Окислительно-восстановительные 5 страница
Марганец. У многих растений при недостатке марганца (<4 х 10~2%) снижается усвояемость йода. Большинство растений при дефиците марганца накапливает железо, у кукурузы наблюдается хлороз и некроз тканей, у сахарной свеклы - желтуха. У животных и человека развиваются заболевания костной системы, возможно развитие зобной болезни.
Избыток марганца в кислых почвах (>30 х 10_2%) приводит к уменьшению в растениях железа и вызывает у них хлороз, проявляющийся в пятнистости листьев.
Бор. Недостаток бора оказывает влияние только на растения, так как животным организмам этот элемент не нужен. При содержании бора в почве меньше 6 х 10~4% растение, как правило, погибает, заболевание начинается с гибели точки роста, отмирания корней, у свеклы недостаток бора вызывает гниль сердечка. Избыток бора (>30 х 10~4%) вызывает заболевания человека и животных (борные энтериты).
Кобальт. Недостаток кобальта в почве (<7 х 10'4%) приводит к развитию у растений заболевания - безлепестковая анемона. Систематический недостаток кобальта в пище животных и человека также приводит к различным нарушениям и даже вызывает тяжелые заболевания, обусловленные недостатком витамина В12. Эти заболевания выражаются в разрушении волосяного покрова («сухотка» и «лизуха» крупного рогатого скота), нарушении функции печени, приводящем к развитию анемии и малокровия.
Молибден. Остро реагирует на недостаток молибдена (до 1,5 х 10~4%) клевер. Животные, питающиеся растениями, выросшими на почвах с недостатком молибдена, болеют анемией, так как в их организме наблюдается накопление меди. Наоборот, избыток молибдена в кормах является причиной недостатка меди в организме животных и приводит к развитию молибденоза. При недостатке кальция в пище животных высокое содержание молибдена приводит к развитию заболевания - эндемическая атаксия (поражается желудочно-кишечный тракт) и человек страдает эндемической подагрой - заболеванием суставов.
Свинец. Содержится в почвах в небольших количе-ствах (кларк - 1,6 х 10~3%. Однако в почвах рудных зон содержание свинца повышается до 2,6 х 10%, и эти зоны выделяются как биогеохимические провинции. Повышенное количество свинца обнаруживают и в почвах промышленных зон, особенно вдоль автомагистралей. В промышленно загрязненных регионах живые организмы не имеют приспособительной реакции, и повышение концентрации свинца в пищевых продуктах выше 10'4% вызывает токсические явления. Поражаются все органы, но наиболее сильно - нервная система. Для человека токсичной считается суточная доза более 0,35 мг. Нейтрализовать свинец в организме человека можно высокими дозами аскорбиновой кислоты, а предотвратить поступление свинца в растения - внесением меди в почву.
Йод. Недостаток этого элемента в пище вызывает заболевание эндемическим зобом. Обусловлено это тем, что йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы. Раз в 30-50 дней организм должен получать новые порции йода в количестве 10-15 мг на 70 кг массы. Если йод поступает в организм в меньших количествах, то она начинает увеличиваться в размерах, образуется зоб. Это заболевание может сопровождаться резким ухудшением умственных способностей. Причем болезнь может поразить человека в любом возрасте. Если же йода не хватает в пище грудного ребенка, то это может вызвать развитие слабоумия, причем кретинизм сопровождается ухудшением деятельности сердца, теряется слух, зрение, слабеют мышцы, наступает стадия идиотии
. В настоящее время многие территории Земли относятся к эндемическим по йоду: не менее полутора миллиардов человек проживает в этих регионах (данные Всемирной организации здравохра- нения). И в России дефицит йода проявляется в Цен-тральноевропейском регионе, Восточной Сибири, на Урале, Северном Кавказе и Крайнем Севере.
Для предотвращения этих заболеваний в районах с недостатком йода в почвах и воде вводят небольшие порции этого элемента в пищу. Однако здесь необходимо проявлять осторожность, так как избыток йода также может привести к заболеванию - базедовой болезни, известной также под названием триада Базедова (увеличение щитовидки, пучеглазие, сердцебиение). В самые последние годы наконец-то наметились пути решения проблемы. Ученые Медицинского радиологического центра РАМН разработали препарат - йодказеин — аналог природного соединения йода с белком молока.
Фтор. Недостаток фтора приводит к развитию кариеса, так как постепенно разрушается эмаль (в которую входит 0,02% фтора). У некоторых организмов наблюдаются деформация костей, их хрупкость и переломы.
Повышение содержания фтора может привести к нарушению функции щитовидной железы. При избытке фтора в пище и воде у людей возникают также заболевания зубов (флюороз - разрушение эмали). У животных наблюдаются явления, усиливающие выделение из организма йода, при этом тормозится активность некоторых ферментов.
Установлено, что оптимальной суточной дозой для взрослых людей является 0,6-1,5 мг фтора. Для некоторых животных эта доза может быть выше (до 20 мг на 1 кг массы). Сверх этих норм фтор и его соединения токсичны.
Вдыхание воздуха, содержащего фтора более 0,5 мг/л, действует на людей отравляюще, а 0,8 мг/л - смертельно. Средство первой помощи при отравлении фторидами - 2% раствор хлорида кальция.
Вопрос 37.
В.И. Вернадский химические проявления живого вещества в биосфере разделил на 5 групп биогеохимических функций.
Газовые
В. И. Вернадский писал, что все газы, образующиеся в биосфере, теснейшим образом связаны своим происхождением с живым веществом, всегда биогенны и изменяются главным образом биогенным путем. Поэтому «атмосфера нашей планеты в ее подавляющей по весу части - есть создание ее жизни, живого вещества, являющегося выражением ее биогеохимической газовой функции, а не астрономическое явление (зависящее в главной своей части от всемирного тяготения) по своему существу».
Среди газовых функций В. И. Вернадский выделил следующие 7.
1. Кислородно-углекислотная - создается подавляющая масса свободного кислорода на планете. Носителями этой функции являются хлорофилльные зеленые организмы.
2. Углекислотная (независимая от кислородной) - создается биогенная угольная кислота в результате дыхания животных, жизнедеятельности грибов, бактерий.
3. Озонная и перекисьводородная — генетически связана с жизнью, так как озон и, возможно, перекись водорода - продукты жизни. Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от пагубного действия ультрафиолетового излучения.
4. Азотная - свободный азот тропосферы создается живым веществом почвы.
Считается, что 90% всего естественным путем связываемого азота фиксируется живыми организмами и лишь 10% - за счет фотоэлектрохимических процессов.
5. Углеводородная - сотни и тысячи биогенных газов - углеводородов создаются живым веществом. Все запахи биосферы принадлежат к их числу.
6. Водная - биогенный круговорот воды. Биогенный характер водной функции не вызывает сомнения. Состояние растительного покрова закономерно связано с влажностью воздуха, содержанием воды в почве и подпочве. Растения высасывают воду из почвы и подпочвы, понижают уровень грунтовых вод и играют основную роль в круговороте воды на нашей планете.
7. Сероводородная и сульфидная. Окислительно-восстановительная система сульфаты сульфиды играет большую роль во всех почвах, особенно в условиях щелочной и нейтральной реакции среды. В присутствии органического вещества и при недостатке
кислорода система сульфаты→, сульфиды при участии микроорганизмов резко сдвигается в сторону сульфидов, развивается процесс восстановления сульфатов до сернистых металлов.
Доступ кислорода и снижение уровня грунтовых вод в период просыхания переувлажненных почв вызывают сдвиг окислительно-восстановительной системы в обратном направлении. Интенсивно развиваются окислительные процессы, причем как в результате чисто химических реакций, так и под воздействием микроорганизмов. В результате в почвах и грунтах образуются соединения серы, окисляемые в дальнейшем до серной кислоты и сульфатов. Часть серы из системы утрачивается в виде сероводорода, поэтому полной обратимости реакции окисления-восстановления нет.
Концентрационные
Концентрационные функции проявляются в способности живых организмов накапливать химические элементы. Концентрация организмами химических элементов для построения своих тел есть. Именно концентрация создает совокупность живых организмов, т.е. живое вещество. В составе животных и растительных тканей находится большое количество химических элементов, избирательно поглощаемых живым веществом из рассеянного состояния. Все разнообразие концентрационных функций живого вещества В. И. Вернадский свел к двум большим группам: концентрационные функции I рода и концентрационные функции II рода.
Концентрационные функции I рода - живым веществом из окружающей среды захватываются те химические элементы, соединения которых встречаются в теле всех без исключения живых организмов (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe - всего 14 элементов).
Концентрационные функции II рода - наблюдается концентрация определенных химических элементов, которые могут в других живых организмах не встречаться или находиться в низких пределах. Например, водоросли-ламинарии накапливают в себе йод до 1%.
Окислительно-восстановительные
В. И. Вернадский различал две противоположные биогеохимические функции этой группы. В природе они находятся в известной корреляции и тесно связаны с историей свободного кислорода.
а) окислительная - окисляются более бедные кислородом соединения (в почве, в коре выветривания, в гид-осфере): соли, закиси Fe, Mn, нитриты, дитионаты, H2S, N2 и т.д. Окислительная функция выполняется весьма древними по происхождению организмами - бактериями, преимущественно гетеротрофами;
б) восстановительная - выражена для сульфатов при переходе их в H2S, FeS, FeSr Выполняется специфическими бактериями и грибами, обуславливающими развитие реакций десульфирования, денитрификации, с образованием сероводорода, окислов азота, сернистых металлов, метана, водорода.
Большинство известных и возможных окислительно-восстановительных систем в почвах изучены недостаточно.
Биохимические
Эта группа функций резко отличается от остальных тем, что центр ее действия находится не во внешней среде, а внутри организмов и теснейшим образом связан с биохимическими процессами построения организма и смерти. Именно эти функции наиболее ярко характеризуют резкое различие химического проявления живого вещества по сравнению с косной материей. По В. И. Вернадскому, биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две:
I биохимическая - связана с питанием, дыханием, размножением организмов.
II биохимическая - связана с постмортальным раз-рушением тел живых организмов. При этом происходит ряд биохимических превращений: живое тело - биокосное - косное.