Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Литофагия у животных и человека

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Паничев, Александр Михайлович, Владивосток



Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Президиум БАК Росс

описи

Началы

:;г/ю степень,

ЙАШШт/и^ науг правления ВАК России

Паничев Александр Михайлович

Литофагия у животных и человека (Литофагиальная авторегуляция организмов в природных экосистемах)

03.00.16- экология

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук.

Владивосток 1998

71 : ОС? -з/Г^-/

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук, профессор В.П. Шунтов

- доктор биологических наук, профессор Л.М. ЭпштеЙН

- доктор медицинских наук, профессор В.А. Петров

Ведущая организация : Институт водных и экологических проблем ДВО РАН

на заседании диссертационного совета Д 064.58.01 в Дальневосточном государственном университете по адресу: 690000, Владивосток, ул. Мордовцева, 12, к. 131. Факс:26-73-54.

С диссертацией в виде научного доклада цржно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана « $ » &Э . 1998г.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВ"'-*БИВПИОТ£км

Защита состоится

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Г.Ю. Димитриева

.- ОО - з/- /

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ

Актуальность работы. Литофагия (поедание литогенных веществ) характерна для многих систематических групп животных. Между тем, в современных представлениях об устройстве и функционировании природных экосистем отсутствует ^^Щб^^^^^^с^^тавж^да^высокоорганизованньгх животных с веществом коры выветривания горных пород. '¡ШЩЩЩ^Ш выполненных диссертантом исследований, включавшие натурные наблюдения, лабораторные работы и анализ литературы, свидетельствуют о том, что

Актуальность темы на стыке биологии и геологии, нацеленной на раскрытие связей животных организмов с абиогенными компонентами природной среды, усиливается сопряженностью ее с такими важными научными и философскими проблемами, как проблема биоминеральных взаимодействий ишГпроблема происхождения и эволюции биологической материи. Кроме того, данная тема имеет непосредственное отношение к активно расширяющей .^Грк'ГмГ,- 1ыю н, '.им' дЩдД^Ш^Ш^Р'азличньи глинистых и других природных минералов вкачестве эффективныхЗгшиб'^Мч' iiui.ti.uk ]ри откорме животных, в качестве лечебно-профилактических средств для ветеринарии и медицины, как сырья для экологических технологий в сельском хозяйстве и промышленности; выявленные факты и закономерности имеют существенное значение для оптимизации природопользования.

Цель работы - исследовать ^естественные трофические_отнош.е-Ш1я_животных и человека к твердоминеральным веществам коры выветривания горных пород (к цеолититам, глинистым, опаловым и другим породам) с учетом их геохимической специализации, а также геолого-структурной и геоморфологической приуроченности; дополнить представления в экологии относительно связей биоты с абиогенными компонентами среды; разработать практические рекомендации.

Задачи исследований:

1 .Изучить вещественный состав и условия образования поедаемых животными литогенных веществ в различных геолого-географических условиях; исполь-

-литературные данные, оценить весь спектр поедаемых минералов живот-

.и и человеком.

щучить общие закономерности литофагиального поведения у разных систе-I ■ ических групп животных.

> ^вить общий характер действия минепалов-наживотные организмы. ... ¿аботать систему представлений (концепцию), объясняющую литофаги-о | "ЭДое поведение у животных и человека.

а "" *.ределить роль и значение проявлений «пищевых» минералов как средово-^ .'иктора в экологии животных.

I

3

;

б.Разработать практические рекомендации в областях:ЙШрс.Йов месторождений и проявлений биологически активных минералов; таких ми-

нералов в животноводстве и медицине; оптимизации природопользования.

Научная новизна и теоретическая значимость работы: впервые пршедещ„&йширные химиаеШиё й^Жйер^^иЯШкй

ЖЙнш ваде'ста^Штаж^емьгх в качестве пищевого компонента дикйми животными, что в сочетании с литературными данными позволило сделать обоснованные обобщения практически на весь спектр минералов встречающихся в составе поедаемых минеральных комплексов;

• открыто, что среди минералов, используемых в пищу дикими животными, щ^ечак^сд^цеШ^штй^ 'что сыграло определенную роль в расширении сферы применения этого типа горных пород в практике ЩЦ$ар«1$к сельскохозяйственных животных;

• впервые достоверно выявлена и количественно оценена ионорегулирующая функция минералов в организме животных (на примере нескольких видов растительноядных млекопитающих); существенно дополнены наблюдения в отношении ионорегулирующей роли минералов в организме Щщ^уц

• впервые предложена обоснованная концепция биологического действия горных пород и минерало! м! ( игк| I ьч.гл р 1\ . иврвватаЮёЙбВ^ЕГ

• выявлены ранее не учитывавшиеся геолош-геофщические факторы, влияющие на пространственное распределение диких копытных, животных на примере ряда регионов, в том числе такого уникального, как Сихотэ-Алинь.

Защищаемые положения:

/ - Литофагш - пищевое использование животными продуктов приповерхно-

| £<^&х.№Р0ШРестъ проявление у организмов эволюционно обусловленного способа автоподстройки вещественного состава и своей пространственно-временной структуры с помощью твердокристаллических веществ.

2 - Биологическое^£иитие ргаких веществ

определяется

сорбционными, ионообменными, каталитическими и биоэнергетическими их свойствами, а также присутствием биофильных. диоксидов кремния, макро- и микроэлементов.

3 - Все используемые животными пищевые литогенные вещества обладают способностью к регуляции в организмахщ^иого ¿нгЩ^ЩеиЗ^ При этом роль таких ионорегуляторов во многом состоит в нейтрализации токсического действия избыточных количеств {Щ^фф^и) миг^и^щутем их избирательной сорбции и ионного обмена на дефи^^^^^Ьрганизме_- натрий и кальций.

4 - Существует по меньшей мер ри^пч ;..)нп.'/ни: шчпфХ нч " пределяю-щие два типа авторегуляции (автоподстройки) организмов с помощью природных твердокристаллических минералов. Для всех однопроходных (клоачных) животных-фитофагов характерна¿^п^ошппиыупитофачш] т.е. постоянное использование в пищу ЩШШШШ^^кясащгл -мшсрш^Ш зереф

псаммитовой и более крупной размерности; при этом гастролиты постоянно «включены» в систему гомеостазироватшоргшизма. Для наземных тацен-траных млекопитающих характерна ^оШриШмя^М^^Мя, т. е. использование в пищу |¡К&ср^Ляи'?^ I." ■!• "■! "и I lit '/к i '"в - кудюритов; при этом минералы лишь помогают в случае необходимости восстанавливать утраченное под воздействием сильных стрессоров равновесное состояние в организме. 5 - Все солонцы-кудюры во многом определяют (и всегда определяли) пространственно-временную организацию жизни диких животных (также одомашненных, при полувольном их содержании). Практическая значимость. С участием автора разработаны:

- «Способ поисков месторождений минералов цеолитовой, монтмориллонито-вой и опаловой групп» (авторское свидетельство № 1179249 от 15 августа 1984;

рШшЯяЩ^^ЖшДШШа'Я'орское свидетельство № 1562995 от 8 января 1990г, авторы: З.В. Пручкина, Г.П. Сомов, A.M. Паничев, E.H. Ненада, Г.А. Крижаненко, JI.B. Краснова).

На основе теоретических разработок автора:

- выявлен ряд новых, ранее неизвестных месторождений и перспективных проявлений цеолитов и других природных сорбентов (Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, г. Новосибирск; ПО «Приморгеология» г. Владивосток);

- проведена]

часть из которых тзъямена памятниками природы (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН; Крайком природы, г. Владивосток); - расширились и обогатились представления о действии природных сорбентов на организм животныхМ^И^Ш^. созданы первые отечественные

"владивостокский государственный медицинский институт; Владивостокский НИИ эпидемиологии и микробиологии, а также ряд научных медицинских учреждений г. Новосибирска);

Общая методика и объекты исследования. Главными объектами исследования были: солонцы-кудюры - ландшафтные комплексы с характерными следовыми признаками поедания животными литогенных веществ (всего автором обследовано около§ЦЦЩ'дюров в Дальневосточном, Сибирском регионах и на на Кавказе); кудюригы - горные породы на купюрах, имеющие достоверные следовые признаки пищевого использования животными (собрана коллекция из 700 образцов); копролиты - «каменные экскременты» животных - в данном случае не окаменевшие, а изначально практически нацело состоящие из

литогенного вещества (собрано около 100 проб); гастролиты - «желудочные камешки» птиц и рыб (собрано около 500 содержимых желудков диких уток, гусей, рябчиков, глухарей, ряда рыб в различных местообитаниях); основные наземные и водные кормовые растения лосей и изюбров (около 100 проб).

Предметами исследования были: закономерности литофагиального поведения, которое изучалось на таких животном, как||Щ|||ЖШ1р (Сихотэ-Алинъ,

(Кавказ), а также таких ш,ицах,^Шё^ябчй11Р'(обыкновешл>щ и дикуша)ри (обыкновенный и каменный), в меньшей степени на водоплавающих (гуси и утки); вещественный, минеральный и химический состав кудюритов, копроли-тов и гастролитов; биологические эффекты у животных и человека, связанные с литофагией и литотерапией; геологические, геоморфологические и биогеографические закономерносяв^думИШататд^щааршшмр!». а также их влияние на характер расселения и сезонные перемещения диких животных.

Поиск солонцов-кудюров осуществлялся на основе письменного анкетирования и опросных сведений, полученных от геологов, охотников, охотоведов, пастухов, местных жителей. Непосредственно на месте проводилось описание окружающего ландшафта с элементами геологического и геоморфологического картирования; отбирались образцы поедаемых пород и источниковых вод; если это был элювий, отбирались также пробы коренных пород.

Стационарные наблюдения за дикими животными на солонцах-кудюрах осуществлялись на территории заказника «Солонцовый» в верховьях р. Светловодной (приток р. Бикин) в различные, но большей частью, в весенне-осенние, периоды с 1976 по 1990 гг. с участием зоологов Ю.А. Дармана, Д.Г. Пикунова, В.В. Арамилева, П.В. Фоменко (ТИГ ДВО РАН). Несистематические наблюдения проводились на солонцах-кудюрах в верховьях р. Колумбе с 1987 по 1989 гг. совместно с сотрудниками Сихотэалинского биосферного заповедника О.Ю. Заумысловой и В.Ф. Шаровым. Незначительными по времени, но информативными были наблюдения в Кавказском биосферном государственном заповеднике, проведенные совместно с сотрудником из ТИГ ДВО Б.В. Ежовым; в Алтайском государственном заповеднике - совместно с П.В. Фоменко; в Саяно-Шушенском биосферном заповеднике - совместно с охотоведом из пос. Шушенское Ю.А. Макаровым, а также наблюдения, проведенные в целом ряде районов горного Алтая совместно с биологом из БИН СО РАН Г.Г. Собанским. Общее количество часов непосредственных наблюдений за животными достигает 300.

На этапе камеральной обработки полевых материалов в лаборатории геоморфологии ТИГ дао РАН (где автор работал с 1980 по 1988 гг.) проводились геолого-структурный и морфоструктурный анализы мест расположения обследованных солонцов-кудюров с использованием разномасштабных геологических и топографических карт, аэро- и космоснимков.

Силикатные и рентгеноспектральные анализы выполнялись в специализированных лабораториях ДВО РАН, Атомноабсорбционный (АА) анализ вы-

поднялся в лаборатории геохимии Тихоокеанского института географии ДВО РАН на приборе Hitachi-70-180 (аналитики А.Б. Майборода, А.П. Бабий). Рент-генофлюоресцентный (РФ) анализ проводился в ДВГИ на рентгеноспектро-метре VRA-20 (В.В. Перепелица). Рентгенофазовый (РФЗ) минералогический анализ выполнялся в Институте химии ДВО РАН на дифрактометре ДРОН-3,0

риметрическ-и_и^солговой рытяжки-Ю.Н. Кантур). Емкость катионного поглощения и поглощенные катионы в зернистых пробах определялись методом элюирования концентрированным раствором NH4NO3 в стеклянных колонках. В порошковидных пробах с высоким содержанием глинистых фракций емкость катионного поглощения и поглощенные катионы определялись по методу Н.И. Беляевой (1967). Шлифы описаны петрографом ПО «Приморгеология» З.Е. Надежкиной.

Микробиологические исследования проводились в_специализированных лабораториях Б11И ДВТТТХЕТ (JI.H. Щапова), Владивостокского НИИ эпиде-" миологии и микробиологии (З.В. Пручкйна), Владивостокского медицинского института (Н.С. Мотавкина).

Апробация работы. Материалы, представляемые в диссертационной работе, обсуждались на международных и всесоюзных конференциях, посвященных проблемам: охраны и рационального использования природных ресурсов (Владивосток,1977); биологии и экологии крупных млекопитающих (Москва, 1987;Телецкое Озеро,1988;Шушенское,1989;Сыктывкар,1990); проблеме изучения и использования природных цеолитов (Тбилиси,1988;Николаевск-на-Амуре,1989;Новосибирск,1994;1997);биоминеральным взаимодействиям (Сыктывкар,1989); с 1986 по 1990 гг. докладывались на ежегодных заседаниях Научно-координационного совета "Цеолиты России" (г. Новосибирск, ИГГ СО РАН). В 1995г в СНИИГГИМСе (г.Новосибирск) была защищена кандидатская диссертация: «Вещественный состав и условия формирования кудюритов». Публикации. По теме исследований опубликовано1ИИИИИШИрИИВ¥'ом

Диссертация в виде научного доклада состоит из 5 разделов: 1- Общие сведения; 2 - Основное содержание доклада; 3 - Выводы; 4 - Список трудов; 5 -Приложение. Работа изложена на 60 страницах,

Автор выражает сердечную признательность В.И. Бгатову, исключительно много сделавшему для доказательности концепции биорегуляторной функции минералов, а также ученым, старшим наставникам и коллегам, среди которых геологи, геохимики, биологи: Г.И. Худяков, А.И. Перельман, К.П. Филонов, Н.К. Христофорова, В.Ф. Игнатова, П.В. Елпатьевский, Б.В. Ежов, A.A. Гаври-лов, A.B. Ван, A.B. Бгатов, В.К. Попов, А.П. Попов, А.Н. Бабий, С.М. Максимов, Д.Г. Пикунов, Г.Г. Собанский, В.В. Арамилев, П.В. Фоменко, О.Ю. За-умыслова, Ю.А. Дарман; В.П. Шаров.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА 2.1. Литофагия как природный феномен: история исследования

2.1.1. О разновидностях литофагии и терминах Детальный разбор литературы, имеющей отношение к проблеме литофагии приводиться в монографии автора (Паничев,1990д). Здесь учтены также данные последних лет.

Общеизвестно, что маленькие дети, а также женщины в состоянии беременности могут поедать глины и другие землистые вещества. Мало найдется также тех, кто не знает, что растительноядные птицы имеют обыкновение заглатывать «камешки». Очевидно, что минеральные вещества могут попадать в пищеварительный тракт животных или человека и случайно вместе с водой или пищей. Особенно много минеральных веществ попутно с кормом попадает в организм травоядных животных. Подсчитано, например, что на пастбищах Англии и Новой Зеландии крупный рогатый скот съедает до 100 г «земли» на 1 кг воздушно-сухой растительной массы; у овец количество попутно поглощаемого минерального вещества может достигать 300 г на 1 кг сухой травы (Топйоп,1983). В зимнее время концентрация «земли» в фекалиях овец может доходить до 650 г/кг (Неа1у,1967). Таким образом, поглощение землистых веществ не является чем-то необычным, скорее это заурядный факт. Очевидно, что существует две формы землеедения: случайная и инстинктивная. При этом инстинктивные формы поглощения землистых веществ встречаются как у людей, так и у животных. У людей инстинктивные формы землеедения, обрастая ритуалами, могут трансформироваться в элементы культуры.

Для обозначения феномена поглощения литогенных веществ (животными или человеком), в научной литературе встречаются два различных по происхождению, но одинаковых по смыслу термина. Термин «литофагия» (от греч.: «литое» -камень и «фагос» -поедать), вероятно, впервые появился в 1922 г, когда в журнале «Сибирская природа» была опубликована небольшая статья «О литофагии» геолога П.Л. Драверта, написанная под впечатлением участившихся случаев землеедения среди голодающих людей в центральных районах России. Описывая необычное пищевое поведение, он привел также литературные факты распространенности землеедения в других регионах Земли, отметив при этом аналогичную пищевую склонность и у животных. К тому времени в англоязычной среде уже существовал другой аналогичный по смыслу термин -«геофагия». Он появился как минимум на сто пятьдесят лет раньше, сначала на страницах медицинской и, затем, этнографической литературы. Представляется, что «литофагия» более отражает суть рассматриваемого феномена.

В начале 20-го века ученые, приступив к систематическому изучению биологии и экологии животных, отметили, что в некоторых регионах широко распространены места, которые активно посещаются животными с целью употребления минерализованной �