Но плохо нас природа защитила:
Любое вещество не то, что в час —
В одно мгновенье истребляет нас.
Дж. Байрон. «Дон Жуан»
Свалившаяся на нас в последнее время масса публикаций на экологические темы вызвала к тому, что в общественном признании появился устойчивый образ врага, имя которому — тяжелые металлы. Однако для полного восприятия подлинной роли в биологических процессах представляется необходимым и справедливым изложить и обсудить ряд вопросов, которые позволят оценить роль тяжелых металлов в экосистеме.
Негативное воздействие на экосистему — преимущество тяжелых металлов?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим самый легкий металл — литий (порядковый номер 3). Несмотря на то, что дефицит лития в нашем организме вызывает тревожное и плохое настроение, при повышенной концентрации он токсичен. Так, чрезмерность металла вызывает головокружение, заторможенность, нарушение дыхания и деятельности сердечно-сосудистой, центральной нервной системы, а также дерматит лица и рук.
После лития идет бериллий, относящийся к токсичным металлам (в качестве сравнения приведем ПДК Be и Hg в воздухе производственных помещений, составляет 0,001 и 0,01 мг/м 3 ). Бериллий, а также его соединения обладают канцерогенным действием. Металл ослабляет, а после разрушает костную ткань, поражает лёгкие (фиброз). Заболевания, вызванные бериллием, могут возникнуть спустя 10–15 лет после прекращения контакта с металлом.
Совершенно безвреден (как считают многие) металл алюминий, который часто встречается в природе. Он обладает нейротоксическим действием: вызывает судороги, ослабление памяти, нарушение двигательной активности, а также имеются сведения о его мутагенной активности.
Таким образом, токсичность характерна не только тяжелым, но и другим металлам, иногда в значительной степени.
Однозначна ли оценка влияния тяжелых металлов на биосферу?
Рассматривая данный вопрос, необходимо упомянуть, что большинство тяжелых металлов (в большинстве случаев, переходные металлы четвертого периода) в сравнительно высоких концентрациях оказывают пагубное влияние на жизнедеятельность, как живой, так и неживой природы, в небольших концентрациях абсолютно необходимы для нормального функционирования различных организмов, так как относятся к биологически активным элементам.
К примеру, соединения меди довольно токсичны для представителей животного и растительного мира. Избыток ионов Cu 2+ в организме человека способен вызвать заболевания нервной системы, гастриты, язвенную болезнь желудка. Тем временем, медь, как и железо, оказывает значимое влияние для поддержания нормального состава крови. Недостаток меди в почве чревато заболевание животных анемией, а у растений способно вызвать приостановление хлорофилла, а также падает содержание в них витаминов.
Цинк в отличие от меди менее токсичен, однако избыток данного металла в организме способно понизить концентрацию кальция в крови и костной ткани. Наличие цинка в воздухе производственных помещений в виде пыли порой способно вызвать заболевание дыхательных путей, называемое «литейной лихорадкой». И в то же время, цинк — важный микроэлемент. Данный металл входит в состав инсулина (гормона поджелудочной железы), принимает участие в переносе углекислого газа, а также стимулирует рост растений.
Иногда роль тяжелых металлов в жизнедеятельности некоторых организмов остается неясной, однако их участие в процессах в ряде случаев твердо установлено. Известно, что корневая система способна поглощать ионы свинца. Например, метанококки — микроорганизмы, которые обитают на дне океана, поглощают тяжелые металлы в таких концентрациях, оказывающее летальный исход для большинства организмов, живущих на суше. Однако кислород для метанококков смертельно опасен.
Все ли тяжелые металлы оказывают схожую опасность для биологических объектов?
Огромное количество данных свидетельствуют о том, что токсичность тяжелых металлов зависит от химической формы существования. Например, соединения ионов хрома Cr 6+ в значительной степени более токсичны, чем соединения Cr 3+ , что находит отражение их в ПДК в питьевой воде — 0,05 и 0,5 мг/л соответственно.
Никель относится к тяжелым металлам с умеренной токсичностью (ПДК Ni 2+ в питьевой воде составляет 0,1 мг/л). При контакте кожи человека с никелевыми покрытиями (например, корпус, браслет часов; оправа очков) проявляется аллергический процесс при продолжительном контакте. Тетракарбонил никеля Ni(CO) 4 — одно из наиболее ядовитых веществ. Однако в диметилглиоксимате никеля (||) — очень прочном внутрикомплексном соединении красно-малинового цвета, никель весьма безопасен для человеческого организма. Данное соединение порой используют, как компонент губной помады.
Ртуть опасна для живых существ прежде всего потому, что в водных средах под действием микроорганизмов она превращается в ионы метилртути CH 3 Hg + и диметилртуть (CH 3 ) 2 Hg, которые способны проникать через липидные зоны биомембран, разрушая жизненно важные органы. Однако ртуть в виде минерала киновари HgS экологически не опасна. Возможно, это связано с крайне малой растворимостью сульфида ртути в воде, составляющей 5*10– 22 %.
В конечном итоге нельзя не учитывать общее влияние тяжелых металлов на биологические объекты. К примеру, для дафний было представлено, что токсичность тяжелых металлов при их совместном присутствии превышает ту опасность, которую представляют отдельные компоненты в тех же концентрациях. Таким образом, здесь, очевидно, наблюдается синергетический эффект.
Тяжелые металлы — токсиканты?
Отвечая на этот вопрос вспоминается висмут, который находится под номером 83. В периодической системе ему предшествует такие высокотоксичные тяжелые металлы, как ртуть, таллий и свинец, а после него располагаются радиоактивные и, следовательно, смертоносные для всего живого полоний, астат и радон. Удивительно, что несмотря на соседей вокруг, сам висмут, а также его соединения, относительно безвредны. Кроме того, некоторые соединения висмута находят применение в медицине, как антисептическое средство, при лечении желудочно-кишечных заболеваний и т. п.
Обусловленная токсичность многих тяжелых металлов может быть связана с их низкой биодоступностью. Об этом свидетельствует малое по сравнению с морскими донными отложениями содержание тяжелых металлов в моллюсках.
Итак, из вышеперечисленного следует, что влияние тяжелых металлов на биосферу спорно, их роль в обсуждаемом направлении еще не до конца изучена. Поэтому в оценке влияния тяжелых металлов на биологические процессы необходимо соблюдать рациональную осторожность. Действительно, тяжелые металлы обладают определенной, иногда весьма значительной токсичностью, однако проблема слишком сложна, чтобы приписывать всем им тот зловещий образ, который создается вокруг них временами несправедливо.
Литература:
- Абдокова Л. З. Синергетический эффект как результат эффективного управления // Фундаментальные исследования, 2016. № 10. — С.581.
- Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. — Л.: Агропромиздат- 1987. — С.143.
- Виноградов А. П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и окружающей средой. М.: Наука, 1985. -С. 720.
- Давыдова С. Л., Тагасов В. И. Тяжелые металлы, как супертоксиканты XXI века: Учебное пособие. — М.: Изд-во РУДН,2002. — С.140.
- Кретович В. Л. Биохимия растений. — М.: Высшая школа. — 1980. — С. 445.
- Левин С. В., Решетова И. С., Бабьева И. П. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. — М.: МГУ, 1980. — С.115–120.
- Медведев С. С. Физиология растений. — СПб: Изд-во СПбГУ. -2004. — С. 336.
- Мисик Ю. А. Познавательно-интеллектуальная игра по теме «Металлы» // Химия в школе. — 2020. — № 10. — С. 62.
