Преобразование и детоксикация организмами среды обитаниястатья

Работа с статьей


[1] Остроумов С. А. Преобразование и детоксикация организмами среды обитания // Современные тенденции развития биогеохимии. — Т. 25 из Труды биогеохимической лаборатории (Биогел). — ГЕОХИ РАН Москва, 2016. — С. 283–293. Сборник опубликован как том 24 серии Труды биогеохимической лаборатории (Proceedings of Biogeochemical Laboratory), основанной В.И.Вернадским. [в труды БИОГЕЛ sent 2016.04.23 <vad-ermak@yandex.ru>] Преобразование и детоксикация организмами среды обитания. С.А.Остроумов, биологический факультет, МГУ им.М.В.Ломоносова, Москва 119991, РФ; ar55@yandex.ru; ISBN 978-5-905049-15-6; всего в сборнике 577 с. Отв. редактор д.б.н. В.В.Ермаков. РЕЦЕНЗЕНТЫ: д.б.н. Г.В. Мотузова, д. г-м.н. Е.А.Романкевич, д.х.н. В.П.Колотов. ABSTRACT. In this review, the issues of detoxification of toxic environmental pollutants are analyzed. This analysis of the new experimental data of the author as well as a large body of information in the scientific literature led to some new concepts on a substantial role of biogenic detritus and related biogenic substances in detoxification of the environment. This conclusion could be helpful in developing new technologies of remediation of polluted components of the environment. Keywords: detoxification, pollution control, toxic chemical elements, immobilization, sorption, biogenic detritus; АННОТАЦИЯ. В обзоре анализируются вопросы детоксикации токсичных загрязнителей окружающей среды. Новые экспериментальные данные автора, а также большой объем информации в научной литературе ведет к детализации представлений о существенной роли биогенного детрита и связанных с ними биогенных веществ в детоксикации окружающей среды. Этот вывод может быть полезным при разработке новых технологий ремедиации и очищения загрязненных компонентов окружающей среды. Ключевые слова: детоксикация, контроль загрязнения, токсичные химические элементы, иммобилизация, сорбция, биогенный детрит; ** Выводы и заключительные замечания Значительную часть органического вещества, не входящего в состав биомассы, составляет детрит, но в дополнение к нему в состав такого органического вещества входит также растворенное органическое вещество (РОВ, dissolved organic matter, DOM; dissolved organic carbon, DOC), взвешенное органическое вещество (ВОВ, particulate organic matter), растительная мортмасса и другие виды органического вещества. Общность некоторых важных для биосферы функций, которые несут эти виды органического вещества, делает целесообразным объединение этих видов вещества под общим названием. Результаты проведенных опытов и анализ научной литературы приводят к следующим выводам. 1. Биогенный детрит, бывшее живое вещество (БЖВ, ex-living matter, ELM) выполняет важные экологические и биогеохимические функции. Среди них – кондиционирование геохимической среды, включая, например, связывание некоторых химических веществ и элементов, включая токсичные. Тем самым может снижаться концентрация этих токсичных компонентов в окружающей среде, в том числе в водной среде, что благотворно для условий обитания живых организмов. 2. Новые работы подтверждают ранее сделанное предсказание [78], что будут получены новые факты о большой роли БЖВ (ELM) в экологии, в функционировании биосферы, в очищении или кондиционировании компонентов окружающей среды, в том числе водной среды. 3. Необходим более полный учет роли БЖВ (ELM) при оценке воздействий на окружающую среду (ОВОС) и экологическом мониторинге. 4. Вышеупомянутые исследования иммобилизации токсичных химических элементов биогенным детритом вносят вклад в анализ фундаментальных концепций и систематизацию обширного эмпирического материала и накопленных фактов о геохимической среде и биосфере (например, [12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 27, 31, 35, 37, 38-42]), что полезно для понимания природных процессов обезвреживания токсичных элементов. На основе этого возникают дополнительные возможности по разработке экотехнологий очищения и обезвреживания отходов и сточных вод, возникающих в ходе промышленного производства [3, 21, 22]. Эти технологии будут основаны на сорбции токсичных веществ биогенным материалом. В целом проведенная работа приводит к пониманию более значительной и фундаментальной, чем полагали ранее, роли в биосфере детрита и других форм органического вещества, не входящего в состав биомассы. Фактически это вещество очень существенно вмешивается в миграцию элементов, иммобилизацию токсичных веществ. В результате снижается доступность этих веществ для живых организмов, происходит в определенной степени детоксикация среды обитания. Благодарность. Автор благодарит сотрудников лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ, профессора В.В.Ермакова за обсуждение и критические замечания. ЛИТЕРАТУРА. 1. Базилевич Н.И., Титлянова А.А., Смирнов В.В., Родин Л.Е., Нечаева Н.Т., Левин Ф.И. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. М.: Мысль, 1978. 182 с. 2. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 2008. 381 с. 3. Борисов М.С., Хабаров М.В., Хабаров В.Б., Ермаков В.В. Костно-суставная патология у крупного рогатого скота при гипермикроэлементозах // Ветеринария, 2008. № 11. С. 45-49. 4. Борисова Л.В., Демин Ю.В., Гатинская Н.Г., Ермаков В.В., Рябухин В.А., Божков О.Д. Определение рения в растительных материалах // Журнал аналитической химии, 2005. Т. 60. № 1. С. 97-103. 5. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы земли и ее окружения. М.: Наука, 1965. 374 с. 6. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М.: Наука, 1991. 271 с. 7. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Изд. дом Ноосфера, 2001. 244 с. 8. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008. 164 с. 9. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2009. 184 с. 10. Второва В.Н. Техногенез и биогеохимический круговорот веществ в лесных экосистемах Крайнего Севера // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы (Technogenesis and biogeochemical evolution of the biospheric taxons). М: Наука, 2003. С. 206-227. 11. Добровольский Г.В. К 80-летию выхода в свет книги В.И. Вернадского “Биосфера”. // Экологическая химия, 2007. Т. 16(3). С. 135–143. 12. Добровольский Г.В. О развитии некоторых концепций учения о биосфере // Вода: технология и экология, 2007. №1. С. 63-68. 13. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы. М.: Наука, 2000. 186 с. 14. Донченко В.К., Иванова В.В., Питулько В.М. Экологохимические особенности прибрежных акваторий. Спб.: НИЦЭБ РАН, 2008. 544 с. 15. Ермаков В.В. Биогеохимическая эволюция таксонов биосферы в условиях техногенеза // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы (Technogenesis and biogeochemical evolution of the biospheric taxons). М.: Наука, 2003. С. 5-22. 16. Ермаков В.В. Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы (Technogenesis and biogeochemical evolution of the biospheric taxons). - М: Наука, 2003. 351 с. 17. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф. Геохимическая экология животных. М.: Наука, 2008. 315 с. 18. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. М.: Экология, 1997. Т. 6. 606 с. 19. Ивантер Э.В., Медведев Н.В. Экологическая токсикология природных популяций. М.: Наука, 2007. 229 с. 20. Ковальский В.В. Проблемы биогеохимии микроэлементов и геохимической экологии. М.: Россельхозакадемия, 2009. 357 с. 21. Корж В.Д. Геохимия элементного состава гидросферы. М.: Наука, 1991. 244 с. 22. Липатникова О.А. Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование форм нахождения микроэлементов в донных отложениях Иваньковского водохранилища. Автореф….канд. геол.-минер. наук. Москва. МГУ, 2011. 25 с. 23. Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. М.: Наука, 1978. 392 с. 24. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: Геос, 2009. 186 с. 25. Моисеенко Т.И. Водная экотоксикология: фундаментальные и прикладные аспекты. М.: Наука, 2009. 400 c. 26. Моисеенко Т.И., Кудрявцева Л.П., Гашкина Н.А. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши. М.: Наука, 2006. 261 с. 27. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: Издательство Московского университета, 1986. 176 с. 28. Остроумов С.А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы теории // Доклады академии наук, 2004. Т. 396. № 1. С.136-141. 29. Остроумов С.А. Новая типология вещества и роль ex-living matter (ELM) в биосфере [New typology of matter and the role of ex-living matter (ELM)] // Ecological Studies, Hazards, Solutions, 2010. Vol.16. P. 62-65. 30. Остроумов С.А. Роль организмов в регуляции миграции химических элементов и перемещений вещества в экосистемах // Экология промышленного производства, 2010. Вып. 3. С. 26-31. 31. Остроумов С.А. Некоторые вопросы химико-биотических взаимодействий и новое в учении о биосфере // Ecological Studies, Hazards, Solutions. Vol. 17, М.: МАКС Пресс, 2011. 20 с. 32. Остроумов С.А. Обезвреживание токсичных элементов в биосфере и совершенствование экологического мониторинга // Экология промышленного производства, 2012. № 1. С. 26-33. 33. Остроумов С.А., Демина Л.Л. Экологическая биогеохимия и элементы (мышьяк, кобальт, железо, марганец, цинк, медь, кадмий, хром) в цистозире и биогенном детрите в морской модельной экосистеме: определение методом атомно-абсорбционной спектрометрии // Экологические системы и приборы, 2009. № 9. С. 42-45. 34. Остроумов С.А., Дёмина Л.Л. Тяжелые металлы (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr) в биогенном детрите микрокосмов с водными организмами // Экология промышленного производства, 2010. № 2. С. 53-56. 35. Остроумов С.А., Демина Л.Л., Колесов Г.М., Шестакова Т.В., Солдатов А.А., Тодераш И. К., Зубкова Е.И. Сопряжение геохимических и гидробиологических процессов. // В сб.: Ермаков В.В. (ред.) Развитие идей континентальной биогеохимии и геохимической экологии. Материалы биогеохимических чтений памяти В.В.Ковальского. М.: ГЕОХИ РАН, 2010. С. 152-160. 36. Остроумов С.А., Колесов Г.М. Детектирование в компонентах экосистем золота, урана и других элементов методом нейтронно-активационного анализа // Экологические системы и приборы, 2009. № 10. С. 37-40. 37. Остроумов С.А., Колесов Г.М. Выявление урана и тория в компонентах водных экосистем методом нейтронно-активационного анализа // Вода: химия и экология, 2009. № 10. С. 36-40. 38. Остроумов С.А., Колесов Г.М. Водный макрофит Ceratophyllum demersum иммобилизует Au после добавления в воду наночастиц // Доклады Академии наук, 2010. Т. 431. № 4. С. 566-569. http://www.scribd.com/doc/54991990/; 39. Остроумов С.А., Колесов Г.М. О роли биогенного детрита в аккумуляции элементов в водных системах // Сибирский экологический журнал. 2010, № 4. С. 525-531. http://www.scribd.com/doc/54994042/ 40. Остроумов С.А., Колесов Г.М. Редкие и рассеянные элементы в биогенном детрите: новая сторона роли организмов в биогенной миграции элементов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2010. Т. 12. № 1. С. 153-155. 41. Остроумов С.А., Колесов Г.М., Моисеева Ю.А. Изучение водных микрокосмов с моллюсками и растениями: содержание химических элементов в детрите // Вода: химия и экология, 2009. № 8. С. 18-24. 42. Остроумов С.А., Котелевцев С.В., Шестакова Т.В., Колотилова Н.Н., Поклонов В.А., Соломонова Е.А. Новое о фиторемедиационном потенциале: ускорение снижения концентраций тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu) в воде в присутствии элодеи // Экологическая химия, 2009. 18(2). С. 111-119. 43. Остроумов С.А., Шестакова Т.В. Снижение измеряемых концентраций Cu, Zn, Cd, Pb в воде экспериментальных систем с Ceratophyllum demersum: потенциал фиторемедиации // ДАН, 2009. Т. 428. № 2. С. 282 - 285. http://www.scribd.com/doc/53718816/. 44. Открытие нового вида опасных антропогенных воздействий в экологии животных и биосфере: ингибирование фильтрационной активности моллюсков поверхностно-активными веществами (ред. книги Г.В. Добровольский, Г.С. Розенберг, И.К. Тодераш). Москва: МАКС-Пресс, 2008. 108 с. 45. Панин М.С. Химическая экология / Под ред. С.Е. Кудайбергенова. Семипалатинск: Семипалатинский гос. ун – т им. Шакарима, 2002. 852 с. 46. Панин М.С. Химические элементы в компонентах окружающей среды некоторых промышленных центров Восточного Казахстана // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы (Technogenesis and biogeochemical evolution of the biospheric taxons). М.: Наука, 2003. С. 88-112. 47. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 2000. 763 с. 48. Польшаков В.И., Савельев О.Ю., Остроумов С.А. К вопросу о поведении наночастиц окислов металлов в биосфере: анализ взаимодействия наночастиц окиси цинка с аминокислотами методом спектроскопии ЯМР // Фундаментальные и инновационные аспекты биогеохимии. Материалы VII биогеохимической школы. 12 - 15 сентября 2011 г. Москва: ГЕОХИ РАН, 2011. С. 303-306. 49. Проблемы экологии и гидробиологии / Ред. Тодераш И.К., Остроумов С.А., Зубкова Е.И. М.: МАКС Пресс, 2008. 80 c. 50. Розенберг Г.С., Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии. Самара: Самарский Научн. Центр РАН, 1999. 396 с. 51. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М.: Высшая школа, 1994. 400 с. 52. Титлянова А.А., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Романова И.П. Подземные органы растений в травяных экосистемах. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. 128 с. 53. Федонкин М.А. Рецензия на книгу: Открытие нового вида опасных антропогенных воздействий в экологии животных и биосфере: ингибирование фильтрационной активности моллюсков поверхностно-активными веществами (Ред. Г.В. Добровольский, Г.С. Розенберг, И.К. Тодераш; Москва: МАКС-Пресс, 2008) // Вестник РАН, 2009. Т.79. № 8. С.749-750. 54. Янин Е.П. Экологическая геохимия и проблемы биогенной миграции химических элементов 3-го рода // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы (Technogenesis and biogeochemical evolution of the biospheric taxons). М.: Наука, 2003. С.37-75. 55. Degtyarev A.P., Ermakov V.V. Ecological and chemical evaluation of the Ardon river basin (Northern Osetiya) // Geochemistry International, 1997. Vol. 36. № 1. P. 79-84. 56. Johnson M.E., Ostroumov S.A., Tyson J.F., Xing B. Measuring the concentrations of elements including toxic metals in phytomass after incubation of aquatic macrophytes with nanoparticles of metal oxides // Fundamental and Innovative Aspects of Biogeochemistry. Materials VII Biogeochemical School. September 12 - 15, 2011 Moscow: V.I.Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences, 2011. P. 66-69. 57. Johnson M.E., Ostroumov S.A., Tyson J.F., Xing B. On the biogeochemistry and geochemical ecology of nanotechnology products: interactions of metal oxide nanoparticles with macrophytes and plant-derived materials // Problems of Biogeochemistry and Geochemical Ecology (Проблемы биогеохимии и геохимической экологии), 2011. № 17. P. 136-148. 58. Johnson M.E., Ostroumov S.A., Tyson J.F., Xing B. Study of the interactions between Elodea canadensis and CuO nanoparticles // Russian Journal of General Chemistry, 2011. Vol. 81. No. 13. P. 2688-2693. 59. Kirpichtchikova T., Manceau A., Spadini L., Panfili F., Marcus M., Jacquet T. Speciation and solubility of heavy metals in contaminated soil using X-ray microfluorescence, EXAFS spectroscopy, chemical extraction, and thodynamic modeling // Geochim. Cosmochim. Acta, 2006. Vol.70. P. 2163 – 2190. 60. McBride M.B. Transition metal binding in humic acids: an ESP study // Soil. Sci., 1978. Vol. 126. P. 200-209. 61. Morin G., Ostergren J.D., Juillot F., Ildefonse P., Galas G., Brown J. XAFS determination of the chemical form of lead in smelter-contaminated soils and mine tailings: importance of adsorption process // Am. Mineral., 1999. Vol. 84. P. 420 – 434. 62. Ostroumov S.A. Inhibitory analysis of top-down control: new keys to studying eutrophication, algal blooms, and water self-purification // Hydrobiologia, 2002. Vol. 469. P. 117-129. 63. Ostroumov. S.A. Aquatic ecosystem as a bioreactor: water purification and some other functions. // Rivista di Biologia - Biology Forum, 2004. Vol. 97(1) . P. 67–78. 64. Ostroumov S.A. On the multifunctional role of the biota in the self-purification of aquatic ecosystems. // Russian Journal of Ecology, 2005. Vol.36 (6). P. 414-420. 65. Ostroumov S.A. Some aspects of water filtering activity of filter-feeders. // Hydrobiologia, 2005. Vol.542. P. 275-286. 66. Ostroumov S.A., Widdows J. Inhibition of mussel suspension feeding by surfactants of three classes // Hydrobiologia, 2006. Vol. 556. P. 381-386. 67. Ostroumov S.A. Biological Effects of Surfactants. Boca Raton, London, New York: CRC Press. Taylor & Francis, 2006. 304 ps. 68. Ostroumov S. A. Basics of the molecular-ecological mechanism of water quality formation and water self-purification. // Contemporary Problems of Ecology, 2008. Vol. 1 (1). P. 147-152. 69. Ostroumov S. A. Biocontrol of water quality: Multifunctional role of biota in water self-purification // Russian Journal of General Chemistry, 2010. Vol. 80 (13). P. 2754-2761. 70. Ostroumov S. A. Studying the fate of pollutants in the environment: binding and immobilization of nanoparticles and chemical elements // Ecologica, 2011. Vol. 18. No. 62. P. 129-132. 71. Scheinost A., Krerzchmar R.S., Prister S., Roberts D.R. Combining selective sequential extractions, X-ray absorption spectroscopy, and principal component analysis for quantitative zinc speciation in soil // Environ. Sci. Technol., 2002. Vol. 36. P. 5021-5028. 72. Stark P. C., Rayson G. D. Comparisons of metal-ion binding to immobilized biogenic materials in a flowing system // Advances in Environmental Research, 2000. Vol. 4 (2). P. 113-122. doi:10.1016/S1093-0191(00)00012-5. 73. Summerhayes C., Thorpe S. (Eds.) Oceanography. London: Manson Publishing, 1996. 352 p. 74. Vernadsky V.I. Problems of biogeochemistry. The fundamental matter-energy difference between the living and inert natural bodies of the biosphere // Trans. Conn. Acad. Arts Sci., 1944. Vol. 35. P. 483-517. 75. Wetzel R. G. Limnology: Lake and River Ecosystems. San Diego: Acad. Press, 2001. 1006 ps. 76. Xia K., Bleam W., Helmke P.A. Studies of the nature of Cu and Pb binding sites in soil humic substances using X-ray absorption spectroscopy // Geochim. Cosmochim. Acta, 1997. Vol. 61. P. 2211-2221. 77. Xia K., Bleam W., Helmke P.A. Studies of the nature of binding of first row transition elements bound to aquatic and soil humic substances using X - ray absorption spectroscopy // Geochim. Cosmochim. Acta, 1997. Vol. 61. P. 2223-2235. 78. Остроумов С.А. Живое вещество и роль детрита в биогенной миграции микроэлементов. В книге: Ермаков В.В., Карпова Е.А., Корж В.Д., Остроумов С.А. Инновационные аспекты биогеохимии (М.: ГЕОХИ РАН, 2012), с. 103-133. 79. Остроумов С. А. О типологии основных видов вещества в биосфере. // Экологическая химия. 2011, т. 20(3) С.179–188. ВАЖНЕЙШИЙ ВЫВОД СТАТЬИ В САМОМ КРАТКОМ ВИДЕ: В СТАТЬЕ "Преобразование и детоксикация организмами среды обитания" (С.А.Остроумов, МГУ, c.283-293) дополнительно аргументируется новая типология вещества в биосфере, проведенная С.А.Остроумовым в предыдущих работах. Эта типология включает в себя новый тип вещества, который С.А.Остроумов назвал Ex-living matter (ELM, бывшее живое вещество, БЖВ). Среди сделанных в этой статье выводов следующее: "...бывшее живое вещество (БЖВ, Ex-living matter, ELM) выполняет важные экологические и биогеохимические функции. Среди них - кондиционирование геохимической среды, включая, например, связывание некоторых химических веществ и элементов... Новые работы подтверждают ранее сделанное предсказание (Остроумов, 2012), что будут получены новые факты о большой роли БЖВ (ELM) в экологии, в функционировании биосферы, в очищении или кондиционировании элементов окружающей среды..." (стр. 289).

Публикация в формате сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл сохранить в файл скрыть