Экологическая геохимия. Бочаров В.Л - 34 стр.

UptoLike

Рубрика: 

34
специфичные (Cu, Na, Ca, Fe, Cl, F, Mg, Sn, Zn), необходимые для отдельных
групп организмов. Специфичные органогены, по представлениям
Б . Б . Полынова , не играли существенной роли на начальных этапах эволюции.
Организмы, находившиеся в специфичных условиях , постоянно поглощали эти
элементы, постепенно приспосабливая к этому биохимические процессы.
Несмотря на то, что круг элементов Б .Б .Полыновым значительно сужен,
такой подход представляет определенный интерес. Изучение качественных от-
личий различных групп организмов позволяет увидеть, как с возникновением
новых систем (кровеносной , нервной и т.д.) элементы начинают проявлять себя
в новом качестве . Выявление этих закономерностей позволит прогнозировать
последствия попадания в организм элементов, ранее не встречавшихся в силу
своего геохимического характера , а лишь в результате антропогенной деятель -
ности значительно увеличивших кларк в биосфере.
Одним из наиболее удобных способов поиска таких закономерностей слу -
жит построение математических моделей . С их помощью можно выявлять об-
щие направления, движущие силы процессов. Интересные результаты получил
А.А.Кист. Им предложена феноменологическая модель описания распростра -
ненности химических элементов в различных системах. Выявлены некоторые
закономерности , например, сделан вывод о постепенном выравнивании кон-
центрации переходных элементов в процессе эволюции (возможно, это объяс -
няется их включением в биохимические процессы). Пределы колебаний зависят
от среднего содержания элемента , т.е. толерантность организма тем выше, чем
выше в нем естественное содержание элемента и чем ниже стоит данный орга -
низм на эволюционной лестнице . Общие закономерности изменения химиче-
ского состава живых организмов, синергизма и антагонизма элементов могут
быть использованы при поиске полезных ископаемых , в медицине, в классифи-
кации элементов по их биологической роли .
Попытки выразить биологическую значимость элемента через электрон-
ную структуру, физико-химические свойства делались неоднократно. В наибо -
лее удачной на основе таблицы Менделеева сопоставлены атомный вес и число
с физико-химическими параметрами , их ролью в биологических процессах.
Основная цель подобных работ выбрать ряд параметров, определяющих
поведение элемента в биологических системах. При выявлении таких величин
следует учитывать качественные особенности организмов, стоящих на различ-
ных ступенях эволюции. Очевидно, что одни и те же элементы проявят разные
свойства , поскольку будут окружены специфичными лигандами , поэтому не
представляется возможным выбор параметров, удовлетворяющих всем элемен-
там и биосферным уровням .
Структурное соответствие элемента и лиганда играет решающую роль для
процессов in vivo. Стерическое, электростатическое сходство позволяет эле -
ментам замещать друг друга в отдельных биохимических процессах. Включив-
шийся элемент может стабилизировать, усилить, замедлить или заблокировать
процесс. Поэтому кроме физико-химических свойств и электронной структуры
необходимо учитывать лиганды, взаимодействующие с элементами .
                                               34


с пе ци ф и ч ные (Cu, Na, Ca, Fe, Cl, F, Mg, Sn, Zn), не обх оди мые для отдельных
групп орга ни змов.             Спе ци ф и ч ные       орга ноге ны,   по     пре дс та вле ни ям
Б .Б .П олынова , не и гра ли с ущ е с тве нной роли на на ч а льных э та па х э волюци и .
Орга ни змы, на х оди вши е ся вс пе ци ф и ч ных ус лови ях , постоянно поглощ а ли э ти
э леме нты, пос те пе нно при споса бли ва я к э тому би ох и ми ч е ски е проце с сы.
       Не с мотря на то, ч то круг э леме нтовБ .Б .П олыновым зна ч и те льно с уж е н,
та кой подх од пре дста вляет опре деленный и нтере с. И зуч е ни е ка ч е с тве нных от-
ли ч и й ра зли ч ных групп орга ни змовпозволяет уви де ть, ка к с возни кновени ем
новых с и с тем (кровенос ной , не рвной и т.д.) э леме нты на ч и на ют проявлять с е бя
вновом ка ч е стве. Выявле ни е э ти х за кономернос те й позволи т прогнози рова ть
после дстви я попа да ни я ворга ни зм э ле ме нтов, ра не е не встреч а вши х с я вс и лу
свое го ге ох и ми ч е с кого х а ра кте ра , а ли шь вре зульта те а нтропоге нной де ятель-
ности зна ч и те льно увели ч и вши х кла рк вби ос ф ере.
       Одни м и з на и более удобных с пособовпои с ка та ки х за кономернос те й с лу-
ж и т построе ни е ма тема ти ч е ски х моде ле й . С и х помощ ью мож но выявлять об-
щ и е на пра вле ни я, дви ж ущ и е с и лы проце с с ов. И нте ре с ные ре зульта ты получ и л
А .А .К и с т. И м предлож ена ф е номе нологи ч е с ка я модель опи с а ни я ра с прос тра -
не ннос ти х и ми ч е с ки х э ле ме нтоввра зли ч ных с и с тема х . Выявле ны не которые
за кономернос ти , на при мер, с дела н вывод о пос те пе нном выра вни ва ни и кон-
це нтра ци и пе рех одных э леме нтоввпроце с с е э волюци и (возмож но, э то объяс-
няетс я и х включ ени ем вби ох и ми ч е ски е проце с с ы). П ре делы коле ба ни й за ви с ят
от сре дне го с оде рж а ни я э леме нта , т.е. толера нтнос ть орга ни зма те м выше, ч ем
выше вне м е сте с твенное соде рж а ни е э леме нта и ч ем ни ж е с тои т да нный орга -
ни зм на э волюци онной лес тни це . Общ и е за кономернос ти и зме не ни я х и ми ч е-
ского с ос та ва ж и вых орга ни змов, с и не рги зма и а нта гони зма э лементовмогут
быть и с пользова ны при пои с ке полезных и скопа емых , вмеди ци не, вкла сс и ф и -
ка ци и э леме нтовпо и х би ологи ч е ской роли .
       П опытки выра зи ть би ологи ч е скую зна ч и мость э леме нта ч е ре з э лектрон-
ную с труктуру, ф и зи ко-х и ми ч ес ки е свой с тва дела ли с ь не однокра тно. В на и бо-
ле е уда ч ной на основе та бли цы М е нделее ва с опоста вле ны а томный ве с и ч и сло
с ф и зи ко-х и ми ч е с ки ми па ра ме тра ми , и х ролью вби ологи ч е ски х проце с са х .
       Ос новна я це ль подобных ра бот – выбра ть ряд па ра ме тров, опре де ляющ и х
поведе ни е э леме нта вби ологи ч е ски х с и сте ма х . П ри выявле ни и та ки х вели ч и н
сле дуе т уч и тывать ка ч е стве нные особеннос ти орга ни змов, с тоящ и х на ра зли ч -
ных с тупенях э волюци и . Оч еви дно, ч то одни и те ж е э леме нты проявят ра зные
свой ства, пос кольку будут окруж е ны с пеци ф и ч ными ли га нда ми , поэ тому не
предста вляетс я возмож ным выбор па ра метров, удовле творяющ и х все м э леме н-
та м и би ос ф е рным уровням.
       Структурное с оответс тви е э лемента и ли га нда и гра ет ре ша ющ ую роль для
проце с с ов in vivo. Сте ри ч е ское, э лектрос та ти ч ес кое с х одс тво позволяет э ле-
ме нта м за ме щ а ть другдруга вотдельных би ох и ми ч е с ки х проце с са х . Включ и в-
ши й с я э леме нт мож ет с та би ли зи рова ть, ус и ли ть, за ме дли ть и ли за блоки ровать
проце с с. П оэ тому кроме ф и зи ко-х и ми ч ес ки х свой стви э лектронной с труктуры
не обх оди мо уч и тывать ли га нды, вза и модей ствующ и е с э леме нта ми .