BIOLOGICAL ACCUMULATION COEFFICIENTS AS A BASIS FOR THE BIOCHEMICAL CLASSIFICATION OF CHEMICAL ELEMENTS

А.П. Дегтярев

Abstract


The concept of "biophilicity", which was introduced in 1975 by A. Perelman as the ratio of the сlarke values of an element in the living matter and in the Earth's crust, does not provide for an adequate biogeochemical classification of elements because, in the respective coordinate system, the line representing the biochemically neutral elements is not straight. It is shown graphically that the "line of biochemical neutrality" conforms to a power function. Instead of the concept of "biophilicity", the concept of the "biochemical significance" of elements introduced in the present study corresponds to the multiplicity of deviation of a given element from the line corresponding to neutrality. The numerical series of biochemical significance values for 42 elements are presented as well as the numerical series of enrichment with elements of the primary terrestrial consumers vs. terrestrial plants. It is shown that the biochemical significance of some elements in these two series is the same, whereas of others it is different significantly.

Keywords


biophilicity, bioconcentration factor, BСF, trace elements, biochemical significance, biochemical classification of elements.

References


Вернадский ВИ. Химический состав живого вещества в связи с химией земной коры. В кн.: В.И. Вернадский. Биогеохимические очерки. 1922-1932 гг. М.-Л.: Изд-во АН СССР; 1940.

Вернадский ВИ. Труды по геохимии. М.: Наука; 1994.

Виноградов АП. Введение в геохимию океана. М.: Наука; 1967.

Виноградов АП. Биогеохимические провинции. Избранные труды. Геохимия изотопов и проблемы биогеохимии. М.: Наука; 1993.

Волков ВВ. Пятый элемент. Биосфера. 2013;5(2):223-33.

Гаррелс Р, Маккензи Ф. Эволюция осадочных пород. Мир; 1974.

Григорьев НА. Среднее содержание химических элементов в горных породах, слагающих верхнюю часть континентальной коры. Геохимия. 2003;(7):785-92.

Дегтярев АП. Фосфор в биосфере и для человечества: на пороге глобального голода. Биосфера. 2023;15(3):167-83.

Демина ЛЛ. Количественная оценка роли живого вещества в геохимической миграции микроэлементов в океане. Геохимия. 2015;(3):234-51.

Демина ЛЛ, Лисицын АП. Сравнительная оценка роли глобальных биологических фильтров в геохимической миграции микроэлементов в океане. Доклады Академии Наук. 2013;449(6):710-4.

Добровольский ВВ. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.: Мысль; 1983.

Ермаков ВВ, Тютиков СФ, Сафонов ВА. Биогеохимическая индикация элементов. М.: Изд-во РАН; 2018.

Ермаков ВВ, Тютиков СФ. Геохимическая экология животных. М.: Наука; 2008.

Зенина ТА. Коэффициенты биологического поглощения рассеянных элементов растительностью суши. Геохимия. 1986;(3):402-6.

Перельман АИ. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа; 1975.

Перельман АИ. Геохимия. М.: Высшая школа; 1989.

Полынов ББ. Избранные труды. М.: Изд-во Академии Наук; 1956.

Романкевич ЕА. Живое вещество Земли (биогеохимические аспекты проблемы). Геохимия. 1988;(2):292-306.

Савенко ВС. Распределения химических элементов в системе вода-порода как фактор формирования состава растительного покрова. В кн.: Замана ЛВ, Шварцев СЛ, ред. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами. Материалы третьей Всероссийской научной конференции с международным участием. 2018. С.170-3.

Строев ЮИ. Чурилов ЛП. Самый тяжелый элемент жизни (к 200-летию открытия йода). Биосфера. 2012; 4(3):313-42

Vernadskiy VI. [Chemical composition of the animate matter as associated with the Earth’s crust chemistry] In: Vernadskiy VI. Biogeokhimicheskiye Ocherki. 1922-1932 gg. Мoscow-Leningrad: АN SSSR; 1940. (In Russ.)

Vernadskiy VI. Trudy po Geokhimii. Мoskow: Nauka; 1994. (In Russ.)

Vinogradov AP. Vvedeniye v Geokhimiyu Okeana. Moscow: Nauka; 1967. (In Russ.)

Vinogradov AP. Biogeokhimicheskiye Provintsii. Izbrannye trudy. Geokhimiya Izotopov i Problemy Biogeokhimii. Мoscow: Nauka; 1993. (In Russ.)

Volkov VV. [Fifth element]. Biosfera; 2023;5(2):223-33. (In Russ.)

Garrels RM, Mackenzie FT. Evolution of Sedimentary Rocks. N-Y; 1971.

Grigoryev NA. [Average content of chemical elements in rocks composing the upper part of the continental crust]. Geokhimiya. 2003;(7):785-92.

Degtyarev AP. [Phosphorus in biosphere and for the humankind: on a threshold of global famine]. Biosfera; 2023;15(3):167-83. (In Russ.)

Diomina LL. [Quantitative assessment of the role of living matter in the geochemical migration of trace elements in the ocean]. Geokhimiya. 2015;(3):234-51.

Diomina LL, Lisitsin AP. [Comparative assessment of the role of global biological filters in the geochemical migration of trace elements in the ocean]. Doklady Akademii Nauk. 2013;449(6):710-4. (In Russ.)

Dobrovolskiy VV. Geografiya Mikroelementov. Globalnoe Rasseyaniye. Мoskow: Мysl; 1983. (In Russ.)

Yermakov VV, Тiutikov SF, Safonov VA. Biogeokhimicheskaya Indikatsiya Elementov. Мoscow: Izdatelstvo RAN; 2018. (In Russ.)

Yermakov VV, Тiutikov SF. Geokhimicheskaya ekologiya zhivotnykh. Мoscow: Nаuka; 2008. (In Russ.)

Zenina ТА. [Вiota-sediment accumulation factors of traсe elements of land vegetation]. Geokhimia. 1986;(3):402-6. (In Russ.)

Perelman AI. Geokhimiya Landshafta. Мoscow: Vysshaya shkola; 1975. (In Russ.)

Perelman AI. Geokhimiya. Мoscow: Vysshaya shkola; 1989. (In Russ.)

Polynov BB. Izbrannye Trudy. Мoscow: Izdatelstvo Akademii Nauk; 1956. (In Russ.)

Romankevich YeA. [Living matter of the Earth (the biogeochemical aspects of the problem)]. Geokhimiya. 1988;(2):292-306.

Savenko VS. [Distribution of chemical elements in the water-rock system as a factor in the formation of vegetation composition]. In: Zamana LV, Shvartsev SL, Eds. Geologicheskaya Evoliutsiya Vzaimodeystviya Vody s Gornymi Porodami. Materialy Tretyey Vserossiyskoy Nauchnoy Konferentsii s Mezhdunarodnym Uchastiyem. 2018. P.170-3. (In Russ.)

Stroev YuI, Churilov LP. [The heaviest element of life (for the 200th anniversary of the discovery of iodine)] Biosfera; 2012;4(3):313-42. (In Russ.)

Ardestani MM, Van Straalen NM, Van Gestel CA. Uptake and elimination kinetics of metals in soil invertebrates: A review. Environ Pollut. 2014;193(10):277-95. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2014.06.026

Connell DW. Bioaccumulation of xenobiotic compounds. 3rd ed. CRC Press, Inc.; 2018.

DeForest DK, Brix KV, Adams WJ. Assessing metal bioaccumulation in aquatic environments: the inverse relationship between bioaccumulation factors, trophic transfer factors and exposure concentration. Aquat Toxicol. 2007;84:236-46. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2007.02.022

Department of Ecology. Persistant Bioaccumulative Toxins. Chapter 173-333 WAC; 2017: https://web.archive.org/web/20170209212428/http://www.ecy.wa.gov/laws-Rules/wac173333/p0407_cont_a.pdf

Gobas F, Morrison HA. Bioconcentration and biomagnification in the aquatic environment. In: Boethling RS, Mackay D (eds.). Handbook of Property Estimation Methods for Chemicals: Environmental and Health Sciences. Boca Raton: Lewis; 2000. P.189-231.

Landis WG, Sofield RM, Yu MH. Introduction to Environmental Toxicology: Molecular Structures to Ecological Landscapes (5th ed.). Boca Raton: CRC Press; 2017. https://doi.org/10.1201/9781315117867

McGeer JC, Brix KV, Skeaff JM, DeForest DK, Brigham SI, Adams WJ, Green A. Inverse relationship between bioconcentration factor and exposure concentration for metals: implications for hazard assessment of metals in the aquatic environment. Environ Toxicol Chem. 2003;22(5):1017-37.

Schlesinger WH, Bernhardt ES. Biogeochemictry: An Analysis of Global Change. Elsevier; 2013.

Violante A, Caporale AG. Biogeochemical processes at soil-root interface. J Soil Sci Plant Nutrit. 2015;15:422-48.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v16i1.882

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"