Биологические системы

При изучении биологических систем геохимия в соответствии со своей методологией, главное внимание уделяет элементарному составу организмов – задаче, которая в общем была чужда биологии. Можно говорить о геохимии растений (фитогеохимии), животных (зоогеохи­мии), микроорганизмов и человека (антропогеохимии).

Элементарный состав каждого конкретного организма зависит от его возраста, места обитания, индивидуальных особенностей жиз­ни и многих других причин, но в первую очередь – от систематичес­кой принадлежности, т. к. в процессе эволюции миллионов поколений состав организмов закрепился наследственностью и приобрёл черты относительных биогеохимических констант. Поэтому существует поня­тие «геохимические особенности организмов» – содержание элемен­тов в систематических единицах разного таксономического ранга. Можно говорить о геохимических особенностях видов, родов, семейств флоры, фауны, микроорганизмов.

Способность вида накапливать определённые химические элемен­ты, выраженную в суммарных кларках концентрации называют биогеохимической активностью вида. Возможен и надорганизменный уровень исследования – геохимическое изучение сообществ растений и живот­ных, биоценозов в целом.

Элементарный химический состав организма хранит признаки своего происхождения. Например, предполагают, что виды наземных животных и растений, обогащённые Na и Cl, сформировались на засолённых территориях прошлого, что грубые почвы гор, пески, вул­канические почвы – области первичного распространения злаков, бо­гатых Si.

Появился раздел биогеохимии и экологии – геохимическая экология. Её задача состоит в изучении взаимодействия организмов и их сообществ с геохимической средой, а также организмов между со­бой.

а) Биогеохимия растений (фитогеохимия).

Информация в этой области очень велика. Так, установлено, что сухое вещество морских водорослей обогащено по сравнению с сухим веществом наземных растений Mg, Na, K, S, Cl, Si, Fe, Sr, F, Ba, Br, I, Se, B, Li, Ti, As, Аg, W, Pb и обеднено Ca, Mn, Al, Rb, Cs. Многие из этих закономерностей легко объясняются особенностями состава морской воды. Но при более дроб­ной систематике чётко вырисовывается своеобразие отдельных семейств, родов, видов. Так, ещё в прошлом веке агрохимики разде­лили культурные растения на накапливающие K (подсолнечник, карто­фель), Ca (бобовые), Si (злаки). Позднее установили «алюминиевые растения» (плауны, чай), «железные» (мхи), «иодные» (водоросли), солянки (Na, Cl и др.), гипсофиты, селитрянки (NO₃^-) и т. д. Установлены отдельные виды, способные к гипераккумуляции Ni и других металлов. Особенно большой способностью к поглощению ред­ких элементов обладают мхи и лишайники.

Отдельные органы растений также различаются по способности концентрировать элементы. Например, у деревьев Забайкалья зола листьев и хвои богаче Mg, K, P, S и беднее Ca, Sr, Ba, Ra по сравнению с золой, ветвей. Биогеохимия растений зависит и от фазы вегетации: от весны к осени в листьях многих деревьев увеличивается содержание Co, Ni, Cu, Ra, Si, Fe, Ca, а в золе трав содержание K и P уменьшается.

б) Биохимия животных (зоогеохимия).

Огромное видовое разнообразие животных определяет ещё боль­шее разнообразие их биогеохимии по сравнению с растениями. Сухое вещество морских животных по сравнению с сухим веществом назем­ных животных обогащено (как и в случае растений) Mg, Na, K, S, Cl, Fe, Sr, Br, I, B, Si, Ti, Ag, но в отличие от растений также Mn, Co, Ni, Cu, Mo, Sb и другими элементами.

По сравнению с растениями животные в целом обеднены большинством элементов и только Р содержат больше (при расчёте на сухое вещес­тво). Но это средние величины, у конкретных видов содержание эле­ментов может значительно превышать средние значения для растений. Многочисленные группы сухопутных и морских животных с известковым скелетом концентрируют Ca (моллюски, кораллы, форминиферы и др.). После их смерти скелеты образуют известковые осадки – толщи озёр и морских известняков. Губки, радиолярии, диатомовые водоросли и другие концентраторы SiO₂ образуют огромные скопления кремнозёма в озёрах и морях (трепел, датомиты). Известны животные, резко обогащённые Sr (радиолярии акантарии), V (асцидии), Cu (моллюски, раки, пауки) и т. д.

в) Геохимия микроорганизмов.

Бактерии наиболее разнообразны в геохимическом отношении. Мно­гие элементы накапливаются в их клетках в огромных количествах (S в клетках серобактерий, Fe – в железобактериях и т.д.). Извест­ны виды бактерий, накапливающие также Cu, Mn, Mo, Ba, Li, Ag, Pb, U в значительно больших количествах, чем растения и животные. Некоторые микроорганизмы концентрируют элементы в количестве, в сотни раз превышающем их содержание в окружающей среде.

3.3 Геохимия биокосных систем