Уровни организации живого

Содержание: 

1. Уровни  организации живого. Выделите объекты  изучения в экологии.

 

2. Передача  энергии по цепям в биоценозах. Правило 10%.

 

3. Экотоксиканты: диоксины и бенз(а)пирены, основные источники поступления и их влияние на состояние экосистем и здоровье человека.

 

4. Здание  для расчета.

 

5. Заключение.

 

6. Список  литературы

  

 

1. Уровни  организации живого. Выделите объекты  изучения в экологии.

 

     В развитии биологии выделяют три основных этапа. Первый – систематики (Карл Линней), второй – эволюционный (Чарльз Дарвин), третий – микробиологии (Грегор Мендель).

     Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств  живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств  может дать представление о специфике  жизни. Первое. Живые организмы характеризуются  сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно  выше, чем в неживых системах. Второе. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя  ее на поддержание своей высокой  упорядоченности. Большая часть  организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Третье. Живые  организмы активно реагируют  на окружающую среду. Способность реагировать  на внешние раздражители – универсальное  свойство всех живых существ, как  растений, так и животных. Четвертое. Живые организмы способны не только изменяться, но и усложняться. Они  могут создавать новые органы, отличающиеся от породивших их структур. Пятое. Живое способно к самовоспроизведению. Шестое. Живые организмы способны передавать потомкам заложенную в них  информацию, содержащуюся в генах  – единицах наследственности. Эта  информация в процессе передачи может  видоизменяться и искажаться. Это  предопределяет изменчивость живого. Седьмое. Живые организмы способны приспосабливаться к среде обитания и своему образу жизни.

     Из  совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение  сущности живого: Жизнь есть форма  существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации  и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые  кислоты.

     Структурный или системный анализ обнаруживает, что мир живого чрезвычайно многообразен и имеет сложную структуру.

     Условно на основе критерия масштабности можно  выделить следующие уровни организации  живого вещества:

1. Биосферный. Включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
2. Уровень биогеоцинозов. Отражает структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему.
3. Популяционно-видовой уровень. Образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида.
4. Организменный и органно-тканевый уровни. Отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.
5. Клеточный и субклеточный уровни. Отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры.
6. Молекулярный уровень. Отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации.

 

2. Передача  энергии по цепям  в биоценозах. Правило 10%.

Цети питани в биоценозах состоят из множества коротких рядов, в которых организмы передают друг другу вещество и энергию, сконцентрированные зелеными растениями. Такие ряды, в которых каждый предыдущий вид служит пищей последующему, называют цепями питания. Отдельные звенья цепей питания называют трофическими уровнями.

Цепи питания  всегда начинаются с растений или  их остатков, проведших через кишечники  животных. Это первый трофический  уровень. Их потребители представляют второй трофический уровень и  т. д.

Примерами цепей  питания могут служить ряды: растения — гусеницы — насекомоядные птицы  — хищные птицы; растительный опад — дождевые черви — землеройки — горностаи; коровий помет — личинки мух — скворцы — ястребы-перепелятники.

Многие виды могут входить в разные цепи питания. Например, медведи питаются и животной, и растительной пищей, и падалью. Различают цепи выедания (начинаются с живых растений) и цепи разложения (начинаются с мертвого растительного опада или помета животных). Цепи питания в природе сложно переплетены.

В конкретных цепях  питания можно проследить и рассчитать передачу той энергии, которая заключается  в растительной пище. Растения связывают  в ходе фотосинтеза в среднем  лишь около 1% энергии света. Животное, съевшее растение, получает запасенную им энергию не полностью. Часть пищи не переваривается и выделяется в  виде экскрементов. Обычно усваивается  от 20 до 60% растительного корма. Усвоенная  энергия идет на поддержание жизнедеятельности  животного. Работа клеток и органов  сопровождается выделением тепла, поэтому  значительная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающее пространство. Лишь небольшая часть усвоенной пищи идет на рост, т. е. на построение новых тканей, на запасы в виде отложения жиров. У молодых эта доля несколько больше, чем у взрослых.

Следовательно, уже на первом этапе происходит значительная потеря энергии из пищевой цепи. Хищник, съевший растительноядное животное, представляет третий трофический уровень. Он получает только ту энергию из накопленной  растением, которая задержалась  в теле его жертвы в виде прироста.

Подсчитано, что на каждом этапе  передачи вещества и  энергии по пищевой  цепи теряется примерно 90%, и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют правилом десяти процентов.

Представителям  четвертого трофического уровня (например, хищнику, поедающему другого хищника) достанется только около одной тысячной доли той энергии, усвоенной растением, с которого начиналась пищевая цепь. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев, энергия в них быстро иссякает.

Органическое  вещество, создаваемое в экосистемах  в единицу времени (год, месяц  и т. п.), называют биологической продукцией. Масса тела живых организмов называется биомассой. Биологическая продукция  экосистем — это скорость создания в них биомассы.

Продукцию растений называют первичной, продукцию животных или других консументов — вторичной, потому что она создается за счет энергии, связанной растениями. Понятно, что вторичная продукция не может быть больше первичной или даже равной ей.

Если оценить  продукцию в последовательных трофических  уровнях в любом биоценозе, мы получим убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз  меньше предыдущего. Этот ряд можно  выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой  вершиной. Поэтому закономерности создания биомассы в цепях питания экологи  называют правилом пирамиды биологической  продукции.

Например, вес  всех трав, выросших за год в степи, значительно больше, чем годовой  прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем  растительноядных.

Из правила  пирамиды биологической продукции  нет исключений, потому что оно  отражает законы передачи энергии в  цепях питания. 

3. Экотоксиканты: диоксины и бенз(а)пирены, основные источники поступления и их влияние на состояние экосистем и здоровье человека.

Экотоксиканты – это экологически опасные факторы химической природы, которые способны долгое время сохраняться, мигрировать и накапливаться в ее биотических и абиотических компонентах. В концентрациях, превышающих естественный природный уровень, экотоксиканты оказывают токсическое воздействие, как на окружающую среду, так и на здоровье человека. 
Сегодня при изучении экотоксикантов большое внимание уделяется особенностям их кинетики, метаболизма, биотрансформации, кумуляции и концентрации; движению по пищевым цепочкам; переносу и переходам из одной среды в другую; возможностям превращений во вторичные загрязнители; их влиянию на различные организмы, входящие в экосистемы.

К экотоксикантам, имеющим приоритетное значение по степени опасности для окружающей среды и здоровья человека, из неорганических относятся тяжелыеметаллы, а из органических  – нефть и нефтепродукты, полихлорированные и полициклические ароматические углеводороды. Особую опасность для человека представляют собой стойкие экотоксиканты диоксины, которые приводят к развитию диоксиновой патологии.

Диоксины и диоксиноподобные соединения представляют собой наиболее опасную химическую угрозу для здоровья и биологической целостности человечества и окружающей среды. К диоксинам относят большую группу высокотоксичных веществ – полихлорированных или полибромированных дибензодиоксинов и дибензофуранов. Под общим условным названием "диоксины" рассматривается большая группа полигалогенированных ароматических соединений, имеющих сходные физико-химические свойства и механизмы биологического действия. Эта группа объединяет 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД, диоксин), обладающий наибольшей биологической активностью, и целый ряд родственных диоксину, так называемых «диоксиноподобных» или «диоксинсодержащих» соединений с относительно меньшей биологической активностью. К последним относятся определенные изомеры полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД), дибензофуранов (ПХДФ) и бифенилов (ПХБ).

Диоксины, являясь  химически и физико-химически практически абсолютно инертными веществами, характеризуются чрезвычайно высокой токсичностью, опасностью и политропной или пантропной биологической активностью. Диоксины – чрезвычайно стабильны в сильнокислых и щелочных растворах, устойчивы к действию окислителей. Растворяются диоксины хорошо лишь в органических растворителях. Растворимость в воде ~ 10-7 мг/л, однако в присутствии водорастворимых полимерных веществ (например, гумусовых и фульвокислот) растворимость повышается за счет процессов комплексообразования.

Основными источниками  образования диоксинов являются предприятия химической, электротехнической, лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и цветной металлургии, то есть те предприятия, где в производственном цикле используются хлорорганический синтез, сжигание хлорорганических соединений, процессы хлорирования при отбеливании целлюлозы в целлюлозно-бумажной промышленности, получение металлов из их хлоридов при высокотемпературных процессах. Большое количество диоксинов поступает в атмосферу при производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, работающих на угле, дизельном топливе, мазуте, а также при сжигании бытового и промышленного мусора на мусороперерабатывающих предприятиях. Значительный вклад в загрязнение окружающей среды диоксинами вносят выбросы автотранспорта. В последние десятилетия диоксин и диоксинсодержащие экотоксиканты непрерывно синтезируются человечеством во все возрастающих масштабах, попадают в природную среду и накапливаются в ней.

Воздействию диоксинов подвергается почти любой житель города, потому что, наряду с целлюлозно-бумажными комбинатами, источниками диоксинов являются такие объекты как мусоросжигательные заводы, дизельное топливо, ТЭЦ, работающие на угле с примесями хлора, деревообрабатывающие предприятия, горящие свалки, питьевая вода, в которую диоксины попадают при хлорировании. Правда, диоксин был обнаружен и в мумиях жителей Гренландии, умерших за многие сотни лет до начала индустриальной революции. Этот факт дает основание полагать, что диоксины образовывались не только в индустриальную эру при определенных видах химического синтеза, но и значительно раньше при любых процессах горения, хотя и не в таких масштабах как в последние 200 лет. Накоплению диоксинов в окружающей природной среде способствовали аварии на крупных промышленных предприятиях США (1949 г.), ФРГ (1953 г.), Голландии (1963 г.), аварии в Севезо (1976 г.), в Уфе (1992 г.), однако особо крупные зоны заражения до сих пор имеются во Вьетнаме.

Диоксины могут  поступать в организм человека всеми  возможными путями: через желудочно-кишечный тракт с зараженной пищей и  водой, через неповрежденную и поврежденную кожу, ингаляционно с частицами аэрозолей, через открытые слизистые оболочки и пр.; трансплацентарно и с молоком матери передаются плоду и ребенку. Эти ксенобиотики обладают выраженной способностью к материальной кумуляции: период полувыведения ТХДД из организма человека составляет от 5,8 до 32,5 лет, в среднем — 7,4 года. Расчетная средняя смертельная доза диоксина при однократном поступлении в организм человека составляет приблизительно 50 мкг/кг массы тела, минимальная действующая доза — ориентировочно 0,1 мкг/кг 
Основным принятым показателем токсичности диоксинов служит их онкотоксичность, выражаемая в долях от наиболее токсичного из всех синтетических веществ - 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксина (ТХДД).

В природе диоксины испаряются с поверхности достаточно медленно. Они постепенно переходят  в органическую фазу почвы или  воды, мигрируют в виде комплексов с органическими веществами и  включаются в пищевые цепи.  
Долгое время негативное воздействие диоксинов на живое вещество оставалось незамеченным, так как, эти соединения, не являясь целевыми продуктами человеческой деятельности, присутствуют в продукции или отходах многочисленных технологий в виде микропримесей. Однако все диоксины обладают высокой биологической активностью. Попадая в живые организмы, диоксины не выводятся и, накапливаясь в организме, влияют на важные биохимические процессы. Особенно подвержены поражающему действию диоксинов женщины и дети.