Ответы на экзаменационные вопросы по биологии. Экзамен

Организмы связаны с "окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением". Основной особенностью биосферы является биогенная миграция атомов химических элементов, вызванная лучистой энергией солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, роста, размножения.

Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского гласит - «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Закон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.

В.И. Вернадский, а позднее А.П. Виноградов разработали теорию о биогеохимических провинциях, под которой понимают территории, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием одного или несколько химических элементов в почве, воде, а также в организмах животных и растений, обитающих на этой территории.

На таких территориях могут наблюдаться определенные болезни, непосредственно связанные с недостатком или убытком этих элементов. Эти болезни получили название эндемических. Существуют территории, избыточного насыщения токсическими элементами (ртутью, таллием, ураном), и дефицитные регионы по содержанию йода, фтора, селена и других

Отдельную группу составляют биохимические провинции, характеризующиеся по какому-либо одному элементу (например, недостаток или избыток железа).

Хозяйственная деятельность человека может привести к образованию и антропогенных биохимических провинций. Таковыми являются территории с аномально высоким содержанием нитратов в колодезной и грунтовой воде, территории, на которых произошло оседание радионуклидов в результате аварии на Чернобыльской АЭС или на которых сосредоточены предприятия машиностроительной и приборостроительной промышленности, где в почтах аномально высокое содержание свинца, боря, никеля, меди, ванадия, вольфрама, хрома и других металлов.

Организмы в процессе биологического круговорота способны накапливать определенные химические элементы. Среди растений, как и среди животных, имеются виды, аккумулирующие калий, кальций, магний, литий, бор, железо, алюминий, кремний и т.д. Живые организмы могут концентрировать отдельные элементы и их соединения в огромных количествах. Например, известно, что в бурых водорослях концентрация йода в 1000 раз выше, чем в окружающей водной среде. Растения, аккумулируя те или иные элементы, указывают на определенные геохимические условия мест произрастания. Они могут быть полезны при поиске новых месторождений полезных ископаемых и оценке

загрязнения природной среды человеком. В последнем случае они служат своеобразными индикаторами, позволяющими определять наличие в окружающей среде вредных веществ, не регистрируемых прямыми измерениями из-за ничтожно малого количества.

Избирательно накапливая химические элементы, организмы перераспределяют их в биосфере. Отдельные области или районы суши, характеризующиеся преобладанием одних элементов и недостатком других, называются геохимическими провинциями. Основой выделения геохимической провинции является отклонение содержания элементов в земной коре от среднего значения (кларка). Чем больше эти отклонения, тем резче выражена та или иная геохимическая провинция. Отсутствие или содержание в незначительном либо чрезмерном количестве какого-либо элемента вызывает биогеохимические эндемии - специфические заболевания растений, животных и человека.

Биогеохимические провинции - это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию в почвах, водах и осадочных отложениях химических элементов или их соединений, с которыми связаны биогеохимические эндемии у растений, животных и человека. Известно более 30 химических элементов (литий, бор, углерод, азот, железо, магний, кремний, фосфор, калий и др.), по которым определяются биогеохимические провинции и аномальное содержание которых вызывает эндемии.

Источники антропогенного загрязнения почвы:

Принято различать естественное и антропогенное загрязнение почвы. Естественное загрязнение почв возникает в результате природных процессов в биосфере, происходящих без участия человека и приводящих к поступлению в почву химических веществ из атмосферы, литосферы или гидросферы, например, в результате выветривания горных пород.

Наиболее опасно для природных экосистем и человека антропогенное загрязнение почвы, особенно техногенного происхождения. Почва может загрязняться в результате:

внесения минеральных и органических удобрений;

использования пестицидов;

поступления промышленных и бытовых отходов различных видов, которые применяют в качестве удобрений и с целью увлажнения, в том числе и внесения в почву отходов животноводческих комплексов (ферм) и индивидуальных хозяйств;

попадания на ее поверхность химических веществ с атмосферными выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, а также радионуклидов вследствие аварий на ядерных реакторах;

захоронения бытовых и промышленных отходов.

Почва как источник чужеродных компонентов в продуктах питания:

Вредные вещества, содержащиеся в выбросах промышленных предприятий и ТЭС, в выхлопных газах автомобилей, оседают на землю. Проникнув в почву, токсичные металлы, диоксины всасываются корнями растений и затем в качестве загрязнителей продуктов питания попадают к нам на стол. Постепенно накапливаясь в организме человека, вредные вещества вызывают заболевания. Помимо индустриальных предприятий и автотранспорта, почву и произрастающие на ней сельскохозяйственные

культуры отравляют различного рода удобрения и ядохимикаты (пестициды, гербициды и т.п.).

70. Влияние факторов гидросферы на здоровье человека. Факторы воды, вызывающие заболевания человека. Основные источники антропогенного загрязнения водоемов.

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая Мировой океан, воды суши (реки, озера, ледники), подземные воды. Воде принадлежит важнейшая роль в развитии планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества и всей биосферы в целом.

Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (пар, вода) и живым веществом, в состав которого она входит.

Вода в биосфере играет роль растворителя, обеспечивает перенос растворимых веществ. Большое значение имеют газы, растворенные в воде О3 и СО3. Их количество варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов.

Вода очень быстро заражается при воздействии внешних факторов: она растворяет и содержит в себе соли тяжелых металлов, радиоактивные вещества, в ней размножается губительная для здоровья человека органика, болезнетворные микроорганизмы. Некачественная вода способна в течение довольно короткого времени полностью подорвать иммунитет человека и вызвать заболевания всех систем человека – особенно пищеварительной и мочеполовой.

Заболевания, вызванные контаминантами сточных вод промышленности:

Сточные воды промышленности, недостаточно очищенные, содержат тяжелые металлы, радиоактивные элементы, полициклические ароматические углеводороды, фенолы, нефтепродукты и т.д.

Многие из них способны вызвать серьезные заболевания внутренних органов, а также злокачественные новообразования.

Заболевания, вызванные контаминантами сточных вод сельского хозяйства:

В сельскохозяйственном производстве широко используются минеральные удобрения. Это способствует повышению урожая, но в то же время приводит к увеличению концентрации нитратов, фосфатов и калия в почвах и водных объектах. Нитраты попадают в организм человека с водой, а также с фруктами и овощами. До 65% нитратов в пищеварительном тракте человека превращаются в нитриты, которые попадают в кровь и ткани организма.

Заболевания, вызываемые микроорганизмами, вирусами и паразитами:

Водный путь распространения патогенных микроорганизмов и простейших изучен достаточно хорошо. Эти микроорганизмы способны вызвать эпидемии инфекционных и паразитарных заболеваний, таких как холера, брюшной тиф, дизентирия, амебиаз, лямбиоз, вирусный гепатит, полиомиелит и т.д. Как правило, эпидемические вспышки многих из перечисленных заболеваний возникают вследствие недостаточного фильтрования и обеззараживания питьевой воды систем централизованного водоснабжения.

Основные источники антропогенного загрязнения воды:

Промышленные стоки.

Вкачестве главного потребителя воды и основного источника её загрязнения можно рассматривать промышленность.

Впромышленности вода может использоваться:

в качестве сырья;

в качестве обогревателя, охладителя в технологических процессах;

для транспортировки, сортировки и промывания разных материалов в процессе производства;

для вывода отходов на разных этапах производства, при этом нередко вместе с водой сбрасывается большое количество органических и неорганических веществ.

Основные отрасли промышленности, загрязняющие воду, это:

целлюлозно-бумажная;

нефтеперерабатывающая; черная металлургия (доменное и сталелитейное производства).

Именно промышленные стоки являются основным источником солей тяжелых металлов

ирадиоактивных элементов (плутония, полония, солей свинца) в воде.

Бытовые стоки.

Можно определить следующие бытовые стоки:

стоки, связанные непосредственно с человеком;

бытовая химия (мыло, стиральные порошки, отбеливатели и т.д.);

дождевая и талая вода, в которой могут присутствовать различные примеси (песок, соль), добавляемые человеком для таяния снега и льда.

Опасность плохо очищенных сточных вод заключается в том, что они загрязняют чистую воду, могут привести к развитию в воде опасных бактерий и микроорганизмов, которые в свою очередь могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию).

Бытовой мусор.

Бытовой мусор опасен для источников пресной воды тем, что попадая на землю, бытовой мусор постепенно начинает разлагаться под воздействием окружающей среды, таким образом, бытовой мусор попадает в почву, в грунтовые воды и ручьи, а затем и в реки.

Сельское хозяйство.

Загрязнение пресной воды может происходить по следующим причинам:

непосредственное использование различных ядохимикатов;

сбросы органических отходов в водоемы;

попадание в реки, водоемы воды с обработанных полей, которая содержит различные химические соединения;

попадание в реки, водоемы продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота, домашних птиц и свиней, которые выращиваются на фермах, это приводит к загрязнению воды опасными для человека микроорганизмами; потери ядохимикатов, удобрений при их транспортировке и хранении; атмосферные осадки.

Вода с обработанных полей, которая содержит азот, попадает в грунтовые воды, что приводит к их загрязнению и делает невозможным их использование.

71. Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха и его влияние на здоровье человека. Основные источники загрязнения воздуха. Экологические последствия накопления в атмосфере малых газов: парниковый эффект, кислотные дожди и причины их возникновения.

Антропогенное загрязнение атмосферы связано с механическими, физическими, химическими и биологическими факторами, которые наиболее заметно проявляются в местах компактного проживания людей, особенно в мегаполисах, где погодные условия также заметно отличаются от аналогичных параметров вне города. В атмосфере постоянно присутствуют миллионы тонн загрязняющих веществ. Загрязнение атмосферного воздуха приводит к увеличению заболеваний как органов дыхания, так и сердечно-сосудистой системы. В настоящее время промышленные города, где сосредоточено более 50% населения, можно отнести к экологически опасным зонам, так как содержание загрязняющих веществ в их атмосфере значительно превышает предельно допустимые концентрации. Большую роль в этом играет и загрязнение атмосферы выбросами от автотранспорта, в частности выбросами свинца, который обладает значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Накапливаясь в организме человека, свинец наряду с другими вредными веществами может стать причиной неблагоприятных отдаленных последствий, так как обладает мутагенными,

канцерогенными, тератогенными свойствами. К химическим факторам риска для здоровья примыкает и такой физический фактор, как радиация, избежать воздействия которой невозможно. Излучение поступает как из космоса, так и от радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и в различных объектах окружающей среды.

Источники загрязнения атмосферы:

Так как факторы загрязнения атмосферы могут быть связаны как с естественными природными процессами, так и с деятельностью человека, то все источники загрязнения принято делить на естественные и искусственные (антропогенные).

К первым относят природные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, поступающие в атмосферу в результате вулканических извержений вулканов, лесных пожаров. Кроме того, естественными загрязнителями воздуха являются пыль, образующаяся в результате разрушения горных пород, пыльца растений, выделения животных и т.п.

Искусственные (антропогенные) факторы загрязнения атмосферы делятся на транспортные — образующиеся при работе автомобилей, поездов, воздушного, морского и речного транспорта; производственные – выбросы, происходящие в результате технологических процессов; бытовые – образующиеся при сжигании топлива для отопления и приготовления пищи, а также при переработке бытовых отходов.

Экологические последствия накопления в атмосфере малых газов:

1.Парниковый эффект — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Со второй половины XIX в. наблюдается постепенное повышение среднегодовой температуры, что связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» — диоксида углерода, метана, фреонов, озона, оксида азота и др.

Парниковые газы препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли, и атмосфера, насыщенная ими, действует как крыша теплицы. Она, пропуская внутрь, большую часть солнечного излучения, почти не пропускает наружу тепло, излучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) концентрация СО2 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов, метана, в меньшей степени — оксида азота.

2.Кислотный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, — при которых наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, обычно оксидами серы и оксидами азота. Кислотные дожди по природе своего происхождения бывают двух типов: естественные

(возникают в результате деятельности самой природы) и антропогенные (вызываются деятельностью человека).

Естественные кислотные дожди:

Причин возникновения кислотных дождей естественным путем немного:

•деятельность микроорганизмов;

•вулканическая деятельность;

•распад азотсодержащих природных соединений;

•грозовые разряды;

•горение древесины и другой биомассы.

Закисление природной среды негативно отражается на состоянии экосистем. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только питательные вещества, но и токсичные металлы: свинец, кадмий, алюминий и др. Далее они сами или их токсичные соединения усваиваются растениями и почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к их деградации как природных экосистем. Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ. Гибнут хвойные горные леса на Северных Аппалачах ив Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер.

Антропогенные кислотные дожди:

Основной причиной кислотных дождей является загрязнение атмосферы. Теплоэлектростанции и металлургические предприятия «дарят» природе около 255 млн.

тонн оксидов серы и азота.

Твердотопливные ракеты также внесли и вносят немалый вклад: запуск одного комплекса приводит к выбросу в атмосферу более 200 тонн хлористого водорода, около 90 тонн оксидов азота.

Антропогенными источниками оксидов серы являются предприятия, производящие серную кислоту и перерабатывающие нефть.

Выхлопные газы автомобильного транспорта – 40% оксидов азота, попадающего в атмосферу.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами - от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние, и в результате гомеостатические механизмы не срабатывают.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных.

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO2), вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздражают и разъедают слизистые оболочки глаз и легких, участвуют в образовании ядовитых туманов. Если они содержатся в воздухе совместно с диоксидом серы, то возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообразной смеси.

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа): при отравлении возможен летальный исход. Благодаря низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он не вызывает массовых отравлений, хотя и опасен страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бенз(а)пи-рен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т.д.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода. Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает ядовитая смесь дыма, тумана и пыли - смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип).

Что касается растений, то выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на их зеленые части, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву — на корневую систему. Особенно опасен для растений диоксид серы (SO2), под воздействием которого прекращается фотосинтез и гибнут многие деревья, особенно хвойные: сосны, ели, пихты, кедр.

72. Биологические ритмы в природе, их характеристика и роль в формировании адаптационных реакций человека. Хронобиологические основы здоровья человека. Основы хронодиагностики и хрономедицины.

Биологические ритмы обусловлены влиянием внешних и внутренних факторов.

К внешним факторам, влияющим на биологические ритмы человека относятся: изменения освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), возможно, магнитного поля, интенсивности космических излучений; приливы и отливы, сезонные и солнечно-лунные влияния.

Внутренние факторы - это нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.

Изучение хронофизиологических аспектов адаптации является актуальным и позволяет по-новому подойти к решению ряда теоретических и практических вопросов медицины, связанных с действием стрессогенных факторов, диагностикой функционального состояния организма и прогноза адаптации к экстремальным условиям. Как известно, многие патологические процессы сопровождаются изменениями временной организации физиологических функций, а нарушение координации эндогенных ритмов физиологических функций является одной из причин развития патологий.

В зависимости от критериев, положенных в основу, ритмы классифицируют: