысяч видов этих морских планктонных организмов, размером от 40 микрон до 1 мм. У многих радиолярий очень красивый, изящный и невероятно сложный наружный каркас из кремнезема, который может слагаться из геометрически правильных игл, образующих шары, многогранники или кольца. Легкие и прочные иглы выполняют не только защитную функцию, но и сильно увеличивают удельную поверхность радиолярий.

Какие еще кремнеорганизмы можно назвать? Еще в прошлом столетии исследователи предположили, что кремний нужен грибам. Во всяком случае, в их золе было найдено до 10 % кремнезема. Спустя годы эксперименты подтвердили, что грибы усваивают кремний, разлагая нерастворимые природные силикатные минералы. Есть даже такие грибы, которые могут питаться стеклом и кремнийорганическими полимерами.

Прекрасно себя чувствуют и лишайники, произрастая на голых камнях и скалах, в жарких тропиках, в холодной тундре и высоких горах, где нет другой растительности. Своими гифами они проникают по трещинам в скалы, отщепляя мелкие кусочки, которые потом химически разрушают своими органическими кислотами. Из горной породы лишайники извлекают минеральные вещества, в том числе и кремний. Количество усвоенного кремния зависит как от вида лишайника, так и от состава горной породы, которой он питается.