6.2. Функции элементов и потребность в них


На организмы, обитающие в солоноватой и морской воде, оказывают влияние ионная сила раствора и состав среды. Многие элементы, присутствующие в растворе, жизненно необходимы для осуществления биохимических процессов, к основным функциям элементов в клетке Боувен (Bowen, 1966) относит электрохимическую, каталитическую и структурную. Если элемент является источником энергии для обмена, то он выполняет электрохимическую функцию.

По-видимому, все необходимые элементы функционируют как активаторы ферментов и способствуют поддержанию определенного уровня биохимических реакций. В этом случае они осуществляют каталитические функции. Многие элементы незаменимы при синтезе белков и аминокислот. При этом они выполняют структурные функции и входят в состав конечного продукта.
Большинство, если не все, из известных элементов присутствует в природных водах. Многие не оказывают какого-либо заметного влияния и по всей видимости не столь важны. Эрнон и Стоут (Arnon and Stout, 1939) разработали шкалу значимости элемента x для животного: (1) организм не способен расти и завершить жизненный цикл в отсутствии элемента X; (2) элемент Х не может быть полностью заменен другими элементами и (3) х непосредственно влияет на обменные процессы в организме.
Химические элементы поступают в организм животного из внешней среды двумя путями: путем диффузии или пассивного переноса и путем активного переноса.

Пассивный перенос, когда элемент из среды с высокой концентрацией (вода) переходит в менее концентриро ванную среду (межтканевая жидкость), не нуждается в объяснении. Активный перенос — это избирательное извлечение элемента из внешней среды часто против градиента концентрации. Процесс тесно коррелирует с температурой: повышение ее на 10°С усиливает активный перенос почти на 100 % (Bowen, 1966). Непосредственное влияние на процесс переноса оказывает концентрация растворенного в воде кислорода: при затруднении дыхания ионы особенно активно переносятся из среды в организм.
Вопрос о целесообразности добавления микроэлементов в замкнутые аквариальные системы дебатировался годами. По-видимому, однозначного ответа не существует, однако несколько общих замечаний могут прояс нить ситуацию. Обычно в аквариуме присутствуют раз личные элементы, причем содержание S, P, N, Ca, Mg, Na и многих других со временем заметно увеличивается в результате экскреции продуктов обмена веществ жи вотных и растений. Численность бактерий со временем также возрастает до тех пор, пока не установится рав новесие. По мере гибели и лизиса бактериальных кле ток в воду поступает дополнительное количество эле ментов. Проблема фактически заключается не в Hст) = щении со временем каких-то веществ, а в том, что, оста ются ли они в биологически доступной форме, оказываясь в воде.
* Градиент концентрации (химический градиент) представляет собой относительную концентрацию ионов внутри и снаружи клетки. Распределение заряженных ионов в системе клетка — среда отражает и электрический градиент нонов данного вна, поэтому часто говорят об электрохимическом градиента.
Распределение Нонов по обе стороны клеточной мембраны 31 Всит от соотношения двух процессов: физической диффузии (пассивный Перенос ионов в направления электрохимического градиента (из области повышенной концентрации ионов в область пониженной) н процессов активного переноса против градиента концентрации (нз среды с пониженным содержанием Нона в среду с большей его концентрацией), происходящих с затратон клеточной энергии в виде АТФ (аденозинтрифосфата). Известны случаи, когда внутреняя концентрация определенных ионов, активно поглощаемых К.Петкой, в 100 раз и более превышала Hх наружную концентрацию. Помимо переноса отдельных ионов существуют механизмы активного переноса сахаров и аминокислот. — Прим. ред.

Если в аквариуме содержат растения или применяют методы физической очистки (активированный уголь или пеноотделительные колонки), содержание некоторых элементов может уменьшиться. Другие элементы могут окисляться при озонировании и, возможно, даже под действием УФ-излучения. Таким образом, состав мор ской воды в замкнутой системе со временем изменяется.
обычно животные менее чувствительны к таким из менениям, чем растения. Животные получают питатель ные вещества, поедая растения и других животных, в то время как растения вынуждены извлекать питательные вещества прямо из воды, и их рост зависит от присутствия в доступной форме микроэлементов. Согласно О'Келли (O'Kelley, 1974) следующие элементы в неорганической форме (плюс C, Hно) необходимы, по край ней мере, одному виду морских или пресноводных водорослей: N, P, K, Mg, Ca, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Na, Co, V, Si, СІ, В, І. Из них N, P, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, Mо необходимы всем водорослям и не могут быть даже частично заменены другими элементами. Вместе с тем такие ионы, как K, Sr, Ca, до некоторой степени могут быть заменены элементами со сходным химическим за рядом (например, Ca нa Sr).
Можно возразить, что все эти микроэлементы, вероятно, присутствуют в достаточных количествах в качестве примесей к другим солям. Однако трудно утверждать, что этих примесей будет достаточно, чтобы обеспечить рост растений. Водоросли хорошо развиваются при регулярном внесении микроэлементов вместе с другими солями в процессе замены 10% старой воды раз в 2 недели. Обычно микроэлементы включают в состав искусственной морской воды.
ны, как K, Straми элементами. В быть даже