Ультраструктуры в ископаемых углях

Леонид Кизильштейн,
доктор геолого-минералогических наук,
Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону)
«Природа» №5, 2019

Ультраструктуры, обнаруженные в растительной клетке при травлении интертинита в образце угля: 1 — плазмодесмы, 2 — ядро клетки, 3 — оболочка цитоплазмы, 4 — цитоплазма. Фото автора

Возраст растительной клетки, фото которой сейчас перед читателями, более 300 млн лет (каменноугольный период палеозойской эры). При изучении состава органического вещества в ископаемых углях, предварительно подвергшегося ионному травлению, было отмечено, что один из компонентов — инертинит — сохраняет на протяжении многих миллионов лет тончайшие анатомические структуры слагающих его растительных тканей.

Здесь же речь пойдет об ультраструктурах. Так называют анатомические элементы растений, которые, хоть и имеют размеры в микрометры или доли микрометров, постоянно присутствуют в составе растений и играют существенную роль в их жизненных процессах [1]. Мне хочется показать удивительную сохранность анатомического строения углеобразующих растительных тканей, которые обнаружились в результате высушивания (потери влаги). На фото одной растительной клетки можно видеть примеры анатомических элементов, относимых к ультраструктурам. Образец угля, в котором присутствует данная клетка, представляет собой антрацит Донецкого бассейна. Клетка находится в составе петрографического компонента — инертинита. По существующим представлениям, этот компонент образовался в результате высушивания или неполного сгорания растительной ткани до того, как она оказалась в торфяном болоте. Причина массового образования инертинита — пожары на торфяниках. Содержание его в углях может составлять десятки процентов.

В предыдущей статье эффективность метода ионного травления иллюстрировалась на примере тканей растений^*, в этой — на примере одной клетки, в которой выделяются следующие ультраструктуры (см. рис.):

• плазмодесмы диаметром в микрометры или доли микрометров — тончайшие сосуды, проходящие через поры клеточной оболочки и соединяющие между собой смежные клетки (1);
• разные по оптической плотности и, скорее всего, по биохимическому составу включения (2);
• оболочка цитоплазмы, которая защищает цитоплазму (см. ниже) от внешних воздействий, придает клетке механическую прочность, регулирует поступление внутрь нее питательных веществ, а также их состав (3);
• цитоплазма — органическая коллоидная масса, заполняющая клетку, в которой находятся разнообразные по форме и размеру частицы — органеллы; среди них вероятны рибосомы, играющие важную роль в синтезе белка (4).

Можно предложить следующее объяснение возникновению анатомической картины ультраструктур, которые стали доступными для изучения при помощи светового микроскопа после ионного травления образца угля.

Основные биохимические соединения, образующие ткани растений, — целлюлоза и лигнин. При ионном травлении происходит более интенсивное (опережающее) травление (удаление) атомов, имеющих меньший атомный вес.

В составе анатомических элементов нашей клетки преобладают кислород (атомный вес О ≈ 16) и углерод (атомный вес С ≈ 12). Их концентрация в разных анатомических структурах клетки различна, что объясняет неодинаковую степень разрушения данных элементов при ионном травлении и возникновение оптических различий между ними. Это же определяет и различия между тканями [2, 3].

Известный биохимик, нобелевский лауреат М. Кальвин, основатель раздела биохимии «молекулярная палеонтология», считал, что предмет ее изучения — молекулярные фрагменты древней жизни в составе ископаемого органического вещества. По его мнению, подобные фрагменты позволяют судить об их биохимических предшественниках. Таким образом, ионное травление, вскрывающее тонкие анатомические детали строения ископаемых растительных тканей, становится источником информации для молекулярной палеонтологии.

Не исключено, что в составе геологических объектов будут обнаружены морфологические элементы, присущие древней жизни, но утраченные в ходе эволюции. В связи с этим инертинит как источник информации о мире древних растений заслуживает внимания не только геологов и палеоботаников, но и специалистов в области эволюционной биологии.

И наконец, сам факт сохранности тонких элементов анатомии растительных тканей в виде инертинита позволяет напомнить о высушивании органического вещества как факторе его практически неограниченной по времени консервации в породах земной коры.

Хотелось бы еще раз обратить внимание на то, что инертинит нередко в угольных месторождениях образует слои или даже целые пласты. Их изучение методом ионного травления может привести к новым открытиям в области молекулярной палеонтологии.

Литература
1. Фрей-Висслинг А., Мюлеталер К. Ультраструктура растительной клетки. М., 1968.
2. Кизильштейн Л. Я., Шпицглуз А. Л. Атлас микрокомпонентов и петрогенетических типов антрацитов. Ростов-на-Дону, 1998.
3. Кизилштейн Л. Я., Шпицглуз А. Л. Анатомический атлас растений-углеобразователей палеозоя. Ростов-на-Дону, 1999.

^* См.: Кизильштейн Л. Я. Анатомия древних растений в ископаемых углях // Природа. 2018. № 3. С. 69–71.