EKOMENADZMENT I KOMPLEKS EKOLOKIH NAUKANa poetku treeg milenijuma oveanstvo se sree sa teko reivim problemima svog daljeg opstanka na planeti. Rast populacije svetskog stanovnistva dobija tendenciju eksponencijalnog rasta. lzrazito smanjivanje zaliha prirodnih resursa, a najpre energetskih i rudnih, praeno je nekontrolisanim rastom koliina otpadnih materija, kao i opasnog i radioaktivnog otpada. Naa planeta Zemlja postala je planeta neogranienog rasta stanovnitva i ogranienih resursa - vode, ruda i fosilnih goriva. Svake godine sa planete bez traga iezava jedna ivotinjska vrsta, a dnevno jedna biljna vrsta. Vegetacija ini osnovu celokupne ishrane a njena raznovrsnost osnovu farmaceutike. Brzina iezavanja ivih vrsta danas je hiljadu puta vea nego u vreme izumiranja dinosaurusa. U fokusu panje oveanstva nalaze se fenomeni izazvani antropogenim uticajem na ivotnu sredinu, kao na primer: kisele kie, smanjivanje ozonskog omotaa, efekat staklene bate i globalno otopljavanje, smanjivanje obradivog zemljita i deficit hrane, unitavanje uma i irenje pustinja, smanjivanje aliha neobnovljivih resursa, poveanje koncentracije razliitih zagaivaa, ukljuujui i radionuklide u biosferi, zagaivanje atmosfere, zagaivanje hidrosfere (povrinskih i podzemnih voda), smanjivanje biodiverziteta Reavanje ovih globalnih problema je dugotrajno i teko, ali je mogue putem angaovanja svih slojeva stanovnitva i svih strunjaka multidisciplinarnih oblasti u nauci i tehnici radi pribliavanja koncepciji odrivog. razvoja kako bi uticaj ovih fenomena na budunost oveanstva i itave planete bio sveden na znatno nii nivo. Radi povezivanja i koordinacije napora oveanstva u ouvanju ivotne sredine potrebno je uvoej novih disciplina, a pre svega novih grana nauka o menadmentu. Upravljanje procesima zatite ivotne sreine zasniva se na kompleksu razliitih ekolokih i multidisciplinarnih nauka.

1

Ekoloki menadmentEkoloki menadment, ekoloko upravljanje ili upravljanje zatitom ivotne sredine sa gledita terminologije identini su pojmovi. Oni predstavljaju sutinski nove koncepte za reavanje ekolokih problema u nae doba, doba mnogobrojnih lokalnih ekolokih katastrofa, koje prete globalnim unitenjem zdrave ivotne sredine i biosfere u celini. U biosferi se stalno odvijaju procesi organizacije ive materije kao rezultat razvoja - filogeneze, u toku kojeg se stalno stvaraju novi sistemi: organizam sredina. Moderan sistemsko-ekonomski prilaz ekolokom menadmentu pred- stavlja'novi poduhvat radi uspostavljanja ravnotee u mnogobrojnim sistemima: ovek - ivotna sredina.(Osnovni zadatak ekolokog menadmenta jeste pokuaj svoenja uticaja tehnolokog i privrednog razvoja na biosferu na minimalne dimenzije, kao uslov opstanka'biljnog i ivotinjskog svetaj(Jovanovi, 1998). Na taj nain, ekoloki menadment ukljuuje znanje o svim posledicama tehnolokog razvoja i merama ublaavanja ovog uticaja na ekosistem. Tu su neophodna znanja o ekologiji uopte, kao nauci o ouvanju biosfere i zdrave ivotne sredine za oveka. Ekoloki menadment je veoma kompleksna disciplina, koja spaja domene razlicitih nauka i granine naune oblasti: nauku o menadmentu sa ekologijom, nauke o okolini - biogeohemiju, geohemiju, biologiju uopte sa naukom o pravnoj zatiti okoline, i nauke o tehnolokom razvoju i ekotehnologiju sa biolokim naukama i pravnim naukama (zakonodavstvom u tom domenu). nauke o stanju ivotne sredine sa sociolokim naukama. Ekoloki menadment je nova nauna disciplina iji je cilj da na osnovu saznanja i injenica o ekolokim uslovima promeni postojee stanje zagadenja i degradacije ovekove okoline koristei metode ekolokog inenjeringa i pravno- ekonomske instrumente u skladu s postojeim zakonima, propisima i meunarodnim standardima uz vaspitavanje svih slojeva stanovnitva u skladu sa koncepcijom odrivog razvoja.

Ekologija i njen praktini znaajEkologija (od gr. oikos - stanite, mesto bosravka) jeste bioloka nauka koja proucava organizaciju i funkcioriisanje sistema razliitog nivoa: pepulacija, vrsta, biocenoza, ekosistema, biogenocenoza i biosfera.Ekologija2

se esto definie i kao nauka o meusobnim odnosima organizama i njihovim odnosima sa spoljanjom sredinom. Savremena ekologija takoe intenzivno prouava interakciju oveka i biosfere. Na savremenoj etapi razvoja ljudskog drutva, kada je kao rezultat nauno - tehnike revolucije znatno pojaan njegov uticaj na biosferu, praktian znaaj ekologije je veoma veliki. Ona predstavlja naunu osnovu za sve mere u oblasti korienja i zatite prirodnih resursa, kao i zatite ivotne sredine. Poznavanje osnovnih principa transformacije materije i energije u prirodnim ekosistemima stvara teorijsku osnovu za razradu praktinih mera poveavanja kvantiteta i kvaliteta prehrambenih proizvoda, koji se stvaraju u biosferi. Istraivanje prirodnih mehanizama za regulaciju veliine populacije predstavlja osnovu za planiranje i razradu sistema mera za upravljanje brojnou ekonomski vanih i vrsta. Poznavanje osnovnih faktora dinamike popalacije neophodno je u borbi s poljoprivrednim i umskim tetoinama, s prenosiocima zaraznih bolesti. Tako dostignua ekologije omoguavaju transformaciju sistema borbe sa tetoinama prelaenjem sa pokuaja njihovog potpunog istrebljenja pomou pesticida irokog dejstva koji nanose veliku tetu itavoj biogeocenozi, na regulaciju brojnosti pojedinih vrsta tetoina biolokim i agrotehnikim metodama i samo u ogramenojmen hemijskim metodama.

Ekologija predstavlja teorijsku osnovu za prelazak na kultivisanje idruge obhke racionalnijeg korienja divljih biljaka i ivotinja. Racionalno upravljanje lovom i ribolovom takoe je zasnovano na koncepciji zatite ivotne sredine. Ekologija prouava odnos i interakciju izmeu poljoprivrednih i prirodtih ekosistema, kultivisanog i prirodnog zemljita. Jedan od vanih praktinih zadataka ekologije jeste prouavanje eutrofikacije unutar vodenih basena, do koje dolazi usled naruavanja njihovog biolokog i hidrohemijskog reima to dovodi do neeljenih posledica: masovnog razvoja planktonskih modrozelenih algi ( cvetanje vode), iezavanja kvalitetnih vrsta ribe, opadanja kvaliteta vode. Razrada mera za zatitu i racionalno korienje prirode, stvaranje mree rezervata i nacionalnih parkova, kao i prostorno planiranje takoe se zasnivaju na preporukama ekologa.

3

Geohemija i biogeohemija GeohemijaRazvoj geohemije i biogehemije potvrdio je da se podrazumeva delatnost oveanstva pretvara u moan geohemijski faktor, to je predstavljalo osnovu za definisanje nove geoloke ere antropogene (ruski geolog A. P. Pavlov) ili psihozojske (ameriki naunik . uhert). Geohemija (od gr. geo zemlja i hemija) jeste nauka o hemijskom sastavu Zemlje , zakonitostima rasprostranjenosti i raspodele hemijskih elemenata, naina kombinovanja i migracije atoma tokom prirodnih procesa. Njeni koreni steu u prolosti geoloki i mineroloki znanja. Geohemijske ideje pojavile su se krajem XVIII veka. Nemaki geolog K. G. Biof, francuski geolog L. Eli de Bomon i drugi sakupljli su geohemijske podatke o sastavu i migraciji supstanci u vodenim rastvorima, kao i pri magmatskim procesima. vedski hemiar i minerelog Bercelijus je u prvoj polovini XIX veka prouavao hemijski sastav velikog broja minerala i prvi predloio njihovu klasifikaciju. Hemijska analiza minerala i stena, istraivanje hemijskog sastava prirodnih gasova i voda, hemijsko ispitivanje ruda i drugih mineralnih sirovina omoguili su sredinom XIX veka postavljanje osnova geohemije kao nauke. vajcarski hemiar K. F. enbajn je 1838. godine prvi uveo tretman geohemija. Do pocetka XX veka sakupljena su mnogobrojna znanja u okviru geohenuje. Prvu opirnu sistizaciju ovih znanja dao je 1882. godine amencki geohemicar F. Klark. Formulacija osnovnih zadataka geohemije pripada ruskim naunicima V. I. Vemadskom i A E. Fersmanu i norvekom nauniku V. M. Goldsmitu. Ucenici VeraadskogVFersmana (A. P. Vinogradov, D. I. erbakov, P. R Cvmsla N. V Belov, A. G. Betehtin, N. M. Strahov, V. S. Soboljev, K. A. Nenadkevic, V. G Hlopin A A. Saukov, K. A. Vlasov, V. V. Serbina, V. I. Gerasimovski, N. I Hitarov, A. K. Lavruhina, A. A Jaroevski i dr.) u SSSR razradili su mnoga opta i specijalna pitanja geohemije. U drugoj polovini XX veka pojacana su istraiva|a radioaktivnosti stena i minerala, razvijena je izotopna geohemija, iroko se razvio rad na utvrivanju apsolutne starosti stena itd. Zajedno sa razvojem novih metoda merenja i usavravanja tehnologija i mernih aparata postalo je mogue odrediti starost stena i minerala u meteontima, na Mesecu i u leitima ruda, starost fosila i dr. (Jakupi i dr., 1982). Geohemija je multidisciplinarna nauka. Njen predmet se nalazi u graninim oblastima izmeu kompleksa geolokih, fizikohemijskih i hemijskih nauka. Preko biogeohemije povezana je s kompleksom biolokih nauka. Geohemija i biogeohemija lee u osnovi jedne egzaktne nauke geohemijske ekologije.

4

BiogeohemijaBiogeohemija je deo geohemije koji se odnosi na prouavanje sadraja i raspodele hemijskih elemenata u biosferi. Aktivnost ivog sveta dovodi do rasejavanja ili koncentrisanja hemijskih elemenata u najviim delovima Zemljine kore (biogeohemijske provincije). Biosfera u celini stvara jedinstveni ekoloki sistem nae planete Zemlje. Biosfera (od gr. bio... i sfera) predstavlja Zemljinu sferu iji su sastav, struktura i energetika u glavnim crtama uslovljeni nekadanjom ili sadanjom delatnou ivih organizama. Biosfera obuhvata deo atmosfere, hidrosferu i gornji deo litosfere, koji su uzajamno povezani sloenim biogeohemijskim ciklusima migracije materije i energije (po V. I. Vernadskom - biogena migracija atoma). Poetnu fazu ovih ciklusa predstavlja transformacija Suneve energije od strane biljaka i fotohemosinteza biogenih materija. Suneva energija je glavni faktor u procesu sinteze ive materije koja se nalazi u stanju stalne razmene s geohemijskom sredinom. Svake godine se na kopnu stvara i razara 10-55 milijardi tona organske materije. Pri tome se veina hemijskih elemenata, meu njima i azot, akumulira u zemljitu, a kiseonik, ugljenik (u obliku ugljen-dioksida) i vodonik se na kraju izdvajaju u gasovitom oblikul U masi ive materije Zemlje nalazi se oko 7 biliona tona kiseonika, 1.8 biliona tona ugljenika, 1 bilion tona vodonika, po 300 milijardi tona azota i kalijuma, 200 milijardi tona silicijuma, 500 milijardi tona kalcijuma, po 20 milijardi tona natrijuma i hlora, 40 milijardi tona magnezijuma, 10 milijardi tona gvoa, 70 milijardi tona fosfora, 50 milijardi tona sumpora, 5 milijardi tona aluminijuma, po 1 milijarda tona bora, mangana i torijuma, 2 milijarde tona stroncijuma, 500 miliona tona cinka, 200 miliona tona bakra, po 10 miliona tona molibdena i joda, po 50 miliona tona nikla i olova (Kovaljski, 1973). Svi hemijski elementi, koji ulaze u sastav ive materije, obrazuju biogene cikluse. iva materija svake godine uzima iz sredine i ukljuuje u proces razmene materije milijarde tona hemijskih elemenata, izdvajajui u spoljanju sredinu nove oblike je'dinjenja, koja se obrazuju u ivim organizmima. Biogeni ciklusi hemijskih elemenata veoma se razlikuju po trajanju. Pri savremenim razmerama fotosinteze za potpuno obnavljanje ugljen-dioksida u atmosferi potrebno je, na primer, 300 godina, a kiseonika 2000 godina. U biogenom ciklusu azota veliku vanost za plodnost zemljita ima akumulacija azota u zemljitu pomou mikroorganizama (preko 400 miliona tona godinje). Tokom istorije Zemlje kiseonik, azot i ugljen-dioksid su u procesu biogene migracije mnogo puta proli kroz ivu materiju. Ovi gasovi imaju5

biogeno poreklo. Evolucija spoljanjih Zemljinih sfera zavisi od biogene migracije hemijskih elemenata. Njene dimenzije je teko oceniti, ako se uzme u obzir da granitni omota Zemlje moda predstavlja metamorfisane sedimentne stene "nekadanjih biosfera". Optu teoriju biosfere stvorio je dvadesetih i tridesetih godina XX veka ruski naunik V. I. Vernadski razvijajui ideje V, V. Dokuajeva o kompleksnoj prirodno-istorijskoj analizi uzajamno povezanih objekata i pojava u prirodi i utvrivanju prirodnih zakonitosti za objekte heterogene strukture i sastava. U granicama biosfere sreu se ili iva materija ili tragovi njene biohemijske delatnosti. Gasovi atmosfere (kiseonik, azot, ugljen-dioksid), prirodne vode, kao i kaustobioliti (nafta, ugalj), neki krenjaci, gline i njihove metamorfne stene (kriljci, mermeri i dr.) u osnovi su proizvod ive materije planete. Slojeve Zemljine kore koji sada ne sadre ivu materiju, ali su u geolokoj prolosti bili transformisani pod njenim uticajem, Vernadski je ubrajao u oblast "nekadanjih biosfera". Povean interes za prouavanje biosfere izazvan je time to je lokalni uticaj oveka na biosferu, koji je bio karakteristian za itav raniji period njegovog postojanja, zamenjen u XX veku njegovim globalnim uticajem na sastav, strukturu i resurse biosfere. Na planeti ne postoji nijedan deli kopna i mora gde se ne mogu nai tragovi ovekove delatnosti. Jedan od karakteristinih primera jesu globalne radioaktivne padavine, kao posledica nuklearnih eksplozija. U atmosferi, okeanu i na kopnu svuda postoje (makar i u neznatnim koliinama) produkti saigorevanja nafte, uglja i gasova, otpad hemijske i druge industrije, herbicidi, pesticidi i vetaka ubriva koje voda i vetar raznose sa njiva. Intenzivno i neracionalno korienje resufsa biosfere vode, nafte, biolokih i drugih resursa, pojaano trkom u naoruanju, atomskim probama itd. sruilo je mit o beskonanosti i neiscrpnosti ovih resursa. Mnogobrojni primeri razorne delatnosti oveka i, naalost, retki primeri njegove stvaraiake delatnosti (ukljuujui zatitu prirode) svedoe o aktuelnosti novog prilaza - koncepcije odrivog razvoja - razumnog postupanja s prirodom od strane razumnog oveanstva. Teorija V. I. Vernadskog o biosferi i njenom pretvaranju u noosferu povezana je s novim shvatanjima geolokih posledica socijalne i proizvodne aktivnosti oveanstva. Noosfera (od gr. nos - razum i sfera) jeste sfera uzajamnog delovanja prirode i drutva, u okviru koje razumna ljudska delatnost postaje glavni, odreujui faktor razvoja (slini su termini: tehnosfera, antroposfera i6

sociosfera). Noosfera je nova, via faza biosfere, povezana s nastankom i razvojem oveanstva u njoj. Poznavajui. prirodne zakone i usavravajui tehniku. i tehnologiju oveanstvo postaje najvea snaga i poinje sutinski da uti& na odvijanje procesa na Zemlji (i prostoru oko nje), duboko je menjajui svojim radom. Nastanak i razvoj oveanstva, kao nove snage koja menja prirodu, doveli su do pojave novih oblika razmene materije i energije izmeu prirode i drutva, do rastueg biogeohemijskog i drugog uticaja oveka na biosferu. Biogeohemija i geohemija daju osnove za prouavanje ekoloke situacije koristei urono-posledine veze izmeu hemijskog sastava komponenata spoljne sredine - ivotne okoline i biolokih procesa u ivim organizmima, to se javlja osnovnim predmetom nove multidisciplinarne nauke - geohemijske ekologije.

Geohemijska ekologijaGeohemijska ekologija je nauka o zavisnosti ivota od mesta boravka organizma i uslova spoljanje sredine, o interakciji organizama i njihovih zajednica s geohemijskom sredinom i o biosferi kao jedinstvenom sistemu organizama i sredine. Cilj prouavanja interakcije organizama i sredine jeste objanjenje procesa prilagoavanja na uslove sredine. Otkrivanje genetske prirode adaptacije predstavlja osnovu shvatanja evolucije vrsta promenljivosti mutacija, odabiranja i selekcije. Geohemijska ekologija prouava zavisnost promenljivosti procesa mikroorganizma na razliitim nivoima sloenosti organizama) od faktora spoljanje sredine i odredjuje njihov adaptivni karakter). Predmet prouavanja ekologije treba da bude organizam, posmatran u svojoj sredini. Hemijske veze svakog organizma sa sredinom u biosferi ostvaruju se ne samo preko biogeohemijskih lanaca ishrane - hemijski elementi zemljita, vode, vazduha i lanaca ishrane organizama, ve zavise i od objedinjavanja organizama u zajednice, kao to su populacije i biocenozej Od velikog je interesa prouavanje uloge pojedinih elemenata ili njihovih kombinacija u promenljivosti fiziolokih funkcija biljaka i mikroflore zemljita. Ova istraivanja su bliska zadacima eksperimentalne geohemijske ekologije. Ekoloka hemija prouava uticaj delovanja hemijskih faktora na biosferu, pri emu se uglavnom koncentrie na

7

prouavanje delovanja toksinih materija (pesticida, herbicida, defolijanata) na organizme, kao i jedinjenja ive, olova, kadmijuma i dr. Jedan od glavnih problema geohemijske ekologije predstavlja migracija i uloga hemijskih elemenata u lananom nizu: stene, zemljite, biijke i ivotinje i najzad ovek sa promenama zdravstvenog stanja. Ovaj problem u stvari obuhvata dve grupe: kontaminaciju organizama toksinim i kancerogenim supstancama, negativan uticaj deficitarnosti ivotne sredine u bioloki esencijalnim elementima kao posledice geohemijskih procesa ili delovanja oveka Interdisciplinarna prouavanja ove grupe problema dovela su do znaajnih otkria, koja su ukazala na tesnu povezanost deficita pojedinih esencijalnih elemenata i zemljita i razvia degenerativnih oboljenja kod oveka, ukljuujui bolest srca i krvnih sudova, razliite vrste malignih procesa i endemsku nefropatiju.

Biogeohemijski lanci ishraneZnaaj geohemijska sredine za razvoj organizma i evoluciju ivota odreen je time to mnogi hemijski elementi uestvuju u procesima razmene materije i ulaze u sastav biolokih aktivnih jedinjenja. Zato je nehomogenost geohemijske sredine jedan od vanih uzoraka promenljivosti razmene materije i sinteze bioloki aktivnih jedinjena u organizmu. Kod ivotinja na primer koje ive na teritorijama koje se nalaze u neposrednoj blizini, ali se razlikuju po sadraju karbonata u zemljitu, na razliite naine se ostvaruje sinteza vitamina B12 od strane mikroflore organa za varenje, pa koliina ovog jedinjenja u organizmima takodje razliita. Zakonitost migracije hemijskih elemenata u biosferi ne moze se shvatiti akose ne utvrde putevi i procesi njihove koncentracje , razmene u i organizmima, potrebe organizama za mikroelementima, njihove graninekoncenttacije i priroda jedinjenja koja sadre mikroelemente, ciji se procesi menjaju u procesu migracije tooz zemljiSte, vodu, te.a ivih mikroorgamzama, biljia i ivotinja. Pri tome u lancu ishrane dolaz, do "prosejavanja - smanjivanja koncentracije jednih hemijskih elemenata, , akumul,ictje: - poveanja koncentracije drugih elemenataJPri prouavanju ov,h pitanja ukrsta u se domeni biogeohemije i biohemije. Potrebno je kompleksno proucavanje procesa selektivne koncentracije mikroelemenata od strane biljaka i zivotmja, uea mikroelemenata u razmeni materija, uslova , procesa sinteze u organizmima, fermenata i drugih bioloki aktivnih

8

jedinjenja koja sadrze mikroelemente, biohemijskih i fiziolokih mehanizama njihove bio oske aktivnosti, promenljivosti razmene materije x morfolokih karaktenstika u sluaju razliite koncentracije hemijskih elemenata u geohemijskoj sredini, uloge geohemijskih faktora sredine u evoluciji organizama (prirodno odabiranje, prilagoavanje, obrazovanje vrsta).

Slika 1. Biogeohemijski lanci ishrane (migracije, hemijskih elemenata)

9

Hemijski elementarni sastav organizmaDo sada ie nepobitno utvrdeno da su mnogi mikroelementi neophodni za ivot biljaka, ivotinja i oveka. . Pri njihovom nedostatku ilt v.sku dolaz, do naraavanja razmene materija i oboljenja. U takve elemente spadaju Cu, Co, Zn, Mn J Mo. Se, F, Sr, B, Cd, V. Praktinu primenu u stocarstvu imaju J, Co, Cu, Zn,Mg, Mo i F za koje su odreeni normativi potreba za pojedme vrste domaih ivotinja Takoe su odreeni i normativi primene nekih mikroelemenata (Cu, Mn, Zn, Mo, B) u vetakim djubrivima. S teorijske take gledita, primena mikroelemenata u stoarstvu i ratarstvu zahteva dalja istraivanja, to se pre svega odnosi na ulogu slabije proucemh elemenata, kao to su Gd, Cr, Sr, B, Be, Ni, V, Li, Rb, Cs, Ba, Al, Sc, Ga, Ge, As, Nb. U sastavu ivih organizama kvantitativno je odreeno 66-68 elemenata. Utvreno je da 47 od njih predstavljaju stalne sastavne komponente zivih organizama. To su biogeni hemijski elementi.Na savremenom mvou znanja spisak biogenih elemenata ne moe se strogo ograniiti, poto postoji mogucnost otkrivanja bioloke uloge i drugih hemijskih elemenata. Kvantitativne karakteristike sadraja niza mikroelemenata jo uvek nisu poznate ili su nepouzdane, zbog ega je jo uvek rano izvlaiti konane zakljuke o hemijskom elementarnom sastavu ivih organizama. Na osnovu podataka iz literature mogue je utvrditi razlike elementaraog hemijskog sastava morskih i suvozemnih biljaka, morskih i suvozemnih ivotinja, bakterija itd. Sada se hemijski dgmeiiti po izuenosti njihovog znaaja za sisare mogu podeliti u tri grupe. Hemijski elementi prve grupe (O, C, H, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, J, Mn, V, Mo, Co, Se) stalno se nalaze u orgamzmima, uestvuju u razmeni materija, ulaze u sastav hemijskih jedinjenja, ukljuujui bioloki aktivna jedinjenja (npr. fermenti, hormoni, vitamini, pigmenti). Ovi elementi su nezamenljivi za ivot. Hemijski elementi druge grupe (Sr, Cd, Br, F, B, Si, Cr, Be, Ni, Li, Cs, Sn, Ai, Ba, Rb, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Bi, Sb, U, Th, Ra) takoe se stalno nalaze u organizmima, ali su oblici njihovih veza jo uvek slabo proueni, a njihova fizioloka i biohemijska uloga slabo je poznata ili nepoznata. Sadraj biogenih elemenata u organizmima sisara pokazuje mogunost izmene hemijskog sastava organizama zavisno od vrste i sastava sredine, godinjeg doba i doba dana.

10

U treu grupu spadaju elementi koji sunaeni u sastavu organizama sisara, ali njihove koncentracije nisu prouene niti je poznata njihova bioloka uloga (Sc, Nb, Y, In, Te, La, Nd, Sm, Eu, Tb, W, Re). Pokuavano je da se utvrdi zakonitost raspodele hemijskih elemenata, vanih i nezamenljivih za ive organizme, u periodnom sistemu Mendeljejeva. Vinogradov je pokazao da u optem obliku postoji jedan zakon raspodele hemijskih elemenata u litosferi i biosferi i da hemijski sastav organizama i ive materije predstavlja odraz hemijskog sastava prirodne sredine. On je utvrdio da je kvantitativni sadraj pojedinih hemijskih elemenata u ivoj materiji obrnuto proporcionalan njihovoj atomskoj mai (odnosno atomskom broju). Za prvih 50-60 hemijskih elemenata ve je utvrena periodinost njihovog kvantitativnog sadraja u ivoj materiji, koja odgovara periodama sistema Mendeljejeva. Mnogo puta je pokuavano da se utvrdi zato organizmi koriste odreene elemente za stvaranje ive materije i ivotne procese. Tako je Show (1964), polazei od poznate injenice da periodni sistem elemenata predstavlja najsavreniju klasifikaciju svih atoriia koji postoje u prirodi, uporedio njihovu elektronsku strukturu, atomsku masu i atomski broj s fizikohemijskim osobinama i sposobnou ive materije da koristi atome u ivotnim procesima. Uporeivane fizikohemijske osobine atoma omoguavaju utvrivanje onih osobina, koje su vane za ivu materiju. Odluujuu ulogu pri tome ima kombinacija razliitih osobina datog atoma i njegova dostupnost organizmima u spoljanoj sredini. Na slici 2 je predstavljen periodni sistem elemenata u kojem su oznaeni elementi neophodni za ivot. Istina, predstava o takvim elementima menja se sa utvrivanjem bioloke uloge novih elemenata. Ipak, na osnovu sistema Mendeljejeva s prilinom pouzdanou moe se predskazati kod kojih se elemenata moe oekivati otkrivanje bioloke uloge. Tako, na primer, na osnovu mesta berilijuma u tablici elemenata moe se oekivati njegovo uee u fermentnim sistemima; vanadijum, verovatno, ulazi u oksidaciono-redukcione sisteme razliitih tkiva; moe se takodje pretpostaviti da hrom, kao i nikal, ulazi u sastav za sada nepoznatih fermenata; bioloka uloga titana i skandijuma moe biti neoekivano vana; koordinaciona jedinjenja galijuma mogu imati fermentna svojstva itd. Geohemijska ekologija prouava organizme u jedinstvu s prirodnom ' geohemijskom sredinom u uslovima niskog, normalnog i visokog sadraja pojedinih elemenata u njoj, kao i izmenu njihovog odnosa. Njena uloga u utvrivanju biolokog znaaja novih hemijskih elemenata jeste ogromna. U tim uslovima razliita prirodna akumulacija hemijskih elemenata u organizmu omoguava utvrivanje veze, uzrono-posledine zavisnosti promene oblika11

njihovih jedinjenja i uea omoguava utvrivanje veze, uzrono-posledine zavisnosti promene oblika njihovih jedinjenja i uea u procesima metabolizma (razmena materija).

Grupa 0 Pprioda 1 2 3 4 5 6 7 He Ne

I H Li Na K Cu RbAg

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

0 He Ne

Be Mg Ca Zn Sr Cd Ba Hfi Ra

c A1 Si Sc Ti Ga Ge Y In La T1 Ac Zr Sn Ce Pb Th

N P V As Nb Sb Bi Ta Pa

O s

F Fe Co Ni Ru Rh Pd \ Os Ir Pt

Cl Cr Mn Se Br MI o Te W Po U

Kr Xe Rn

Kr Xe Rn

Cs Au

Slika 2. Raspored ivotno vanih hemijskih elemenata u periodnom sistemu Mendeljejeva

BiomonotoringProcena uticaja razliitih faktora ivotne sredine na zdravlje jeste sloen proces koji zahteva multidisciplinami pristup prouavanju na nivou ekosistema (Kataranovski, Kataranovski, 1997).U okviru istraivanja sloenog odnosa koji postoji izmeu izloenosti zagaenju ivotne sredine i posledica po ivi organizam, neophodno je za svaki posebni agens - polutant prikupiti odgovarajue bioloke podatke, zatim podatke o odnosu doza odgovor, kao i o samoj izloenosti? U ovim istraivanjima su nezamenljiva ispitivanja na eksperimentalnirir ivotinjama, jer omoguuju utvrivanje veze izmeu posmatranog ksenobiotika - polutanta i neeljenih efekata i mogu znaajno pomoi pri interpretaciji podataka biolokog monitoringa. Pod biolokim monitoringom podrazumeva se praenje akumulacije zagaujuih matenja ili njihovih tetnih sastojaka u tkivima i organima, kao i odgovarajuih biohemijskih, morfolokih, fiziolokih i patolokih promena kod jedinki, odnosno populaciono-ekolokih promena kod biljaka i ivotinja.12

Bioloki monitoring prua velike mogunosti za istraivanje uticaja ivotne sredine na organizam i praenje promena njenog stanja, jer moe da detektuje simptome zagadenja, tj. ekoloke efekte. U okviru biolokog monitoringa posebno znaajno mesto zauzima praenje stanja biljnog i ivotinjskog sveta pomou biolokih markera. Postoje mnogobrojne detaljno opisane metodologije biolokog monitoringa koje su objavile razliite nacionalne i internacionalne ustanove i organizacije, kao to su Agencija za kontrolu hrane i lekova SAD (Food and Drug Administration: Code of Federal Regulations, 1978), Agencija za zatitu ivotne sredine SAD (Environmental Protection Agency: Federal Register, 1983), Organizacija za ekonomsku saradnju i razvoj (OECD: Guidelines for Testing of Chemicals). U ovim publikacijama su, na primer, date preporuke za merenje razliitih parametara radi detekcije moguih oteenja organa kod laboratorijskog pacova (Rattus norvegicus). I druge laboratorijske ivotinje (mi, kuni itd.) pogodne su za ispitivanje toksinog efekta razliitih hemijskih supstanci.

Biogeohemijske provincijeBiogeohemijske provincije predstavljaju oblasti na povrini Zemlje koje se razlikuju po sadraju (u zemljitu, vodama i sl.) hemijskih elemenata ili jedinjenja, s kojima su povezane odreene bioloke reakcije od strane lokalne flore i faune. Sastav zemljita utie na odabir biljaka, njihovu raspodelu i promene pod dejstvom odreenih hemijskih elemenata i jedinjenja koji se nalaze u zemljitu. Areal odreene biljne ili ivotinjske vrste u okviru jedne zemljine zone esto se poklapa s oblau prostiranja izvesnih stena ili geolokih formacija. Dobro je poznata speeifina flora rasprostranjena na serpentinitima, krenjakim stenama, slanim oblastima bez padavina, pearama itd. Izraen deficit ili suficit pojedinih hemijskih elemenata u sredini izaziva u okviru date biogeohemijske provincije specifina oboljenja biljaka, ivotinja i oyeka - tzv. biogeohemijske endemije. Na primer, pri nedostatku joda u hrani pojavljuje se endemska guavost kod ljudi i ivotinja; pri suficitu selena u zemljitu pojavljuje se otrovna selenka flora itd. Prema nainu postanka izdvajaju se dva tipa biogeohemijskih provincija: 1. Biogeohemijske provincije koje se nalaze u odreenoj zemljinoj zoni i karakteriu se deficitom nekog hemijskog elementa u sredini. Na primer, za zone podzolnih i busenasto-podzolnih zemljita severne hemisfere, koje se prostiru u skoro itavoj Evroaziji, karakteristine su biogeohemijske provincije s deficitom J, Ca, Co, Cu itd. Sline biogeohemijske provincije s karakteristinim etidemijama (guavost, akobaltoza, krtost kostiju kod13

ivotinja i sl.) ne sreu se u susednoj ernozemnoj zoni. Uzrok lei u velikoj pokretljivosti jona J, Ca, Co, Cu i drugih usled ega se oni lako ispiraju iz podzolnih zemljita. Slian proces se odvija i u analognim zemljitima june hemisfere. 2. Biogeohemijske provincije i endemije koje se sreu u razliitim zemljinim zonama. Ovakve biogeohemijske provincije imaju intrazonalan karakter i nastaju na fonu primarnih ili sekundarnih oreola rasejavanja rudne materije, slanih naslaga, vulkanskih emanacija itd. Na primer, borne biogeohemijske provincije i endemije primeene su u oblastima s malo atmosferskih padavina; fluoroza ljudi i ivotinja - u oblastima nedavne vulkanske aktivnosti i u blizini nalazita fluorita i fluorapatita; mohbdenoza ivotjnja - u blizini nalazita molibdena ltd. Hemijski elementi ija se jedinjenja dobro rastvaraju u zemljisnim uslovima izazivaju najjau bioloku reakciju lokalne flore. Vaznu ulogu pn tome ima i oblik u kome se dati hemijski element sree u ivotnoj sredini. Na pnmer Mo izaziva oboljenja ljudi i ivotinja samo u rejonima sa alkalnim zemljistima (molibdenska kiselina s bazama obrazuje rastvorljiva jedinjenja), u rejonima s kiselim zemljitima viak Mo ne izaziva oboljenja. Hemijski elementi Ti, Zr, Ht, Th Sn Pt i mnogi drugi, koji u zemljinim uslovima ne obrazuju lako pokretna rastvorljiva jedinjenja, ne dovode do stvaranja biogeohemijskih provmcija i endemija U granicama biogeohemijskih provincija razlikuju se dva tipa koncentrisanja hemijskih elemenata od strane ivih orgamzama: grupno i selektivno. U prvom sluaju sve biljke u datoj provinciji u vecem ih manjem stepenu akumuliraju odreeni hemijski -element. U drugom sluaju postoje poiedini organizmi-koncentratori datog hemijskog elementa, nezavisno od niegove koncentracije u ivotnoj sredini. Poznate su razliite biljne vrste koje u biogeohemijskoj provinciji akumuliraju odreene elemente pn cemu se podvrgavaju promenama. tu spada specifina karbonatna, selenska, halofitna,serpentinska flora itd. Mnogi mikroelementi imaju znaajnu fizioloku ulogu ulazei u sastav organskih materija vanih za organizam (disajnih pigmenata, enzima, vitamina, hormona itd.). Poznato je vie od trideset hemijskih elemenata (Li, B. Be, C, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, V, Mn, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, I, Ba, Pb, U i dr.) s kojima su povezani obrazovanje biogeohemijskih provincija, endemija 1 pojava organizama-koncentratora. Na osnovu prouavanja hemijske ekologije biogeohemijskih provincija u praksu borbe s odgovarajuom endemijom iroko je ulo korienje hemijskih elemenata (B, Cu, Mn, Co, J i dr.) kao vetakih ubriva ili aditiva krmivima. Na osnovu istraivanja sadraja hemijskih14

elemenata u zemljitu i biljkama stvorenaje biogeohemijska metoda prospekcije rudnih leita. Oblici biljaka, ivotinja i mikroorganizama koji se sreu samo u okviru pojedinih biogeohemijskih provincija nazivaju se biogeohemijskim endemima (od gr. endemos - lokalni). Pojava biogeohemijskih endema povezana je s uticajem geohemijskih faktora sredine; ee se zapaa u planinskim rejonima, gde se izrazitije manifestuje hemijska mozainost. U biogeohemijske endeme spadaju razliite biljne vrste (mahovine, paprati, etinari, skrivenosemenice itd.), Tako je halmejska ljubiica (Viola lutea var. calaminaria) rasprostranjena u srednjoj i junoj Evropi na zemljitima bogatim cinkom; serpentinska paprat (Asplenium serpentini) - u srednjoj Evropi na zemljitima bogatim niklom i hromom; selenski astragalus {Astragalus pattersonii) - u Severnoj Americi na zemljitima bogatim selenom. Na taj nain biogeohemijski endemi mogu sluiti kao indikatori prisustva odreenih elemenata u zemljitu. Od mikroorganizama u biogeohemijske endeme mogu se ubrojati sumporne i ferobakterije.

Veza endemskih bolesti sa karakteristikama biogeohemijskih provincijaUporedo s oboljenjima izazvanim zagaenjem ivotne sredine, postoje i oboljenja povezana s anomalnim sadrajem pojedinih elemenata u zemljitu ili vodi odreene geografske zone. Takva oboljenja se nazivaju endemska. A.P Vinogradovje, razvijajui ideje V. I. Vernadskog o ulozi elementnog sastava zemljita u evoluciji ivih organizama, postavio teoriju o biogeohemijskim provincijama. Biogeohemijska provincija predstavlja tentonju ija zemljita se po sadraju hemijskih elemenata razlikuju od srednjeg sastava. U ivim organizmima, ukljuujui i ljude, koji ive u takvim provmcijama, odvijaju se specifine biohemijske reakcije. Postoje biogeohemijske provincije sa smanjenim ili poveanim sadrajem odreenog elementa. Tako, na primer, postoje biogeohemijske provincije s povienim sadrajem stroncijuma (istoni Sibir), bakra (Bakinja), molibdena (neki rejoni Jermenije), biogeohemijske provincije sa smanjenim sadrajem joda (zapadne oblasti Ukrajine), kobalta (Jaroslavska oblast u Rusiji) itd. Sada je pouzdano utvreno da nedostatak odreenih hemijskih elemenata u zemljitu dovodi do smanjenja nivoa tih elemenata u organizmima ljudi koji ive u datoj oblasti, kao i do odgovarajuih oboljenja. Endemske bolesti, izazvane nedostatkom ili vikom pojedinih mikroelemenata u ivotnoj sredini, pogaaju biljke, ivotinje i oveka. Osetljivost15

pojedinih organizama na razliite stupnjeve nedostatka lli vika hemijskih elemenata odreuje stepen podlonosti populacije endemskim bolestima: endemska guavost usled nedostatka joda ili kombinacije joda, kobalta i bakra istovremeno; ataksija usled nedostatka bakra; hipo- ili avitaminoza B12 usled nedostatka kobalta; osteo- i hondrodistrofija usled vika stroncijuma i nedostatka kalcijuma; enteritis usled vika bora (poglavlja VI i VII). Na taj nain, postoji tesna veza izmeu ive i neive prirode. Obino sadraj elementa u ivim organizmima odgovara sadraju tog elementa u Zemljinoj kori. Makroelementi imaju optimalne jonske i atomske radijuse 1 elektronsku strukturu za obrazovanje biomolekula. Njihova prirodna jedinjenja dobro se rastvaraju u vodi. Veliku ulogu u ivotnoj delatnosti organizama igraju i mikroelementi. Kao i hemijske osobine, i bioloka uloga elemenata zavisi od njihovog mesta u periodnom sistemu Mendeljejeva. U ivim orgamzmima stalno se odvija razmena hemijskih elemenata. U toj razmeni uglavnom uestvuju elementi s bliskim fizikohemijskim karakteristikama, kao to su jonski radijusi energija jonizacije, koordinacioni brojevi, stabilnost istotipnih kompleksnih jedinjenja sa biolignidima. Pri tome se zapaaju kako sluajevi sinergizma, tako i anatagonizma.

Dozvoljene koncentracije hemijskih elemenataInteresantan smer istraivanja u oblasti geohemijske ekologije jeste kvantitativno odreivanje nedostatka ili vika hemijskih elemenata za organizme u biosferi i njenim posebnim delovima. Potrebno je utvrditi nivoe koncentracija od kojih poinje nedostatak (donji dozvoljeni nivo) ili viak odreenog mikroelementa (gornji dozvoljeni nivo koncentracije). Oevidno, izmeu ova dva nivoa nalaze se koliine mikroelemenata neophodne za ivot organizma. Sistemi organizma koji reguliu razmenu materija ne mogu normalno obavljati svoju funkciju pri svakoj koncentraciji mikroelemenata koji se unose u organizam. U granicama izmeu donjeg i gornjeg dozvoljenog nivoa koncentracija hemijskih elemenata organizam je sposoban da regulie procese razmene (sl. 3). . ivotinjski organizmi, prilagoavajui se ivotnoj sredini, razvijaju mehanizme regulacije funkcija u sluaju vee ili manje koncentracije hemijskih elemenata u ivotnoj sredini i u ishrani. Dozvoljeni nivoi koncentracija su razliiti za svaku vrstu, pa ak i jedinku, i zavise od prilagoenosti organizama na datu geohemijsku sredinu. Postoje granice koncentracija hemijskih elemenata izvan kojih regulacioni sistemi (deponovanje, izluivanje, barijere, raspodela elemenata izmeu organa i

16

tkiva, sinteza bioloki aktivnih supstanci i dr.) ne mogu da obave svoju funkciju, tj. dolazi do naruavanja funkcija organizma. Poto u endemskim zonama broj oboljenja uslovljenih vikom ili manjkom mikroelemenata raste ili opada u odreenoj meri paralelno s rastom ili opadanjem geohemijskog faktora koji prouzrokuje endemiju, neki autori smatraju da se delovanje dozvoljenih nivoa geohemijskih faktora ne manifestuje. . U stvari, smanjivanje i poveavanje broja oboljenja u takvim uslovima objanjava se iskljuivo promenom broja organizama u populaciji adaptiranih na dati faktor. Oevidno, ukoliko je manja koncentracija hemijskog elementa (na primer J, Co, Cu) koji izaziva endemiju, utoliko je vie jedinki slabo prilagoenih na ekstremne uslove i utoliko ee .dolazi do poremeaja regulacionih funkcija i manifestacije individualne kritine koncentracije mikroelemenata: Isto se odnosi na poveanje broja oboljenja pri poveanju koncentracije mikroelementa koji izaziva endemsku bolest (na primer Sr, Mo, Cu, Ni, Pb, B). Na taj nain, za svaki oboleli organizam postoji kritina koncentracija (dozvoljeni nivo) hemijskog elementa koja izaziva poremeaj regulacionih funkcija i endemsku bolest. Poto regulacione funkcije imaju razliitu osetljivost ne samo kod razliitih vrsta i pasmina, nego i kod razliitih jedinki iste vrste, pri odreivanju koncentracije hemijskih elemenata zapaza se razliit stepen manifestacije oboljenja i obino ne dolazi .do pojave disfunkcije istovremeno kod svih organizama. U endemskim podrujima oboljenje se manifestuje obino kod 5-20 % jedinki odreene vrste ili pasmine domaih ivotinja. Ovaj procenat moe biti i vei, ali je, po pravilu, broj obolelih manji od broja prilagoenih. Sve ovo ukazuje na tekoe pri odreivanju kritinih koncentracija mikroelemenata. U tabelama 1 i 2 prikazani su dozvoljeni nivoi koncentracije kobalta i bakra na primeru ovaca, prema istraivanjima V. V. Kovaljskog (1973). Osetljivost na bor moe se ispoljiti (endemski borni enteritis) ako se dnevno u organizam unosi oko 27 mg; osetljivost na jod (endemsko poveanje titne lezde, endemska guavost) - ako njegov sadraj u 75 % biljaka iznosi 0.2-8 ppb; osetljivost na fluor (fluoroza ili karijes zuba) - ako je njegov sadraj u vodi vei od 50 ppb; osetljivost na selen - ako je njegov sadraj u stonoj hrani vei od 10 ppb.

17

Sadraj Co u zemljitu