1. Форми життя клітинна та неклітинна
 Скачать 0.68 Mb.
|
Основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу
66. Кругообіг речовин і енергії в біосфер Кругообігом речовин називають постійний обмін речовин між оболонками земної кулі. З по явою на планеті живих організмів шляхи переміщен ня речовин, що визначалися дією абіотичних чин ників, суттєво змінилися. Переміщення окремих хімічних елементів залежить передусім від дії фізич них чинників, таких як різниця температур і освіт лення, перепади тиску тощо. Розрізняють малий кругообіг, котрий стабілізує біосферу впродовж часу існування окремих екоси стем, і великий кругообіг, який здійснюється впро довж кількох геологічних періодів і при цьому тор кається глибинних шарів твердої оболонки Землі. Біогеохімічні цикли - це сукупність циклічних процесів обміну речовин та енергії між окремими компонентами біосфери, зумовлена життєдіяльні стю організмів. Впродовж мільйонів років на планеті формува лися стабільні шляхи переміщення речовини та енергії. В основі їх лежать стабільність положення планети відносно Сонця і тектонічні зміни в земній корі. Вчені вважають, шо від моменту появи життя еволюція живих організмів відбувалася паралельно з еволюцією біосфери, і виділяють такі головні ета ни її розвитку: 1) початковий, пов'язаний з появою і функціонуванням прокаріотів (3,8-1,9 млрд років тому); 2) становлення евкаріотів, пов'язаний з діяльністю одноклітинних ядерних організмів (1,9- 0,9 млрд років тому); 3) становлення багатоклітин них евкаріотів (900-600 млн років тому); 4) станов лення тварин з мінеральним скелетом (600-400 млн років тому); 5) завоювання живими організмами суші і виникнення грунтів (400-1 ЗО млн років тому); 6) поява квіткових рослин та еволюція ссавців (130- 2 млн років тому); 7) сучасний, пов'язаний з появою людини і розвитком людства (від 2 млн років тому). Кругообіг води. Більша частка води, що прохо дить через екосистеми, припадає на транспірацію, випаровування і атмосферні опади. На кожен грам первинної продукції наземних угруповань випаро вується приблизно 500 г води. Якшо брати до ува ги, що річна первинна продукція наземних місцез ростань становить приблизно 1,1 х 1017 т сухої ре човини, то в ході транспірації наземною рослинні стю повинно випаруватися близько 55 х1018 т води. Сумарне випаровування з поверхні Землі становить за рік приблизно 378 х1018 т. Для того, щоб забезпе чити таке переміщення на планеті, витрачається п'ята частина сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі. Якщо припустити, шо біосфера існує 3-4 млрд років, то виходить, що вся вода Світового океану пройшла повний біологічний цикл не менш як 300 разів. Кругообіг кисню. Загальна маса кисню в ат мосфері - 1,1 х 1021 т, але у зв'язаному вигляді його значно більше в складі літо- та гідросфери. Вважають, шо близько 4,5 млрд років тому атмосфера Землі мала склад, аналогічний тому, який мають вулканічні викиди. Це, в основно му, водяна пара, двоокис вуглецю і двоокис азоту. Після затвердіння земної кори дощі поступово ви мили з атмосфери вуглекислий газ, а кисень з'явив ся пізніше як результат фотосинтезу зелених рос лин. Кругообіг азоту. В атмосфері міститься близь ко 385 х 1016 т молекулярного азоту. Він необхідний для синтезу амінокислот, але абсолютна більшість організмів не здатна його асимілювати в такій формі. Складний шлях перетворення азоту в доступну для засвоєння форму проходить у грунті за допомогою мікроорганізмів - азотфіксуючих і нітрифікуючих бактерій. У живих системах міститеся лише 3 % всього доступного азоту Землі, а решта - в детриті. Кругообіг інших біогенних макро- та мікроеле ментів спричинює передусім ерозію материнських порід та діяльність редуцентів, під впливом якої спо луки цих елементів переходять у форму, придатну для всмоктування кореневою системою рослин або мікоризою. Далі вони накопичуються в первинній продукції і зрештою потрапляють в організм люди ни. Наприклад, нестача в харчових продуктах залі за спричинює анемію. Нестача марганцю може викликати порушення координації рухів, ускладнен ня пологів. Найбільше цього елемента накопичуєть ся в зеленій масі буряків. Мідь входить до складу багатьох ферментів людини і накопичується в печінці, мозку, нирках, серці. Нестача міді спричи нює порушення розвитку елементів скелету. Моліб ден також входить до складу деяких ферментів, і його нестача корелює з розвитком кам'яної хворо би нирок. Цинк відомий як активатор багатьох фер ментів, надлишок цинку відкладається у волоссі та нігтях. Нестача фтору призводить до порушення розвитку кісток, зокрема зубної емалі. Разом з тим надлишок фтору викликає негативні реакції з боку організму. Такі мікроелементи, як кадмій, ртуть, нікель, свинець та інші, здатні накопичуватися в організмі людини і можуть спричинити важкі розла ди обміну речовин. 67. Ноосфера. Космопланетарна сутність людини. Ноосфе́ра — сучасна стадія розвитку біосфери, пов'язана з появою в ній людства. Частина планети і навколопланетного простору зі слідами діяльності людини. Для ноосфери характерна низка таких специфічних ознак. 1. Зростання кількості видобутку корисних копалин з надр літосфери. Зараз їх загальний обсяг в кілька разів перевищує масу матеріалу, яку виносять води всіх рік до океанів. 2. Масове споживання біогенних речовин в енергетичних цілях. У зв'язку з цим в атмосфері поступово збільшується вміст вуглекислого газу. Цьому процесу сприяє також скорочення площ лісів — легенів планети і природних "фабрик" кисню. 3. Відбувається інтенсивна трансформація і розсіювання енергії Землі, а не її акумуляція, що було характерним для біосфери. 4. Створюються в масовій кількості нові речовини, в тому числі шкідливі, стійкі проти розкладу, збагачені металами. Відбувається забруднення біосфери. 5. Для ноосфери характерна поява нових трансуранових хімічних елементів. Людство оволодіває ядерною енергією, яка є практично невичерпною за запасами. Одночасно постійно зростає кількість небезпечних для живих організмів радіоактивних відходів з дуже великими періодами напіврозпаду. 6. Ноосфера виходить за межі біосфери у зв'язку з освоєнням космосу. На порозі третього тисячоліття з'являється принципова можливість створення штучних біосфер на інших планетах та їхніх супутниках. 68. Біополя. Біологічні ритми, їх медичне значення Біополя - це сукупність фізичних полів, притаманних об'єктам живої природи, з допомогою яких здійснюється обмін енергією та інформацією між ними. Одними з основних є електромагнітні поля і випромінювання живого організму. Це пов’язано з виникненням, рухом і взаємодією електричних зарядів у біологічних об'єктах у процесі їх життєдіяльності. Біоритми є однією з найбільш загальних властивостей біосистеми і характеризують її існування в часі. Наука, що вивчає біологічні ритми живих організмів, називається біоритмологією. У ній виділяють декілька самостійних напрямків: хронобіологія, хронопатологія, хронотерапія, хронофармакологія, хронопрофілактика та інші. Ритми охоплюють всі прояви життя - від субклітинних структур і окремих клітин до складних форм поведінки організмів, популяцій та екологічних систем. Ритмічність - основна властивість живої матерії, її невід'ємна ознака. Живому організму притаманні одночасно всі існуючі ритми, його функції можуть синхронізуватися у різних ритмах, різноманітних діапазонах періодів. Крім того, часова структура ритмів може змінюватися під впливом випадкових зовнішніх і внутрішніх факторів. Треба брати до уваги й індивідуальні особливості в організації часової структури ("сови", "жайворонки" тощо). У медико-біологічній науці сформований новий напрямок - хрономедщина. Перед цією галуззю клінічної медицини стоять великі завдання, вирішення яких сприятиме як розвитку нових уявлень про причини і патогенез різних захворювань, так і їх успішному лікуванню і профілактиці. 69.Антропогенний тиск на атмосферу Рівень впливу людини на оточуюче середовище визначається складністю її становище в біосфері. З одного боку, людина - біологічний об'єкт, нерозривно поєднаний з кругообігом речовин системою трофічних та енергетичних зв'язків між нею та іншими учасниками екосистем. З другого боку, людство створює високорозвинену соціальну систему, яка ставить суттєві вимоги щодо середовища, обумовлені потребами, котрі зростають у міру розвитку промисловості і росту чисельності населення. Протиріччя такого становища полягає в тому, що людство як соціальна система функціонує набагато ширше, ніж як біологічна система. Внаслідок цієї невідповідності порушується біологічний кругообіг речовин, що погіршує якість середовища. До вирішення цієї проблеми нині залучені методи екологічних досліджень, котрі проводяться на різних напрямках. Ще одна активна риса існування сучасного людського суспільства - урбанізація. Це явище бере свій початок, відколи почався активний розвиток промисловості і відбувся поділ виробництва на аграрне і промислове. Сучасні міста - це великі населені пункти, жителі яких зайняті переважно у сфері промислового виробництва. В міру розвитку людського суспільства кількість людей, зайнятих саме в промисловості, невпинно зростає. Урбанізація має як позитивні, так і негативні риси. Позитивним є те, що людина поступово все повніше задовольняє власні потреби. Негативні риси полягають в поступовому поглибленні протиріччя між людиною та навколишнім середовищем, що проявляється в забрудненні повітря, води, продуктів харчування, зміні видового складу екосистем, скороченні природних ресурсів. Стабільність екосистем залежить від параметрів абіотичних чинників. Антропогенний вплив може суттєво змінити ці параметри відносно природних значень. Для людей з ослабленим здоров'ям такі зміни можуть стати фатальними. Надзвичайно популярними останнім часом стали "екологічно чисті" продукти харчування та ліки природного походження, вироблені з сировини, одержаної в умовах середовища, не спотвореного діяльністю людини. З огляду на забруднення екосистем речовинами штучного походження актуальними стають методи захисту людини від проникнення в організм шкідливих речовин. Таке проникнення може відбутися при вдиханні забрудненого повітря, вживанні забрудненої їжі та води, а також крізь шкіру при контакті з носіями забруднень. Раніше люди могли розраховувати на природне очищення повітря та питної води від забруднювачів. Це спонтанний процес, який в природних екосистемах беруть на себе в основному детритофаги. Але індустріальне суспільство на це покладатися не може. Забруднення в окремих екосистемах відбувається постійно, причому частина забруднювачів є надзвичайно стійкою і не може бути ліквідована природним шляхом (деякі детергенти, більшість пестицидів та інсектицидів). У такій ситуації поступово параметри деяких чинників набувають лімітуючих значень для окремих членів екосистеми, і вони заміщуються іншими видами в ході дигресивних сукцесій. Після виходу параметрів за межі лімітуючих значень в екосистемі починається накопичення забруднювачів. Ці явища відбуваються в природних екосистемах дуже давно. Особливого значення вони набули на урбані- зованих територіях, у промислових зонах і на територіях з інтенсивним веденням сільського господарства. Основними джерелами забруднення на суші є промислові і каналізаційні стоки, викиди в атмосферу промислових газів і газо-пилових сумішей, промислові та побутові відходи. Нераціональне використання викопного палива призводить до катастрофічного забруднення атмосфери. Повітря, яким ми дихаємо, часто містить тверді частки (кіптява, азбест, побутовий пил тощо), мікроскопічні краплини рідин (вуглеводи, кислоти) і гази, які відсутні в природній атмосфері. Першим бар'єром на шляху проникнення забруднювачів у людський організм стають очисні фільтри промислових підприємств і системи очищення вихлопних газів автомобілів. Кожен легковий автомобіль за рік виділяє в атмосферу до 1 т СО2, до 300 кг циклічних вуглеводнів, сполук свинцю й окислів азоту. В місцях високої концентрації автомобілів, особливо у великих містах, за високої температури повітря відбуваються фотохімічні реакції з утворенням озону. Цей газ надає вихлопним газам підвищеної токсичності. Доведено, що в містах з високим рівнем забруднення атмосфери вихлопними газами підвищується рівень захворюваності на рак легень. Підприємства, які спалюють вугілля, в умовах підвищеної вологості повітря можуть спричинити накопичення в приземному шарі повітря сірчистого ангідриду, що також призводить до поширення різних шкірних і легеневих хвороб. Другим бар'єром на шляху проникнення забруднювачів у людський організм є очистка і контроль питної води. її отримують здебільшого з наземних водойм (як природних, так і штучних) або річок; нерідко - з підземних водоносних горизонтів. Величезне значення має правильна організація очищення води. Ще давньогрецький лікар Гіппократ радив фільтрувати або кип'ятити воду перед уживанням. Безпечність використання питної води визначається, зокрема, наявністю в ній домішок трьох категорій: неорганічних, органічних та мікроорганізмів. Серед неорганічних розчинених домішок найшкідливішими є іони фтору, хлору, миш'яку, нітрати. Серед органічних - діоксин, окремі пестициди, гербіциди, детергенти. Серед мікроорганізмів - збудники холери, тифу, рідше паратифу і дизентерії. Контакт із зараженою водою може спричинити лептоспіроз. Бактерія-збудник цієї хвороби потрапляє у воду з сечею диких або свійських тварин, а в людський організм - крізь мікротріщини, рани на шкірі чи слизових оболонках. Не варто недооцінювати інвазійні хвороби, збудники яких передаються з водою (наприклад, ришта, шистосоми). Цикл їхнього розвитку можна перервати тільки шляхом впровадження активних санітарно-гігієнічних заходів. Одна з найбільших епідемій амебіазу була зафіксована в м. Чікаго 1933 р., коли там проводилася Всесвітня виставка. Причиною епідемії стало протікання каналізаційних труб, через що забруднювалася питна вода. Іноді збудники потрапляють у питну воду через випорожнення хворих людей. Більшість сучасних випадків зараження людей такими хворобами пов'язана з тим, що в приготуванні їжі беруть участь приховані носії збудників хвороб, які не дотримуються правил особистої гігієни. Вживання води з природних джерел може спричинитися до ураження лямбліозом. Лямблія часто не викликає в зараженої людини або теплокровної тварини жодних симптомів. Така людина або тварина стає паразитоносієм і може, у свою чергу,стати причиною зараження джерел води. Характерно, що для знищення цього збудника хлорування води недостатньо, оскільки цисти паразита витримують таку процедуру. У зв'язку з тим, що дикі теплокровні тварини можуть заносити в природні водойми цисти лямблій, не рекомендується вживати некип'ячену воду, взяту навіть з джерел, віддалених від населених пунктів. Вірусні захворювання також можуть поширюватися через питну воду. Це стосується поширення збудника гепатиту. Найчастіше епідемії вірусного гепатиту пов'язані з невеликими місцевими джерелами водопостачання, де відсутній належнийконтроль якості питної води. Найбільша епідемія вірусного гепатиту була зафіксована в м. Нью-Делі (столиця Індії) 1956 р. Тоді захворіло близько 50 000 людей, хоча вода, заражена цим вірусом, була хлорованою. Сучасні міста оснащені системою станцій очистки води. В них питна вода має проходити кілька етапів очистки: біологічну, механічну, хімічну. Механічна очистка - це звичайна фільтрація з метою вловлювання твердих часток. Вперше фільтрування питної води було запроваджено 1872 р. у СІЛА. Для цього використовувалися піщані фільтри. Біологічна очистка передбачає пропускання води спершу крізь систему аеробних, а потім анаеробних редуцентів. Як правило, це бактерії та дрібні безхребетні. При цьому небажані макромолекули мінералізуються і виводяться шляхом наступної хімічної очистки. При хімічній очистці здійснюють осаджування (коагуляцію) колоїдів, пропускають воду крізь спеціальні фільтри, хлорують або озонують. При цьому мінералізовані сполуки видаляються разом з осадом, а небажані мікроорганізми знищуються. Хлорування в сучасних умовах використовують все рідше, оскільки надлишок хлору, який може потрапляти в організм людини, котрарегулярно вживає хлоровану воду, спричиняє негативні зміни. Більш сучасними (але й суттєво дорожчими) є методи озонування води. Аналіз придатності води до вживання в їжу виконується за спеціальною методикою, в основі якої лежить визначення у воді вмісту мікроорганізмів. Непатогенні бактерії, що виявляються у воді і входять до складу мікрофлори кишечника, називають кишковими паличками. Наявність їх у воді у великій кількості свідчить про те, що вода неочищена і вживати її не можна. Число кишкових паличок на одиницю об'єму води є індексом придатності води до використання. Так, питною вважать воду, яка містить не більш як 4 кишкові палички на 100 мл. Вода, в якій міститься більше бактерій, вимагає попереднього очищення. Вміст більш як 2300 кишкових паличок на 100 мл є межею придатності води для купання. Перевірка якості води здійснюється різними методами. Один з найпоширеніших методів полягає у пропусканні води крізь спеціальний фільтр. Осад переносять на поживне середовище, необхідне для вирощування колоній мікроорганізмів. Після появи колоній їх кількість підраховують і роблять висновки щодо придатності вживання води. Проблема питної води не є надуманою, адже половина дітей, які вмирають на планеті за рік, гинуть від захворювань, пов'язаних з вживанням неякісної води. Відсутність надійного контролю за станом питної води є причиною поширення через воду тих захворювань, на які припадає близько 80 % летальних випадків. У таких країнах, як Заїр, Лаос, Алжир, Бангладешта деяких інших, до 80 % населення не має змоги користуватися безпечною питною водою. |