Классификация факторов окружающей среды. Классификация факторов окружающей среды
 Скачать 65.62 Kb.
|
|
2. параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды; 3. биоценотическое загрязнение (воздействие на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз); 4. стациально-деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции), – изменение ландшафтов и экологических систем с целью приспособления природы в интересах человека. В отличие от естественных, антропогенные помехи часто ведут не к отбору наиболее приспособленных особей, а к массовой элиминации организмов. Это связано со специфическими особенностями действий антропогенных факторов. Важнейшие из них следующие: 1) нерегулярность действия, а значит, и непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, которая часто несоизмерима с адаптационными возможностями организмов; 2) практически неограниченные возможности действия их на организмы, вплоть до уничтожения последних, что свойственно природным факторам и процессам лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы). Значение транспорта в антропогенных воздействиях Сильное воздействие различных видов транспорта на окружающую среду обусловлено его популярностью. Выбросы всех транспортных средств токсичны в разной степени. Автотранспорт. Мощное отрицательное воздействие сказывается на состоянии атмосферы, а также почвы и водоёмов. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания загрязняют воздух такими токсическими компонентами, как соединения свинца, оксиды углерода, серы и азота, бензапирен и другие. Железнодорожный. Негативного влияния на экологию от поездов меньше, нежели от автотранспорта, по причинам использования электрической тяги, малого расхода топлива и меньшего использования земли под дороги. Авиация. Специфика его влияния на экологию заключается в выбросах летательными аппаратами продуктов сгорания авиатоплива, а также в шумовом и электромагнитном воздействии на окружающую среду. Отработанные газы авиационных двигателей содержат частицы керосина, оксиды азота, сажу, углекислый газ. Эти компоненты способствуют развитию парникового эффекта и уменьшению озонового слоя земли. Кроме того, самолёты обрабатывают противообледенителями, смывы с которых загрязняют почву и подземные воды. Речной и морской транспорт. Огромную долю загрязнений, вносимых в мировой океан, приносит транспортировка нефти и нефтепродуктов танкерами. Случающиеся аварии на них приводят к разливам нефти и экологическим катастрофам. Токсические соединения попадают и в атмосферу Земли вместе с выбросами отходов водного транспорта в воздух. Основные последствия: Парниковый эффект. Выхлопные газы транспорта, испарения с примесями токсичных веществ оказываются в нижних слоях атмосферы. Такие газы, как водяные пары, углекислый газ, метан, оксиды азота, фреон являются движущей силой процесса под названием "парниковый эффект". Кислотные дожди. Повышение в воздухе концентраций таких веществ, как оксид серы и различные оксиды азота, ведёт к образованию в атмосфере кислот. Соединяясь с водой, они формируют кислотные осадки - это может быть дождь, снег, туман. Нарушение в экосистеме. Так как все экосистемы планеты связаны между собой, повседневное воздействие транспорта приводит к цепным реакциям в экосистеме и вторичным последствиям, таким, как: 1. отторжение земель от автостоянок, станций, дорог; 2. деградация водных объектов; 3. окращение ареалов и изменение среды обитания животных и растений. Сельское хозяйство, военная деятельность и биосфера В настоящее время сельское хозяйство стало, наряду с промышленностью, мощным фактором воздействия на окружающую среду. Начиная с 1980 года, ООН считает угрозу живой природе, исходящую от сельского хозяйства, в числе четырех самых опасных. Общий список видов загрязнения таков: Пестициды и продукты их распада. Систематическое использование убивает значительную часть безвредных организмов — от бактерий и насекомых до животных и птиц. Обильное использование пестицидов приводит к их просачиванию в грунтовые и поверхностные воды. Тяжелые металлы. Синтетические удобрения могут содержать в своем составе некоторое количество тяжелых металлов, в частности кобальта, кадмия, цинка и других. Они наносят сильный урон здоровью животных и людей, которые едят растения. Стоки животноводческих комплексов. Считается, что навоз — это лучший вид удобрений, поскольку он полностью натурален и безопасен для экологии. Тем не менее, чрезмерно большие объемы навоза и жидких стоков вносят значительный дисбаланс в локальную экологическую систему. Новейшая история показывает, что в конце XX - начале XXI в. в мире ежегодно происходило более 30 вооруженных конфликтов и столкновений. Наиболее тяжелыми последствиями являются нарушения экологического баланса. Пострадавшая природная среда будет длительное время сохранять отголоски военных действий. В результате ведения боевых и военных действий наступают следующие экологические последствия: 1. повреждение и уничтожение почвы; 2. засорение почвы радиоактивными, химическими веществами, неразорвавшимися боеприпасами и т.д.; 3. разрушение гидротехнических сооружений и затопление обширных площадей; 4. загрязнение поверхностных вод; 5. загрязнение атмосферы и уничтожение озонового слоя; 6. изменение климата; 7. уничтожение растительности и лесных массивов; 8. нанесение ущерба биоразнообразию. Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды — система государственных мероприятий, направленных на рациональное природопользование, сохранение и оздоровление окружающей среды в интересах ныне живущих и будущих поколений людей. Охрана окружающей среды включает комплекс мероприятий, часть которых направлена на оптимизацию процессов природопользования, а часть — на предупреждение и ликвидацию нежелательных воздействий со стороны окружающей среды на человека. К защите окружающей среды можно отнести: -создание природоохранных территорий (включая национальные парки, заповедники, заказники); -очищение загрязненных водных ресурсов; -предотвращение деградации земель; -сохранение биологически уникальных экосистем; -повышение осведомленности среди населения о значении окружающей среды; -принятие решений по защите окружающей среды на международном уровне и т.д. Биотехнологии и генная инженерия Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов. Главные направления биотехнологии: 1) производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически активных соединений, лекарственных препаратов, а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок; 2) применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды и для защиты растений от вредителей и болезней; 3) создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т. п. Сейчас биотехнология включает в себя генную и клеточную инженерию. Генная инженерия Генная (генетическая) инженерия — раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за синтезом необходимых метаболитов клетки. Генная инженерия не является наукой – это только набор инструментов, использующий современные достижения клеточной и молекулярной биологии, генетики, микробиологии и вирусологии. Возникнув на стыке химии нуклеиновых кислот и генетики микроорганизмов, генная инженерия занимается расшифровкой структуры генов, их синтезом и клонированием, вставкой выделенных из клеток живых организмов или вновь синтезированных генов в клетки растений и животных с целью направленного изменения их наследственных свойств. Генная инженерия решает такие важные задачи, как: - получение генов путем выделения их из клеток или синтеза; - получение рекомбинантных молекул ДНК; - клонирование генов; - введение генов в клетку и синтез чужеродного ей белка. На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней человека — сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований, карликовости. С помощью генетических методов были получены также штаммы микроогранизмов, которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов, чем исходные формы. Методы генной инженерии 1. Гибридологический анализ - основной метод генетики. Он основан на использовании системы скрещивания в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств. 2. Генеалогический метод заключается в использовании родословных. Для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. 3. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. 4. Популяционно - статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучения связи между признаками, анализе генетической структуры популяций и т.д. 5. Иммуногенетический метод включают серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., их используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. 6. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявление генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы. Выделение ДНК Впервые выделил ДНК швейцарский врач Фридрих Мишер в 1869 году. ДНК содержится во всех клетках человеческого организма, имеющих ядра. ДНК можно выделить из соскоба буккального (щечного) эпителия, лимфоцитов крови, биопсийного материала. Малые количества ДНК присутствуют в плазме крови. При беременности ДНК плода можно обнаружить в крови матери. Выделение ДНК из биологического материала — это первый этап любого молекулярно-генетического исследования. Процесс выделения ДНК можно разделить на несколько стадий: 1. Необходимо разрушить мембраны клеток, чтобы ДНК вышла в раствор. Для этого используем лизирующий буфер, содержащий поверхностно-активные вещества (ПАВ) и специальный фермент – протеиназу К. ПАВ разрушают клеточные мембраны, протеиназа расщепляет связывающие ДНК белки, а буферный компонент поддерживает pH на оптимальном для ДНК уровне. Однако вместе с ДНК в растворе оказываются и другие компоненты клеток – белки, «осколки» клеточных мембран, сахара. 2. Необходимо очистить ДНК от примесей. С помощью центрифугирования фильтруется раствор через силикатную мембрану на специальных колонках. ДНК обратимо связывается с мембраной, в то время как остальные органические компоненты клетки проходят сквозь нее. На этом этапе используются химические свойства ДНК, ее способность плохо растворяться в спиртах и хорошо – в воде. 3. Мембрану со связанной ДНК несколько раз промываем изопропиловым и/или этиловым спиртом, чтобы окончательно избавиться от примесей. 4. Наносим на мембрану колонки буфер для элюции. Элюция – извлечение вещества из твердого носителя вымыванием. Выделенная и очищенная ДНК может храниться в морозильной камере при температуре −20°С в течение нескольких лет. Рестрикация ДНК Одним из первых и важнейших из шагов молекулярной биологии стала возможность разрезать молекулы ДНК, причем в строго определенных местах. Этот метод был изобретен при изучении в 1950—1970-е годы такого феномена: некоторые виды бактерий при добавлении в среду чужеродной ДНК разрушали ее, в то время, как их собственная ДНК оставалась невредимой. Оказалось, что они для этого используют ферменты, позднее названные рестрикционными нуклеазами или рестриктазами. Рестрикцией ДНК называется процесс ферментативного разделения цепочек дезоксирибонуклеиновой кислоты на отдельные фрагменты, представляющие собой последовательность нуклеотидов различного размера. Важным свойством каждого фермента является его способность разрезать строго определенную — целевую — последовательность нуклеотидов ДНК. Рестриктазы не воздействуют на собственную ДНК клетки, поскольку нуклеотиды в целевых последовательностях модифицированы так, что рестриктаза не может с ними работать. Все рестриктазы разрезают фосфодиэфирную связь между соседними нуклеотидами в ДНК. Рестриктные фрагменты имеют фосфатную группу на 5’-конце и гидроксильную группу на 3’-конце. Генетические факторы Конструирование рекомбинаитных молекул ДНК Под рекомбинантными понимают ДНК, образованные объединением двух или более фрагментов ДНК, выделенных из различных биологических источников. Соединение фрагментов ДНК в единую молекулу производится несколькими методами, в зависящими от того, какие концы фрагменты сшиваемых ДНК. Соединение фрагментов по одноименным «липким» концам. Некоторые рестриктазы разрывают молекулу ДНК, образуя симметричные ступеньки, разрыв находится на одинаковом расстоянии центра от сайта узнавания. Эти комплиментарные друг другу участки могут соединяться за счет спаривания комплиментарных оснований. Но любые два фрагмента независимо от происхождения, образовавшиеся под действием одной рестриктазы могут «слипаться» за счет образования водородных связей между комплиментарными основаниями. Соединение фрагментов по «тупым» концам. «Тупые» концы фрагментов ДНК, полученные после действия рестриктаз соединяются также за счет ДНК-лигаз. В этом случае реакция лигирования имеет свои особенности и ее эффективность ниже, чем при сшивке «липкими» концами. Однако «липкие» концы можно ферментативным путем присоединить к «тупым». Для этого используют фермент – концевую трансферазу из тимуса теленка. Процесс сшивки завершается действием ДНК-лигазы. Соединение фрагментов с разноименными липкими концами. В ситуации, когда необходимо соединить фрагменты ДНК, имеющие некомплиментарные нуклеотиды, применяют так называемые линкеры. Линкеры – это химически синтезируемые олигонуклеотиды, представляющие собой сайты рестрикации или их комбинации. Выделение рекомбинаитных молекул ДНК в клетке После соединения фрагментов рекомбинатной ДНК, ее нужно ввести в живую клетку. Делают это при помощи так называемых векторов. Вектор - саморегулирующаяся молекула ДНК, используемая в генной инженерии для переноса генов и др. последовательностей от организма донора в организм-реципиента, а также для клонирования последовательностей нуклеотидов. Благодаря молекулам векторов стало возможным введение в живую клетку рекомбинантной ДНК. Дело в том, что при обычном введении ДНК, например, в бактериальную клетку, она, как правило, атакуется ферментами, которые гидролизуют ее до нуклеотидов. Иногда ДНК «выживает», но при делении клеток такая ДНК не наследуется и теряется. Для того чтобы рекомбинантная ДНК стала частью генетического аппарата клетки, она должна встроиться в геном клетки и реплицироваться в ней. Векторы бывают следующих типов: 1. Векторы для клонирования - используют для увеличения фрагмента ДНК, встроенного в такой вектор посредством репликации. К таким векторам относят бактериальные плазмиды и фаги. 2. Экспрессионные векторы. Их используют для анализа последовательностей генов и их белковых продуктов, так как в данных векторных молекулах гены имеют внешнее фенотипическое проявление. 3. Векторы для трансформации. Их используют для введения чужеродного фрагмента ДНК в геном реципиента. Требования к векторной молекуле: 1. Вектор должен содержать уникальный сайт рестрикации для нескольких рестриктаз, что позволит встроить в него фрагмент чужеродной ДНК; 2. Вектор должен иметь определенную емкость и не абортировать встроенный фрагмент; 3. Вектор должен реплицироваться в определенных клетках за счет имеющейся точки начала репликации; 4. Вектор должен содержать маркерный ген, облегчающий селекцию клеток, несущих ген. Практическое применение генной инженерии в медицине При лечении ряда заболеваний широко используются биологические препараты — это гормоны, белки, аминокислоты, вакцины и т. д. Химический синтез большинства этих веществ невозможен, поэтому на помощь приходит генная инженерия. Все более широкое применение получают инсулины, произведенные с помощью генной инженерии. Подобным образом получен и препарат гормона роста человека, крайне необходимый детям с врожденной патологией, приводящей к низкорослости. Во многих видах спорта эритропоэтин используют в качестве допинга, он повышает выносливость организма за счет лучшего снабжения тканей кислородом. А поскольку препарат не отличается от синтезируемого в самом организме, выявить недобросовестных спортсменов довольно сложно. Во всем мире используется вакцина против очень опасного гепатита В — ее получают из генетически измененной культуры дрожжей. Ведется разработка ДНК вакцин, которые помогут “создать” иммунитет не только от инфекционных болезней, но и от ряда онкологических, генетических, аутоиммунных заболеваний и другой патологии. Методы генной инженерии имеют огромное будущее, недавно появилась информация о том, что мальчику, страдающему наследственной патологией, приводящей к тяжелому повреждению кожи (буллезный эпидермолиз), пересадили искусственно выращенную генетически модифицированную кожу на 80% поверхности тела. У нас в стране тоже есть свои достижения — это трансгенные козы, продуцирующие человеческий лактоферрин — один из компонентов иммунной системы. Клеточная инженерия у человека и животных Клеточная инженерия у растений |