7.4. Кандидаты на роль кристаллических генов

7.4. Кандидаты на роль кристаллических генов

В поисках возможных минеральных генетических материалов стоит вспомнить о микрокристаллических материалах с сильной внутренней связью и кристаллической структурой, обладающих некоей сложной, квазислучайной вариабельностью (отчасти сравнимой с вариабельностью последовательностей ковалентно связанных блоков в молекулах ДНК), так что каждый индивидуальный кристалл может быть уникален. Многие подобные «дефекты» воздействуют на физико–химические параметры кристаллических материалов: размер и форму кристаллов, способность поглощать мелкие молекулы, каталитические эффекты и т. п. Главный вопрос состоит в том, стабильна ли «информация» об этих дефектах и может ли она воспроизводиться в процессе роста кристаллов. Ответ на это следующий: хотя наиболее стабильные «дефекты» не воспроизводятся, существуют «дефекты», которые это делают, иногда с поразительным успехом.

Приведем пример. Структурные слои слюды и слюдоподобных глин (см. выше) образуют достаточно сложную «бутербродную» структуру с семью атомными плоскостями в каждом слое. Эти сложные слои имеют отрицательный заряд и располагаются в кристалле «пачками», один над другим, с прокладками из катионов между ними. Однако кое в чем их структура асимметрична. Так, структуры верхней и нижней плоскостей, образованных атомами кислорода, хотя и идентичны, но расположены не совсем точно друг над другом. Этот сдвиг придает слою в целом направление, которое можно изобразить стрелкой. Возникает вопрос: как расположены эти «стрелки» в слоях, лежащих друг на друге?

Часто все они направлены в одну сторону. Это можно изобразить так:

—> —> —> —> —> —> —>

Но часто случается, что их направление чередуется:

Таковы наиболее распространенные «правильные типы» слюды. Но чаще встречаются отклонения — «неправильные типы», в принципе способные нести информацию, так же как и единичная неправильность в напластовании (своего рода ДНК). Более того, известны случаи, когда какая?то «неправильность» повто–ряется через абсолютно регулярные промежутки. Например, в образцах биотитовой слюды [1] было обнаружено следующее:

Похоже, что эти особенности возникают при росте кристаллов в результате процесса копирования[44].

Еще одна форма чередования встречается в глинах и других веществах, где материал представляет собой пачку химически различных слоев, чередующихся в более или менее случайной последовательности. Поразительный пример такого рода — феррит бария. В нем часто наблюдаются повторения сложных и неправильных структур, иногда простирающиеся на толщину в сто нанометров и более [12]. Изучив рост кристаллов этого материала в Глазго и Пейсли, мы предположили существование механизма копирования, обеспечивающего длинные повторы [20]. Согласно этому предположению, изначальная плата, состоящая из случайной последовательности слоев, растет путем добавления атомов по сторонам, так что изначальная последовательность сохраняется. Пачки слоев, как и «планки» морского ила, тверды и гибки. Благодаря микроморфологии начальных кристаллов, их рост происходит, по–видимому, неравномерно в разных направлениях, формируя гибкую ветвящуюся систему («водорослевый рост»). При этом разные части одной и той же пачки могут накладываться друг на друга и затем сливаться, образуя более крупные фрагменты кристалла, в пределах которых последовательность слоев, присущая начальной плате, повторяется, быть может, много раз. Сам феррит бария, возможно, растет только при высоких температурах (наши эксперименты проводились примерно при 1300 градусах по Цельсию); однако мы склонны полагать, что «водорослевый рост» представляет собой общий механизм формирования длинных повторов, присущий многим материалам, в том числе и обсуждаемым выше типам слюды.

Ил и слюда могут кристаллизоваться при обычной температуре, хотя и медленно. Быстрый синтез слюды требует, как минимум, гидротермальных условий и нескольких сот градусов по Цельсию. Это соответствует предположению, что самые первые стадии эволюции могли иметь место в океанических гидротермальных системах [6, 11].