Весна Сборник тестовых заданий по екологии 2012

61

62

63

64

65

66

Г Л А В А 3

ОРГАНИЗМ И СРЕДА

Из 90 с лишним химических элементов, встречающихся в природе, практически 40 требуются живым организмам. Состав живого вещества в определённой степени наследует химический состав литосферы, но процентное распределение различных элементов существенно различаются. В табл. 3.1 приведены первые по весовому вкладу 15 химических элементов, составляющие основу живого организма.

С точки зрения суточной потребности для человеческого организма химические элементы можно разделить на четыре группы:

1.C, O, H, N, S, P – суточное потребление с водой и едой (в кг).

2.Ca, Mg, Na, K, Cl – (в г) (для построения скелета).

3.Cu, Zn, Co, Cr, Sn, Fe, Si (в мг).

4.As, Se, Br, I, F (в мкг или в нг).

Химические элементы первых двух групп относятся к макроэлементам, последние две группы элементов называются микроэлементами.

Микроэлементы – химические элементы, содержащиеся в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже) и необходимые для их нормальной жизнедеятельности. Насчитывается свыше 30 микроэлементов – металлов (Al, Fe, Сu, Mn,

Zn, Mo, Co, Ni, Sr и др.) и неметаллов (Se, Br, F, As, В и др.). В рас-

тения и микроорганизмы микроэлементы поступают из почвы и во-

67

ды, в организм животных и человека с водой и пищей. Их роль и функции в различных организмах весьма разнообразны.

Первым важнейшим отличием микроэлементов от макроэлементов является их непостоянное содержание в организме даже в течение одного года (весенний авитаминоз). При стабильном весе содержание макроэлементов в организме постоянно. Тем не менее, живой организм также нуждается в поступлении микроэлементов, как и в поступлении макроэлементов.

Для растений особенно важны следующие 10 микроэлементов:

Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Co.

Все перечисленные выше, за исключением бора, требуются также и животным, а ещё:

Se, Cr, Ni, F, I, Sn, As.

Микроэлементы принимают участие в таких важнейших процессах, как фотосинтез; дыхание; синтез белков; образование крови; белковый, углеводный и жировой обмен. Недостаток или избыток микроэлементов в живом организме, связанный обычно с недостатком или избытком их в почве, приводит к нарушению обмена веществ, эндемическим заболеваниям.

Микроэлементы, как и все элементы земной коры, вовлекаются в водную, воздушную и биологическую миграции и образуют круговороты. Для характеристики вовлечения химического элемента в биологический круговорот вводится понятие коэффициента биологического поглощения (КБП) – отношение концентрации данного химического элемента в золе растений к его концентрации в породе, на которой растёт данное растение.

Для различных растений КБП элементов неодинаковы, но на основании многочисленных данных можно вывести и некоторые усреднённые значения. В частности, одним из наиболее высоких КБП обладает йод, что свидетельствует о его повышенной химической и биологической активности. Подобная активность передается и на радиоизотопы йода, что делает этот элемент важнейшим компонентом радиационных аварий, как показала практика и Чернобыльской трагедии, и печальных событий на Фукусиме в Японии.

Состав золы разных растений имеет существенное различие. В экосистемах различные компоненты живой среды персонифицировано накапливают отдельные химические элементы. Кстати, на этом факторе работает вся народная медицина. Концентрация от-

68

дельных элементов в некоторых растениях в сотни и тысячи раз превосходит их средние значения по биосфере.

Особенности круговорота микроэлементов

Отметим следующие основные особенности, которые необходимо учитывать при анализе круговорота микроэлементов:

1.Взаимозаменяемость химических элементов. При недостатке в окружающей среде необходимого элемента он может быть заменён имеющимся в избытке и сходным по своим химическим свойствам другим элементом. Этот факт имеет как свои положительные, так и отрицательные стороны. Известно, что у жителей северных стран, проживавших вблизи полигонов по наземным

испытаниям ядерного оружия, было отмечено накопление в костях радиоизотопа 90Sr, замещавшего там Ca.

2.Наличие диапазонов толерантности организмов по разным факторам окружающей среды, в том числе по концентрации в организме различных химических элементов. Как недостаток, так и избыток любого элемента может привести к нарушениям жизнедеятельности организмов. Высокое содержание фтора в организме ведёт к флюорозу (разрушению зубов и десен), низкое – к кариесу. Нехватка азота в организме нарушает синтез белка, его переизбыток приводит к азотным отравлениям и т.д.

3.Правило биологического накопления или биологического усиления. В отличие от планомерно ослабевающего потока энергии по трофическим цепям, концентрация отдельных химических элементов при переходе с одного трофического уровня на другой может возрастать. Это приводит к возможности проявления негативных последствий любого воздействия на последующих уровнях трофической цепи при, казалось бы, находящихся в разрешённых допустимых пределах воздействия на первичных

уровнях.

Микроэлементы широко используются в медицине, в сельском хозяйстве для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Генетически модифицированный организм (ГМО). Федеральный закон «О государственном регулировании в области генноинженерной деятельности» определяет организм или несколько организмов, любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное

69

образование, способные к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала. Эти организмы отличаются от природных организмов. Они получены с применением методов генной инженерии и содержат генно-инженерный материал, в том числе гены, их комбинации и фрагменты.

Генная инженерия используется для создания новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими пищевыми качествами. Создаваемые новые породы животных отличаются ускоренным ростом и продуктивностью.

В дискуссии о безопасности использования трансгенных растений и животных в сельском хозяйстве участвуют правительственные комиссии и различные организации. В настоящее время преобладает мнение об отсутствии повышенной опасности продуктов из ГМО в сравнении с продуктами, полученными из организмов, выведенных традиционными методами.

3.1. Система организм – среда

Взаимоотношения живых систем различного уровня организации со средой и между собой изучает общая экология.

Каждый отдельный организм постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами окружающей среды. Разнообразные условия жизнедеятельности организмов на Земле можно классифицировать на четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и организменная.

Отдельные компоненты внешней среды, влияющие на организмы, называют экологическими факторами. Экологические факторы подразделяются на группы:

1)абиотические факторы (неживая природа);

2)биотические факторы (живые организмы);

3)антропогенные факторы (деятельность человека).

К абиотическим факторам относятся температура, вода, солнечное излучение, газовый состав атмосферы, почва, рельеф.

По большинству определяющих факторов существуют диапазоны толерантности, т.е. нижние и верхние пределы оптимального существования живых организмов. Диапазон толерантности описывает оптимальную амплитуду колебания факторов, которая обуславлива-

70