Исходный материал органического вещества осадочных пород

Состав биосферы

Биосфера — сфера жизни живого вещества — это сложная оболочка Земли, включающая в себя всю гидросферу и те облас­ти тропосферы и литосферы, в которых постоянно или периоди­чески имеет место жизненный цикл.

Термин «биосфера» был предложен Э. Зюссом, но подлин­ным создателем учения о биосфере был В.И. Вернадский, впер-зые обосновавший роль живого вещества в истории верхних обо­лочек Земли — литосферы, гидросферы, тропосферы, — подчер­кивая исключительно многогранную роль биоса в различных гео­логических процессах.

В.И. Вернадский особое внимание обратил на то, что основ­ная роль ОВ не в его количестве (массу современного живого ве­щества он определил в десятки триллионов тонн — п-10¹³ т), а в необычайно широкой распространенности, «повсюдности», в ис­ключительной биохимической активности, способности приво­дить в различные формы движения массы химических элементов, концентрируя и рассеивая их, и, главное, что поле деятельности живого вещества распространяется еще шире — после своей смерти оно продолжает во многом определять ход геохимических процессов.

Чем же обусловлена такая высокая активность живого ве­щества?

В.И. Вернадский определил понятие «живое вещество» (ЖВ) как совокупность живых организмов, сведенных к их весу, хими­ческому составу и энергии, что позволило ему, а затем и его по­следователям определять массу живого вещества и другие харак­теристики. Необходимо обратить внимание, что в понятие живое вещество В.И. Вернадский вкладывал и его «энергию». Живое ве­щество состоит из нескольких компонентов или групп биомоле­кул сходного строения: белки, углеводы, липиды (или жиры) и близкие им соединения панлипоидины, в высших растениях еще выделяется лигнин. Элементный состав компонентов живого ве­щества приведен в табл. 3.1

Элементный состав ЖВ заметно варьирует. Содержание ком­понентов в разных группах биопродуцентов также отличается (табл. 3.2 и 3.3). Кроме главных компонентов ЖВ, перечислен­ных в табл. 3.1, в малом количестве присутствуют нуклеиновые кислоты, пигменты, витамины.

Белки — важнейшие компоненты живого вещества, входящие в состав клеточной ткани и участвующие в процессах биосинтеза. Белки — это сложные полимеры, построенные индивидуальными аминокислотами. Простые белки — протеины — состоят только из аминокислот; сложные белки — протеиды — помимо аминокис­лот содержат другие структурные элементы. Большинство белков состоят из 20 аминокислот (аланин, глицин, лейцин и др.). Все

разнообразие белков в природе обеспечивается разным порядком соединения этих кислот. Характерным элементом связи аминокис­лот является пептидная связь: две аминокислоты соединяются в оону молекулу путем установления связи между углеродом кис­лотной и азотом основной групп CO-NH. Полипептидная цепь мо­жет содержать до 1000 аминокислотных остатков; все разнообразие форм белковых веществ создается последовательностью пептидных связей. Пептидные цепи образуют спирали. Последовательность аминокислот в белке определяет генетический код. После отмира­ния организма белки быстро гидролизуются с образованием инди-зидуальных аминокислот, которые в отдельных случаях сохраня­ются и в ископаемом ОВ. Например, они были в силурийских граптолитовых сланцах. Белки - основной источник азота в ОВ.

Углеводы слагают большую часть растительного живого ве-шества. Название этой группы соединений определяется соотно­шением в молекуле кислорода и водорода таким же, как у воды; молекулярная формула C_n(H₂O)_m. Углеводы являются либо аль­дегидами, либо кетонами, присутствуют также и гидроксильные группы. Углеводы делятся на две большие группы: мономер­ные — моносахариды С_бН₁₂О₆ (глюкоза), С₅Н₁₀О₅ (фруктоза) и полимерные — продукты конденсации моносахаридов — полиса­хариды, наиболее распространенными представителями которых в природе являются целлюлоза (клетчатка) и хитин, азотсодержа­щий полисахарид. Углеводы легко потребляются микроорганиз­мами, небольшая их часть сохраняется в осадке.

Лигнин — под этим названием объединяют инкрустирующие вещества, совместно с клетчаткой образующие древесную ткань высших растений. Он относится к числу наиболее стабильных компонентов живого вещества. В основе химической структуры лигнина лежат ароматические кольца, обычно не синтезируемые животными, но широко распространенные в тканях растений. Он синтезируется в растениях при дегидратации и конденсации аро­матических спиртов.

Липиды. Из всех компонентов живого вещества наибольший интерес с точки зрения нефтеобразования представляют липиды, липоиды и родственные им полимерные соединения, названные панлипоидинами (Гусева, Лейфман, Вассоевич, 1976). Они являют­ся обязательной составной частью всех клеток живых организ­мов. Это природные жиры — сложные смеси, в которых преобла­дают триглицериды кислот, моно- и диглицериды, свободные жирные кислоты, каротиноиды, стероиды, терпеноиды и др.

По традиции липидами называют соединения живого вещества, не растворимые в воде, но растворимые в органических раство­рителях. К липидам относятся животные жиры, растительные масла, воски. Природные жиры, или простые липиды, представ­ляют собой смеси различных триглицеридов, принадлежащих в

химическом отношении к сложным эфирам. Жирные кислоты в природных жирах характеризуются четным числом как насыщен­ных, так и ненасыщенных атомов в молекуле состава C₁₄-С₁₈. Наиболее распространены жирные кислоты — пальмитиновая С₁₆Н₃₂О₂, стеариновая С₁₈Н₃₆О₂, олеиновая С₁₈Н₃₄О₂, линолие-вая С₁₈Н₃₂О₂.

Синтез жиров простых липидов осуществляется по следую­щему механизму:

Воски в отличие от жиров представляют собой сложные эфиры карбоновых кислот С₁₆-С₂₆ и одноатомных спиртов. Воски подразделяют на цериды, производные алифатических насыщен­ных спиртов с длинными (С₂₄-С₃₂) углеродными цепями, и стериды, производные полициклических спиртов (стеролов). Общая формула восков (церидов) имеет вид:

Наиболее высокое содержание восков характерно для выс­ших растений. Они выполняют в организме защитные функции благодаря большой устойчивости к химическому и биохимичес­кому воздействию. В составе природных жиров и восков встреча­ются свободные жирные кислоты, спирты, альдегиды, кетоны, н-алканы. Их иногда объединяют в самостоятельную группу ко-липидов.

Фосфолипиды, слагающие стенки клеточных мембран, отно­сят к сложным липидам. Они отличаются от простых липидов присутствием остатка фосфорной кислоты, известны фосфолипи­ды, содержащие и группу NH₂. Молекула фосфолипида имеет вид:

Растворимы в органических растворителях и липидоподоб-ные соединения, например терпеноиды, стероиды и фосфолипилы. Основным звеном в стуктуре этих элементов является изо-треновая цепь; молекулы, состоящие из двух изопреновых звень-яв. называются монотерпенами (терпенами). Последние находятся в значительном количестве в составе водорослей и высших растений; к изопреноидным соединениям относятся также производные хлорофилла.

Изопреноидные звенья образуют цепи и циклы, по количествy изопреноидных звеньев выделяются монотерпены С₁₀, дитер-лены С₂₀, тритерпены С₃₀, тетратерпены С₄₀.

На основе генетического и структурно-молекулярного прин­ципа сопоставления липидов, липоидов и родственных им ве­ществ А.Н. Гусевой, И.Е. Лейфманом и Н.Б. Вассоевичем была разработана общая классификация панлипоидинов (1970). Сог­ласно этой классификации, к липидам (и полимерлипидам) отно­сятся все соединения — производные жирных кислот, не содер­жащие изопреноидной структуры, а к липоидам (и полимерлипи­дам) — все соединения с изопреноидной структурой, не содержа­щие остатков жирных кислот. При таком толковании липиды и липоиды — равнозначные, а не соподчиненные понятия, причем в данном понимании липоиды подобны липидам по раствори­мости, а не молекулярной структуре, поскольку липоиды по структурно-молекулярному признаку по существу представляют производные изопрена — изопреноиды в широком смысле этого термина. Состав панлипоидинов выглядит следующим образом:

Полимерные формы липидов и липоидов — полимерлипиды и полимерлипоиды — по особенностям строения сходны с одно­именными мономерами, только они не растворимы в органичес­ких растворителях. Это очень устойчивые соединения.

Кутаны входят в состав эпидермиса плодов, листьев, стеблей: суберины — в состав внутренних стенок клеток. Спорополенин очень прочное и устойчивое вещество, встреченное в спорах по­род разного возраста, представляет собой биополимер сложных эфиров каротиноидных спиртов и предельных жирных кислот; относится к соединениям типа полимерлипидолипоидов.