9.12. Минеральное питание растений и животных

Автотрофное питание - это не только синтез углеводов из СО₂ и подходящего донора водорода, например воды, но и полное удовлетворение всех потребностей в других органических веществах, таких, как белки и нуклеиновые кислоты, за счет простых неорганических веществ (нитратов, сульфатов, фосфатов и др.). Некоторые минеральные вещества нужны и гетеротрофным организмам как существенное дополнение к органической пище. В большинстве случаев необходимы одни и те же элементы, поэтому здесь нам удобнее рассмотреть всю проблему минерального питания целиком; это позволит нам перекинуть мостик от автотрофного питания (гл. 9) к гетеротрофному (гл. 10).

Элементы, без которых невозможны рост и развитие того или иного организма, называют основными элементами. Главные из них - углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор. Кроме того, некоторые элементы (микроэлементы) требуются только в очень малом количестве (порядка нескольких частей на миллион). Всем организмам нужны марганец, железо, кобальт, медь и цинк, а некоторым еще и молибден, ванадий, хром и другие тяжелые металлы, а также бор, кремний, фтор и йод в определенных сочетаниях (см. табл. 5.1). Зеленые растения получают из почвы все нужные им элементы, кроме углерода, водорода и кислорода. Механизм поглощения минеральных солей мы рассмотрим в гл. 14.

Неорганические микроэлементы, необходимые гетеротрофным организмам (животным и грибам), иногда объединяют вместе с витаминами. Это связано с тем, что и витамины, и микроэлементы нужны лишь в очень малых количествах и играют сходную роль в метаболических процессах, часто выступая в качестве коферментов. С витаминами мы познакомимся в следующей главе. Автотрофные организмы сами синтезируют нужные им витамины. Элементы, необходимые в не столь малых количествах, называют макроэлементами. Недостаток любого из элементов питания вызывает определенное заболевание.

В табл. 9.10 приведены в качестве примеров некоторые функции важнейших элементов. Как видно из таблицы, минеральные элементы поглощаются растениями в виде ионов - либо анионов (отрицательно заряженных ионов), либо катионов (положительно заряженных ионов). Это относится и к микроэлементам, хотя их ионы в таблице не указаны.

Таблица 9.10. Некоторые основные элементы питания и их использование у живых организмов

Таблица 9.10. Продолжение

Таблица 9.10. Продолжение

Таблица 9.10. Продолжение

Все катионы можно разбить на две большие группы, а именно на ионы легких металлов, роль которых в клеточном метаболизме связана с их большой подвижностью, и ионы тяжелых металлов, например железа и меди, которые обычно фиксированы в мембранах митохондрий и хлоропластов. Животные получают не все нужные им элементы в виде неорганических солей. Например, основную часть азота они получают, поедая белковую пищу.

Географическое распределение отдельных элементов, особенно микроэлементов, очень неравномерно. Это один из факторов, от которых зависит распространение различных растений, а потому и животных. Чтобы почва была плодородной, в ней должны быть все необходимые микроэлементы, и притом в определенном соотношении. Правда, известны и исключения, когда растения буйно растут даже в зонах, сильно загрязненных тяжелыми металлами, например на терриконах или на тех местах, где находятся залежи природных минералов. Такие растения могут быть ядовитыми для травоядных животных; и наоборот, они могут оказаться очень полезными для человека, так как помогут прикрыть и украсить ранее неприглядные участки.