БИОЛОГИ́ЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИ́РОВАНИЕ ИЗОТО́ПОВ

БИОЛОГИ́ЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИ́РО­ВА­НИЕ ИЗОТО́ПОВ, фрак­цио­ни­ро­ва­ние изо­то­пов жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми в про­цес­сах ме­та­бо­лиз­ма, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го они при­об­ре­та­ют изо­топ­ный со­став, от­лич­ный от изо­топ­но­го со­ста­ва сре­ды; при этом вну­три ор­га­низ­ма изо­то­пы рас­пре­де­ля­ют­ся не­рав­но­мер­но меж­ду раз­ны­ми мо­ле­ку­ла­ми и струк­тур­ны­ми груп­па­ми от­дель­ных мо­ле­кул. Б. ф. и. бы­ло ус­та­нов­ле­но в 1939 амер. ис­сле­до­ва­те­ля­ми А. Ни­ром и Е. Гуль­бран­се­ном, ко­то­рые об­на­ру­жи­ли, что жи­вые ор­га­низ­мы и ор­га­нич. сое­ди­не­ния со­дер­жат мень­ше изо­то­па $\ce{^{13}C}$, чем при­род­ные кар­бо­на­ты. В по­сле­дую­щем амер. учё­ные Г. Крейг (1953), С. Эп­стайн (1960), Ф. Абель­сон (1961) и нем. учё­ный Э. Де­генс (1967) по­ка­за­ли, что раз­де­ле­ние изо­то­пов, при­во­дя­щее к обед­не­нию ав­то­троф­ных ор­га­низ­мов изо­то­пом $\ce{^{13}C}$ от­но­си­тель­но ис­ход­но­го $\ce{CO_2}$ сре­ды, про­ис­хо­дит при фо­то­син­те­зе.

На Зем­ле на­блю­да­ют­ся ши­ро­кие ва­риа­ции со­от­но­ше­ния ста­биль­ных изо­то­пов для ор­га­нич. ве­ще­ст­ва в це­лом и его ком­по­нен­тов. Ра­сте­ния су­ши обед­не­ны ¹³С в боль­шей сте­пе­ни, чем мор­ской планк­тон. Су­щест­ву­ет раз­ли­чие меж­ду Б. ф. и. у выс­ших рас­те­ний с раз­ным ти­пом фо­то­син­те­за (т. н. C-3 и C-4 рас­те­ния). Раз­ли­чия в изо­топ­ном со­ста­ве про­яв­ля­ют­ся и меж­ду ли­пи­да­ми, бел­ка­ми, уг­ле­во­да­ми и т. п.

Эк­спе­ри­мен­таль­ны­ми ис­сле­до­ва­ния­ми шко­лы рос. ге­о­хи­ми­ка Э. М. Га­ли­мо­ва в 1970–80 бы­ли вы­яв­ле­ны тон­кие от­ли­чия в изо­топ­ном со­ста­ве сое­ди­не­ний од­но­го и то­го же клас­са, а так­же раз­ных струк­тур­ных групп внут­ри со­еди­не­ний (напр., мо­ле­ку­лы хло­ро­фил­ла) – т. н. вну­три- и меж­мо­ле­ку­ляр­ный изо­топ­ные эф­фек­ты. Бы­ло ус­та­нов­ле­но, что не­ре­дко на­блю­дае­мые от­но­ше­ния изо­то­пов уг­ле­ро­да в мо­ле­ку­лах био­ло­гич. про­ис­хож­де­ния (при су­щест­вен­ной хи­мич. не­рав­но­вес­но­сти би­оло­гич. си­стем) со­от­вет­ству­ют та­ко­му от­но­ше­нию, ко­то­рое име­ло бы ме­сто при изо­топ­ном рав­но­ве­сии. Пред­по­ла­га­ет­ся, что этот факт обу­слов­лен фер­мен­та­тив­ным ха­рак­те­ром био­ло­гич. про­цес­сов. При­ро­да это­го яв­ле­ния ос­та­ёт­ся пред­ме­том дис­кус­сий. Об­на­ру­жен­ная за­ко­но­мер­ность по­слу­жи­ла ос­но­вой для раз­ви­тия изо­топ­ной ор­га­нич. гео­хи­мии. Ор­га­нич. ве­ще­ст­во, со­дер­жа­щее­ся в ми­нер. осад­ках, оса­доч­ных по­ро­дах, го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­пае­мых, в це­лом на­сле­ду­ет изо­топ­ный со­став сво­их био­пред­ше­ст­вен­ни­ков, что ста­вит изо­топ­ный ана­лиз в ряд наи­бо­лее ин­фор­ма­тив­ных ме­то­дов при ре­ше­нии ге­не­тич. про­блем в гео­хи­мии неф­ти и прак­тич. за­дач по­ис­ков и раз­вед­ки уг­ле­во­до­ро­дов. От­кло­не­ния от унас­ле­до­ван­но­го рас­пре­де­ле­ния изо­то­пов в со­ста­ве ор­га­нич. ве­ще­ст­ва не­сут ин­фор­ма­цию об об­ста­нов­ке в бас­сей­не осад­ко­на­ко­п­ле­ния, о диа­ге­не­тич. и пост­диа­ге­не­тич. про­цес­сах в осад­ках. Зна­ние за­ко­но­мер­но­стей Б. ф. и. био­ген­ных эле­мен­тов не­об­хо­ди­мо при ис­сле­до­ва­ни­ях в об­ла­сти эко­ло­гии (при ре­кон­струк­ции па­лео­об­ста­но­вок и при­род­ных цик­лов эле­мен­тов), ар­хе­о­ло­гии, фи­зи­о­ло­гии, ан­тро­по­ло­гии и ме­ди­ци­ны.

Б. ф. и. тя­жё­лых пе­ре­ход­ных эле­мен­тов (напр., Fe) со­во­куп­но с лёг­ки­ми эле­мен­та­ми (осо­бен­но С, N, S) от­кры­ло но­вые воз­мож­но­сти изу­че­ния вне­зем­но­го ве­ще­ст­ва и эво­лю­ции ран­ней жиз­ни на Зем­ле в ар­хее и про­те­ро­зое.