Биомасса остается неотъемлемой частью развития жизни на Земле. Органическая материя (как животная, так и растительная) используется на каждом этапе углеродного цикла в природе, начиная от удовлетворения основных потребностей живых организмов и заканчивая производством электричества человеком.
Наиболее важными компонентами биомассы являются сахариды, или сахара, также известные как углеводы, поскольку они встречаются в клетках живых организмов, от микроорганизмов до высших растений и млекопитающих.
Эти соединения состоят из атомов углерода, водорода и кислорода и делятся на простые сахара (моносахариды) и сложные сахара (дисахариды и полисахариды). Самыми известными и наиболее распространенными сахарами в природе являются глюкоза и сахароза (популярный сахар).
Несмотря на распространенность углеводов в живых организмах, их присутствие в ископаемом материале считается маргинальным. Однако оказывается, что не только моносахариды, но и ди- и полисахариды могут выживать в породах, попавших в ловушку в определенных условиях.
Это доказали ученые из факультета естественных наук Силезского университета - команда во главе с проф. др. хаб. Лешек Мариновски. В 2016 году исследователи начали новаторский проект под названием "Моносахариды и дисахариды - новые биомаркеры, обнаруженные в мезозойских и кайнозойских осадочных породах".
Проект финансировался Национальным научным центром (программа Opus). На основании проведенных исследований ученые документально подтвердили, что моносахариды и сложные сахара могут выживать в породах сотни миллионов лет и являются важным компонентом осадочного (выпавшего в осадок) органического вещества.
Конечно, это было найдено случайно.
- Рассматривая анализ образцов пород 30-160 миллионов лет назад под совершенно другим углом, - вспоминает профессор Лешек Мариновский, - я неожиданно обнаружил группу органических соединений, которых там быть не должно". Это были моносахариды.
Изначально геолог подозревал, что это могут быть какие-то примеси, поэтому исследования были распространены на все образцы с окаменевшей (фосфилированой) древесиной.
Анализировались образцы бурого угля, взятые, в частности, в Белхатове (миоценовые бурые угли), в окрестностях Конина, а также из глин в окрестностях открытой Центрально-юрской шахты по добыче глин в Гнашине у Ченстоховы. Анализы подтвердили наличие в них сахаров, поэтому ни о загрязнении, ни о единичном случае не упоминалось.
Почему они не должны быть там?
- Потому что - как объясняет руководитель проекта - сахариды достаточно нестабильны и в условиях диагенеза, т.е. при трансформации отложений, происходящих глубоко в грунте, эти соединения должны распадаться.
Именно таким образом был создан проект, вызвавший большой интерес, поэтому неудивительно, что он занял первое место среди всех бенефициаров гранта в панели ST10. Реализация проекта началась в середине 2016 года.
Что заставило сахариды выжить?
Древесина содержит так называемые биополимеры, такие как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Целлюлоза является отличным продуктом питания, например, для бактерий и грибков, поэтому на ранней стадии она очень быстро разлагается.
Это явление можно наблюдать на примере куска дерева, который разлагается, выращивает грибы и разлагается бактериями. И все же некоторые из этих мономеров, оставшихся от разложения целлюлозы, по-видимому, выживают в породах.
- Иногда, - объясняет геолог, - это было связано с тем, что происходила быстрая так называемая фоссилизация, т.е. дерево закрывалось минералами (например, кальцитом или сидеритом) в чем-то, напоминающем капсулу.
Благодаря герметичной изоляции фрагменты не только целлюлозы могут выжить внутри, но и более химически сложные и менее прочные гемицеллюлозы. Этот этап работы оказался пионерским, потому что много лет назад было решено, что таких соединений в таких старых породах не существует, поэтому их там никто не искал.
Уже через год собранный материал позволил опубликовать первую статью в "Органической геохимии" (Возникновение и значение моно-, ди- и ангидросахаридных биомолекул в мезозоевых и кайнозойских лигнитах и окаменелостях), которая вызвала большой интерес у ученых из разных частей света.
К настоящему времени опубликовано 7 публикаций в "Международном журнале угольной геологии", "Органической геохимии", а в последнее время также в "Хемосфере".
продолжение следует...