6.Основные источники и виды антропогенного загрязнения биосферы

Стойкие органические загрязнители загрязняют бассейн Байкала при промышленном производстве в регионе алюминия (Иркутский и Братский алюминиевые заводы (ИРАЗ, БРАЗ), перегонке нефтепродуктов (Ангарский нефтехимический комбинат), производстве целлюлозы (БЦБК). В то же время в наши дни происходит трансграничный перенос из Китая и Индии опасного пестицида ДДТ, вследствие применения в этих странах запрещенного пестицида для борьбы с комаром, разносчиком малярии. Поскольку регион характеризуется длинной и холодной зимой, не происходит микробного разложения СОЗ (ПАУ, ПХБФ, ПФ) и токсиканты, оставаясь в природе, загрязняют почвы, поверхностные воды. Затем СОЗ загрязняют наземную растительность и далее травоядных животных. Как известно, СОЗ растворимы в жирах, и человек, в рационе которого мясо и молочные продукты составляют существенную часть, как вершина этой трофической цепи, накапливает в своем организме СОЗ в количествах, вызывающих болезни. Другая трофическая цепь, не менее важная, это накопление СОЗ в рыбах и далее в нерпе. Известно, что местное население на озере Байкал наряду с рыбой потребляет в пищу мясо нерпы (в силу отсутствия условий для содержания скота, поскольку нет пригодных пастбищ). Поэтому у локального населения организмы содержат очень высокую концентрацию СОЗ, что не может не вызывать тяжелые заболевания/смерть у всей биоты, обитающей в Байкальском регионе.

7.Уровни воздействия токсикантов на биоту.

Следствием токсического действия веществ на биосистемы является токсический процесс -формирование и развитие реакций биосистемы под действием токсиканта, приводящих к ее повреждению, т.е. нарушению функций, жизнеспособности, или гибели. Основные характеристики токсического процесса (действия): ТОКСИКАНТ > ВЕЩЕСТВО (ДОЗА) > КАЧЕСТВО ДЕЙСТВИЯ > ТОКСИЧИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Уровни организации биологических систем, на к-рых изучается токсичность вещества: - молекулярно-генетическом, - онтогенетическом, -популяционно-видовом, -биогеоценотически-биосферном Биомаркеры различных уровней организации биологических систем:

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

Рецептор, ДНК, липиды

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И МЕМБРАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Фотосинтетический аппарат детоксикации, система хеморецепции, хромосомы, биомембраны

КЛЕТКА И КЛЕТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

Иммунный ответ, агрегация тромбоцитов, морфологические изменения, мутагенез, тератогенез, канцерогенез

ОСОБЬ, ПОВЕДЕНИЕ ОСОБИ

Смертность, рост, развитие, пищевая мотивация

ВИД, ПОПУЛЯЦИЯ

Состояние, продуктивность, ареал обитания и пр.

I. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ Элементарной единицей на этом уровне являются гены – элементы наследственной информации, передаваемой от поколения к поколению, представляющие собой участки ДНК (или РНК), в нуклеотид. последовательности к-рых «закодирован» синтез опред-ного белка. Элементарными явлениями на этом уровне является конвариантная редупликация («самовоспроизведение с изменениями») генов, происходящая по матричному принципу. Антропогенному воздействию на этом уровне подвергаются: 1)генетический аппарат, генетические системы за счет: - прямого мутагенного действия разных физических и химических факторов на половые клетки (от точечных мутаций до перестроек в хромосомах и изменение их числа); -вторжение в геном хозяина за счет «латерального переноса» внехромосомных генетических детерминантов – вирусов или рекомбинантных ДНК/РНК /, кольцевых ДНК - «плазмид» /; -возникновение мутаций в соматических клетках, ведущих к тератогенному, канцерогенному эффекту у данного поколения. C этими процессами связано становление генетической токсикологии: исследование механизмов мутагенеза (М), тератогенеза (Т), канцерогенеза (К), включая скрининг и мониторинг потенц.М,Т,К; разработку методов выявлениях/модификации их эффектов и возможных рисков.

2)биомембраны: -нарушение проницаемости (ДДТ, газы, тяжелые металлы); -сдвиг мембранного потенциала; -нарушение структуры: биосинтетических молекулярных компонентов и СР перекисное окисление липидов; -фотодеструкция хлорофилла и фоторецепторных мембран сетчатки; -нарушение ультраструктуры мембранных органелл;  3)белково-ферментные комплексы: подавление переноса электронов, отношения О/Ф и др.

II. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ На этом уровне единицей жизни оказывается особь, Особью следует считать организм, происходящий от одной зиготы или гаметы (споры, почки) и индивидуально подлежащий действию элементарных эволюционных факторов.   Разделить особь на части без потери «индивидуальности» невозможно; онтогенеза -развитие особи от зародышевой клетки до смерти есть процесс. А сам онтогенез – это процесс реализации генетической информации, закодированный в структуре зародышевой клетки.   Элементарными структурами на этом уровне организации являются клетки, а элементарными явлениями – еще до конца не ясные процессы, связанные с онтогенетической дифференцировкой.   Реализация наследственной информации происходит на фоне постоянного изменения внешнего окружения, а развитие особи происходит без нарушений только в определенных границах действующих на нее факторов – диапазоне толерантности

Влияние антропогенных факторов на разных этапах и характеристиках онтогенеза нарушения эмбриогенеза, роста, размножения, метаболизма (отравления, заболевания) : 1)Все антропогенные факторы, как правило, ведут к нарушению метаболизма, строения и функционирования организма на любой стадии онтогенеза; часто они оказываются необратимыми и смертельными; 2)Нарушения эмбрионального развития и старческого возраста происходит при значительно меньших дозах, чем для взрослых особей; 3)Пороговые концентрации при хроническом воздействии ниже, чем при кратковременных воздействиях. 4)Эмбриотоксичность при хроническом воздействии небольших концентраций поллютантов. 5)Действие отдельных загрязнителей «замазаны» при их взаимодействии и сочетании в природе. 6)Может быть специфическое действие на те или иные структуры и функции, но и общее ослабление, включая иммунную систему. 7)Видоспецифичность действия загрязнителей, но и разная чувствительность к ним разных организмов.

III. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ На этом уровне основной единицей является популяция. Под популяцией понимается совокупность особей одного вида в течение большого числа поколений, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется свободное скрещивание особей в пределах популяции или других внутривидовых групп ( «панмиксия») и которая отделена от соседних таких же групп совокупностью особей той или иной изоляции. Элементарное явление на этом уровне – направленное изменение генотипического состава популяции, а элементарный материал – мутации разных типов. Популяции – генетически открытые системы, способные обмениваться генетической информацией в форме обмена особями или гаметами. Вид – наименьшая генетически закрытая система, как правило, представляющая сеть взаимосвязанных популяций. На этом уровне осуществляется процесс биоэволюции и происходит возникновение/исчезновение видов. Он является основным при описании проблем охраны живой природы. В настоящее время не менее 2 % амфибий и рептилий; 3,5 % пресноводных рыб; 5 % птиц; 10 % высших растений и 6 % млекопитающих находятся под угрозой исчезновения !

IV. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИ-БИОСФЕРНЫЙ УРОВЕНЬ Элементарная структурная единица этого уровня – биогеоценоз.  Биогеоценоз – это участок земной поверхности (вместе с почвой, водными компонентами среды, прилегающей атмосферой), занимаемый биоценозом, т.е. совокупностью растений, животных, грибов и микроорганизмов, связанных между собой и образующих «жизненное сообщество». Комплекс живых, косных и биокосных компонентов, образующих биогеоценоз, связан воедино обменом вещ-ва и энергии и отделен от соседних таких же комплексов какой-то существенной границей: биоценотической, микроклиматической, гидрологической, почвенной, геоморфологической или геохимической. Биогеоценозы — элементарные составные части биосферы Земли, являются энергетически незамкнутыми системами. Обмен веществ между соседними биогеоценозами осуществляется в газообразной, твердой и жидкой фазах, а также в форме переноса «живого вещества» (например, миграции животных). Биогеоценозы формируют среду эволюции составляющих их популяций живых организмов, взаимодействующих друг с другом, в т.ч. посредством выделения организмами абиот.условий (выделения - экологических хемомедиаторов.  Функции экологических хемомедиаторов: 1) защита от консуметов /токсины, репелленты/: растения - б/п и далее вверх по экологической пирамиде; 2) атака на организмы /пищевые токсины, экзоферм./: грибы, хищники и далее вниз по экологической пирамиде; 3) сдерживание конкурентов /аллелопат.агенты, фером.метки/: растения, животные и далее вдоль экологической пирамиды; 4) привлечение /половые феромоны, аттрактанты, фером.метки/: грибы, водоросли, растения, животные и далее в разные стороны экологической пирамиды; 5) регуляция внутри популяции /феромоны/: общ.насекомые и далее вдоль экологической пирамиды; 6) снабжение веществами-полуфабрикатами /алкалоиды/: растения и далее вверх по экологической пирамиде; 7) формирование среды обитания /АО, экзоферм./: гидробионты и далее в разные стороны экологической пирамиды.

8.ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ СИСТЕМ Для всех уровней организации живых систем характерны свойства, отличающие живую материю от неживой. К числу основных фундаментальных свойств живого относятся: 1)Потребление из ОС и превращение питательных веществ (подсистем) с низкой энтропией (метаболизм); последнее необходимо для поддер-жания структурной целостности биосистемы, ее роста и размножения; 2)Обмен веществ и энергией с ОС; таким путем обеспечивается приток необходимых для жизнедеятельности структурных элементов живого, их превращение, утилизация, выделение продуктов с высокой энтропией и тепловой энергией; 3)Регуляция; поддержание структурно-функциональной организации биосистемы требует упорядоченности течения обменных процессов; для этого у высокоорганизованных организмов формируются специальные механизмы регуляции, модулирующие активность отдельных органов и систем, интенсивность протекающих в них процессов; механизмы адаптации обеспечивают адаптацию системы к изменяющимся условиям среды;

4)Раздражимость и реактивность; различные хим.и физ.факторы ОС являются своеобразными сигналами или источниками информации, на к-рые живой организм реагирует в той или иной форме; структуры, пред-назначенные для восприятия и переработки информации, используют поступающее раздражение, а организму адекватно на него реагировать; 5)Репродукция; это свойство обеспечивает поддержание или увели-чение численности биологических объектов всех видов и типов; в основе репродукции лежит процесс клеточного деления; в ходе клеточного деле-ния осуществляется перенос ДНК (генетического материала) материнских клеток к дочерним клеткам и за счет этого обеспечивается в последующем репродукция и всех остальных компонентов живого; сохранение информа-ции о свойствах предшествующих поколений, зашифрованных в ДНК(ген-ах),передающихся из поколения в поколение, - явления наследственности; 6)Изменчивость; в основе лежит явление трансформации, преобразо-вание генет.материала (генотипа), что проявляется изменением структ. функц.особенностей организма (фенотипа); в основе изменчивости лежат два явления: половое размножение и мутации (спонт.или вызв. внешним воздействием измен.генет.материала, передающееся дочерним клеткам). Первичные эффекты высокотоксичных веществ > избирательное нарушение отдельных фундаментальных свойств живого (1-6). Чем более токсично вещество, тем более выражена его избирательность.