Йонні компоненти і їх екологічна роль

 

 

 

У водах Світового океану на розчинені основні йони – Nа+, К+, Мg2+, Al3+, Са2+, Sг2+, Сl-, SО42-, НСО3-, Вr-, F- – доводиться 99, 9% всіх розчинених речовин. У одному кубічному кілометрі морської води міститься близько 35 млн. т твердих речовин, зокрема 19, 8 млн. т хлориду натрію, 9, 5 млн. т магнію, 6, 3 млн. т сірки, 31, 0 тис. Т.брому, 3, 9 тис. т алюмінію, 79,3 т марганцю, 79, 3 т міді, 11, 1 т урану, 3, 8 т молібдену і ін.

На відміну від океанічних і морських вод, у складі яких переважають хлориди натрію і магнію, прісні води річок, озер, водосховищ і інших водних об'єктів менш насичені розчиненими солями і містять переважно карбонати.

Хімічні елементи, що містяться в морських і прісних водах, відіграють виключно важливу роль у метаболічних процесах рослин і тварин.

Деякі хімічні елементи постійно входять до складу біологічних рідин і тканин. Найважливішими з них є кисень (70% маси організму), вуглець (18%), водень (10%), азот, кальцій, калій, фосфор, магній, сірка, хлор і натрій.

Такі елементи, як водень, вуглець, азот, кисень, фосфор і сірка, утворюють органічну речовину гідробіонтів. Так, до складу вуглеводів і ліпідів входять водень, вуглець і кисень, а білки містять, крім того, ще азот і сірку. До складу нуклеїнових кислот входять азот і фосфор. Тому основними елементами органічних молекул є С (вуглець), О (кисень), Н (водень), N (азот), Р (фосфор), S (сірка), основними йонами – Nа+ (натрій), К+ (калій), Са2+ (кальцій), Мg2+ (магній), Сl- (хлор), а мікроелементами – Fе (залізо), Сu (мідь), Мn (марганець), Zn (цинк), Мо (молібден), Со (кобальт), В (бор), Si (кремній), J (йод) і V (ванадій). Неорганічні елементи виконують роль каталізаторів у метаболічних реакціях і є складовими частинами буферної системи тканин, важливими компонентами мембранних структур. З киснем і воднем пов'язано протікання окиснювально-відновних реакцій в живих системах [7, 12, 14].

 

 

Натрій, калій і цезій відносяться до підгрупи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись на позитивно заряджені йони. У зв'язку з цим вони зустрічаються в природі тільки у вигляді сполук.

Натрій (а. м. 22, 98) і калій (а. м. 39) взаємодіють з молекулами води, причому йони Nа+ утримують молекулу води в гідратній оболонці міцніше, ніж йони К+. Менша електролітична рухливість натрію обумовлена його масивнішою гідратною оболонкою. У зв'язку з цим йони натрію відіграють важливу роль в транспорті молекул води через мембрани і в підтримці водно-натрієвого балансу в тканинах рослинних і тваринних організмів. На відміну від Nа+, великі за розміром йони калію не володіють такою ж вираженою властивістю утримувати воду в гідратній оболонці.

Калій і натрій є постійними компонентами біологічних рідин і структур протоплазми рослин і тварин. Велика частина натрію сконцентрована в мембранах, ядрі і міофібрилах, тоді як в цитоплазмі і матриксі мітохондрій його вміст невисокий. Калій і натрій містяться в цитоплазмі і у внутріклітинних органоїдах у вигляді йонів, які компенсують негативні заряди поліелектролітів. На відміну від натрію, концентрація якого вища в позаклітинних біологічних рідинах, вміст калію в 2-10 разів вищий в клітинах. Цитоплазматична активність калію залежить від його взаємодії з внутріклітинною водою.

Підтримка концентраційного градієнта між внутрі- і позаклітинним вмістом натрію і калію є важливою умовою функціонування організму гідробіонтів. Натрій і калій в організмі морських і прісноводих риб

Організм морських риб гіпотонічний по відношенню до морської води. Щоб підтримувати водний баланс, морські риби вимушені постійно поглинати морську воду, з якою в організм поступає не тільки натрій, але і інші хімічні елементи, розчинені в ній. Надлишок натрію, разом з іншими неорганічними компонентами, що поступають в організм з морською водою, виводиться з організму залозистими клітинами зябер.

У прісноводих риб, навпаки, унаслідок постійного проникнення води через слизисті покриви тіла регуляторні механізми направлені на затримання натрію, калію і інших елементів і на виведення з організму надлишку води. В процесі еволюції у прісноводих риб сформувалися ефективні системи підтримки позитивного натрієвого балансу за рахунок його інтенсивної реабсорбції в ниркових канальцях і абсорбції йонів безпосередньо з води залозистими клітинами зябер.

Основна кількість калію в організм як прісноводих, таких морських риб поступає з їжею, хоча певна його частина потрапляє і при заковтуванні морської води. Все ж таки вирішальна роль в надходженні калію в організм належить спожитій їжі.

Природний цезій в організмі гідробіонтів

Цезій (а. м. 132, 9) має один стабільний ізотоп і 21–радіоактивних. Після випробувань ядерної зброї і аварій на атомних електростанціях в гідросфері збільшився вміст ізотопів 137Сs і 134Сs.

У океанічних водах середня концентрація цезію складає 4-10-4 мг/дм3, а