Биологическая среда. Экологическая реабилитология
Система - это совокупность компонентов, находящихся во взаимодействии и образующих единое целое.
Типы биологических систем:
Открытые и закрытые (для энергии, информации, веществ)
Живые (биологические, социальные) и неживые (химические, физические)
Высокоупорядоченные (организмы) и с низкой упорядоченностью (кристаллы)
Саморегулирующиеся (организмы) и с внешней регуляцией (химические реакции)
Общие признаки систем: любая система состоит из элементов, частей (подсистем) и имеет определенную структуру.
Свойства систем: целостность (подчиненность компонентов общей цели); взаимосвязанность (изменение одного компонента приводит к изменению других); иерархичность (система может быть частью другой более крупной системы).
Принципы организации биологических систем
- Открытость - биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации.
- Высокая упорядоченность - согласованность между образующими систему компонентами; эффективное использование поступающей энергии.
- Оптимальность конструкции - наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее легкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества.
- Управляемость - переход из одного состояния в другое.
- Иерархичность - взаимная соподчиненность элементов и частей.
Уровни организации живой материи
Молекулярный уровень
Определяется химическим составом живых систем (органические и неорганические молекулы и их комплексы), биохимическими процессами - обменом веществ и превращением энергии, хранением и передачей наследственной информации. На этом уровне проходит граница между живой и неживой природой.
Система: биополимеры - белки, нуклеиновые кислоты.
Процессы: передача генетической информации - репликация, транскрипция, трансляция.
Органоидно-клеточный уровень
Обусловлен строением и функционированием клеток, их дифференциацией и специализацией в процессе развития и механизмами деления. Неклеточных форм жизни нет, а вирусы могут проявлять свойства живых систем только внутри живых клеток.
Система: клетка.
Процессы: клеточный метаболизм, жизненные циклы и деление, которые регулируются белками-ферментами.
Тканевый уровень
Обусловлен совокупностью клеток, сходных по строению и объединенных выполнением общей функции.
Система: ткань.
Процессы: процессы взаимодействия клеток в многоклеточном организме.
Органный уровень
Обусловлен строением и жизнедеятельностью нескольких типов тканей, которые образуют отдельные органы.
Система: орган.
Процессы: процессы взаимодействия органов и систем органов.
Организменный уровень
Определяется особенностями строения и функционирования отдельных особей, механизмами согласованной работы органов и систем органов, реакциями на меняющиеся условия среды.
Система: организм.
Процессы: онтогенез, метаболизм, гомеостаз, размножение.
Популяционно-видовой уровень
Определяется взаимоотношениями между организмами одной популяции, между организмами и их средой обитания.
Система: популяция, вид.
Процессы: изменение генофонда, элементарные эволюционные изменения.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень
Определяется взаимоотношениями между организмами разных видов и различной сложности организации.
Система: биогеоценоз (экосистема).
Процессы: круговорот веществ и превращение энергии в биогеоценозе (экосистеме), пищевые цепи и сети.
Биосферный уровень
Определяется взаимоотношениями между различными экосистемами (биогеоценозами), круговоротом веществ и превращением энергии.
Система: Биосфера.
Процессы: круговорот веществ и превращение энергии.
Основные свойства живых систем
1. Единство химического состава
Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и тела неживой природы, только в разном соотношении - 98% химического состава живых организмов приходится на углерод, кислород, водород и азот.
2. Обмен веществ
Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, при этом они поглощают необходимые вещества и выделяют продукты жизнедеятельности. Обмен веществ обеспечивает гомеостаз - постоянство физико-химического состава организма и всех его частей. Обмен веществ происходит и в неживой природе, однако при этом происходит их перемещение (смыв почвы) или изменение только их агрегатного состояния (испарение воды), а при биологическом обмене веществ - их превращение.
3. Самовоспроизведение (репродукция)
Живые организмы способны воспроизводить себе подобных. В основе этого свойства лежит образование новых молекул и структур на основе информации, хранящейся в ДНК. Благодаря самовоспроизведению не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток после деления идентичны своим предшественникам.
4. Наследственность
Способность организмов сохранять и передавать из поколения в поколение признаки, свойства, особенности, т.е. обеспечивать преемственность поколений.
5. Изменчивость
Способность организмов в течение жизни приобретать новые признаки и свойства, в основе которого лежит процесс изменения молекул ДНК. Это свойство поставляет материал для естественного отбора.
6. Развитие и рост
Развитие - всеобщее свойство материи - необратимое направленное закономерное изменение живых и неживых систем, в результате которого появляются качественно новые состояния систем. Развитие живых систем представлено индивидуальным развитием (онтогенез) и историческим развитием видов (филогенез). Развитие сопровождается ростом - увеличением размеров, массы и объема организма.
7. Раздражимость
Способность организмов избирательно реагировать на внешние воздействия окружающей среды. Изменение условий окружающей среды по отношению к организму - раздражение, а реакция организма на внешние раздражители - раздражимость - показатель чувствительности организма к раздражителям. У растений - тропизмы (изменение характера роста): геотропизм, гелиотропизм, аэротропизм, реотропизм, термотропизм, фототропизм - и настии (движение отдельных частей растительного организма): движение листьев к свету; у простейших животных - таксисы (изменение характера движения): хемотаксис, фототаксис, аэротаксис, геотаксис, реотаксис, термотаксис; у многоклеточных животных - рефлекс (ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая и контролируемая нервной системой).
8. Дискретность и целостность
Каждый организм (биологическая система) состоит из обособленных, отграниченных в пространстве элементов, которые между собой тесно связаны и взаимодействуют, то есть являются структурно и функционально едиными.
9. Саморегуляция
Способность живых организмов поддерживать постоянство физико-химического состава, интенсивность физиологических процессов в меняющихся условиях окружающей среды. Недостаток питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение их синтеза.
10. Ритмичность
Изменения интенсивности физиологических процессов и функций с различными периодами колебаний (суточные, сезонные ритмы). Ритмичность обеспечивает приспособление организмов к периодически изменяющимся условиям существования.
11. Энергозависимость
Живые организмы - это открытые системы, которые являются устойчивыми только при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне.
12. Самообновление
Способность восстанавливать макромолекулы, органоиды и клетки при постепенном их разрушении.
13. Иерархичность
Все живое, от биополимеров до биосферы, находится в определенной соподчиненности, и функционирование менее сложных биологических систем делает возможным существование более сложных биологических систем.
Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.
Структура классической биоэкологии включает:
аутэкологию (экологию отдельных организмов),
демэкологию (экологию популяций и видов),
синэкологию (экологию сообществ организмов).
В экологии выделяют также:
- экологию различных систематических групп (экология грибов, растений, млекопитающих и т. д.),
- сред жизни (суши, почвы, моря и т. п.),
- эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий),
- ряд прикладных направлений (медицинская, сельскохозяйственная экология, эколого-экономические науки).
Среда жизни - это часть природы, в которой живут организмы:
- вода,
- воздух,
- почва,
- организм.
Водная среда жизни.
Вода - первичная среда для живых существ, поскольку именно в ней зародилась жизнь. Большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления воды в организм или по крайней мере без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Так, содержание солей в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к таковому в океанической воде. Свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни. Главной отличительной особенностью водной среды является ее относительная стабильность (амплитуда сезонных или суточных колебаний температуры в водной среде намного меньше, чем в наземно-воздушной). Рельеф дна, различие условий на разных глубинах, наличие коралловых рифов и прочее создают разнообразие условий в водной среде.
Особенности водной среды проистекают из физико-химических свойств воды. Так, большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Удельная масса воды соизмерима с таковой у тела живых организмов. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности воздуха. Поэтому водные организмы (особенно активно движущиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных животных по этой причине шла в направлении формирования формы тела и типов движения, снижающих лобовое сопротивление, что приводило к снижению энергозатрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в воде, - дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.
Высокая плотность воды является также причиной того, что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде. Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов.
В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, которая характерна для наземных форм и связана с силами гравитации. Поэтому есть целая группа водных организмов (как растений, так и животных), существующих без обязательной связи с дном или другим субстратом, «парящих» в водной толще. Электропроводность открыла возможность эволюционного формирования электрических органов чувств, обороны и нападения.
Наземно-воздушная среда жизни характеризуется огромным разнообразием условий существования, экологических ниш и заселяющих их организмов. Важно отметить, что организмы играют первостепенную роль в формировании условий наземно-воздушной среды жизни, и прежде всего газового состава атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхождение.
Основными особенностями наземно-воздушной среды являются большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптации организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.
Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало (ограничивало) возможности освоения наземно-воздушной среды, а также направляло эволюцию водно-солевого обмена и структуры органов дыхания.
Почва как среда жизни является результатом деятельности живых организмов. Заселявшие наземно-воздушную среду организмы приводили к возникновению почвы как уникальной среды обитания. Почва представляет собой сложную систему , включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности почвы как среды жизни. Важной особенностью почвы является также наличие определенного количества органического вещества. Оно образуется в результате отмирания организмов и входит в состав их экскретов (выделений).
Условия почвенной среды обитания определяют такие свойства почвы, как аэрация (т. е. насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезонный, разногодичный ход температур). Термический режим по сравнению с наземно-воздушной средой более консервативный, особенно на большой глубине. В целом почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни. Вертикальные различия характерны и для других свойств почвы, например, проникновение света зависит от глубины.
Почвенная среда занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средами. В почве возможно обитание организмов, обладающих как водным, так и воздушным типом дыхания. Вертикальный градиент проникновения света в почве еще более выражен, чем в воде. Микроорганизмы встречаются по всей толще почвы, а растения (в первую очередь корневые системы) связаны с наружными горизонтами. Для почвенных организмов характерны специфические органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела; прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т. д.
Экологические факторы - элементы среды, оказывающие влияние на организмы, в ответ на которые организмы реагируют приспособительными реакциями.
По природе различают :
- неорганические, или абиотические факторы : температура, свет, вода, воздух, ветер, соленость и плотность среды, ионизирующие излучения;
- биотические факторы , связанные с совместным обитанием, взаимным влиянием животных и растений друг на друга;
- антропогенные факторы - воздействия человека, человеческой деятельности на природу; по размаху и глобальности своего воздействия они приближаются к геологическим силам.
Каждый из экологических факторов незаменим . Так, недостаток тепла нельзя заменить обилием света, минеральные элементы, необходимые для питания растений, - водой.
Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется, практически, на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.
Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.
Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом ), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.
Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например, снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.
Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости, или выходит за них называется ограничивающим .
Интенсивность воздействия различных экологических факторов на популяцию в целом называется правилом оптимума и описывается графически. По оси ординат откладывается численность популяции в зависимости от дозы того или иного фактора (ось абсцисс). Выделяют оптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходит угнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует пяти зонам : зона оптимума, справа и слева от нее зоны пессимума (от границы зоны оптимума до max или min) и летальные зоны (находящиеся за пределами max и min), в которых численность популяции равна 0. Интенсивность фактора, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют оптимальной, или оптимумом. Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости .
Эврибионты -
организмы, проживающие в различных условиях среды (выносят широкий диапазон колебаний фактора).
Стенобионты -
организмы, требующие строго определенных условий существования (узкий диапазон колебаний фактора).
При комплексном воздействии различных факторов на организмы лимитирующим (ограничивающим развитие организмов) фактором является фактор, находящийся в недостатке или избытке. Образно это положение помогает представить так называемая «бочка Либиха». Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам имеют разную высоту. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку можно ровно столько, какова длина самой короткой рейки.
Закон оптимума, минимума и максимума.
Этот закон говорит о том, что наивысший урожай можно получить только при среднем, то есть оптимальном, наличии фактора жизни растений.
Действие этого закона наглядно проявляется при выращивании растений на фонах разного обеспечения каким-либо одним фактором жизни, например водой, теплом, углекислым газом или любым другим. Во всех случаях по мере увеличения количества фактора от минимального к оптимальному условия произрастания растений будут улучшаться, а урожай увеличиваться. При дальнейшем же увеличении, количества фактора урожай начнет уменьшаться, пока не достигнет близкого к нулевому при максимальном количестве фактора жизни растений.
На произрастание культурных растений оказывает влияние не единичный фактор жизни, а совокупность факторов жизни и условий среды. Было установлено, что, изменяя только один фактор жизни, без прямого воздействия на остальные, прибавки урожая постепенно затухают, а потом и совсем прекращаются от одинаковых дополнительных доз фактора. Причина тому - ограничивающее влияние других факторов жизни, так как вступает в действие закон минимума, или ограничивающих факторов, - урожайность сельскохозяйственных культур зависит от фактора жизни, находящегося в относительном минимуме.
Закон минимума
, или ограничивающих факторов
, имеет отношение и к физиологии растений, где его трактовали так; находящийся в относительном минимуме фактор ограничивает воздействие всех остальных факторов жизни. Предполагалось, что факторы жизни действуют на растения изолированно один от другого. Однако этого в природе нет. Многочисленными опытами и практикой установлено, что жизнедеятельность культурных растений действительно зависит от факторов жизни, находящихся в относительном минимуме, но в отдельных случаях недостаток одних факторов жизни можно несколько сгладить хорошим обеспечением другими факторами жизни. Например, если в процессе фотосинтеза ограничивающим фактором будет углекислый газ, то это ограничение можно снять несколькими способами: во-первых, увеличением концентрации углекислого газа в окружающем растения атмосферном воздухе; во-вторых, путем создания оптимальной температуры окружающего воздуха. Последнее приведет к усилению диффузии молекул углекислого газа из окружающей среды в межклеточные пространства листа, то есть к лучшему обеспечению хлоропластов углекислым газом.
Сложность взаимоотношений факторов жизни между собой, а также между ними и растениями не позволяет упрощенно понимать действие закона минимума, или ограничивающих факторов.
В производственных условиях необходимо знать факторы жизни, находящиеся в первом, втором и последующих минимумах, и агротехническими, а также другими приемами снимать их ограничивающее влияние.
Ограничивать урожай могут не только факторы жизни, но и неблагоприятные условия среды: почвенные, фитологические и агротехнические, например кислотность почвы, ее засоренность. Следует применять меры к ограничению их отрицательного влияния на культурные растения.
Биологические ритмы.
Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. К внешним факторам относятся – изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений. Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Эти же факторы определяют время наступления перелетов птиц, линьку животных и т.д.
Фотопериодизм
– фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды. Длина светового дня для многих организмов является сигналом смены сезонов. Очень часто на организм оказывает влияние сочетание факторов, и если какой либо из них является ограничивающим, то влияние фотопериода снижается или не проявляется вовсе. При низких температурах, например растения не зацветают.
Тематические задания
А1. Организмы, как правило, приспосабливаются
1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам
2) к одному, важнейшему для организма фактору
3) ко всему комплексу экологических факторов
4) в основном, к биотическим факторам
А2. Ограничивающим называется фактор
1) снижающий выживаемость вида
2) наиболее приближенный к оптимальному
3) с широким диапазоном значений
4) любой антропогенный
А3. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать
1) скорость течения воды
2) повышение температуры воды
3) пороги в ручье
4) длительные дожди
А4. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях
1) хищнических
3) нейтральных
4) симбиотических
А5. Биологическим оптимумом называется положительное действие
1) биотических факторов
3) всех видов факторов
4) антропогенных факторов
А6. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к
1) саморегуляции
2) анабиозу
3) охране потомства
4) высокой плодовитости
А7. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой природе, – это
1) атмосферное давление
2) долгота дня
3) влажность воздуха
4) t воздуха
А8. К антропогенному фактору относится
1) конкуренция двух видов за территорию
4) сбор ягод
А9. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается
1) домашняя лошадь
3) бычий цепень
4) человек
А10. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает
1) прудовая лягушка
2) ручейник
4) пшеница
В1. К биотическим факторам относят
1) органические остатки растений и животных в почве
2) количество кислорода в атмосфере
3) симбиоз, квартиранство, хищничество
4) фотопериодизм
5) смена времен года
6) численность популяции
биологическая среда - — Тематики биотехнологии EN biological medium … Справочник технического переводчика
Среда - (ц.слав. – середина) – один из дней недели, серединный, связанные с воспоминанием православной церкви о предании Иисуса Христа на страдания и смерть, о самих страданиях и смерти. Среда является постным днем в память об этих событиях. В страстную… … Основы духовной культуры (энциклопедический словарь педагога)
Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O … Википедия
Система биологическая - динамически саморегулирующиеся и, как правило, саморазвивающиеся и самовоспроизводящиеся биологические образования различной сложности (от макромолекулы до биосферы планеты как глобальной экосистемы и биоты одновременно) (см. Биота, Экосистема).… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
У этого термина существуют и другие значения, см. Природа (значения). Природа материальный мир Вселенной, в сущности основной объект изучения естественных наук. В быту слово «природа» часто употребляется в значении естественная среда… … Википедия
Мясо из пробирки, также известное как культивируемое мясо или искусственное мясо это мясо, которое никогда не было частью живущего, полноценного животного. В нескольких современных исследовательских проектах пытаются выращивать мясо в пробирке… … Википедия
Неклассический метод эстетич. и культурологич. исследований, предлагаемый Делёзом и Ф. Гаттари в качестве альтернативы психоанализу. Принцип, отличие от психоанализа заключается в том, что Ш. раскрывает нефигуративное и несимволич.… … Энциклопедия культурологии
Явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к рый определяется как обратная величина расстояния, на к ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718… … Физическая энциклопедия
Околоушная слюнная железа Слюна (лат. saliva) прозрачная бесцветная жидкость, жидкая биологическая среда организма выделяемая в полость рта тремя парами крупных слюнных желез (подчелюстные, околоушные, подъязычные) … Википедия
ПРИГОЖИН ИЛЬЯ РОМАНОВИЧ - (1917 2003) – бельгийский химик, лауреат Нобелевской премии (1977), родился в Москве, а с 1921 г. проживал в Литве, Германии, Бельгии, профессор физической химии, директором международного института физики и химии в Брюсселе, интересовался… … Философия науки и техники: тематический словарь
ТРАНСФОРМИЗМ - биологическая теория, сформулированная в XVII в., согласно которой живые существа в различные геологические эпохи отличались друг от друга, претерпевая постепенные преобразования. Эти преобразования могут быть вызваны условиями жизни (среда),… … Философский словарь
Книги
- , В. А. Ройтман, С. А. Беэр. Монография посвящена важной, однако слабо освещенной в мировой литературе проблеме - паразитизму как производному эволюции биосферы. Рассматриваются следующие разделы: трансформирование…
- Паразитизм как форма симбиотических отношений , В. А. Ройтман. Монография посвящена важной, однако слабо освещенной в мировой литературе проблеме – паразитизму как производному эволюции биосферы. Рассматриваются следующие разделы: трансформирование…
Преимущества биологических методов
Длительное время наблюдения, которые мы с использованием современной терминологии называем мониторингом, производились лишь за изменениями концентраций в среде тех или иных вредных веществ, и некоторыми другими параметрами состояния природной среды, связанными в основном с естественными причинами. В отличие от динамики экосистем, вызываемой естественными факторами, их изменения под воздействием антропогенных и техногенных факторов происходят весьма быстро.
Логично предположить, что, поскольку на живые организмы сильно и негативно воздействуют различные химические примеси в среде, именно химическими методами и следует оценивать качество среды. Однако это не совсем так. Дело в том, что нередко химические методы не способны определить наличие в среде вредных веществ в силу их низкой концентрации, однако за счет эффекта кумуляции их вредное воздействие оказывается ощутимым.
Замечание 1
Точно также химические методы не могут отобразить специфику совместного действия на организм нескольких вредных веществ, которая не сводится к суммации отдельных воздействий. Наконец, существует явление адаптации, благодаря которому воздействие одних и тех же концентраций тех же самых загрязнителей на разные поколения организмов неравнозначно. Все эти недостатки химических методов становятся несущественными для биологических.
Биологические тест-объекты
Определение 1
Тест-объекты - это организмы, используемые для оценки токсичности химических веществ, промышленных выбросов, атмосферных примесей, природных и сточных вод, почв, донных отложений водоемов, кормов и др.
Это своего рода «датчики» сигнальной информации, показывающей степень токсичности среды, они позволяют заменить сложные химические анализы, дают возможность оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) среды, независимо от ее обусловленности одним, легко определяемым аналитически веществом или целым комплексом химически не определяемых веществ. Тест-объекты с высокой степенью приближения позволяют дать количественную оценку уровня токсичности загрязнения воздушной, водной и почвенной среды.
В качестве таких объектов используют самые разные организмы – растения, беспозвоночных и позвоночных животных.
Методики исследований также различны. Это изучение видового состава и численности биоиндикаторов в сообществах, лабораторные исследования, в которых отмечается воздействие тестируемой среды на выживаемость, плодовитость, стабильность развития организмов. Популярными объектами таких исследований являются:
- семена ряда растений,
- лишайники,
- дафнии,
- многие водные беспозвоночные,
- рыбы,
- и т.д.
Замечание 2
По используемому объекту нередко называют и весь метод, например, метод, основанный на использовании в качестве тест-объекта лишайников называется лихеноиндикацией.
Тест-объекты должны чутко реагировать на характер и состав субстрата, на микроклиматические условия и состав среды. Использованию их как объектов глобального мониторинга способствует широкое распространение и выраженная реакция на внешнее воздействие, притом, что собственная изменчивость этих организмов должна быть относительно незначительной.
Тест-объекты служат интегральным индикатором состояния среды и косвенно выражают свей реакцией общую "благоприятность" комплекса абиотических факторов среды для биоты. Кроме того, большая часть химических соединений, вредно влияющих на организмы, входит в состав выбросов большинства промышленных производств, что позволяет использовать биологические тест-объекты для тонкой индикации антропогенной нагрузки.
Наиболее тонким механизмом подобных исследований является изучение стабильности развития, при этом появляется возможность оценивать слабые уровни воздействия на среду, не приводящие к гибели организмов.
В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания . Это водная среда, наземно воздушная среда, почва и среда, образуемая самими живыми организмами.
Водная среда
Вода служит средой обитания для многих организмов. Из воды же они получают все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Поэтому, как бы ни были разнообразны водные организмы, все они должны быть приспособлены к главным особенностям жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и химическими свойствами воды.
Гидробионты (обитатели водной среды) обитают как в пресной, так и в солёной воде и по месту обитания делятся на \(3\) группы:
- планктон - организмы, живущие на поверхности водоёмов и пассивно передвигающиеся за счёт движения воды;
- нектон - активно передвигающиеся в толще воды;
- бентос - организмы, обитающие на дне водоёмов или зарывающиеся в ил.
В толще воды постоянно парит множество мелких растений и животных, ведущих жизнь во взвешенном состоянии. Способность к парению обеспечивается не только физическими свойствами воды, обладающей выталкивающей силой, но и специальными приспособлениями самих организмов, например, многочисленными выростами и придатками, значительно увеличивающими поверхность их тела и, следовательно, повышающими трение об окружающую жидкость.
Плотность тела таких животных, как медузы, очень близка к плотности воды.
Удерживаться в толще воды помогает им к тому же характерная форма тела, напоминающая парашют.
У активных пловцов (рыб, дельфинов, тюленей и др.) веретенообразная форма тела, а конечности в виде ласт.
Их передвижение в водной среде облегчается, кроме того, благодаря особому строению внешних покровов, выделяющих специальную смазку - слизь, снижающую трение о воду.
Вода обладает очень высокой теплоёмкостью, т.е. свойством накапливать и удерживать тепло. По этой причине в воде не бывает резких колебаний температуры, которые часто случаются на суше. Очень глубокие воды могут быть очень холодными, однако благодаря постоянству температуры у животных смог развиться ряд приспособлений, обеспечивающих жизнь даже в этих условиях.
Животные могут жить на огромных океанских глубинах. Растения же выживают только в верхнем слое воды, куда попадает лучистая энергия, необходимая для фотосинтеза. Этот слой называют фотической зоной .
Так как поверхность воды отражает большую часть света, даже в наиболее прозрачных океанских водах толщина фотической зоны не превышает \(100\) м. Животные больших глубин питаются либо живыми организмами, либо останками животных и растений, постоянно опускающимися вниз из верхнего слоя.
Подобно наземным организмам водные животные и растения дышат, им требуется кислород. Количество растворённого в воде кислорода снижается с увеличением температуры. Причём в морской воде кислород растворяется хуже, чем в пресной. По этой причине воды открытого моря тропического пояса бедны живыми организмами. И, наоборот, полярные воды богаты планктоном - мелкими рачками, которыми кормятся рыбы и крупные китообразные.
Очень важен для жизни солевой состав воды. Особенное значение для организмов имеют ионы \(Ca2+\). Моллюскам и ракообразным кальций необходим для построения раковины или панциря. Концентрация солей в воде может сильно изменяться. Вода считается пресной, если в одном её литре содержится менее \(0,5\) г растворенных солей. Морская вода отличается постоянством солености и содержит в среднем \(35\) г солей в одном литре.
Наземно воздушная среда
Наземно воздушная среда, освоенная в ходе эволюции позже водной, более сложна и разнообразна, и её населяют более высокоорганизованные живые организмы.
Наиболее важным фактором жизни обитающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани - внутренний и наружный скелет. Формы движения очень разнообразны: бегание, прыгание, ползание, полёт и др. В воздухе летают птицы и некоторые виды насекомых. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.
Воздушные массы постоянно находятся в движении. Температура воздуха может меняться очень быстро и на больших пространствах, поэтому живущие на суше организмы имеют многочисленные приспособления, позволяющие выдерживать резкие перепады температуры или избегать их.
Наиболее замечательным из них является развитие теплокровности, возникшее именно в наземно воздушной среде.
Важное значение для жизни растений и животных имеет химический состав воздуха (\(78%\) азота, \(21%\) кислорода и \(0,03%\) диоксида углерода). Диоксид углерода, например, является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Количество водяных паров в воздухе (относительная влажность) определяет интенсивность процессов транспирации у растений и испарения с кожи некоторых животных. Организмы, живущие в условиях низкой влажности, имеют многочисленные приспособления, предотвращающие сильные потери воды. Так, например, у пустынных растений мощная корневая система, способная насасывать в растение воду с большой глубины. Кактусы запасают воду в тканях и экономно её расходуют. У многих растений для уменьшения испарения листовые пластинки превращены в колючки. Многие пустынные животные в самый жаркий период впадают в спячку, которая может длиться несколько месяцев.
Почва - это верхний слой суши, преобразованной в результате жизнедеятельности живых существ. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими её частями. Жизнь почвы необычайно богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие - часть жизни. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и воздуходышащие организмы. Огромную роль играет почва в жизни растений.
Условия жизни в почве во многом определяются климатическими факторами, важнейшим из которых является температура. Однако по мере погружения в почву колебания температуры становятся всё менее заметными: быстро затухают суточные, а по мере увеличения глубины и сезонные изменения температур.
Даже на небольшой глубине в почве царит полная темнота. Кроме того, по мере погружения в почву падает содержание кислорода и растет содержание углекислого газа. Поэтому на значительной глубине могут обитать лишь анаэробные бактерии, в то время как в верхних слоях почвы помимо бактерий в обилии встречаются грибы, простейшие, круглые черви, членистоногие и даже относительно крупные животные, прокладывающие ходы и строящие убежища, например кроты, землеройки, слепыши.
Среда, образуемая самими живыми организмами
Очевидно, что условия жизни внутри другого организма характеризуются большим постоянством по сравнению с условиями внешней среды.
Поэтому организмы, находящие себе место в теле растений или животных, часто полностью утрачивают органы и системы, необходимые свободноживущим видам. У них не развиты органы чувств или органы движения, зато возникают приспособления (часто весьма изощрённые) для удержания в теле хозяина и эффективного размножения.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. 9 класс // ДРОФА
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10-11 класс // ДРОФА