Химия окружающей среды (стр. 8 )

3. Наличие условий для поликонденсации мономеров (органических молекул) с образованием полимеров ( белков, ДНК, РНК). Все они находятся в воде в виде коацерватов (Опарин), т. е. набухших в воде клубков.

4. Объединение таких коацерватов с липидными структурами с образованием безъядерных праклеток, или протобионтов (в чем-то подобных современным вирусам), которые обладали или в процессе дальнейшей эволюции приобретали способность к метаболизму, адаптации, саморегуляции. Для них были характерны раздражимость и другие признаки живого организма, в том числе возможность к воспроизводству. В результате они становятся средством создания, хранения, накопления и использования информации.

5. Конкуренция и жесткий отбор наиболее жизнеспособных одноклеточных форм, а далее их усложнение и совершенствование, т. е. эволюция одноклеточных (прокариоты — эукариоты, гетеротрофы — автотрофы), а затем и многоклеточных организмов.

Следует назвать четыре основных условия существования жизни на нашей планете, в том виде, в котором она представлена сегодня:

достаточное количество кислорода и углекислого газа; достаточное количество жидкой воды; благоприятный диапазон температур; наличие определенного минимума минеральных веществ.

5.1. Биогенные элементы

В природе в заметном количестве встречается около 50 элементов, из них примерно 25 — биогенные, остальные — второстепенные. Среди биогенных есть макроэлементы, их одиннадцать: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, кальций, сера, хлор, магний, калий и натрий. Макроэлементы еще называют органогенами, так как они образуют биомолекулы. Кроме того, в организме находятся микроэлементы: цинк, медь, марганец, йод, бром, кобальт, железо, молибден, фтор, селен и др. Они встречаются главным образом в составе органических и неорганических комплексов, выполняющих различные специальные функции: каталитические, сигнальные и пр. Заметим, что у животных и растений набор макро - и микроэлементов существенно отличается. В частности, калий чрезвычайно важен для растений, а натрий — для животных; аналогично магний и железо.

В целом наличие того или иного элемента в организме определяется следующим:

·  функциями, которые он выполняет;

·  наличием его в природе в доступной, главным образом водорастворимой форме;

·  способностью организма поглощать, удерживать и накапливать этот элемент, его соединения.

Отметим только важнейшие биохимические функции отдельных элементов.

Железо — регулирование гемоглобина в крови (дыхание, перенос кислорода).

Кальций — образование костной ткани, свертывание крови, мышечная и сердечная деятельность (генерация электрических потенциалов, сокращение мышечных волокон), иммунитет организма.

Кислород, фосфор — энергетика биохимических процессов.

Натрий, калий — регуляция водного и солевого баланса, осмотического давления, рН, участие в проведении нервного импульса.

Йод — гормональная деятельность, а значит, регулирование обмена, физиологических процессов и функций.

Кобальт, марганец и медь — участие в ферментативных и обменных процессах.

Фтор — остеотропные и обменные процессы, иммунитет.

Магний — фотосинтез у растений.

Следует отметить, что биогены являются связующим звеном между живой и неживой природой. Для них характерна постоянная циркуляция, поддерживаемая солнечной энергией.

5.2. Действие химических факторов на организмы

Для всех экологических факторов, в том числе и химической природы, существует оптимум воздействия. При этом если все, кроме одного, находятся в норме, то этот один является лимитирующим фактором. Например, недостаток даже одного элемента в почве — лимитирующий фактор для растений. Часто таковым бывает микроэлемент, например кобальт, молибден, никель. Среди макроэлементов недостаток, например железа, вызывает у растений заболевания, в данном случае хлороз. Избыток железа также приводит к нарушениям и заболеваниям.

Но многие виды любят избыток определенных элементов. Например, орхидея предпочитает кальций (кальцефит), крапива — нитраты (нитрофит), хвощи — соль (галофиты). Из рыб лосось и треска предпочитают избыток кислорода в воде (стенооксибионты), а некоторые моллюски и черви адаптируются в широких пределах его содержания (эвриоксибионты). В целом, очевидно, оптимальное количество и пределы изменения того или иного элемента или соединения зависят от вида организма, его состояния и внешних условий.

5.2.1. Хемомедиаторы

Кроме природных веществ многие организмы сами выделяют химические соединения, имеющие разные функции.

Хемомедиаторы — вещества, выделяемые в малых количествах и осуществляющие связь между организмами, а также между организмом и средой.

Феромоны осуществляют связь между особями одного вида.

Алломоны — связь между особями разных видов.

Эндометаболиты — вещества, выделяемые внутри организма для смягчения воздействия внешнего фактора (создания или поддержания условий внутренней среды). В частности, криопротекторы защищают клетки от кристаллизации при охлаждении.

Экзометаболиты — вещества, выделяемые организмом во внешнюю среду для нейтрализации ее изменения. Такие вещества способствуют поддержанию рН, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), ионной силы и других показателей, например воды в водоеме.

К функциям, которые осуществляют химические соединения, выделяемые организмом, относятся следующие:

·  защитная — присуща различным ядам и репеллентам (отпугивателям);

·  наступательная — здесь также задействованы яды, в частности нейротоксины змей, ос, скорпионов и пр.;

·  аттрактивная — это вещества, притягивающие либо существо другого пола, либо жертву, либо кого-то еще;

·  индикаторная — многие животные выделяют пахучие вещества для мечения своей территории;

·  сдерживание конкурентов — например, аллехопаты — вещества, выделяемые растениями для подавления роста других растений (ель подавляет рост травы, облепиха — малины и т. д.);

·  регулирование внутригрупповых взаимодействий — такие соединения характерны для организмов, живущих семьями;

·  формирование среды обитания характерно для гидробионтов — выделяемые ими метаболиты, в частности пероксид водорода, поддерживают требуемые показатели среды, в данном случае ОВП;

·  адаптационная — например, криопротекторы, или антифризы — вещества, выделяемые в организме многих животных, способных переносить зимние морозы.

5.2.2. Виды токсического действия поллютантов

Все виды токсического действия химических соединений можно разделить следующим образом:

·  цитотоксическое действие заключается в изменении проницаемости клеточных мембран, нарушении их функций и функций ферментативных систем;

·  тератогенное (пороки эмбрионального развития) связано с нарушением действия генов без изменения их структуры;

·  генетическое вызвано изменением ДНК и РНК, появлением мутантных форм.

Первичная токсичность определяется:

·  нарушением структурной и временной упорядоченности белков, например, ферментов, в первую очередь связанных с транспортом электронов;

·  вовлечением поллютанта в метаболические процессы, часто путем конкуренции с субстратами за места связывания в активных центрах ферментов, что приводит к обрыву метаболической цепи;

·  химическим взаимодействием поллютантов с компонентами клетки (алкилирование, галоидирование, арилирование белков и нуклеиновых кислот), что приводит к аллергиям, мутагенезу и канцерогенезу.

Говоря о поллютантах, необходимо отметить их избирательное воздействие на те или иные системы и процессы в организме. Все поллютанты токсиканты делятся на несколько классов по степени их опасности для организма.

Например, среди тяжелых металлов различают самые токсичные:

12й класс опасности: соединения ртути, свинца, цинка, мышьяка, кадмия, селена и бериллия;

22й класс опасности: соединения хрома, никеля, молибдена, кобальта, меди и сурьмы;

32й класс опасности: соединения марганца, бария, ванадий и стронция.

Соединения многих этих элементов ежегодно попадают в наш организм через пищу, воду и воздух. В частности, на одного жителя России в год приходится около 342 кг атмосферных выбросов, причем в 84 городах загрязнение воздуха на порядок превышает норму.

5.3. Защита биосферы

Биосфера — тончайшая оболочка жизни на Земле. Она слишком слаба и чувствительна, чтобы подвергать ее таким испытаниям, о которых уже говорилось и в которых повинен в первую очередь человек.

Отметим ряд мероприятий, направленных на защиту биосферы:

·  замена вредных веществ в производстве менее вредными, сухих способов переработки — мокрыми;

·  выпуск конечных продуктов в наименее вредной, в том числе в непылящей форме (в упаковке);

·  ограничение содержания примесей в исходных и конечных продуктах;

·  применение прогрессивных технологий производства, исключающих контакт человека с поллютантами (замкнутые циклы, полная механизация и дистанционное управление, непрерывность производства и автоматический контроль);

·  создание оборудования (в том числе вентиляции, канализации и пр.), исключающего выделение вредных выбросов, его правильная эксплуатация;

·  рациональная планировка и размещение промышленных площадок, зданий, помещений, в том числе жилых.

Контрольные вопросы по теме

1.  Биосфера, ее экологическая роль.

2.  Условия для происхождения и эволюции организмов.

3.  Биогенные элементы, законы и правила. Биологическая роль на примере отдельных макро - и микроэлементов.

4.  Хемомедиаторы, их функции.

5.  Поллютанты, их токсическое действие.

6.  Защита биосферы.

Рекомендации по выполнению и оформлению контрольной работы и таблица заданий для контрольных работ

·  приступать к выполнению контрольной работы можно лишь после изучения дисциплины в соответствии с программой;

·  проверьте уровень освоения дисциплины, ответив на контрольные вопросы, имеющиеся в конце каждого раздела;