Поиск

Химические элементы, входящие в состав живого вещества
27.10.2015

Исследования В.И. Вернадского и А.П. Виноградова позволяют в общей форме представить средний элементарный состав живого вещества (табл. 2). Конечно, эти данные далеко не полны и скорее характеризуют состав растений, чем живое вещество вообще.
Средний состав животных организмов исследован значительно меньше, а состав микроорганизмов почти неизвестен.
Наибольшая доля в составе живого вещества приходится на кислород (65—70%) и водород (10%). Остальные 20—25% представлены разнообразными элементами общим числом более 70. При этом большая доля (от 1 до 10%) приходится на такие элементы, как С, N, Ca.
Во второй группе (содержание, измеряемое 0,1—1%) находятся S, Р, К, Si; в третьей группе (содержание 0,1—0,01%) — Fe, Na, Cl, Al, Mg. Эти же элементы составляют примерно 99,6% веществ (по весу), слагающих земную кору и почву.
В составе живого вещества постоянно присутствуют рассеянные и редкие элементы, общим числом не менее 20.

Химические элементы, входящие в состав живого вещества

Отдельные элементы почти целиком захватываются живым веществом, постоянно находясь в его различных формах. Таковы J, P и в большой мере К.
Существуют специфические организмы, обладающие способностью преимущественного накопления отдельных элементов в количествах более 10%. Ныне известна специфическая аккумулирующая роль организмов для 11 таких элементов: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Ba, Mn, S, Sr, Р, С.
Если сравнить средний состав растительных организмов со средним составом земной коры, то можно видеть чрезвычайно важные для геохимических и почвенных процессов явления перераспределения химических элементов.
В составе растительных организмов в сравнении с составом земной коры увеличено в среднем содержание:
В десятки раз С, Н.
В несколько раз N.
На десятки процентов О.
Вместе с тем для многих элементов вследствие избирательного накопления в растительном организме Н, О, N и С обнаруживается в сравнении с земной корой относительное уменьшение содержания:
В несколько раз Р, S, Br, К.
В десятки раз Cl, Ca, Mg, I, Cu, Mo.
В сотни раз Na, Ba, Mg, Fe, Al, Si.
В тысячи раз Cs, Ti, F.
В десятки тысяч раз Ra.
В животных организмах в сравнении с земной корой увеличено содержание следующих элементов:
В десятки раз С, N, Н.
В несколько раз Р, S.
На десятки процентов О.
На сотые доли процента Cl.
Уменьшено по сравнению с составом земной коры содержание:
В несколько раз Ca, Na, К.
В десятки раз Zn, Br, Mg, As.
В сотни раз Pb, Cu, F, Fe, В.
В тысячи раз Mn.
В десятки тысяч раз Si, Ti, Al.
Состав растительных и животных организмов, несмотря на близкое содержание ряда элементов, имеет существенные различия.
В животных организмах отмечается гораздо более высокая степень аккумуляции, чем в растительных, N, Р, S, Cl, Ca. Вместе с тем в животных организмах в сравнении с растениями меньше аккумулируется Si, Al, Mn. Таким образом, биогеохимическая и тем самым почвообразующая роль растительных и животных организмов хотя и обладает сходством, но вместе с тем различается по характеру.
Уже более 60 лет назад такие элементы, как С, Р, К, N, S, О, Н, были известны как органогенные, без которых невозможно возникновение и жизнь организмов. Позже В.М. Гольдшмидт и А.Е. Ферсман выделили группу биофилов, т. е. таких элементов, которые обязательно входят в состав живого вещества и без которых существование организмов невозможно: С, Н, О, N, Р, S, Cl, J, В, Ca, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu.
Интересную, хотя и спорную классификацию химических элементов с точки зрения их роли в живом веществе и биологическом круговороте дал Б.Б. Полынов. Химические элементы разделены им на две большие группы — органогены и примеси. Группа органогенов в свою очередь подразделяется на две подгруппы: а) абсолютные органогены, без которых совершенно невозможно существование организмов: О, H, С, N, Mg, К, Р, S; б) специальные органогены, необходимые для многих организмов, но не обязательные для всех: Si, Na, Ca, Fe, Cl, F, Mn, Sr, В, Zn, Cu, Br, J. В представлении Полынова специальные органогены на ранних стадиях возникновения и эволюции жизни не были необходимыми для организмов. Эти элементы в качестве примесей постоянно присутствовали в почвенных растворах и природных водах. Поэтому организмы вынуждены были в процессе приспособления и развития поглощать эти элементы, а последние со временем перешли из группы примесей в группу специальных органогенов.
Видимо, Б.Б. Полынов случайно не включил в число абсолютных органогенов такие элементы, как J, В, Mn, Ca, Fe, отнеся их к подгруппе специальных органогенов, и не упомянул в числе органогенов такие микроэлементы, как Cu и Co. Без этих элементов не может существовать ни один организм и невозможен синтез хлорофилла и гемоглобина. Ныне установлено, что при абсолютном отсутствии этих элементов растительные и животные организмы нормально не развиваются или гибнут.
Вторая группа элементов в классификации Полынова, названная примесями, подразделяется также на две подгруппы:
а) экологические примеси, куда включаются почти все элементы (кроме К, N, Li, Rb), которые переходят в природные растворы в процессе выветривания изверженных пород.
Экологические примеси в представлении Б. Б. Полынова не являются элементами, необходимыми для существования живых организмов. Живые организмы, в частности растительные организмы, поглощают элементы из группы экологических примесей, так сказать, автоматически, поскольку эти элементы присутствуют в растворе. Специфический химический состав различных почв, осадочных и изверженных пород настолько может повышать концентрацию отдельных химических элементов, что их содержание будет превышать реальные потребности организма;
б) абсолютные примеси, куда включаются Na, Cl, Li, Rb, He, благородные газы, Ra, Rn и все рассеянные элементы. Эти элементы в представлении Полынова не играют существенной роли в живом веществе. Вместе с тем, постоянно присутствуя во всех породах и почвах, они поступают и проходят через живое вещество транзитом.
Абсолютные и специальные органогены после выхода из живых организмов или после отмирания и минерализации их тканей необычайно быстро вновь захватываются живущими организмами. Элементы второй группы — примеси, особенно примеси абсолютные, не задерживаются в живом веществе, прижизненно удаляются с разного рода выделениями, а посмертно уносятся с почвенно-грунтовыми и речными водами во внутриматериковые впадины, моря и океаны.
Если не считать кислород, углерод, водород и азот, которые теряются при сжигании органических веществ, и сравнить состав золы с составом земной коры, то можно судить о средних коэффициентах биологического поглощения элементов (табл. 3).
Химические элементы, входящие в состав живого вещества

Наиболее интенсивно биологически поглощаемые элементы составляют следующий убывающий ряд: Р, S, Cl, Ca, К, Mg, Na, Sr, В, Zn, As, Mo, F, Si, Fe, Ba, Rb, Cu. Очевидно, что именно эти элементы отражают вместе с О, С, Н, N биогеохимическую и почвообразующую роль живого вещества.