Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 499, № 1, стр. 82-86

С целью поиска ответа на вопрос, почему в некоторых районах Мира животные и даже люди периодически стремятся употреблять землистые вещества, уже написано более тысячи статей и десятки монографий, однако в ответ удалось лишь предложить несколько гипотез. Наиболее доказанной среди них (только в отношении животных, и не во всех случаях) является “натриевая” гипотеза, разрабатываемая с 1950-х годов [1]. В 2016 г. предложена “редкоземельная” гипотеза о том, что главная причина – в нарушении обмена редкоземельных элементов (РЗЭ) в составе важнейших нервно-гуморальных регуляторных систем в организме [2].

Летом 2020 г. специалисты из Дальневосточного отделения РАН и Томского политехнического университета провели геолого-гидрогеохимические исследования в местах активной геофагии животных в Приморском крае, что позволяет проверить справедливость РЗЭ-гипотезы. Для исследований выбрано 2 района: в верховьях р. Милоградовка на территории национального парка “Зов тигра” (далее М-район) и в окрестности г. Солонцовая на территории Сихотэ-Алинского биосферного заповедника (далее С-район).

М-район в геолого-геоморфологическом отношении – вулканотектоническая впадина площадью 75 км² с абсолютными отметками от 380 до 580 м, рассекающая хребет Сихотэ-Алиня с выходом в пойму р. Уссури. Образовалась она в раннем кайнозое, заполнена вулканогенными и терригенными отложениями. В пределах впадины выявлено 15 участков, регулярно посещаемых животными для потребления горных пород (оглиненные туфы и туффиты риолитового и дацитового состава). В их составе преобладают (от 10 до 95% объема) глинистые минералы (преимущественно смектит) и цеолиты (до 35%). Примесь зерен кварца и полевых шпатов от 15 до 50%. Поедают породы в основном благородные олени (Cervus elaphus) и пятнистые олени (C. nippon).

В С-районе мест потребления горных пород выявлено 10, они приурочены к выходам раннекайнозойских кальдерных отложений палеовулкана Солонцовый. В рельефе это обычная для восточного макросклона Сихотэ-Алиня территория с расчлененным среднегорным рельефом с отметками от 400 до 1160 м (г. Солонцовая). Минеральный состав поедаемых пород близок описанному в М-районе, но с несколько большей долей цеолитов.

На обоих участках отбирались водные пробы (90), поедаемые породы (45), растительность (117) и почвы (64). В С-районе собраны также копролиты благородных оленей, состоящие на 92% из минерального вещества. В каждом районе добыто по 1 благородному оленю, взяты биохимические пробы. Собранный материал изучен в Аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток), а также – в ТПУ в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии и МИНОЦ “Урановая геология” (г. Томск). Основные методы: ICP–MS и сканирующая электронная микроскопия (SEM).

Воды на М-участке ультрапресные гидрокарбонатно-натриево-кальциевые с малой долей сульфат и хлорид-ионов. Минерализация от 19.26 до 87.65 мг/л; рН – от 3.54 до 7.00. Суммарная концентрация растворенных форм РЗЭ по 36 пробам из водосборных бассейнов с преобладанием вулканогенных пород изменяется (с учетом Sc и Y) от 1.13 до 37.96 мкг/л. Преобладание легких РЗЭ (ЛРЗЭ) над тяжелыми с вариацией сумм легких от 74 до 87%.

Данные по водам на С-участке сходные, но почти без сульфат-ионов. Минерализация от 26.94 до 91.6 мг/л; рН – от 6.00 до 7.46. Суммарная концентрация РЗЭ по 13 пробам вод в водосборных бассейнах вулканогенных пород от 0.440 до 108.6 мкг/л. Преобладание ЛРЗЭ над тяжелыми уже не столь очевидное, вариация – от 59 до 91%.

В табл. 1 представлены средние содержания РЗЭ (в мкг/л) в водах М- и С-районов, средние показатели для рек мира (по [3]), средние по рекам Приморского края (по [4]), а также по рекам восточного макросклона Сихотэ-Алиня (по [4]). Там же приведены данные по водным источникам (2 из каждого района) с максимальным содержанием РЗЭ. На диаграмме (рис. 1) эти же данные представлены в NASС-нормированном виде (по [5]). Как очевидно, концентрации РЗЭ в изученных районах превышают средние по Приморью и миру до 10 и более раз. Особенно большой разрыв по ТРЗЭ.

Рис. 1.

Профили распределения средних концентраций NASС-нормированных РЗЭ (по [5]) в водных пробах M- и С-районов в сравнении со средними показателями рек мира (по [3]), рек Приморского края (по [4]) и восточного макросклона Сихотэ-Алиня (по [4]).

Согласно данным электронной микроскопии, во всех образцах пород обнаружены фазы РЗЭ, представленные фосфатами (монацит, рабдофан, крандаллит, ксенотим), встречаются карбонаты (бастнезит, паризит), силикаты (ортит) и труднодиагностируемые минеральные фазы сложного состава. Кроме того, обнаружены легкорастворимые вторичные минералы РЗЭ, близкие по составу рабдофану, а также вторичный бастнезит.

На высокий фон РЗЭ в пределах исследованных территорий указывает факт накопления данных элементов в растительности. На диаграмме (рис. 2) представлены профили средних содержаний РЗЭ в растениях. Как очевидно, в папоротниках накапливается РЗЭ в среднем в 10–30 раз больше, но в лабазнике и осоках относительно больше ТРЗЭ. В нормированном виде преобладающими элементами в травах становятся уже представители не столько легкой подгруппы (La, Ce, Nd), сколько Eu.

Рис. 2.

Средние содержания РЗЭ в листьях растений М- и С-районов: а – в папоротниках; б – в осоках (Carex spp.) и лабазнике (Filipendula palmata); в – NASC-нормированные средние значения в осоках и лабазнике.

Картина накопления РЗЭ в растительности хорошо отражается в относительном концентрировании Eu в головном мозге оленя, добытого в С-районе (см. рис. 3). У оленя из М-района, который добыт на большем удалении от района исследований, такого пика не выявлено.

Рис. 3.

Профили cодержаний РЗЭ в тканях головного мозга, крови и спинного мозга благородного оленя из С-района (а), и профили NASC-нормированных значений в тех же пробах (б).

Сопоставление химического состава поедаемых пород и копролитов оленей показало, что породы, взаимодействуя в пищеварительном тракте с биологическими электролитами, отдают существенные количества Na (от 3 до 4 г/кг), а К, Са, Mg, P активно сорбируют. В составе микроэлементов активно сорбируются ТРЗЭ, что хорошо видно на диаграмме (рис. 4а).

Рис. 4.

а – профили NASC-нормированных валовых содержаний РЗЭ в поедаемых глинисто-цеолитовых породах (SВ-1 и SВ-2) и минералогически идентичных копролитах благородного оленя (SВ-K-1 и SВ-К-2); б – профили хондрит-нормированных (по Sun, McDonough, 1989) средних концентраций РЗЭ в поедаемых породах Сихотэ-Алиня, в горах Вирунга (по [11]) и на г. Кения (по [12]).

Поскольку имеет место факт вывода из организма ТРЗЭ, это может означать возможность развития у животных геохимически обусловленных метаболических нарушений, что при достижении критических уровней концентрации токсичных РЗЭ может проявляться в виде стрессовой реакции организма c характерным влечением к геофагии, что наблюдали С.Р. Барчфилд и соавт. [7] у мышей при экспериментально вызываемых гомеостатических нарушениях в минеральном статусе организма. РЗЭ-стресс у диких животных пока нигде не выявлен, однако РЗЭ-элементозы выявлены у людей. В Индии доказана связь эндемических заболеваний сердечной мышцы (эндомиокардиальный фиброз – ЭМФ) у людей, питающихся растительной пищей на монацит-содержащих почвах с высокими содержаниями РЗЭ [8]. Аналогичные исследования по ЭМФ в Уганде показали, что РЗЭ содержатся во вторичных РЗЭ-минералах [9]. Самая неблагоприятная территория по ЭМФ выявлена в Африке, у оз. Виктория, в зоне влияния африканского рифта, где распространены вулканические породы с высокой концентрацией РЗЭ. В этих же районах распространена геофагия среди людей [10] и у животных в вулканических горах Вирунга [11], на горе-вулкане Кения [12] и в кратере Нгоронгоро [13]. При этом концентрация РЗЭ в породах, потребляемых животными значительно выше, чем в Сихотэ-Алине (см. рис. 4б), а наличие доступных форм Na в 10–100 раз меньше (концентрация Na там сопоставима со средней в почвах).

Таким образом, удалось выяснить, что районы Сихотэ-Алиня, где проявлена геофагия у животных, являются аномальными по концентрации РЗЭ практически во всех ландшафтных компонентах. Потребляемые горные породы действуют на организм как поставщики Na и как сорбенты ТРЗЭ. Факты высокой концентрации РЗЭ при почти отсутствии Na в поедаемых породах на территории Африки [11, 12] позволяют сделать вывод, что главная причина геофагии напрямую связана с РЗЭ.