ГЕОХИМИЯ

 

АТОМЫ В ЖИВОЙ КЛЕТКЕ

 

 

 

Простым глазом можно видеть, что угли слагаются из остатков растений.

Раковины ископаемых морских моллюсков образуют нередко пласты известняков. Но если мы рассмотрим известняки, мел, диатомит и многие другие так называемые осадочные породы под микроскопом, то увидим, что они часто сплошь состоят из остатков скелетов организмов микроскопической величины.

 

Одним словом, в геологии давно признана огромная роль населяющих земной шар организмов во всех процессах, которые происходят на поверхности Земли.

 

Живое вещество принимает большее или меньшее участие в таких геохимических процессах, как образование горных пород, концентрация или рассеяние отдельных химических элементов, осаждение веществ из воды, образование известняков из известковых скелетов организмов.

 

Но далеко не у всех морских организмов скелеты из извести. У некоторых, например, губок, скелеты из кремнезема.

Но еще более существенно то, что в процессе жизни все организмы Земли, растения и животные, извлекают, поглощают или поедают и снова выделяют огромные массы различных веществ и как бы пропускают эти вещества через себя.

Скорость этого процесса особенно велика у самых мельчайших организмов: бактерий, простейших водорослей и других низших организмов.

 

Это связано с огромной скоростью их размножения. Они делятся каждые пять-десять минут.

Но и продолжительность жизни их невелика.

 

Подсчет показывает, что в этом процессе деления клеток захватывается количество вещества, во много тысяч раз большее того, которое находится в каждый данный момент во всех организмах Земли, растениях и животных или, как говорят, во всем живом веществе планеты.

 

Напомним, что зеленые растения на свету выделяют из своих листьев кислород и поглощают углекислоту. Кислород воздуха, образовавшийся таким путем, идет на окисление растительных остатков, окисляет некоторые горные породы, поглощается животными при дыхании.

 

Углекислота в растениях превращается в углеводы, белки и другие соединения. Представьте себе на момент, что на поверхности Земли, в ее морях и океанах, на равнинах и в горах исчезли все организмы. Что бы произошло?

Кислород связался бы остатками органического вещества и исчез бы из атмосферы. Состав ее стал бы другой. Микроскопических морских организмов с известковым скелетом не стало бы — следовательно, не стали бы образовываться пласты известняка и мела, перестали бы вздыматься меловые горы. Лик , Земли совершенно преобразился бы и стал иным.

Геохимическая деятельность организмов чрезвычайно разнообразна. Разные организмы могут участвовать в самых различных процессах.

 

Для того чтобы выяснить геохимическую роль организмов, прежде всего необходимо знать их химический состав. Свое тело

организмы строят целиком за счет веществ, извлекаемых тем или иным путем из окружающей их среды,— из воды, почвы и воздуха.

 

Очень давно было установлено, что главной составной частью всех организмов является вода, в среднем около 80%, причем несколько больше в растениях и несколько меньше в животных.

 

Поэтому элемент кислород в организмах занимает по массе первое место.

Совершенно исключительную роль играет в строении тела организмов углерод.

 

Углерод образует многие тысячи разнообразных соединений с водородом, кислородом,

азотом, серой, фосфором, из которых, в свою очередь, слагаются белки, жиры, углеводы, тела организмов.

Основным источником для этих углеродных соединений в живом веществе является углекислота. Далее, в организмах содержится значительное количество азота, фосфора, серы в виде сложных органических соединений.

Наконец, в организмах всегда находятся кальций —особенно в скелетах,—калий, железой другие химические элементы.

Вначале полагали, что для всех организмов исключительное значение имеют десять-двенадцать элементов, находящихся в них в наибольших количествах.

 

Но позднее оказалось, что существуют организмы, которые помимо наиболее часто встречающихся десяти-двенадцати химических элементов, концентрируют то железо, то марганец, то барий, то стронций, то ванадий, а также и многие другие редкие химические элементы.

 

Так, обнаружилось, например, что кремний играет важную роль в жизни кремневых губок, микроскопических радиолярий, диатомовых водорослей, скелеты которых образуются из окиси кремния.

Железные бактерии концентрируют в своих телах железо. Открыты были бактерии, таким же образом концентрирующие марганец и серу.

 

В скелетах некоторых морских организмов обнаружили вместо кальция барий и стронций.

Некоторые организмы, например морские беспозвоночные оболочники, выбирают и накапливают атомы ванадия из морской воды и морского ила, где имеются лишь ничтожные следы этого элемента.

 

Геохимическая роль подобных организмов-концентраторов огромна.

Чем совершеннее техника исследования состава организмов, тем большее число химических элементов находим мы в них, правда, в очень малых количествах.

 

Вначале даже допускали, что серебро, рубидий, кадмий и другие химические элементы, обнаруженные в организмах,— лишь случайное загрязнение, но теперь твердо установлено, что практически в состав организмов входят все химические элементы. Весь вопрос в том, в каких количествах содержатся они в разных организмах. В настоящее время именно этот вопрос и занимает ученых.

Мы заранее можем сказать, что состав организмов далеко не повторяет состава окружающей среды — пород, вод, газов, вместе взятых.

 

Например, в почвах и породах находятся в значительных количествах титан, торий, барий и другие химические элементы, между тем титана в организмах в десятки тысяч раз меньше, чем в почвах, и т. п.

С другой стороны, в почвах, в водах мало углерода, фосфора, калия и других химических элементов, которые скапливаются в организмах в значительно больших количествах.

 

С геохимической точки зрения в настоящее время стало ясно, что главная масса тела организмов слагается из тех химических элементов, которые в условиях поверхности Земли — биосферы (области обитания организмов на нашей планете) образуют легкоподвижные соединения или газы. Действительно, углекислота, азот, кислород, вода — все это газы или жидкости легкоподвижные, доступные для организмов в процессе их жизни. Йод, калий, кальций, фосфор, сера, кремний и многие другие лёгко образуют растворимые в воде соединения.  

 

Зато титан, барий, цирконий, торий хотя и находятся в достаточном количестве в почвах, и породах, не образуют в биосфере легко растворимых в воде и, следовательно, легко перемещающихся соединений. Они менее доступны или совсем недоступны организмам. Организмы их не накапливают. Они находятся в них в непропорционально малых количествах.

 

Очень мало в организмах и тех химических элементов, которых в биосфере недостаточно, как, например, радия, лития.

Химические элементы, находящиеся в организмах в очень малых количествах — порядка сотых долей процента и меньше,— Называются часто микроэлементами.

 

В настоящее время признано, что физиологическая роль микроэлементов очень важна. Многие микроэлементы входят в состав физиологически важных веществ организмов, наподобие того, как железо входит в состав гемоглобина крови, йод входит в состав гормона щитовидной железы животных, а медь и цинк — в состав ферментов животных и растений.

Можно было бы построить карту анатомического строения организмов с указаниями, где, в каких органах и тканях концентрируются химические элементы. Но нас сейчас занимает геохимическая роль организмов.

И мы должны согласиться, что разные организмы выполняют различные геохимические функции, в зависимости от их способности концентрировать тот или иной химический элемент, или, иначе говоря, в зависимости от их химического элементарного состава.

 

«Кальциевые» организмы, из скелетов которых слагаются известняки, участвуют в геохимической истории кальция в биосфере; организмы, концентрирующие кремний, ванадий, йод, играют важную роль в истории этих атомов.

Перед нами стоит задача — изучить влияние организмов на геохимическую историю разных атомов в биосфере, оценить это влияние и использовать его.

 

Уже сейчас оказалось возможным отыскивать месторождения металлов, наблюдая за характером растительности данного места и находя известные растения — концентраторы этих металлов. Руда, лежащая под почвой, невольно заражает собою почву. В такой почве увеличивается содержание никеля, кобальта, меди, цинка, а следовательно, увеличивается и содержание их в растениях.

 

Поэтому сейчас анализируют содержание этих элементов в растениях. Если оно повышенное,— роют канавы и закладывают шурфы. Так были открыты некоторые цинковые, никелевые, молибденовые и другие месторождения.

Организмы — растения и животные — «привыкли» к определенной концентрации тех или иных химических элементов в среде — водах, почвах, породах. Там, где их оказывается меньше или, наоборот, больше, организмы отвечают изменениями своей формы и роста. Недостаток йода в почвах, водах и продуктах в некоторых горных районах вызывает у людей и животных эндемический зоб, а недостаток кальция — ломкость костей и т. д.

 

Это все указывает, какая тесная зависимость существует между так называемой мертвой природой и живым веществом.

Они связаны друг с другом общей историей атомов химических элементов. - ,

И чем лучше и подробнее мы будем знать историю перемещения химических элементов — атомов — на Земле, тем ярче и точнее будем представлять себе геохимическую деятельность живых организмов, а для этого необходимо прежде всего знать их количественный химический элементарный состав.

 

 

 Смотрите также:

 

Колыбель жизни и пульсы Вселенной. Физические и химические...

Каждый атом живой материи находится в постоянном, непрерывном соотношении с колебаниями атомов окружающей среды - природы; каждый атом живого резонирует на соответствующие колебания атомов природы. И в этом воззрении сама живая клетка...

 

Клетка представляет собой элементарную живую систему...

Атомы углерода способны вступать друг с другом в прочную ковалентную связь, образуя множество разнообразных цепных или кольцевых молекул.
Биологические полимеры — это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов.