"Природа", №8-9, 1922 год, стр. 63-70

Металлизирование организмов.

Н. Д. Зелинского. ¹)

Явление, с которым знакомлю в настоящем очерке читателей, было открыто мною при исследовании химического состава живого вещества организмов.

Рассматривая каждый живой индивидуум как сложную комплексную систему и желая точно установить стехиометрические отношения, в которых простые тела соединяются между собою для образования всех организованных элементов живого вещества, мне пришлось иметь дело с разными организмами, по возможности, незначительного размера и веса, так как при химическом анализе их надо было пользоваться теми испытанными методами, которые обыкновенно применяются при определении количественного состава органических соединений, когда навеска вещества берется в несколько десятых грамма.

Живой организм есть сложная гетерогенная многофазная система и взятый в целом не подвергался изучению в смысле его количественного состава, а между тем вопросу этому следует отвести некоторое внимание и решить посколько живое вещество всех организмов имеет один и тот же состав, или этот состав колеблется в определенных пределах для организмов, принадлежащих к разным типам животного царства, и как изменяется этот состав в одном и том же классе животных; остается ли он постоянным для живых индивидуумов одного и того же рода, вида, или даже для одного и того же вида могут быть наблюдаемы колебания в количественных соотношениях его элементов в зависимости от различных стадий превращений этого вида.

Всякий живой организм представляет определенное сочетание клеточных элементов; последние же, повидимому, ничто иное как химические соединения комплексного характера с большим запасом заложенной в них энергии: некоторые формы углеродистых соединений в живом организме можно даже сравнивать со взрывчатыми веществами. Гармоническое течение химических процессов в этих комплексных соединениях обусловливает как жизнь отдельной клетки, так и сообщества их в едином государстве клеток, т. е. организме.

Вода в организме является необходимой средой для него: в жизненных проявлениях своих он постоянно испытывает ассоциирующие, диссоциирующие и электролитические процессы, протекающие под влиянием воды, в столь большом и необходимом для жизни количестве, пропитывающей всю массу живого вещества, а потому воду или влагу организма надо рассматривать как существенную часть живого тела, ибо только при определенном насыщении ею органиэма нормально протекают био-химические процессы в нем. Таким образом в живом организме вода неотделима от органической и минеральной массы его; она составляет одну из постоянных и важных интегральных частей его, а потому правильное понятие о химическом составе живого вещества мы можем получить только при исследовании целого организма как он есть.

До сих пор главное внимание физиологов, биологов и химиков привлекал химический состав отдельных органов животных и человека, исследуемых в безводном, сухом состоянии. Высушивание же органа или какой-нибудь части его требует принятия особых предосторожностей, дабы вместе с влагой не испарялись те или иные органические легко летучие и газообразные, содержащие азот и серу соединения. Применяемые предосторожности, повидимому, недостаточны и вместе с парами воды уносятся адсорбированные животной тканью летучие органические и металлоорганические соединения.

При исследовании химического состава живого вещества могут быть применены два метода: непосредственно вводить в анализ целый организм, или предварительно его гидролизировать каталитическим расщеплением слабой минеральной кислотой при повышенной температуре, и в полученном уже гидролизате, представляющем простые химические формы, взаимодействием которых построен был пластический материал живого вещества, вести учет всем составным частям его.

Первый метод ограничивает исследование в том смысле, что позволяет брать в работу только те организмы, масса которых не велика и колеблется в небольших пределах от 0,1 и до 1 грамма или несколько больше.

В предпринятой работе я остановился пока на первом методе, а из животных прежде всего обратил внимание на насекомых и в первую очередь взял объектом исследования пчелу, незначительный вес и объем которой дают возможность при определении углерода, водорода и азота взять в трубку для сожигания несколько экземпляров, удобно помещающихся в длинной и достаточно широкой платиновой лодочке.

С этого насекомого начать исследование было удобно еще и потому, что отдельных особей пчел различного возраста, поколения и природного своего назначения, во всех стадиях своего развития, охотно выразил желание мне доставлять с Измайловской пасеки под Москвой наш известный зоолог и исследователь биологии пчелы Г. А. Кожевников, близко заинтересовавшийся задуманной мною работой. Считаю необходимым пояснить в изложенных выше строках задачи и цели предпринятого исследования, так как только работа в указанном направлении привела меня к открытию металлизирования организмов, сделанному так сказать по пути, вне предположений о возможности подобной металлизации в условиях предстоящих опытов.

Определения азота в органических соединениях совершается по двум испытанным методам: I — классический способ Дюма,состоящий в том, что анализируемое тело сжигается с избытком окиси меди, принимая меры, чтобы весь азот выделился в элементарном состоянии без примеси к нему окисленных форм азота. Сжигание производится в приборе, из которого угольной кислотой вытеснен весь воздух и из которого азот, освобожденный из органического вещества, вытесняется в газообразном состоянии той же угольной кислотой в эвдиометр с раствором едкого калия, где и измеряется полученный объем азота. Второй способ разработан Киельдалем: азот определяется в виде аммиака, всегда образующегося при полном сгорании большинства азот-содержащих органических соединении при нагревании их с крепкой серной кислотой; окисление углерода и водорода происходит за счет кислорода серной кислоты. Что же касается азота, то он в этих условиях не выделяется ни в свободном состоянии, ни в окисленных формах своих, но всегда остается в соединении с водородом в виде аммиака, связанного серной кислотой. Действием щелочи на образовавшийся серно-кислый аммоний вытесняется аммиак, который и определяется как таковой, а найденное количество аммиака перечисляется на азот.

Хотя большинство азотистых органических соединений при сжигании их мокрым путем серной кислотой и выделяют азот в виде аммиака, тем не менее есть исключения и по отношению к некоторым углеродистым веществам, содержащим азот в окисленной или конденсированной форме, — например, нитросоединения, нитрозо, — азо-, диазосоединения и гидразопроизводные, — не может быть применим Киельдалевский способ определения азота, так как не весь азот их превращается в аммиак.

Принимая во внимание, что этот метод, несмотря на простоту и удобства в манипулировании, не имеет универсального приложения, я предпочел произвести первые определения азота в живом организме по методу Дюма, действительно универсальному и более надежному так как и с малыми навесками вещества можно получать точные результаты.

Опишу более подробно одно из определений азота в пчеле по методу Дюма, которое привело меня к открытию явления металлизации и к дальнейшим работам в этом направлении. Для анализа пчела помещалась в платиновую лодочку и засыпалась избытком мелко истолченной окиси меди; платиновая лодочка вводилась в трубку для сожигания соответственным образом подготовленную и, по вытеснении из нее воздуха угольной кислотой, производилось сожжение; выделяющийся азот током угольной кислоты вытеснялся в эвдиометр, где и измерялся его объем.

Если трубку не подготовлять для следующего анализа нагреванием ее в струе кислорода для окисления восстановившейся окиси меди, и платиновую лодочку вынуть из прибора, то оказывается, что под слоем частью восстановившейся и невосстановившейся окиси меди находится организм, в данном случае пчела, в металлизированном виде, сохранивший вполне свою величину, форму и все свои морфологические признаки.

Ближайшее исследование такой металлизированной пчелы показало, что весь организм ее покрыт тонким слоем металлической меди, и в общем получается впечатление, что имеем дело с пчелой, очень искусно сделанной из металла или как бы отлитой из меди или бронзы. Разламывая тело такой металлизированной пчелы, замечаем, что органическое вещество ее не все сгорело, что под медным покровом сохранилась несожженной углистая масса, представляющая собою продукт сухой перегонки, весьма напоминающий кокс. Это и есть в действительности коксовый остаток организма.

Таким образом металлизированная пчела представляет обуглившуюся массу, сохранившую первоначальную внешнюю форму живого организма, покрытую слоем металла. Кроме углерода и малых количеств водорода в углистой массе этой содержится еще азот.

Ряд опытов, произведенных над пчелами и другими насекомыми, живыми их личинками и куколками бабочек показал, что во всех случаях наблюдается одна и та же картина. Подвергнутые сожжению с окисью меди в атмосфере угольной кислоты, все организмы сохраняют вполне свой вид и форму, покрываясь слоем металла.

Для того, чтобы количественно учесть весь углерод, водород и азот в живом организме, необходимо было металлизированный объект подвергнуть еще вторичному сожжению, предварительно разрушив его в тонкий порошок растиранием в агатовой ступочке с окисью меди.

Процентное содержание главных органических элементов находится, таким образом, двумя последовательными сожжениями как для углерода и водорода, так и для азота. Интересно было узнать сколько в металлизированном остатке организма находится еще углерода, водорода и азота. Вторичные сожжения этих остатков и ответили на этот вопрос.

Углерода содержится в них 36,89%; водорода 1,74% и азота 2,68%, а всего органических элементов металлизированный объект содержит 48,40%. Остальное приходится на минеральный остов или зольную часть живого организма и на металл (медь). На зольную часть в металлизированном организме приходится 9,5%; не больше, во всяком случае, для всех исследованных объектов, чем 10%.

Таким образом на всю массу металлизированного организма коксовый остаток его и зольная часть составляют (48,40 + 10) 58,40%, а следовательно на долю металла (меди) приходится (100 — 58,40) 41,6%.

Отсюда видно, что слой меди в металлизированном организме не является слишком тонким и по массе своей занимает значительную часть металлизированного объекта.

Если сравнить, например, вес металлизированной пчелы с весом ее тела в сухом его состоянии, то оказывается, что металлизированный объект имеет вес равный 71,9% от веса пчелы в обезвоженном ее виде.

Как было уже мною упомянуто, металлизированный организм сохраняет все внешние морфологические свои признаки и особенности. Наружный скелет организма, состоит ли он из слоя хитина, как у всех суставчатоногих и в частности у насекомых, или из органического без’азотистого материала как у растений, одинаково хорошо, в испытанных пока случаях, покрывается слоем меди при высокой температуре в отсутствии свободного кислорода воздуха.

На металлизированном насекомом ясно видны голова, грудь и брюшко, пара усиков и ротовые органы. Отчетливо видна грудь, состоящая из трех члеников, три пары ног и крылья, прикрепленные к груди — все это сохраняется в металлизированном виде. Крылья, представляющие хитиновые пластинки с системой жилок, например, у пчелы, хорошо сохраняются в металлизированном состоянии со свойственными им более детальными морфологическими признаками. Как известно, сяжки или усики представляют по своей форме у насекомых чрезвычайное разнообразие и они, покрываясь металлом, сохраняют свойственное им строение, являясь то нитевидными, то щетинкообразными, пилообразными, то булавовидными.

Стройная, удлиненная личинка плавунца (Dytiscidae) с его большой головой, с короткими усиками и характерными серповидными челюстями, с глазными впадинами и лобными дугами, с тремя парами хорошо развитых, покрытых волосками, ног, все эти морфологические элементы при металлизировании насекомого остаются покрытыми металлом и дают впечатление изваянного из меди организма.

Не только большие насекомые, разные виды жуков, весом в один или больше граммов, прекрасно металлизируются в указанных мною условиях, но и весьма малые экземпляры их, величиной в булавочную головку, взятые из коллекций, дают отчетливую картину естественного вида своего в металлизированном состоянии.

Верхние покровы у некоторых жуков имеют очень красивый рисунок и последний сохраняется в выгравированном виде со всеми характерными своими особенностями в металлизированном объекте.

Покрытие металлом настолько равномерно и совершенно, что производит впечатление будто организм в качестве отрицательного электрода был погружен в гальванопластическую баню и покрылся металлическим равномерным слоем.

Может ли растительная ткань так же быть металлизированной, как животная на приведенных примерах? Благодаря любезности Л. М. Кречетовича я получил от него ость цветочной чешуи ковыля (Stipa sp.), представляющую очень нежное образование с весьма тонким стержнем, усеянным тончайшими нитями. После произведенного опыта стержень и нити оказались металлизированными, сохранив в совершенстве свой вид. Я нарочно остановился на таком нежном растительном органе, чтобы убедиться, может ли процесс металлизации распространяться и на растительную ткань также хорошо, как это имеет место для ткани животной. Могу отметить только несколько бо́льшую хрупкость металлизированной раcтительной ткани.

Медь, отложенная в металлизированных организмах, принимает внешнюю форму, несоответствующую ее химической природе, тем формам ее, в каких встречается она в самородном состоянии. Здесь мы имеем как бы псевдоморфозу меди по организму, но такая псевдоморфоза не имеет ничего общего с материалом, в форму которого она отлилась. Тут нет аналогии, например, с бурым железняком, выкристаллизовавшимся кубиками пирита, когда мы имеем дело c псевдоморфозой химической. В описанном же мною явлении скорее должно видеть аналогию с менее часто встречающимися в природе случаями псевдоморфозы механической, когда она по своему химическому составу не имеет ничего общего с тем минералом, форму которого приняла (кристаллы кварца по известковому шпату).

Мы можем таким образом говорить: псевдоморфоза меди или другого металла по пчеле, по плавунцу, по такому то насекомому или иному организму.

В чем же состоит процесс металлизации организмов, каков химизм и механизм его? Вероятно, дело происходит таким образом, что при высокой температуре, по мере поднятия ее до 400°—500°, окись меди, сублимируясь, проникает в поверхностный слой органической ткани, минерализирует ее, постепенно замещая органические элементы этой ткани, которые и сгорают за счет ее кислорода, оставляя вместо себя восстановленную до металлического состояния проникшую в них окись меди.

Имеем ли мы здесь дело с явлением адсорбции твердой фазы окиси меди твердой же фазой органической ткани животного, подобно тому, как по известным и весьма интересным опытам М. А. Ильинского, происходит окраска твердой фазой красителя твердой фазы волокна, когда последнее легко и быстро адсорбирует нерастворимый в воде пигмент, или механизм металлизации протекает иначе, — об этом пока трудно судить вполне определенно. Можно однако сказать, что металлизация имеет место при температуре, лежащей выше 250°, так как окисью серебра, которая вполне диссоциирует при этой температуре, металлизировать, как я убедился, нельзя.

Можно сделать еще такое предположение: медь, восстановленная из окиси на счет первых пирогенетичеоких газообразных продуктов, возникающих при начале разложения организма, начинает испаряться и пропитывает парами своими верхние покровы всего организма, облекая его в металлическую оболочку или футляр, защищающий коксовый остаток организма от соприкосновения с окисью меди.

Описанные в настоящем очерке явления заслуживают, мне кажется, некоторого интереса и внимания; они побуждают меня найти подходящие условия для металлизирования организмов большего размера, чем насекомые. Теоретически рассуждая нет препятствий к тому, чтобы в соответствующей обстановке эксперимента возможно бы стало металлизировать большое какое-нибудь животное или даже труп человека.

Металлизированных насекомых можно сравнить с ископаемыми их экземплярами, найденными в виде отпечатков в древних и позднейших геологических отложениях. Таких минераллизированных отпечатков насекомых, как известно, довольно много было найдено в отложениях третичной эпохи.

Но эти палеонтологические находки, по понятным причинам, менее совершенны по своему габитусу, чем описанные мною организмы металлизированные.

Найденный мною метод металлизации организмов обещает, как мне кажется, найти себе приложение в научно-технической практике; он поможет данный редкий или вымирающий в нашу эпоху вид организма сохранить на будущее время не в его первоначальном естественном виде, но в виде фотографически верной и по объему одинаковой псевдоморфозы меди по этому организму, более прочной и более стойкой, чем высохшие органические формы наших коллекций.