Биологическая роль бора
Общие сведения
Бор играет важнейшую биологическую роль, выступая критически необходимым микроэлементом для царства растений. Данный элемент абсолютно необходим для нормального роста, метаболизма и развития всех высших растений, начиная с папоротникообразных. В контексте эволюционной биологии существует гипотеза, согласно которой бор совместно с молибденом мог выступать катализатором образования рибонуклеиновых кислот на Марсе, откуда жизнь впоследствии могла быть занесена на Землю посредством метеоритов. В отношении человека и животных биологическая необходимость элемента остается недоказанной. Бор не внесен в официальные списки обязательных диетических норм микроэлементов, а его точные функции в животном организме на данный момент не установлены. Предположения о связи дефицита бора с развитием остеохондроза или артрита у людей не имеют достаточного научного подтверждения.
Свойства и характеристики
В растительных организмах бор существует в двух основных формах: водорастворимой и нерастворимой. Водорастворимая фракция циркулирует в жидких потоках внутри растения, тогда как нерастворимая форма прочно связана с полисахаридами и клеточными сахарами. Нерастворимые соединения элемента интегрированы в клеточные стенки и мембраны, обеспечивая их механическую прочность, твердость и структурную целостность. Важнейшей физиологической характеристикой бора является узкий диапазон его оптимальных концентраций. При всей своей необходимости для метаболизма, в высоких концентрациях элемент проявляет выраженную токсичность. Избыток приводит к отмиранию краевых зон и чашечек листьев, замедлению вегетации, а при сильном превышении нормы вызывает гибель растения. Для человека соединения вроде борной кислоты также являются высокотоксичными при употреблении внутрь, хотя попавший в организм в небольших количествах элемент эффективно выводится почками.
Нахождение в природе
В глобальном масштабе бор относится к редким элементам, из-за чего в биосфере часто наблюдается его дефицит. Нехватка элемента в почвах является широко распространенным явлением, оказывающим негативное влияние на биоценозы. В естественной среде бор также вовлекается в биологический круговорот специфическими почвенными микроорганизмами. Установлено, что некоторые одноклеточные организмы и почвенные грибы, в частности представители рода стрептомицетов, способны синтезировать сложные борсодержащие органические соединения. Эти соединения представляют собой природные антибиотики, такие как боромицин, которые используются грибами для уничтожения конкурирующих бактерий в борьбе за пищевые ресурсы и среду обитания.
Получение
Поступление элемента в растительные организмы осуществляется путем его интенсивного всасывания из почвенного покрова. Изначально извлеченный из почвы бор переходит в водорастворимую форму, количество которой напрямую зависит от химического состава окружающей среды. За счет этой растворимой фракции растение постоянно пополняет стабильный запас нерастворимых борных соединений в своих клеточных стенках. В условиях внешнего дефицита поступление растворимого бора прекращается, что вынуждает растительный организм расходовать свои нерастворимые структурные запасы. Падение концентрации элемента в клеточных стенках служит основным химическим маркером, позволяющим определить недостаток бора в питательной среде растения.
Применение
Знания о биологической роли элемента активно применяются в сельскохозяйственной практике через внесение борных удобрений. Эта мера позволяет компенсировать природный дефицит бора в почвах, предотвратить потери урожайности, избежать угнетения размножения клеток, гибели побегов, бутонов и снижения сахаристости плодов. При этом внесение удобрений требует строгого контроля, так как переизбыток ведет к производству токсичной сельскохозяйственной продукции, вредной для человека. В сфере медицины и фармакологии природные борсодержащие антибиотики, синтезируемые грибами, рассматриваются как перспективные лекарственные препараты. В то же время применение пищевых добавок на основе бора для лечения суставных заболеваний у человека признано необоснованным и категорически не рекомендуется из-за риска интоксикации.