- •Викладач: Бобко а.О.
- •2. Гідрофізичні фактори водних екосистем
- •2.1. Фізико-хімічні властивості води та їх екологічне значення
- •2.2. Щільність води
- •2.3. Кольоровість води
- •2.4. Температурний та термічний режим водних об’єктів
- •9.7. Льодовий режим
- •9.8. Світло та його роль у функціонуванні водних екосистем
- •9.9. Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів
- •9.10. Роль гідрофізичних факторів у життєдіяльності гідробіонтів
- •Глава 10. Сольовий склад вод та адаптація до нього гідробіонтів
- •10.1. Сольовий склад океанічних (морських) вод
- •10.2. Сольовий склад континентальних вод
- •10.3. Евригалінні і стеногалінні гідробіонти
- •10.4. Пристосування гідробіонтів до сольових факторів середовища
- •10.5. Адаптація гідробіонтів до водно-сольових умов середовища Пойкілоосмотичні гідробіонти
- •Гомойоосмотичні гідробіонти
- •Глава 11. Іонні компоненти та їх екологічна роль
- •11.1. Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
- •Роль калію в метаболічних реакціях водяних рослин
- •Особливості обміну натрію і калію в організмі водяних безхребетних
- •Натрій і калій у морських і прісноводних рибах
- •Природний цезій в організмі гідробіонтів
- •11.2. Кальцій у водних екосистемах
- •Вміст кальцію в морських і океанічних водах
- •Кальцій континентальних вод
- •Метаболічна роль кальцію та шляхи його надходження в організми гідробіонтів
- •11.3. Магній морських і континентальних вод
- •Форми міграції магнію у природних водах
- •Магній в організмі гідробіонтів
- •Метаболічна роль магнію у гідробіонтів
- •11.4. Сірка природних вод та процеси сульфатредукції
- •Глава 12. Мікроелементи водних екосистем та їх біологічна роль
- •12.1. Залізо
- •Форми розчиненого заліза у водних екосистемах
- •Роль заліза у ферментативних реакціях та процесах дихання гідробіонтів
- •12.2. Мідь
- •12.3. Марганець
- •12.4. Цинк
- •12.5. Кобальт
- •12.6. Кадмій, хром, алюміній
- •Глава 13. Кисень гідросфери та його роль у водних екосистемах
- •13.1. Кругообіг кисню в водних екосистемах. Формування кисневого режиму водних екосистем
- •13.2. Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води
- •13.3. Роль кисню у життєдіяльності гідробіонтів
- •13.4. Особливості використання гідробіонтами кисню з води
- •Глава 14. Діоксид вуглецю в водних екосистемах
- •14.1. Хімічні та біологічні перетворення діоксиду вуглецю у водних екосистемах
- •14.2. Фотосинтез. Фіксація вуглекислоти автотрофними і гетеротрофними організмами
- •14.3. Адаптація риб до змін вмісту со2 у воді
- •Глава 15. Кругообіг та роль азоту у водних екосистемах
- •15.1. Азотфіксація у водних екосистемах
- •15.2. Використання азоту в біосинтетичних процесах водоростей
- •15.3. Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем
- •15.4. Амоніфікація, нітрифікація і денітрифікація та їх роль в кругообігу азота в водних екосистемах
- •Глава 16. Фосфор у водних екосистемах
- •16.1. Неорганічний та органічний фосфор водних екосистем
- •16.2. Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль
Глава 11. Іонні компоненти та їх екологічна роль
У водах Світового океану розчинені практично всі відомі хімічні елементи та їхні ізотопи. 99,9 % маси розчинених речовин припадає на 11 основних компонентів: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Cl–, SO42–, HCO3–, Br–, F–, Н3ВО3. У кожному кубічному кілометрі морської води міститься близько 35 млн. т твердих речовин, в тому числі 19,8 млн. т хлориду натрію, 9,5 млн. т магнію, 6,33 млн. т сірки, 31 тис. т брому, 3,9 тис. т алюмінію, 79,3 т марганцю, 79,3 т міді, 11,1 т урану, 3,8 т молібдену та інших.
На відміну від океанічних і морських вод, прісні води річок, озер, водосховищ та інших водних об'єктів менш насичені розчиненими солями. Їх сольовий склад зовсім інший: в океанічних водах переважають хлориди натрію і магнію, а в прісних – карбонати (табл. 9).
Таблиця 9
Склад розчинених солей в океанічних і річкових водах (в %)
|
Речовини |
Води океану |
Річкові води |
|
Хлориди |
88,7 |
5,2 |
|
Сульфати |
10,8 |
9,9 |
|
Гідрокарбонати і карбонати |
0,3 |
60,1 |
|
Інші речовини |
0,2 |
24,8 |
|
Всього |
100 |
100 |
У морських і прісних водах присутні хімічні елементи, які відіграють виключно важливу роль у метаболічних процесах рослин і тварин.
Деякі з них постійно входять до складу біологічних рідин і тканин. Найважливіші з них кисень (70 % маси організмів), вуглець (18 %), водень (10 %), азот, кальцій, калій, фосфор, магній, сірка, хлор, натрій. Такі елементи, як водень, вуглець, азот, кисень, фосфор, сірка, утворюють органічну речовину гідробіонтів. Так, вуглеводи і ліпіди містять у своїй структурі водень, вуглець і кисень, а білки, крім того, ще й азот і сірку. До структури нуклеїнових кислот входять азот і фосфор. Ці елементи часто називають головними елементами органічних молекул (табл. 10).
Таблиця 10
Основні хімічні елементи, що входять до складу організмів гідробіонтів
|
Головні елементи органічних молекул |
Іони |
Мікроелементи | |
|
C (вуглець) |
Na+ (натрію) |
Fe (залізо) |
Co (кобальт) |
|
O (кисень) |
K+ (калію) |
Cu (мідь) |
B (бор) |
|
H (водень) |
Ca2+ (кальцію) |
Mn (марганець) |
Sі (кремній) |
|
N (азот) |
Mg2+ (магнію) |
Zn (цинк) |
J (йод) |
|
P (фосфор) |
Cl– (хлору) |
Mo (молібден) |
V (ванадій) |
|
S (сірка) |
|
|
|
Неорганічні елементи виконують роль каталізаторів у метаболічних реакціях і є складовими частинами буферних систем, важливими компонентами мембранних структур. З киснем і воднем пов'язано протікання окиснювано-відновних реакцій у живих системах.
11.1. Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості вони зустрічаються в природі виключно у вигляді сполук.
Важливою фізико-хімічною характеристикою натрію і калію, яка визначає їх участь у біологічних процесах, є взаємодія з молекулами води, причому Na+ закріплює молекулу води в гідратній оболонці міцніше, ніж К+. Менша електролітична рухливість натрію пов'язана саме з його більш масивною гідратною оболонкою. Завдяки цим властивостям іонам натрію належить особливо важлива роль у транспорті молекул води через мембрани та підтриманні водно-натрієвого балансу в рослинах та в тканинах тварин. На відміну від Na+, більші за розміром іони калію не змінюють структуру води в гідратній оболонці.
Калій і натрій постійно присутні в біологічних рідинах та в структурних компонентах протоплазми рослин і тварин. Більша частина натрію сконцентрована в мембранах, ядрі і міофібрилах, тоді як у цитоплазмі та матриксі мітохондрій його вміст невисокий. Взаємодія значної частини лужних металів з поліелектролітами цитоплазми має електростатичний характер. Внаслідок цього К+ і Na+ не втрачають свої індивідуальні заряди, а існують в цитоплазмі та внутрішньоклітинних органелах у вигляді іонів, що компенсують негативні заряди поліелектролітів. На відміну від Na+, концентрація якого вища в позаклітинних біологічних рідинах, у клітинах міститься в 2–10 разів більше К+. Цитоплазматична активність калію залежить від його взаємодії з внутрішньоклітинною водою.
Підтримання концентраційних градієнтів між внутрішньо- і зовнішньоклітинним рівнем натрію і калію є важливою умовою функціонування організму гідробіонтів.