Question

Матрикс костной ткани позвоночных обычно состоит из белков коллагенового типа и неорганических соединений кальция . Какие альтернативные биополимеры могли бы быть использованы для построения скелета позвоночных животных. Какие преимущества и недостатки характерны для существующего типа костной ткани, а какие для предложенного вами?

Answer 1

Первый претендент на альтернативный строительный материал скелета позвоночного — кремний, а именно — соединения кремния с кислородом и различными органическими структурами. (На Земле кремний входит в состав диатомовых водорослей, радиолярий, губок.)
В качестве замены кальция могут выступать его соседи по группе в Периодической системе — двухвалентные барий и стронций. (Например, скелет простейших морских организмов — акантарий состоит из сульфата стронция SrSO4, после гибели простейшего скелет полностью растворяется в морской воде. В талломе харовых водорослей содержится барит BaSO4.)
Катионы бария и стронция значительно крупнее и тяжелее, чем кальция, и их участие в обмене веществ энергетически более затратное, поэтому эволюционно на роль строительного материала матрикса подошел кальций. К тому же кальций более распространен в природе.
Что касается альтернативного «белка», то в первую очередь — это «белок» кремнийорганический, основа которого - линейные и разветвленные цепочки -Si-O- (силоксановые цепочки), соединенные с различными функциональными группами, содержащими, например, серу, азот и др.
Кремниевый матрикс был бы очень прочным, но он целесообразен, если окружающая среда имеет очень высокую кислотность и температуру. Такие условия способствовали бы деминерализации углеродно-кальциевого матрикса современных позвоночных, то есть он не смог бы эволюционно сформироваться. Но средняя температура на Земле невелика, а океаническая вода, преимущественно — слабощелочная. Гены, отвечающие за построение кремниевого матрикса, у высших организмов отсутствуют.