Биоге'нные элеме'нты, химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего это кислород (составляющий 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Успехи аналитической химии и спектрального анализа расширили перечень Б. э.: находят всё новые элементы, входящие в состав организмов в малых количествах (микроэлементы ), и открывают биологическую роль многих из них. В. И. Вернадский считал, что все химические элементы, постоянно присутствующие в клетках и тканях организмов в естественных условиях, вероятно, играют определенную физиологическую роль. Многие элементы имеют большое значение только для определённых групп живых существ (например, бор необходим для растений, ванадий — для асцидий и т.п.). Содержание тех или иных элементов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (в частности, для растений — от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов (табл. 1). При нарушении поступления в организм того или иного Б. э. возникают заболевания — биогеохимические эндемии, например зоб у человека при недостатке иода в воде и пище или чёрная пятнистость свёклы при нехватке бора (см. Биогеохимические провинции ). Элементы, постоянно содержащиеся в организмах млекопитающих, по их изученности и значению можно разделить на 3 группы (табл. 2): элементы, входящие в состав биологически активных соединений (ферменты, гормоны, витамины, пигменты) (I), они являются незаменимыми; элементы, физиологическая и биохимическая роль которых мало выяснена (II) или неизвестна (III).
Табл. 1. — Содержание химических элементов в организмах, в мг на 100 г сухого вещества (ср. данные; по Bowen, 1966)
Химический элемент | Растения | Животные | Бактерии | ||
морские | Наземные | морские | наземные | ||
С | 34500 | 45400 | 40000 | 46500 | 54000 |
O | 47000 | 41000 | 40000 | 18600 | 23000 |
N | 1500 | 3000 | 7500 | 10000 | 9600 |
H | 4100 | 5500 | 5200 | 7000 | 7400 |
Ca | 1000 | 1800 | 150-2000 | 20-8500 | 510 |
Mg | 520 | 320 | 500 | 100 | 700 |
Na | 3300 | 120 | 400—4800 | 400 | 460 |
K | 5200 | 1400 | 500-3000 | 740 | 11500 |
P | 350 | 230 | 400—1800 | 1700-4400 | 3000 |
S | 1200 | 340 | 500-1900 | 500 | 530 |
Cl | 470 | 200 | 500-9000 | 280 | 230 |
Si | 150-2000 | 20-500 | 7-100 | 12-600 | 18 |
Fe | 70 | 14 | 40 | 16 | 25 |
Cu | 1 | 1,4 | 0,4-5 | 0,24 | 4,2 |
Zn | 15 | 10 | 0,6—150 | 16 | — |
Cd | 0,04 | 0,06 | 0,015-0,3 | £0,05 | |
Sr | 26-140 | 2,6 | 2—50 | 1,4 | |
F | 0,45 | 0,05—4 | 0,2 | 15-50 | |
Br | 74 | 1,5 | 6-100 | 0,6 | |
I | 3—150 | 0,042 | 0,1-15 | 0,043 | |
Mn | 5,3 | 63 | 0,1-6 | 0,02 | 3 |
Co | 0,07 | 0.05 | 0,05-0,5 | 0,003 | |
Ni | 0,3 | 0,3 | 0,04-2,5 | 0,08 | |
Cr | 0,1 | 0,023 | 0,02—0,1 | 0,0075 | |
Мо | 0,045 | 0,09 | 0,06—0,25 | <0,02 | |
Se | 0,08 | 0,02 | — | 0,17 | |
V | 0,2 | 0,16 | 0,014—0,2 | 0,015 | |
B | 12 | 5 | 2—5 | 0,05 | |
Al | 6 | 50(0,05-400) | 1,5 | 0,4—10 | |
Be | 0,0001 | <0,01 | — | 0,00003—0,0002 | |
Ba | 3 | 1,4 | 0,02-0,3 | 0,075 | |
Li | 0,5 | 0,01 | 0,1 | <0,002 | |
Rb | 0,74 | 2 | 2 | 1,7 | |
Cs | 0,007 | 0,02 | — | 0,0064 | |
Ti | 1,2-8 | 0,1 | 0,02—2 | <0,02 | |
Ga | 0,05 | 0,006 | 0,05 | <0,0006 | |
As | 3 | 0,02 | 0,0005—0,03 | <0,02 | |
Ag | 0,025 | 0,006 | 0,3—1,1 | 0,0006(?) | |
Au | 0,0012 | <0,00005—0,0002 | 0,00003—0,0008 | 0,000023(?) | |
Hg | 0,003 | 0,0015 | — | 0,0046 | |
Zr | £2 | 0,064 | 0,01-0,1 | <0,03 | |
Sn | 0,1 | <0,03 | 0,02-2 | <0.015 | |
Sb | — | 0,006 | 0,02 | 0,0006 | |
La | 1 | 0,0085 | 0,01 | 0,00001 | |
W | 0,0035 | 0,007 | 0,00005—0,005 | (?) | |
Pb | 0,84 | 0,27 | 0,05 | 0,2 | |
Bi | — | 0,006 | 0,004-0,03 | 0,0004 | |
U | — | 0,0038 | — | 0,0013 | |
Hf | <0,04 | <0,001 | — | 0,004 |
Табл. 2. — Содержание химических элементов в организме млекопитающих
Содержание элементов, в % на сухое вещество (порядок величин) | Группы элементов | ||
I | II | III | |
незаменимые | роль мало выяснена | роль неизвестна | |
10 1 — 10 0 | О, C, H, N, Ca | ||
10 0 — 10 —1 | Р, К, Cl, S, Na | ||
10 —1 — 10 —2 | Mg | ||
10 —2 — 10 —3 | Zn, Fe | Sr | |
10 —3 — 10 —4 | Cu | Cd, Br | Li, Cs |
10 —3 — 10 —5 | I | F | Sn |
10 —4 — 10 —5 | Mn, V | В, Si | Al, Ba, Cr |
10 —4 — 10 —6 | Mo | Rb | |
10 —4 — 10 —7 | Be | Ag | |
10 —5 — 10 —6 | Co | Ni | Ga, Ce, As, Hg, Pb, Bi, Ti |
10 —5 — 10 —7 | Se | Sb, U | |
10 —6 — 10 —7 | Th | ||
10 —11 — 10 —12 | Ra |
Некоторые другие химические элементы также обнаружены в составе тех или иных организмов, но концентрация их в тканях и органах и их биологическая роль не изучены.
В. В. Ковальский.