Кристаллы - живые

crystals

Многим уже известны исследования Эмото Масару, который исследовал, как под воздействием слов, изображений и даже мыслей вода меняет свою кристаллическую структуру. 

watercryst

Не так давно испанские ученые открыли механизм, который может приводить к спонтанному образованию кристаллов карбонатов и силикатов очень сложной и необычной формы. Эти кристаллические новообразования напоминают биоморфы — неорганические структуры, полученные при участии живых организмов.

Неорганические соединения, в особенности такие простые, как карбонаты и силикаты, образуют кристаллы весьма простой геометрии. Однако процесс кристаллизации, будучи исследован в наноразмерном и микроразмерном диапазоне, может преподнести сюрпризы. На таком уровне разрешения обнаруживаются новые механизмы взаимодействия частиц, формирующих макроформы при кристаллизации. В этом ключе следует рассматривать исследование необычных неорганических структур, проведенное испанскими кристаллографами Хуаном Гарсиа-Руисом (Juan Manuel García-Ruiz) и Эмилио Мелеро-Гарсия (Emilio Melero-García) из Института наук о Земле Андалузии совместно со Стивеном Хайдом (Stephen Hyde) с отделения прикладной математики Австралийского государственного университета.

Хорошо известно, что живые организмы могут организовывать простые неорганические соединения в удивительно сложные формы. Это скелеты беспозвоночных — завитые раковинки, иглы, решетки — кости и зубы позвоночных (еще их называют биоминеральные структуры). Они могут быть сложены одним минералом, например фосфатом кальция, или комплексом минералов, фосфатами и карбонатами кальция и силикатами. Кроме того, по матрице живых или отмерших организмов образуются окаменелости, состоящие из кристаллических неорганических соединений — карбонаты и фосфаты кальция и магния, соединений мышьяка, серы, железа и т. д. Эти окаменелости и боиминеральные структуры, несмотря на кристаллическую природу, имеют сложную форму с плавными изгибами (биоморфы). Считалось, что неорганический объект без участия живого компонента не может сложиться в биоморфы. Но исследования последних лет показывают, что простые неорганические кристаллы способны имитировать биоморфы и сами по себе.

600Эти минеральные структуры формируются в растворах простых неорганических соединений — карбонатов и силикатов. Казалось бы, естественные кристаллы карбонатов и силикатов не могут позволить себе столь изысканные формы. Но выяснилось, что это не так.

Ученые в эксперименте получили биоморфы, смешав в щелочной среде хлорид бария и раствор кремниевой кислоты. Эксперимент проводился при комнатной температуре и нормальном давлении в открытой посуде. В этих условиях катионы бария реагируют с карбонатом, который поступает в раствор с атмосферным углекислым газом. Плохо растворимый карбонат бария (витерит) кристаллизуется и начинается его осаждение. Ион карбоната, соединяясь с барием, оставляет у поверхности кристаллов положительно заряженный протон. Таким образом, в микропространстве вокруг формирующегося кристалла витерита рН снижается. Там, где концентрируется положительный заряд и повышается кислотность, увеличивается концентрация кремниевой кислоты и начинается осаждение аморфного кремния. В точках образования аморфного кремния кристаллизация карбоната бария останавливается. Из-за осаждения аморфного кремния щелочность снова возрастает и, когда значение pH достигает необходимого порогового уровня, снова начинается кристаллизация витерита. Цикл осаждения начинается заново. Это, как легко заметить, автоколебательная химическая система, в которой слои силикатов и карбонатов самопроизвольно и упорядоченно чередуются.

В результате в системе «карбонат бария — силикат» образуются правильные палочковидные кристаллы карбоната бария, размером от десятков до сотен нанометров, обернутые слоем аморфного кремния. Эти композитные образования ориентируются по одной оси, но расстояния между ними достаточно случайны. Они скрепляются между собой за счет образования слабых связей между кремниевыми оболочками (силоксанных связей). Под оптическим микроскопом ученые сняли короткие видео, показывающие, как идет кристаллизация в подобной системе (естественно, для начальных нанометровых элементов даны только фотографии под электронным микроскопом).

Сначала из правильного шестигранного кристалла вырастает структура, похожая на цветную капусту. Эта форма получается из-за того, что на пути роста «правильных» кристаллов неизбежно встречаются различные загрязнения. Затем растущие кристаллы формируют плоский лист. Именно в этих местах и происходят быстрые автоколебания pH, которые продвигают вперед фронт роста кристаллов. В какой-то момент плоский лист начинает заворачиваться по краям. Когда завернутые края листа встречаются в оси симметрии, то растущий фронт начинает изгибаться, приобретая объем. Конечные объемные фигуры в зависимости от условий получаются разные. Это могут быть кристаллы в виде узлов, спиралей, крученых веревок и червячков. Руководитель работы Гарсия-Руис пояснил, что если механизм формирования композитных нанокристаллов и движение фронта роста понятен — это смена кислотности в микропространстве раздела сред, — то механизмы переходов от цветков капусты к плоскому листу и от плоского листа к объемным заворотам его краев пока остаются неясными. http://elementy.ru/news/430973.

Не таким ли путём появляются нанобактерии?

Опубликовано 14 Март 2010 в 22:38. Рубрика: Любопытно. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0.
Отзывы и пинг пока закрыты.

Комментарии закрыты.