Глава 12. Мікроелементи водних екосистем та їх біологічна роль

Хімічні елементи, вміст яких в організмі рослин і тварин знаходиться у дуже низьких концентраціях (тисячні долі відсотка), належать до мікроелементів. Незважаючи на мікрокількості їх в організмі гідробіонтів, вони відіграють дуже важливу метаболічну роль. До мікроелементів зараховують більше 30 найважливіших елементів, серед них метали алюміній, залізо, мідь, марганець, цинк, молібден, кобальт, нікель, стронцій та інші, і неметали – йод, селен, бром, фтор, миш’як, бор. В організм бактерій, водяних рослин і тварин вони надходять безпосередньо з води і донних відкладів. Переважно це водорозчинні форми, які легко засвоюються. Мікроелементи входять до складу ферментів, зокрема, Mn – аргінази, Zn – карбоангідрази, Cu – поліфенолоксидази, Со – вітаміну В₁₂, J – тироксину. Всі вони істотно впливають на метаболічні процеси в організмі рослин і тварин. У водних екосистемах такі елементи, як мідь, цинк, марганець, залізо, нікель, свинець при концентраціях, що перевищують гранично допустимі, стають біологічно небезпечними компонентами і їх розглядають як токсиканти. Гідробіонти різних трофічних рівнів можуть акумулювати в своєму організмі деякі мікроелементи, особливо метали.

В залежності від здатності гідробіонтів накопичувати хімічні елементи в організмі, вони поділяються на макро- і мікроконцентраторів і деконцентра­торів. Критерієм для такого поділу може бути коефіцієнт біологічного накопичення (К_а), під яким розуміють відношення концентрації металу в тілі гідробіонтів до їх вмісту у мулі (на масу сухої речовини). Умовно до макроконцентраторів відносять гідробіонтів з К_а > 2, до мікроконцентра­торів – з К_а  1–2 і до деконцентраторів – з К_а < 1. Такий поділ умовний, але він може дати уявлення про ставлення того чи іншого гідробіонта до окремих хімічних елементів водного середовища. Принаймні такі дані можуть свідчити про метаболічні взаємини між організмом гідробіонтів і окремими хімічними елементами, розчиненими у воді.

12.1. Залізо

Залізо – один з найактивніших металів, які в природі майже не зустрічаються у вільному стані. Серед мінералів, до складу яких входить залізо, найголовніші пірит (FeS₂), магнітний залізняк (FeO, Fe₂O₃), бурий залізняк (2Fe₂O₃  3H₂O), шпатовий залізняк (FeCO₃). Залізо утворює комплексні сполуки з органічними кислотами, азотмісткими речовинами, білками тощо. Важливу роль у біосфері відіграють полімеризовані сполуки заліза з ланцюговою структурою та комплексні сполуки фосфатів заліза.

У Світовому океані залізо утворює неорганічні і органічні сполуки, а його вміст у евфотичному шарі води (0–25 м) залежить від біоседиментації та депонування його сполук у донних відкладах. У поверхневих водах суші залізо може утворювати комплексні сполуки з розчиненими органічними речовинами, взаємодіяти з завислими та диспергованими частинками в донних відкладах, а з легкорозчинними сполуками порових вод, переважно органічного характеру, залізо може утворювати кінетично стійкі сполуки, які погано дисоціюють.

У клітинах і тканинах гідробіонтів залізо входить до складу органічних речовин, багатьох ферментів. Незважаючи на відносно незначний вміст заліза в тканинах і біологічних рідинах живих організмів, його біологічна роль надзвичайно велика.