Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1459


Можно предположить, что избирательная концентрация элементов в живом веществе Земли — результат длительного взаимодействия организмов с окружающей средой. В процессе эволюции у живых существ вырабатывались необходимые биохимические механизмы, в которых принимали участие определенные рассеянные элементы. Они концентрировались в организмах, а сложившиеся биохимические особенности закреплялись в бесчисленных поколениях и сохранились в соответствующих систематических группах.

По мнению Г.А. Заварзина (1984), существовавшие в океане 3 — 3,5 млрд лет назад первичные организмы для жизненных процессов и построения своих тел использовали энергию реакций окисления неорганических соединений, осуществляя хемосинтез. В дальнейшем все большее значение стало приобретать использование солнечной энергии, в виде реакций фотосинтеза. Этот процесс сопровождался широким образованием комплексных соединений, содержащих рассеянные металлы.

Выработка биохимических механизмов и вовлечение рассеянных элементов в биогенез — процесс, имеющий определенные этапы в своей истории. Есть сведения о том, что более 500 млн лет назад преобладали организмы с гемоцианиновой кровью. Переносчиком кислорода у них служили биохимически активные пигменты, содержащие медь. Организмы, которые появились позже (около 400 млн лет назад), уже обладали гемоглобиновой кровью. Содержащийжелезо гемоглобин, по-видимому, лучше обеспечивал ткани кислородом.

Выход животных из моря на сушу способствовал переходу от использования кислорода, растворенного в воде, к воздушному дыханию. Этот переход сопровождался выработкой нового биохимического механизма, в котором активное участие принимал фермент, содержащий цинк — карбонангидраза. Биохимические механизмы, возникшие на разных эволюционных ступенях развития органического мира, отражаются на особенностях содержания микроэлементов.

В качестве наиболее древних растений могут рассматриваться сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Появившись более 3 млрд лет назад, они достигли широкого распространения 2—1 млрд лет назад. По данным Е. А. Бойченко (1974), для них характерно высокое содержание железа, а также цинка, молибдена и хрома. Зеленые водоросли, появившиеся около 1 млрд лет назад, по сравнению с сине-зелеными имеют более высокое содержание меди. Для первых растений суши установлено повышение концентрации цинка и молибдена. В дальнейшем, по мере эволюции растении, стало возрастать содержание марганца в связи с его важной ролью в таких ответственных биохимических процессах, как фотосинтез и азотный обмен. Изменение содержания этого микроэлемента очень показательно. Согласно Е. А. Бойченко в гетеро-Рофных бактериях содержание марганца определяется ничтожной величиной —

n×(10-6—10-5)%, в сине-зеленых водорослях — n×10-4 %, в зеленых — n×10-3 %, в папоротникообразных — n×(10-3— 10-2) %, в покрытосеменных — n×(10-2 —10-1) %

 

2.3. Биологический круговорот химических

элементов

 

Живое вещество постоянно находится в состоянии самообновления. Возобновляются отмирающие клетки и ткани; одни поколения организмов сменяются другими. Жизнь циклична по своей природе. Цикличность процесса жизни особенно наглядно проявляется в динамике высших растений, образующих основную массу живого вещества Ежегодное отмирание и возобновление растительности сопровождается циклической миграцией огромных масс химических элементов. Наиболее важной стороной геохимической деятельности растений является синтезирование органического вещества и вследствие этого перераспределение газов на поверхности Земли. Одновременно в миграцию вовлекаются многочисленные химические элементы из почвы, остающиеся после сжигания в составе золы Циклическая миграция зольных элементов в системе почва — растения, открытая Ю.Либихом, получила название биологического круговорота.

Годовой прирост растительного покрова Мировой суши до нарушения его человеком оценивается в 172×109 т сухого органического вещества. Исходя из имеющихся данных, можно определить количество главных элементов, ежегодно захватываемых наземной растительностью. Среднепланетарные показатели нивелируют значительные колебания концентрации, которые обнаруживаются в многообразных растительных объектах. Цель таких расчетов — оценить порядок масс разных химических элементов, вовлекаемых в годовой глобальный биологический цикл. Результаты приведены в табл. 2.4 в двух вариантах: в расчете на суммарную площадь суши (за исключением площадей, занятых ледниками, абсолютными пустынями и внутриконтинентальными водами) и на площадь в 1 км2 этой территории.

Общая масса зольных элементов, ежегодно вовлекаемая в биологический круговорот на суше, составляет около 8 млрд т. Это в несколько раз превышает величину ионного стока с континентов или массу продуктов извержений всех вулканов мира на протяжении года. Биологический круговорот кальция и калия на суше превышает 1 млрд т каждого, кремния, фосфора, серы, магния, натрия, хлора измеряется сотнями миллионов тонн в год.

Значительная часть данных о содержании рассеянных химических элементов в растениях относится к их ежегодно возобновляемым и отмирающим органам: надземной части травянистых растений, молодым побегам, листьям и хвое деревьев и кустарников

Таблица 2.4

Захват и интенсивность биологического поглощения главных


Оцените книгу: 1 2 3 4 5