Вопрос – основные закономерности химическго состава живых оргшанизмов?
Развивая это направление, А.Н.Виноградов постулировал, что за содержание макроэлементов в живых организмов отвечает классификационное положение организма, а за содержание микроэлементов отвечают геохимические особенности территории. Надо сказать, что идею предопределенности состава организмов фактически разделял выдающийся биогеохимик Тиссен, который, сравнивая состав организмов с числом минералоообразования показал, что элементы, которые активно участвуют в построении минералов в наибольшей степени концентрируются в растениях. Эта группа элементов содержатся в растениях больше чем 10-4% . Группа наиболее распространенных элементов заканчивается на цинке. Далее идут элементы мало участвующие в построении собственных минералов. Эти элементы в растениях содержатся меньше, чем n.10-4%. В этой группе элементов находятся так называемые тяжелые металлы и неорганические яды, такие как мышьяк и висмут, ртуть.
Интересно отметить, что близкой теории придерживалась Варицева, которая формирование так называемых калиефильных, кальциефильных и марганцевосилициофильных растений связывала с определенными этапами выветривания.
Втрое направление искало ответ в фундаментальных характеристиках элементов. Исследуя физиологическое действие элемента, Блек, установил связь между концентрацией элементов и основанием соли. Уже тогда было показано, что токсическое действие возрастает по мере роста атомного веса. В 1886 году Сестини показал, что необходимые элементы сосредоточены преимущественно до 56 элемента периодической системы и что элементы, имеющие наибольшее значение для живых организмов имеют, как правило, небольшой атомный вес. Отметим, что это весьма порадовало Д.И.Менделеева, так по его словам это показало естественность и справедливость периодического закона. Нельзя не отметить Пиршле, который показал, что токсичность увеличивается к началу и концу группы. К середине 30 годов 20 века выдающийся геохимик Гольдшмидт установил значение ионных радиусов и предложил первую группировку элементов, о которой шла речь в разделе литосферы. Уже тогда было известно, что благоприятные элементы, как правило, устроены как аргон и имеют полностью занятые электронные орбиты. Фрей-Висслинг сделал заключение, что основные биофильные элементы образуют линию жизни, группируясь на оси углерод- аргон. Почти одновременно подобная идея о линии благородных газов, около которых сосредоточены биофильные элементы, была высказана А.Е.Ферсманом. Кроме того, А.Е.Ферсман показал, что в мертвых растительных остатках, как правило, накапливаются элементы с большими величинами кристаллической решетки, тогда как в живых организмах речь идет преимущественно об элементов с незначительными величинами ЭКР. Среди зарубежных исследований академик Волобуев отметил работы Купера, который также связывал накопление элементов не только с содержанием в окружающей среде, но и с их собственными свойствами. Это хорошо иллюстрируется рисунком
Содержание важнейших биофильных элементов в растениях и некоторые энергетические характеристики элементов
Последние работы, в частности итальянского биогеохимика Баргальи показали, что характер накопления элементов в живых организмах имеет сложный характер. Так, их приводимого им рисунка видно, что только одна группа растений может относиться к подлинным индикаторам, которые накапливают элементы прямо пропорционально их содержанию в окружающей сере, тогда как другая интенсивно накапливает элементы уже на начальных стадиях загрязнения. И третья группа слабо накапливает элементы почти до времени летального исхода.
Представляется, что это имеет особенно важное значение при постановки исследований в области загрязнения окружающей среды.
Вопрос: Состав живых организмов? Какие элементы являются преобладающими?
Ответ: Под составом живого вещества понимают количество и набор элементов, входящих в состав живых организмов. Отмечаются три особенности химического состава: 1) господство легких атомов, что объясняется строением самих атомов и их устойчивости в космосе; 2) на 90% живое вещество построено из кислорода и водорода; 3) четырнадцать элементов, составляющих 99,9% веса живого вещества, образуют 98,9% веса земной коры. К ним относятся: O, H, C, N, Ca, P, Si, K, Mg, Fe, Na, Cl, Al, S. Элементы входят в живое вещество совсем не в тех пропорциях, в которых они представлены в среде. В зависимости от концентрации элементы подразделяются на 3 важнейшие группы: 1) макроэлементы – среднее содержание от n до n х 10-2%; 2) микроэлементы – среднее содержание лежит в пределах n х 10-3% - n х 10-5%; ультрамикроэлементы – среднее содержание менее n х 10-5%. Химический состав живого вещества является периодической функцией порядкового номера элемента. Представление о среднем составе живого вещества основано, преимущественно, на изучении химического состава растений. Сюда не включаются незначительные сведения о составе животного мира. ( А.А. Титлянова, 1967; А.П. Виноградов, 1932).
Вопрос - Вероятно, существуют определенные закономерности, касающиеся изменения состав растений в зависимости от времени, вероятно, отличаются отдельные части растений?
Ответ: Эти вопросы особенно хорошо были проработаны известным биогеохимиком А.Л. Ковалевским. Так, им было предложена целая система показателей, характеризующих особенности распределения элементов, как в пределах единого растения, так и в сравнительном аспекте, включая и временные изменения содержаний основных элементов. В их числе следующие:
1.Относительное изменение содержания химических элементов в растениях (ОИС) – показатель, характеризующий изменение содержания элементов в органах растения во времени. ОИС целесообразно рассчитывать для выбора оптимальных сроков получения урожаев или кормов с желательными концентрациями элементов, а также при биогеохимическом картировании. Расчет ведется по формуле:
ОИС. = Сфi
Сфс
где Сфi и Сфс – содержание элемента в растении соответственно в какой-либо промежуточной фазе и в фазе созревания. (А.Л. Ковалевский, 1969).
2.Относительное содержание элементов в органах растений (ОСОР) – показатель, рассчитываемый для установления базипетального или акропетального характера поглощения изучаемых элементов и выявления ведущих факторов. Расчет проводится по формуле:
ОСОР = Сiо/Cэт. о
где Сiо и Cэт. о – содержание изучаемого элемента соответственно в исследуемом и в эталонном органе. За эталонные органы обычно принимаются такие, в которых содержание элементов не имеет значительных изменений во времени, например, кора, древесина, корни. ОСОР может изменяться до двух математических порядков. (А.Л. Ковальский, 1965).
3.Относительное содержание элементов в различных видах растений (ОСВР) – используется в целях выявления растений-концентраторов и деконцентраторов. Расчет показателя проводится по формуле:
ОСВР = Се/Сэт, где Сi и Сэт – содержание элементов в % на золу соответственно в изучаемом и в эталонном виде растений, произрастающих в сопоставимых условиях. В качестве эталонного растения удобно принимать один из наиболее распространенных видов или важных для данного исследования.
Группировка растений по А.Л. Ковалевскому:
| Характеристика растений-концентраторов | Значение ОСВР | Характеристика растений - деконцентраторов | Значение ОСВР |
| Основная группа растений ОГВР | 0,4-2,5 среднее 1,0 | Основная группа ОГВР | 0,4-2,5 среднее 1,0 |
| Слабые концентраторы РСК | 2,5-4,0 среднее 3,01 | Слабые деконцентраторы РСД | 0,25-0,4 среднее 0,3 |
| Умеренные концентраторы РУК | 4-25 среднее 10 | Умеренные деконцентраторы РУД | 0,04-0,25 среднее 0,1 |
| Интенсивные концентраторы РИК | 25-400 и более среднее 100 и более | Интенсивные деконцентраторы | 0,0025-0,04 и менее среднее 0,01 и менее |
Следует отметить, что в биогеохимии подобные расчеты имеют широкое распространение и проводят для различных компонентов окружающей среды в целях установления степени концентрации или наоборот рассеивания элемента. Число таких показателей чрезвычайно широко.