ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ - Навчальний посібник - В. М. Ісаєнко 2005

ВСТУП

Для збереження різноманітності живого, що є необхідною умовою існування біосфери, найістотніше значення має розуміння взаємодії її компонентів. Усебічне дослідження екосистем на різних рівнях потребує інтеграції екології з різними біологічними і небіологічними науками. Сучасні наукові результати, отримані з використанням біохімічних методів, а також екологічні дослідження, стали основою створення наукового напряму — екологічної біохімії.

Важливість інтеграції біологічних і хімічних підходів до аналізу явищ біосфери підкреслено ще у вченні В. І. Вернадського про біосферу. В екології, яка вивчає взаємодії живих організмів між собою та з навколишнім середовищем, суттєвим є з’ясування механізмів підтримування відносної рівноваги і сталості в екосистемах. У цьому плані саме біохімія як наука про хімічний склад, властивості, обмін речовин і перетворення енергії в живих організмах дає можливість визначити біохімічні взаємодії живих організмів в екосистемах. В основу цих взаємодій покладено той фактор, що хімічні сполуки, продукти метаболізму, біохімічні процеси відіграють істотну роль у складній регуляції взаємодій між організмами.

Еколого-біохімічні взаємодії, речовини та процеси, які беруть у них участь, відіграють надзвичайно важливу роль у формуванні множини конкретних трофічних ланцюгів в екосистемах. Суттєвим є вивчення регуляції трофічних відношень хімічними речовинами, більшість яких виникла в процесі еволюції. Різноманітні речовини- посередники беруть участь не тільки у трофічних взаємодіях у різних екологічних угрупованнях, а й у нетрофічних (хемомедіаторних, хемоефекторних тощо).

Основні функції екомедіаторів, екорегуляторів та екоефекторів:

1. Захист від консумента: стримування його харчової та репродуктивної активності, відстрашування, залякування. Так діють численні токсини або репеленти рослин, антифиданти, хемостерилянти, екскрети безхребетних тощо. Вплив таких речовин спрямований угору по трофічних ланцюгах.

2. Наступ на організми, які є об’єктами харчування. Такими речовинами є токсини бекзоферменти грибів, патогенних бактерій, токсини хижих звірів та ін. Дія подібних речовин спрямована, як правило, на організми нижчого трофічного рівня.

3. Стримування конкурентів того самого трофічного рівня. До таких речовин належать алелопатичні агенти в рослин, феромони тварин, антибіотики у грибів і прокаріотів тощо.

4. Приваблювання. Такий сигнал, що діє як заключний фактор, викликають різні атрактанти грибів, рослин, тварин, статеві феромони, кайромони та ін.

5. Регулювання взаємодій усередині популяції, групи особин, сім’ї, що спричиняються різнобічними феромонами та іншими хеморегуляторами. Ця функція має особливо велике значення в комах, які ведуть суспільний спосіб життя.

6. Забезпечення організмів речовинами-попередниками, з яких синтезуються необхідні гормони, ферменти чи речовини, що використовуються в готовому вигляді. До таких речовин належать попередники феромонів у метеликів, гормонів у дрозофіли, феромонів у членистоногих тощо.

7. Формування середовища мешкання. Такими речовинами є, наприклад, антиоксиданти, пероксид гідрогену та ін. у водних екосистемах, ряд речовин у ґрунті тощо.

8. Індикація місця мешкання для заселення або розмноження, орієнтація у просторі в разі зміни місця мешкання. Прикладами таких речовин є ті, що стимулюють осідання личинок гідробіонтів на субстраті, пошук у водному середовищі акваторій або узбережжя (риби, морські членистоногі, черепахи), орієнтування у просторі наземних хребетних і безхребетних тощо.

Численність хімічних екомодуляторів і важливість функцій, які вони виконують, свідчать про істотну небезпеку хімічного забруднення біосфери — загрозу порушення міжорганізмених зв’язків в екосистемах. Тому одним із важливих завдань екологічної біохімії є вивчення впливу ксенобіотиків та продуктів їхньої біотрансформації на взаємодію організмів в екосистемах.

Вивчення еколого-біохімічних взаємодій організмів в екосистемах, використання хімічних екорегуляторів, екомедіаторів, екоефекторів має суттєве значення не тільки для екології в цілому, а й для сільського господарства зокрема. Насамперед це стосується захисту сільськогосподарських рослин.

Отже, біологічні хеморегулятори значною мірою беруть участь у механізмах підтримки екологічної рівноваги в біосфері. Водночас різні ксенобіотики, які забруднюють біосферу, здатні порушувати екологічні процеси і в такий спосіб дестабілізувати екологічну рівновагу. У цьому аспекті екологічну біохімію можна визначити як науку (галузь біології), що вивчає особливості біохімічної стабілізації та дестабілізації екологічної рівноваги в біосфері. Предметом цієї науки є дослідження взаємодії між організмами в екосистемах, що опосередкована хімічними речовинами, і передусім регуляторами екологічних процесів. До таких хімічних речовин належать також антропогенні забруднювачі довкілля. Екологічна біохімія вивчає також біохімічні механізми пристосування організмів до екологічних умов, перетворення речовин, здатних впливати на екологічну рівновагу, та шляхи біотрансформацїї ксенобіотиків.

Основними об’єктами екологічної біохімії є організми, що біохімічно взаємодіють між собою, популяції, суспільства, а також конкретні речовини, які впливають на екологічні міжорганізмені взаємодії. Ці речовини є складовою екосистем і беруть участь у перебігу екологічних процесів у біосфері.