Mikroelementi ir būtiskas ķīmiskas vielas, kas organismiem nepieciešamas nelielos daudzumos dažādu bioģeoķīmisko procesu veikšanai un šūnu un orgānu fizioloģisko funkciju regulēšanai. Veicinot šos procesus, mikroelementi atbalsta organismu veselību visu mūžu.

Mikroelementi ir būtiskas ķīmiskas vielas, kas organismiem ir nepieciešamas nelielos daudzumos dažādu bioģeoķīmisko procesu veikšanai un šūnu un orgānu fizioloģisko funkciju regulēšanai.[1] Veicinot šos procesus, mikroelementi atbalsta organismu veselību visu mūžu.[2][3][4]

Cilvēkiem mikroelementi parasti ir vienā no trim veidiem: vitamīni, mikroelementi un uztura minerālvielas.[2][5] Cilvēka mikroelementu nepieciešamība parasti ir mazāka par 100 miligramiem dienā, turpretim makroelementi ir nepieciešami gramos dienā.[6] Mikroelementu uzņemšanas trūkums parasti izraisa nepietiekamu uzturu.[2][7]

Ekosistēmās mikroelementi visbiežāk izpaužas kā mikroelementi, piemēram, dzelzs, stroncijs un mangāns.[8] Mikroelementu pārpilnība vidē lielā mērā ietekmē bioģeoķīmiskos ciklus mikrobu līmenī, no kuriem lielas ekoloģiskās kopienas paļaujas, lai izdzīvotu.[9] Piemēram, jūras primārie ražotāji (pazīstami arī kā fitoplanktons) fotosintēzei ir atkarīgi no bioloģiski pieejamās izšķīdušās dzelzs.[10][8][11] Tāpēc arī sekundārie un terciārie ražotāji okeānos ir atkarīgi no pietiekamas izšķīdušā dzelzs koncentrācijas.

Protams, mikroelementi tiek pārnesti starp rezervuāriem, izmantojot tādus procesus kā plūdu transports, eoliskie procesi, okeāna cirkulācija, vulkānisms un bioloģiskā uzņemšana/pārnešana.[12][8][13] Antropogēnās darbības arī maina mikroelementu pārpilnību ekosistēmās. Rūpnieciskā un lauksaimniecības prakse var izdalīt metālu pēdas atmosfērā, ūdensceļos un augsnēs, un mežu izciršana var izraisīt lielāku metālu saturošu putekļu nokļūšanu okeānos.[14][15][16]

Dabiskā mikroelementu pārpilnība

Dabiskā elementu pārpilnība ir atkarīga no to atomu skaita, pamatojoties uz nukleosintēzes procesu, tādējādi elementi ar lielāku atomu skaitu parasti ir mazāk sastopami nekā elementi ar zemu atomu skaitu.[17] Lielākā daļa mikroelementu ir mikroelementi ar augstu atomu skaitu, kas nozīmē, ka tie dabiski pastāv nelielā koncentrācijā.[18] Ievērojami izņēmumi no šī noteikuma ir bors (atomnr. 5), mangāns (atomnr. 25) un dzelzs (atomnr. 26).

Primārie ražotāji ir galvenie veicinātāji, kas veicina mikroelementu iekļaušanu kopienas ķīmisko vielu uzskaitē[19]. Patērētāji ekosistēmā aprobežojas ar primāro ražotāju audos esošajiem mikroelementiem, kurus viņi ēd. Primārie ražotāji iegūst mikroelementus no apkārtējās abiotiskās vides un organisko vielu pārstrādes augsnēs[20]. Piemēram, stiebrzāles uzņem dzelzi no augsnes, no kuras dzīvnieki paļaujas hemoglobīna ražošanai.[21]

Mikroelementu avoti un transportēšana

Dabiskā riteņbraukšana

Sākotnējais vairuma barības vielu, tostarp mikroelementu, avots ir ģeoloģiskais rezervuārs, ko sauc arī par lēno baseinu.[27] Mikroelementi, kas ieslodzīti akmeņos un minerālos, vispirms ir jāsadala fizikālās vai ķīmiskās laikapstākļos, lai tie varētu iekļūt ātrajā baseinā, kas nozīmē, ka tie cirkulē starp rezervuāriem īsākā laika posmā.[28] Mikroelementi var fiziski apmainīties starp rezervuāriem dažādos veidos, piemēram, no sauszemes augsnes uz okeāniem, izmantojot eolisko transportu vai upju transportu, no okeāniem uz jūras nogulumiem, nogulsnējot organiskās vielas, un no nogulsnēm uz ģeoloģiskajiem rezervuāriem ar litifikācijas palīdzību.[28][8][12] Alternatīvi, mikroelementi var izkļūt no ģeoloģiskā rezervuāra, izmantojot tektoniskus procesus, piemēram, caur vulkānismu vai hidrotermiskām atverēm.[29][30]

Antropogēnās ietekmes

Antropogēnā rūpniecība netīši ievada mikroelementus dažādās ekosistēmās visā pasaulē.[15] Mikroelementu pievienošanai ekosistēmām var būt gan pozitīva, gan negatīva ietekme. Klimata pārmaiņu apstākļos okeānu mēslošana ar dzelzi ir ierosināta kā oglekļa piesaistes metode;[31] tomēr paaugstināts dzelzs līmenis okeāna reģionos ar augstu barības vielu saturu un zemu hlorofila līmeni var izraisīt kaitīgu aļģu ziedēšanu, kas ir toksiska gan cilvēkiem, gan jūras dzīvībai.[32] Tāpat arī ezeros, izolētās jūrās un piekrastes līčos vai līcīs mikroelementu pievienošana var izraisīt eitrofikāciju, kas izraisa hipoksiju, pasliktinot ekosistēmu veselību.[33]

Mikroelementi tiek izdalīti ekosistēmās daudzu antropogēno darbību rezultātā. Dedzinot fosilo kurināmo, atmosfērā, apkārtējās augsnēs un tuvējos ūdensceļos izdalās tādi mikroelementi kā Zn, Fe, Ni un Cu.[16] Lauksaimniecības mēslošanas līdzekļu notece satur daudz mikroelementu, piemēram, Fe, Mn, Zn, Cu, Co, B, Mo un Ni. Mēslojuma notece ievada šos mikroelementus gruntsūdeņos, augsnēs un ūdensceļos.[34] Mežu izciršana samazina augsnes sablīvēšanos, kā rezultātā palielinās mikroelementus, īpaši Fe, saturošu putekļu transportēšana eolā.[12] Rūpnieciskajā kalnrūpniecībā veidojas atliekas, kas piesārņo noteci. Nepareiza kalnrūpniecības atkritumu apstrāde var izraisīt mikroelementu noplūdi gruntsūdeņos, augsnē un tuvējos ūdensceļos.[14][35]

Cilvēka mikroelementu trūkums

Nepietiekams būtisko uzturvielu uzņemšana predisponē cilvēkus dažādām hroniskām slimībām, un aptuveni 50% pieaugušo amerikāņu ir viena vai vairākas novēršamas slimības.[2] Amerikas Savienotajās Valstīs pārtikas produkti ar zemu mikroelementu saturu un augstu pārtikas enerģijas daudzumu veido aptuveni 27% no ikdienas kaloriju daudzuma.[2] Viens ASV nacionālais apsekojums (National Health and Nutrition Examination Survey 2003-2006) atklāja, ka personas ar augstu cukura patēriņu patērē mazāk mikroelementu, īpaši A, C un E vitamīnu, kā arī magniju.[2] Lai cīnītos pret mikroelementu deficītu, ir izmantotas dažādas stratēģijas:

Sāls jodēšana

Sāls jodēšana ir stratēģija joda deficīta novēršanai, kas ir vairāku fiziskās un garīgās veselības problēmu cēlonis.[36] 1990. gadā mazāk nekā 20% mājsaimniecību jaunattīstības valstīs uzturā bija pietiekams daudzums joda.[37] Līdz 1994. gadam starptautiskas partnerības bija izveidojušās globālā kampaņā par universālo sāls jodēšanu. Līdz 2008. gadam tika lēsts, ka 72 procenti mājsaimniecību jaunattīstības valstīs uzturā iekļāva jodēto sāli[38], un to valstu skaits, kurās joda deficīta traucējumi bija sabiedrības veselības problēma, ir samazinājies par vairāk nekā pusi no 110 līdz 47 valstīm[37].