Концентрационные интервалы элементов в биотической и абиотической среде

Воздействие человека на биосферу сложно и многообразно, весьма часто оно ведет к необратимым изменениям. В то время как изменения поверхности Земли, обусловленные геологическими и биологическими процессами, очень медленны, изменения, вносимые и/или интенсифицируемые человеком, накапливаются в последние годы чрезвычайно быстро. Все изменения антропогенной природы нарушают естественный баланс каждой экосистемы, сформировавшийся постепенно в течение длительного периода времени. Поэтому такие изменения ведут чаще всего к деградации естественной среды обитания человека. В результате расширения сельскохозяйственной деятельности некоторые экосистемы превратились в искусственные агроэкосистемы. Хотя воздействие человека на биосферу началось еще в неолите, проблема ухудшения состояния экосистем, вызванного их загрязнением, стала резко обостряться в последние десятилетия XX в.

Микроэлементы-загрязнения, проникшие в растительные ткани, играют активную роль в метаболических процессах, но они могут также сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах. В любом случае химический состав растений может меняться без появления явно видимых повреждений. Вариации элементного состава живых организмов в «нормальных» условиях, а также при умеренном избытке и недостатке химических элементов и относительный уровень токсичных доз подчиняются одной и той же закономерности. Общим в этой закономерности является увеличение интервалов варьирования с уменьшением средней концентрации элемента. Вероятно, любая биологическая система имеет определенные концентрационные интервалы как для внутренней, так и для внешней среды.

В нормальных физиологических и биогеохимических условиях содержание каждого элемента в любом субстрате и в организме в целом осциллирует около средних значений. Это могут быть естественные вариации, коротко периодичные, суточные, сезонные, возрастные и т.д., а также вариации, вызванные какими-то внешними воздействиями. При этом интервалы варьирования увеличиваются с уменьшением как среднего содержания элемента, так т степени организованности объекта (положение на эволюционной лестнице). Аналогичным образом может изменяться элементный состав окружающей среды (поступление элементов питания). Важно, что в биотической и абиотической средах эти колебания не связаны с какими-то существенными нарушениями.

Аналогично можно предположить наличие интервала концентраций с несколько большим размахом варьирования. В этот интервал укладываются изменения элементного состава внутренней среды, вызванные патологическим состояниями организма, экстремальными внешними воздействиями и экстремальными изменениями биогеохимической обстановки (поступление элементов). Такой же интервал должен существовать в случаях избыточного или недостаточного поступления химических элементов, в результате которого отмечаются более или менее серьезные нарушения физиологического состояния организмов.

Таким образом, для биотической среды (элементного состава органов, тканей и всего организма) или абиотической среды возможны три концентрационных интервала.

Первый интервал (нормальный, или интервал нормальных концентраций) включает физиологические вариации состава или вариации внешней среды, не вызывающие патологических состояний. Иными словами, это интервал концентраций элементов во внутренней и внешней средах, в пределах которого нормально функционируют гомеостатические процессы.

Второй интервал (патологический, или интервал патологических концентраций) включает вариации, связанные с патологическим состояниями. Этот стрессовый интервал можно рассматривать как предельную нагрузку нормальных гомеостатических процессов.

Третий интервал (парабиотический, или интервал парабиотических концентраций) можно рассматривать как интервал вариаций состава внутренней среды при критических патологических процессах или интервал критического избытка или недостатка элемента в абиотической среде. Достижение границ этого интервала вызывает гибель организмов в связи с летальным избытком или дефицитом элемента во внутренней или внешней среде.

Концепция концентрационных интервалов позволяет рассматривать феноменологию такого явления, как привыкание к повышенному поступлению токсичных элементов. Так, известны регионы, где большая часть населения потребляла мышьяковистые соединения в количествах, близких или даже превышающих летальные дозы. Это принято объяснять уменьшением всасываемости таких соединений в желудочно-кишечном тракте. Процесс привыкания можно объяснить и с позиций концентрационных интервалов. Если при постоянном умеренном поступлении соединений мышьяка постепенно увеличивается концентрация этого элемента в организме, то при таком «привычном» содержании мышьяка изменятся и границы концентрационных интервалов. Так, при увеличении концентрации мышьяка границы концентрированных интервалов сузятся, причем допустимым окажется меньшее относительное увеличение поступления мышьяка, чем в норме. В абсолютном выражении это означает, что летальная для нормального организма доза станет допустимой для организма, «обогащенного» мышьяком. Однако при этом нормальное поступление элемента станет ниже границ допустимого дефицита (поскольку границы концентрационных интервалов станут уже) и организм будет испытывать недостаток элемента. В литературе описано не только привыкание организма человека к повышенному поступлению мышьяка, по и явления специфической мышьяковой недостаточности для «привыкшего» организма при нормальной диете, устраняемые повышением поступления мышьяка в организм. Мышьяковый дефицит для «привыкших» организмов не объясняется уменьшением всасываемости. Это можно считать подтверждением концепции концентрационных интервалов.

Другие статьи по экологии

Растительные ресурсы
Растительность - это совокупность растительных сообществ на данной территории, в регионе или на Земле в целом. Естественная растительность сложилась независимо от человека. Растительность с ...

Характеристика производственных помещений, наружных установок и отдельных видов оборудования по взрывопожароопасности. Группа производственного процесса по санитарной характеристике
Таблица № 6 Наименование производства, установки, отделения, произв. Помещения Категория пожарной опасности объекта Степень огнестойкости зданий, сооружений ...

Элективный курс Агрономия в школьном курсе экологии
В современных условиях значительно меняется содержание среднего химического образования, утверждены многочисленные альтернативные учебные программы и учебники по химии для средней школы, поя ...