Для понимания механизмов поддержания и нарушения экологического равновесия или устойчивости экосистем большое значение приобретает накапливающаяся важная информация на стыке экологии, биофизики, биохимии, химии и физиологии и получившие в последние годы новое «звучание» - физиологической, биофизической, биохимической и молекулярной (химической) экологии.

С этих экологических позиций, чрезвычайно важно понимание характера взаимодействия как биосистем (клеток, тканей, органов) отдельных особей - живых организмов (формирующих по Н.Ф. Реймерсу разделы «эндоэкологии»), так и взаимодействия между организмами (разделы «экзоэкологии») [1]. И в том, и в другом случае речь идет о взаимодействиях либо с участием конкретных химических соединений, являющихся источником энергии или строительных компонентов для того или иного организма, либо с участием молекулярных форм, выполняющих функцию посредников информации или регуляторов экологических процессов, связанных с переносом энергии и вещества через экосистемы.

С другой стороны, все большее значение в связи с широкомасштабным химическим загрязнением окружающей природной среды приобретают исследования механизмов детоксикации и биодеградации чужеродных веществ (поллютантов, ксенобиотиков). Существенно при этом, что химическое загрязнение среды может нарушать естественные коммуникативные связи между организмами.

В последние годы большое внимание уделяется роли и функциям экологических хемомедиаторов в биосфере [2]. Последние могут принимать активное участие в формировании среды обитания, в частности, гидробионтов - организмов, обитающих в водных экосистемах. Известно, что соленость среды и осмотическое давление представляют важный фактор распределения организмов; их различной величине соответствуют коренные различия морских и пресноводных организмов.

Накопилось достаточное количество данных о том, что в формировании среды обитания таких организмов принимают участие не просто химические медиаторы, а активные формы молекул, находящихся в свободно-радикальном состоянии (так называемые «свободные радикалы» - атомы или осколки молекул неорганической или органической природы, обладающие огромной реакционной способностью и этим самым влияющие как на протекание обменных процессов в живых клетках организма, так и в отдельных экосистемах) [3]. Различным организмам (биосистемам) или экосистемам присущ разный стационарный уровень концентрации свободных радикалов (отражающих разную степень интенсивности протекания окислительных свободно - радикальных реакций}, регулируемый другой системой — антиокислительной (молекулами— антиоксидантами).

Для разных типов морских беспозвоночных показано, что при изменении солености среды происходит повышенный расход антиоксидантов и развитие окислительных свободно-радикальных перекисных реакций в липидной фазе клеток организмов. Организмы, неустойчивые к опреснению (морские ежи, морские звезды) в результате быстрого израсходования антиоксидантов и резкого возрастания окислительных радикальных реакций при изменении солености быстро погибали. Наоборот, у организмов, более устойчивых к опреснению (актинии, балянусы) этот процесс протекал более медленно. Различная степень эвригалинности морских организмов оказалась тесно связанной с мощностью антиокислительных систем липидной природы.

Сравнительное изучение организмов с различной способностью выдерживать опреснение и переходить из моря в реки показало, что у организмов, способных осуществлять такой переход (проходные рыбы), имеется мощная антиокислительная система, не дающая развиваться «разрушительным» окислительным реакциям.

Показано, что органические соединения - антиоксиданты и пероксид водорода имеют большое значение для формирования окислительно-восстановительных условий в природной воде [4]. Эти условия и уровень концентрации свободных радикалов, заметно воздействует на состояние обитающих в водных экосистемах организмов (само же воздействие выделяемых гидробионтами названных веществ в данном случае направлено во все стороны экологической пирамиды при рассмотрении межорганизменных трофических связей), а также на скорость окислительного разрушения растворимых естественных и загрязняющих водоем органических веществ. Похожая функция экзометаболитов существенна, вероятно, и в почвенном блоке экосистем.

Долгосрочная адаптация живого организма к меняющимся условиям среды в результате действия физических или химических факторов сопровождается возникновением «системного структурного следа», устранение которого после прекращения действия побудительного стимула открывает дорогу для создания новых структурных следов и, следовательно, получения новых адаптационных возможностей [5]. Отсюда, вполне очевидна важность механизмов, осуществляющих «стирание» структурного следа, т.е. разборку синтезированных de novo структур, участвующих в адаптации. Характерным примером возникновения и устранения структурного следа является индукция мембран эндоплазматического ретикулума печени организмов и локализованной в них системы оксигеназ со смешанной функцией при попадании в организм чужеродных веществ и последующая разборка индуцированных структур. Принимая во внимание, что процесс свободно - радикального перекисного окисления липидов является эффективным инструментом дезинтеграции биологических мембран клеток, было показано, что этот процесс является важным звеном механизма разрушения структурного следа в печени организмов - органе детоксикации поллютантов среды.

При действии разных по природе внешних факторов на организм в его тканях происходит нарушение характерного для интактных клеток стационарного уровня концентрации свободных радикалов, которое в определенных пределах подвержено аутостабилизации со стороны организма за счет накопления ингибиторов окисления (антиоксидантов), а при более значительных воздействиях приводит к необратимому поражению и гибели организма, в основном, в результате интенсификации деструктивных окислительных процессов. Переходы от одного стационарного уровня концентрации свободных радикалов к другому в клетках происходит в определенных пределах скоростей реакций по кривым, носящим экстремальный характер.

Свободно - радикальный баланс (отношение концентрации свободно - радикальных состояний к количеству антиоксидантов в системе) существенно изменяется при различных физиологических воздействиях и патологических состояниях организма: Е-авитаминоз, ишемия и реоксигенация конечностей, эмоционально-болевой стресс, злокачественный рост, гематологические заболевания, лучевое поражение, интоксикация биологически активными веществами и т.д. [3], [6]. Выявленные изменения антиокислительных систем в тканях больных были антибатны по отношению к развитию свободно - радикального окисления субстратов при тех же заболеваниях. Этим, по своей сути, иллюстрируются авторегуляторные механизмы ответных реакций организма на молекулярном уровне. А сама авторегуляция как защитная реакция организма, по всей видимости, осуществляется изменением концентрации тканевых антиокислителей, регулирующих концентрацию продуктов свободно - радикального окисления, и в этом смысле этот механизм можно трактовать по теории адаптационного синдрома Селье(1960).

С целью повышения адаптивных способностей организма и предупреждения вредных последствий действия на организм различных факторов среды все шире применяются фармакологические средства, среди которых заметное место занимают химические соединения, обладающие антиокислительным действием. В первую очередь, это относится к витаминам - антиоксидантам (альфа-токоферол, аскорбиновая кислота и др.).

Таким образом, рассмотренные примеры демонстрируют несомненную роль свободно - радикального баланса как «химического регулятора» в био - и экосистемах.