Хімічні елементи навколишнього середовища
У природних умовах на нашій планеті в більш-менш відчутних кількостях виявлено 92 елемента. На стику хімії, біології та геології виникла нова наука біогеохімія. “Біогеохімія – інтегрована наука про елементний складі живої речовини і його ролі в міграції, трансформації і концентрировании хімічних елементів та їх сполук у біосфері, їх біологічної ролі. Вона є пріоритетним науковим напрямком у зв’язку з техногенною еволюцією планети і пошуками адекватних шляхів взаємодії людини і природи “. Частина земної оболонки, перероблена людиною, природою і космічними випромінюваннями і пристосована до життя, називають біосферою.
В. І. Вернадський у роботі “Біосфера і ноосфера” писав: “… Біосферу визначають як область життя, однак більш точно її можна визначити як оболонку, в якій можуть відбуватися зміни, викликані приходять сонячним випромінюванням. Речовина, що становить біосферу, неоднорідне, і ми розрізняємо відстале і живу речовину. Відсталу речовину переважає за масою. Відбувається безперервна міграція атомів з неживої речовини біосфери в живе і назад “. “Жива речовина охоплює і регулює в області біосфери всі або майже всі хімічні елементи. Вони всі потрібні для життя і все потрапляють до складу організму не випадково. Немає особливих, життя властивих елементів. Є панівні “(Вернадський В. І., 1938). “Життя є планетне явище”, яке визначає головним чином хімізм, міграцію всіх хімічних елементів верхньої земної оболонки біосфери. Багато десятки і сотні тисяч хімічних реакцій, що відбуваються в живому тілі, не тільки гармонійно поєднуються в єдиному порядку, але весь цей порядок закономірно обумовлює самозбереження і самовідтворення всієї життєвої системи в цілому в даних умовах зовнішнього середовища, в вражаючому відповідності з цими умовами. В. В. Ковальський (1982), розвиваючи ідеї В. І. Вернадського – “організм і середовище” (зокрема биогеохимическая), зазначив, що організм і середовище, настільки залежні явища в біосфері, що неможливо розглядати окремо еволюцію життя і середовища. Це єдина система, в якій у процесах її існування виробляються характерні особливості у організмів до середовища, що включаються в число фенотипічних реакцій, що збагачують систему “життя – середовище”.
У цій системі встановлюються по відношенню до геохимическим факторів середовища глибокі метаболічні зв’язку. Прикладом може служити виділення в грунтову середу органічних речовин, що дають з хімічними елементами середовища поза організмом комплексні сполуки, в яких хімічні елементи (метали, мікроелементи) набувають активність в процесах проникнення через клітинні мембрани і в подальших перетвореннях в ланках біогенного циклу. Урбанізовані ареали виступають не тільки самостійними джерелами емісії нових сполук, а й ареною формування техногенної хелатной матриці, яка поглинає метали в комплекси і включає їх в глобальний міграційний цикл. Вивчення впливу хімічних елементів середовища на обмінні процеси, виявлення причинних залежностей нормальних і патологічних реакцій організмів від чинників біогеохімічної середовища в природних умовах і експерименті складають кінцеву мету в геохимической екології як наслідок системного вивчення біосфери. При впливі на організм має значення природа, концентрація, доза, мольное співвідношення елементів, форма та умови, в яких вони знаходяться. Тому в організмі під впливом окремих елементів і їх сумісної дії може спостерігатися посилення або ослаблення біохімічних процесів і навіть дисфункції процесів обміну речовин. Про це свідчать єдність механізмів, що лежать в основі концентрування елементів живою речовиною, яке пов’язане як з особливостями хімічного складу біологічної системи і процесів метаболізму в ній, так і з будовою і властивостями хімічних елементів. Згідно біогеохімічної теорії В. І. Вернадського, біосфера не тільки середовище, в якому відбувається життєдіяльність, але й сама є результатом цієї життєдіяльності. Специфіка біосфери полягає в тому, що в ній постійно відбувається обумовлений діяльністю організмів круговорот елементів. В організмі можна виявити майже всі елементи, які є в земній корі і морській воді. За теорією В. І. Вернадського існує биогенная міграція атомів по ланцюжку: грунт> вода> їжа> чоловік. Реальні зони, в яких в результаті життєдіяльності здійснюється круговорот елементів, називаються екосистемами і, як назвав їх В. Н. Сукачов, биогеоценозами. На думку А. П. Виноградова (1949) вміст мікроелементів в організмі є характерною ознакою виду і залежить від ряду умов: віку, статі, пори року і доби, умов праці та фізіологічних станів. Встановлено біоритми коливань вмісту елементів (в 3-годинному інтервалі до 100%) для макро – і мікроелементів. Однак в нормально функціонуючій системі хаосу в елементному складі немає.
В освіті комплексних сполук беруть участь як макро-, так і мікроелементи, і їх властивості визначаються будовою і співвідношенням цих елементів, умовами їх функціонування. По ряду речовин хімічний склад організму дуже лабилен. Співвідношення органічних складових (лігандів), утворених макроелементами, і комплексообразователей – іонів металів – центральних частинок комплексів помітно варіює.
Якщо в системі декілька лігандів з одним іоном металу або декілька іонів металу з одним лигандом, здатних до утворення комплексних сполук, то спостерігаються конкуруючі рівноваги: у першому випадку лігандообменное – конкуренція за іон металу, у другому – металлообменное між іонами металу за ліганд. Переважним буде процес утворення найбільш міцного комплексу.
У природі ніколи не діє ізольовано один хімічний елемент, значення мають природа, концентрація і співвідношення між елементами (Аnke М., Ge1i М., 1995-1996). У біологічних системах комплексні сполуки – найбільш широкий і різноманітний клас сполук (Джиллард Р. Д., 1967). У роботі Г. Н. Саєнко (1992) показана пряма і зворотна взаємозв’язок між органічними біо-лігандами, Біокомплекси металів і загальним вмістом металів: загальний вміст металів комплексні сполуки металів органічні ліганди. Найважливіші процеси життєдіяльності протікають за участю біологічно активних сполук і залежать від їх складу, змісту, співвідношення іона металу і органічною складовою, званої біотика. Антибіотиками вважають речовини, в кількісному і якісному відношенні властиві організму, що володіють фізіологічною активністю, здатні регулювати порушені процеси обміну речовин в організмі, підвищувати його захисні функції.
В організмі тварин виявлено більше 60 елементів, причому 45 з них визначені кількісно і є постійними складовими частинами організму. Елементи, життєво необхідні організму, називають біогенними елементами. Біогенного 30 елементів встановлена. Концепція гомеостазу є центральною проблемою геохимической екології та відображає стан відносної сталості внутрішнього і зовнішнього середовища організму. На думку В. В. Ковальського, 1991 макро – і мікроелементний гомеостаз визначається не тільки їх біологічною природою, середовищем, а й харчовими ланцюгами, через які здійснюється зв’язок організму і середовища. У харчовому ланцюзі може відбуватися зменшення концентрації одних хімічних елементів і накопичення інших. Тварини і людина отримують біогенні елементи в основному з рослинної і тваринної їжі. Встановлено орієнтовні порогові концентрації ряду хімічних елементів, вище і нижче яких виявляються біологічні ефекти на цілому організмі (табл. 10.2).
Порогові концентрації для кожного елемента – величини відносні; вони можуть підвищуватися або знижуватися залежно від концентрації інших елементів, виду організму, біологічного стану, сезону року і змісту елементів на техногенних територіях. Наприклад, вміст заліза в пасовищних рослинах. Дані про формування біогеохімічних аномалій свідчать про інтенсивний залученні заліза в локальні біогеохімічні цикли.
(2 votes, average: 3.00 out of 5)