Урок по теме "Вещества экорегуляторы в природе"
методическая разработка по химии (11 класс) по теме

Информационный материал

Химические взаимодействия в живой природе

Вопрос возникновения сложных систем хемокоммуникаций в живой природе сопряжен с вопросами эволюции органического мира и возникновением приспособлений, многие симбиотические отношения имеют в своей основе ярко выраженные химические связи, например, симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых обеспечивается наличием в первых нитрогеназной ферментативной системы, катализирующей восстановление азота в аммиак.

В природе химические соединения осуществляют функции связи между организмами и средой в экосистемах, такие вещества называют посредниками, химическими экорегуляторами или хемомедиаторами.

Ферромоны - хемомедиаторы, участвующие в отношениях между особями  одного вида.

Алломоны - вещества, способствующие межвидовым взаимодействиям.

На действие абиотических факторов организмы могут отвечать продуцированием специфических веществ: эндометаболиты - оставаясь организме, смягчают воздействие фактора, например, вещества криопротекторы и антифризы у зимующих животных, экзометаболиты - выделяются во внешнюю среду и формируют ее свойства (например, перекись водорода, которая продуцируется некоторыми гидробионтами и определяет в некоторой степени окислительно-восстановительные свойства природной воды).

Все многообразие взаимодействий, осуществляемое в экосистемах хемомедиаторами, можно свести к следующим функциям:

Защитная, ее осуществляют многие ядовитые и репелентные вещества растений - например: алкалоиды покрытосеменных - кодеин, хинин, кофеин, стрихнин и др, другой пример - мускарин у мухомора, у животных оборонительную функцию несут специальные экскременты и токсины: 3 метилбутантиол у скунса.

Наступательная, паразитические грибы и некоторые бактерии используют химические средства нападения на жертву (ферменты - хитиназы, лигнин пектаназы, разрушающие клеточные стенки подвергащихся нападению растений).

Сдерживание конкурентов, некоторые высшие растения с помощью выделяемых ими хемомедиаторов подавляют рост или вызывают гибель растений-конкурентов, это могут быть органические кислоты, хиноны, фенолы и др. Так, с помощью токсина юглона (5-окси-альфа-нафтохинона) черный орех подавляет прорастание семян и развитие травянистых растений, животные метят свои участки с помощью органических соединений различной структуры (путресцин и кадаверин у лисицы, фенилуксусная кислота у песчанки).

Аттрактивная. Хемосигналы подобных соединений возбуждают пищевую, двигательную и (или) репродуктивную активность, к таким соединениям относятся половые ферромоны, например бомбикол (гексадекадиенол), выделяемый самкой бабочки тутового шелкопряда и привлекающий самца молекулы 5-н-гексилпроизводного гамма-лактона, обеспечивающие запах тропических плодов, приманивают некоторые виды летучих мышей (последние способствуют распространению семян), к соединениям этого класса можно отнести вещества-кайромоны, выделяемые животными жертвами и используемые хищниками для их поиска: например, молочная кислота теплокровных является хемосигнализатором для комаров.

Регуляция взаимоотношений внутри какой-либо социальной группы, соединения с такой функцией наиболее распространены у общественных насекомых, так, пчелиной маткой вырабатывается 9-окси-2-транс-деценовая кислота - так называемое "царское вещество" - которое способствует выполнению следующих функций: привлекать рабочих пчел к матке; подавлять развитие яичников у рабочих пчел; привлекать самцов к матке брачный период; подавлять активность пчел по строительству "царских ячеек" для будущей матки.

Снабжение организмов исходными веществами для формирования ферромонов, гормонов и др. гусеницы бабочек-данаид поедают некоторые виды молочаев, содержащих алкалоиды пирролюзидина. в организме эти соединения превращаются в производные пиррола, они отпугивают хищников, а у взрослых бабочек привлекают самцов.

Формирование среды обитания, гидробионтами выделяется в среду обитания множество экзометаболитов. так, выделяемые сине-зелеными водорослям токсины (например, анатоксина) делают непригодной среду обитания для большинства рыб, моллюсков и членистоногих, некоторые гидробионты выделяют антиоксиданты, Н2О2, что влияет на окислительно-восстановительные свойства природной воды.

Индикационная, выполняют роль сдерживания конкурентов, а также помогают ориентироваться в пространстве, капроновой кислотой некоторые муравьи термиты метят свой корм и дорожки, ведущие к нему, а изовалериановая_ кислота является маркером участка у антилоп-вилорогов северной Америки

Предупреждающая, у общественных насекомых обнаружены многочисленные "ферромоны тревоги". 2-гексеналь продуцируют и выбрасывают при опасности некоторые виды клопов и муравьев, муравьиная кислота у последних является сигналом тревоги и одновременно средством зашиты потревоженная или раненая актиния выделяет в воду (3-карбокси-2,Здиокси-п,п,п-триметил-1-пропанаммонийхлорид, который сигнализирует опасности соседям и вызывает смыкание щупалец.

Адаптационная к воздействию абиотических факторов, к ним относятся вещества, позволяющие существовать обитателям горячих источников, засоленных водоемов, у зимующих животных, полярных морских рыб обнаружены гликопептиты - белки-антифризы, блокирующие кристаллизацию внутриклеточной воды, дополнительными антифризами у зимующих насекомых служат многоатомные спирты - глицерин, криопротекторы (например, дисахарид трегалоза и аминокислота пролин у насекомых) препятствуют резким сокращениям клеток при замораживании, у лягушек, жаб роль криопротектора играет глюкоза, образующаяся из гликогена печени перед зимовкой.

Многие хемомедиаторы полифункциональны и отнести их к конкретной группе затруднительно.