CC BY
117
Науки о Земле
УДК 550.47
Барабашева Елена Евгеньевна Elena Barabasheva
Стремецкая Елена Олеговна Elena Stremetskaja
ОСОБЕННОСТИ БИОСОРБЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОСТНОЙ ТКАНЬЮ БИВНЯ МАМОНТА И ЗУБОВ ШЕРСТИСТОГО НОСОРОГА ИЗ ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
THE MINERALOGICAL AND CHEMICAL FLATURES OF BONE TISSUE OF MAMMOTH’S TUSK AND WOOLY RHINOCEROS’S TOOTH
П
LJ
Представлены результаты изучения минерального и химического состава остатков бивня мамонта и зубов шерстистого носорога из плейстоценовых отложений пещер Хээтэй Забайкальского края
Ключевые слова: биосорбция, костные остатки, биоминеральные образования
The article touches upon mineralogical and chemical features of the bone tissue of mammoth’s tusk and woolly rhinoceros’s tooth found in Pleistocene sediments of the Xeitei caverns in Zabaykalsky Kray
Key words: biosorbtion, bone tissue, biomineralogi-cal formationn
Для биосферы характерны разные формы движения материи, но сущность системы определяется высшей формой — работой органического вещества. Органическое вещество можно представить как совокупность живых организмов, продуктов их жизнедеятельности, органогенных и биоминеральных остатков в геосистеме.
Во всех случаях происхождения органического вещества условия захоронения и пути его превращения были различны. Но первая стадия превращения, биогеохими-ческая, была общей для всех его типов.
После гибели живых организмов составляющие их ткани подвергаются воздействию микробов, отличающихся специфичностью действия и обладающих активными ферментативными системами.
Разнообразие органических и биоми-неральных соединений, встречающихся в осадках, увеличивается вследствие их изменений, происходящих в биосфере под влиянием анаэробных и других микробиологических процессов, а также постоянного влияния неорганической природы [3]. Изменяя состав биоминерального и органического вещества, химический элемент теряет свои индивидуальные свойства, и его миграция будет определяться устойчивостью кристаллической решетки минерала-хозяина.
В последние годы резко возрос интерес к биогеохимическим исследованиям органических и биоминеральных образований. Для классической минералогии изучение состава костной ткани органических остатков — малоизученная область.
В статье представлены результаты изучения минерального и химического состава остатков бивня мамонта и зубов шерстистого носорога.
Изучаемые объекты найдены в плейстоценовых отложениях пещерного аллювия зала Тупиковый Хээтэйских пещер, распо-
ложенных на юго-востоке Забайкальского края в пределах Оловяннинского административного района в верховье пади Булактуй хребта Кетуй-Нуру, в 1 км к северо-западу от высоты Шарандыра, в массиве известняков второго Северного участка Усть-Борзин-ского месторождения известняков (рис. 1).
Рис. 1. Вход в пещеры
Длина зала составляет около 20 м, ши- кается со сводом. Для грота характерны рина варьирует 2... 6 м. Дно грота сначала кальцитовые сталактиты и натеки как сплош-медленно, потом круто поднимается и смы- ные, так и в виде драпировок (рис. 2).
Рис. 2. Кальцитовые натеки на сводах грота Тупиковый
Это самые теплые части пещеры. Дно грота покрыто пещерным аллювием, ледяные покровы отсутствуют (рис. 3; 4).
Обломок бивня мамонта (рис. 5) размером 23х12х8,5 см, массой 2,14 кг, на поверхности коричневато-бурого, на изломе желтовато-белого цвета слоновой кости. Отчетливо видно неоднородное строение бивня — чем ближе к середине, тем более трещиноватым и пористым становится строение обломка.
Рис. 5. Общий вид обломка бивня мамонта
Рис. 3. Пещерный аллювий на дне грота Тупиковый
Состав пещерного аллювия, согласно полученной рентгенограмме, в основном известковистый. В примесях содержатся, %: Ре - 2,58; Си - 0,009; 7п - 0,095; Мо -0,003; А§ - 0,001; Сё - 0,001; Яп - 0,002; ЯЬ - 0,004; - 0,002; И§ - 0,001; РЬ -
0,005; ТЬ - 0,002; и - 0,002.
Рис. 4. Костные остатки в пещерном аллювии
Рентгенограмма бивня, выполненная переносным спектральным аппаратом методом Мтт§-Ь(РР4) при продолжительности измерения 10,6 с, представляет собой следующий набор элементов, %: Я1 - 8,23; Р - 18,6; Я - 0,6; С1 - 0,52; К - 0,67; Са - 65,8; Т1 - <0,036; V - <0,022; Сг -<0,010; Мп - 1,25; Ре - 2,68; Со <0,023; N1 - <0,006; Си - <0,012; 7п - 0,095; Оа - <0,003; А, - 0,005; Яе - <0,002; Вг - <0,003; ИЬ - <0,002; Яг - 0,0895; У - <0,004; 7г - <0,004; № - <0,005; Мо - <0,007; А§ - <0,009; Сё - <0,007; Яп - <0,014; ЯЬ - <0,017; I - <0,015; Ва
- <0,066; Та - <0,010; - <0,011; И§
- <0,005; Т1 - <0,002; РЬ - 0,008; В1 -<0,005; ТЬ - <0,007; и - <0,008.
Зуб шерстистого носорога (рис. 6) с поверхности коричневого цвета, размерами 8,5х7х8 см, массой 0,28 кг. Отчетливо видно неоднородное строение зуба, лучше всего оно проявлено со стороны жевательной поверхности, где выделяются массивные желтовато-кремовые пластины шириной около 3 мм, разделенные пористым коричневато-бурым цементом, шириной 2.10 мм. Контакт цемента и зубных плас-
тин маркируется тонкими до 1,5 мм прожилками переотложенного молочно-белого апатита. Структура тканей зуба существенно изменяется - у пластин она массивная, у цемента - микропористая. Соответственно они обладают различной плотностью.
а) б)
Рис. 6. Общий вид зуба шерстистого носорога: а) сбоку; б) со стороны жевательной поверхности
Рентгенограмма зуба, выполненная также переносным спектральным аппаратом методом Мтт§-Ь(РР4) при продолжительности измерения 60,2 с, представляет собой следующий набор элементов, %: Я1 - 3,31; Р - 11,2; Я - 0,56; С1 - 0,24; К
- 0,44; Са - 33,8; Т1 - <0,024; V - <0,003; Сг - <0,002; Мп - 0,072; Ре - 0,16; Со <0,002; N1 - <0,001; Си - <0,004; 7п -
0,044; Оа - <0,001; А - 0,001; Яе - <0,001; Вг - <0,001; ИЬ - <0,001; Яг - 0,068; У - <0,001; 7г - <0,001; № - <0,001; Мо - <0,001; А§ - <0,002; Сё - <0,001; Яп - <0,003; ЯЬ - <0,003; I - <0,003; Ва
- <0,024; Та - <0,002; - <0,002; И§
- <0,001; Т1 - <0,001; РЬ - 0,006; В1 -<0,001; ТЬ - <0,001; и - <0,001.
Рентгенограммы цемента и пластин практически идентичны и имеют достаточно высокий фон, что отражает наличие органического вещества - коллагена и, возможно, аминокислот и других органических соединений. В цементе заметно больше Ре, отмечается присутствие Р, С1, а в заполненных порах и трещинах встречаются микрозерна вторичного мышьяковистого пирита. Пластины отличаются чуть большим содержанием М§. Строение цемента пористое со сложным рисунком. Для пластин характер-
но зонально-слоистое строение, выделяемое цветом, разной степенью пористости и вариациями примесей. Костная ткань зуба соответствует минеральной фазе апатита.
При сравнении рентгенограмм костных тканей бивня и зубов обнаружилась следующая закономерность - при одинаковых условиях захоронения костных остатков бивня и зубов в составе бивня зафиксировано повышенное содержание (приблизительно в 3.4 раза по сравнению с зубами) серебра, радиоактивных элементов - тория и урана, тяжелых металлов и кальция, а также петрогенных элементов - силиция, фосфора.
Вероятнее всего, это связано с прижизненными функциями представленных костных остатков. Присутствие зубного аппарата в ротовой полости располагало к постоянному контакту с микрофлорой и органическими кислотами и не испытывало при этом особых механических нагрузок. В отличие от последних бивни располагались во внешней среде, не имели тесного контакта с микрофлорой и органическими кислотами, но зато испытывали постоянную механическую нагрузку, в результате чего пронизаны большим количеством пор и микротрещин.
Непосредственное проявление урана и тория как компонентов живого вещества не доказано [2]. Здесь мы имеем дело с геохимическими циклами урана и тория, связанными с процессами выветривания, карстообразования и осадконакопления в виде пещерного аллювия. Накопление происходило в результате первичного перевода их в растворимые формы с участием микроорганизмов и последующей биосорбцией в костных остатках. Причем, наибольшее количество отлагалось именно в пористых и трещиноватых остатках бивней.
По сравнению с радиоактивными элементами у серебра значительно снижена функция перевода в растворимые формы. В основном это происходило за счет продуктов метаболизма бактерий (аминокислот и перекисных соединений). Затем шло активное поглощение серебра трещиноватопористой костной биомассой.
Тяжелые металлы в незначительном количестве накапливались в результате процессов биосорбции в условиях осадкона-копления пещерного аллювия. Их соотношение также свидетельствует о более благоприятных возможностях их вторичного накопления в условиях пористо-трещиноватой костной среды бивней, чем в плотных зубных пластинах и цементе.
В то же время, количество органического углерода, присутствующего в большей степени в бивнях, чем в зубах, свидетель -ствует о первичности фосфатов и соединений кальция и менее значимом вторичном преобразовании костного вещества бив-
ней. Наличие прижизненной микрофлоры, наоборот, способствовало образованию в зубном аппарате носорога значительного количества вторичных минеральных образований.
Согласно существующим классификациям функций органического вещества [2], представленные костные остатки зубов шерстистого носорога и бивня мамонта выполняют концентрационную функцию, избирательно накапливая определенные химические элементы и деструктивную функцию с вторичной минерализацией образований.
Литература
1. Репина С.А., Потапов С.С., Потапов Д.С. К минералогии и химии зуба мамонта // Био-косные взаимодействия. Жизнь и камень. Материалы III Международного симпозиума. — СПб., 2007. - С.20-23.
2. Манская С.М., Дроздова Т.В. Геохимия органического вещества. — М.: Наука, 1964. — 314 с.
3. Перельман А.И. Геохимия ландшафта: учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1966. — 392 с.
4. Киприкова Е.Л. Оценка точности спектрального анализа породообразующих элементов в биогенных карбонатах: сб. науч. тр. / Палеобиогеохимия морских беспозвоночных; отв.ред. Е.В. Краснов. — Новосибирск: Наука, 1980. — 60 с.
5. Вассоевич Н.Б. Основные закономерности, характеризующие органическое вещество современных и ископаемых осадков: сб. науч. тр. / Природа органического вещества современных и ископаемых осадков. — М., 1973. — С. 11-59.
6. Альсон Ф.Х. Геохимия органических веществ: сборник / Геохимические исследования. — М., 1961. — С. 106-137.
7. Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. — М.: Мир, 1992. — Т. 1. — 280 с.; Т. 2, 1993. — 283 с.; Т. 3, 1993. — 312 с.
8. Орлов Ю.А. В мире древних животных. — 3-е изд., перераб. — М.: Наука, 1989. — 162 с.
9. Черепанов Г.О., Иванов О.А. Ископаемые высшие позвоночные: учеб. пособие. — СПб: изд-во Санкт-Петерб. ун-та, 2001. — 204 с.
10. Гейнц А.Е., Гарутт В.Е. Определение абсолютного возраста ископаемых остатков мамонта и шерстистого носорога из вечной мерзлоты Сибири при помощи радиоакивного углерода (С14): сб. науч. тр. — М., 1964. — Т. 154 — С. 1367-1370.
Коротко об авторах________________________________________________ Briefly about the authors
Барабашева Е.Е., канд. геол.-минер. наук, до- E. Barabasheva, senior Research assistant of Chita
цент кафедры гидрогеологии и инженерной геоло- State University Geological Scientific Centre, Candi-
гии, ст. научный сотрудник Геологического научного date of Geological and mineralogical Sciences, assistant
центра ЧитГУ professor
Раб. тел.: 8(30-22)35-58-56
Научные интересы: геоэкология, биогеохимия, Scientific interests: geoecology, biogeochemistry,
охрана геологической среды, музееведение geological environment protection, museology
Стремецкая Е.О., аспирантка, старший научный E. Stremetskaja, senior Research assistant of Chita сотрудник Геологического научного центра ЧитГУ State University Geological Scientific Centre, aspirant
Раб тел.: 8(30-22) 35-58-56
Научные интересы: геоэкология, охрана геоло- Scientific interests: geoecology, geological environ-гической среды, музееведение ment protection, museology
