Влияние света на живые организмы

Управление по делам казачества и кадетских  учебных заведений Государственное общеобразовательное учреждение кадетская школа-интернат

«Ачинский кадетский корпус»

НАУЧНЫЙ ДОКЛАД КАК ИТОГ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

Тема «Влияние света на живые организмы»

ВЫПОЛНИЛИ: Шахворостов Сергей- 11 класс, Писарев Артем- 11 класс, Ковальчук Вадим- 11 класс, Бурлаков Кирилл - 11 класс

РУКОВОДИТЕЛЬ. Малиновская Е.А., учитель биологии

г. Ачинск – 2006

 

 

План

 

Введение.

 

1 .Теоретическая  часть. Влияние света на организм  человека, животных, растений. 1.1 .В объятиях солнца. Избирательность действия света.

1.2. Ультрафиолетовое  излучение. Влияние на человека.

1.3. Видимый свет.

а) Лечение желтухи  у новорожденных.

б) Фотопериодизм  у животных.

в) Гормоны - водители фотопериодических ритмов.

г) Органы - рецепторы.

 

П. Самостоятельное  исследование -1

Влияние света  на развитие и рост растений.

2.1. Свет как  сигнальный управляющий энергетический  фактор.

а) Движение растущих органов.

б) Фототропизм.

Методика проведения исследования -1а.

в) Геотропизм.

Методика проведения исследования -16 и 1в.

г) Поведение  растений в состоянии невесомости.

д) Ростовые вещества растений.

е) Хемотропизм.

ж) Гидротропизм.

з) Тигмотропизм.

к) Прочие тропизмы.

 

III. Самостоятельное исследование -2. Влияние различных концентраций ауксина на рост побегов у растений. Методика проведения исследования -2. Выводы. Приложение. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                            Введение

 

      Актуальность исследования. Одно из популярных направлений биологических исследований в настоящее время - изучение влияния света на жизнь живых организмов. Основы фотобиологических наук заложены крупнейшими учёными: Д.Дьюсбери, К.Лоренц, Ф.Кегель. Несмотря на наличие большого количества научных работ по этой проблеме, многие вопросы до сих пор ещё недостаточно исследованы.

      Ежедневно живые организмы подвергаются воздействию солнечного света и света от искусственных источников. Под действием света в клетках организмов осуществляются многие очень важные фотобиологические процессы.

     Наше солнце — это огромный светящийся газовый шар. Оно освещает и нагревает нашу планету. Без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но и даже микроорганизмов. Солнце - главный двигатель происходящих на Земле процессов. Основной поток солнечного излучения в видимом — инфракрасном диапазоне необходим для существования биосферы, но солнечное, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения губительны для живой материи. К счастью, от потока солнечных космических лучей и солнечного ветра Землю защищает магнитный щит. Хотя эту оболочку невозможно увидеть, люди издавна ощущали земное магнитное поле. Хорошо знакомы нам и фотобиологические процессы. Многие из нас обгорали под действием солнечного света, после чего развивается стойкое покраснение кожи.

     Зная, что фотобиологические явления есть в животном и растительном мире, мы поставили перед собой цель: изучить некоторые фотобиологические процессы, влияющие на физиологические процессы организма или вызывающие какие-либо особенные явления в организме человека, животного, растения, связанные с воздействием света.

      Гипотеза: Если свет является важнейшим биоэкологическим фактором, то в ходе эволюции у многих живых организмов выработались приспособления для более полного использования света.

Для достижения поставленной цели мы решали следующие задачи:

1.Рассмотреть  теоретический  материал,  в  котором  представлены  различные взгляды ученых на происхождение и протекание физических процессов в живом организме.

2.Проанализировать и сопоставить различные физиологические механизмы, лежащие в основе физиологических процессов, связанных с воздействием света.

3.Найти черты сходства в механизмах светового воздействия на организм человека, животных, растений.

4.Экспериментально   доказать,   что   свет  является   экологическим   фактором, влияющим на такой процесс, как рост и движение растений.

5.  Создать общую для  всех организмов модель, отражающую  механизм протекания химических реакций, связанных с воздействием света.

1. Теоретическая часть. Влияние света на организм человека, животных, растений

 

1.1.  В объятиях солнца

Избирательность действия света

     Биологический эффект зависит от длины волны электромагнитного излучения, включая ультрафиолетовый и видимый свет.

   Граница солнечного света у поверхности Земли над уровнем моря определяется длиной волны 285 нм. Особенно важная роль в фильтрации солнечного излучения принадлежит слою атмосферного озона.

    К фотобиологическим относятся процессы, начинающиеся с поглощения кванта света биологически важной молекулой и заканчиваются какой-либо физиологической реакцией (позитивной или негативной) на уровне организма. Ясно, что фотобиологический процесс инициирует только при условии поглощения кванта света подходящей молекулой - акцептором.

    Например, бактерицидные эффекты возникают в результате поглощения света молекулами ДНК в клетках бактерий и последующих химических реакций, запасающих энергию квантов света. Следовательно, бактерицидные эффекты можно вызвать только тем светом, который поглощают молекулы ДНК.

    На этом основана избирательность действия света - важная черта фотобиологии, выгодно отличающая ее от радиобиологии.

    Поглощение квантов рентгеновского или гамма-излучения осуществляется не молекулами, а атомами и не зависит от того, в состав каких молекул эти атомы входят, поэтому поглощение ионизирующего излучения происходит в основном теми элементами, которых в организме больше. А так как наш организм на 80% состоит из воды, то радиохимические процессы приводят преимущественно к появлению свободных радикалов воды, которые в дальнейшем повреждают белки, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Отсюда понятно, что ионизирующее излучение не может действовать избирательно.

 

1.2. Ультрафиолетовое излучение. Влияние на человека

 

    Ультрафиолетовые лучи практически полностью поглощаются эпидермисом, едва проникая в кожу человека.

Эритема

    Эритема зависит от интервала времени между окончанием облучения и проявлением покраснения. Дело в том, что фотохимические реакции, ответственные за возникновение эритемы, протекают в глубине эпидермиса. На пути ультрафиолетового света к молекулам лежит поверхностный роговой слой, состоящий из уплотненных мертвых клеток. Роговой слой из-за высокого в нем содержания белков и нуклеиновых кислот исполняет роль светофильтра.

 

 

 

     Под действием ультрафиолетового света в эпидермисе происходит фотохимическое разрушение витамина Е, который является природным антиокси-дантом, защищающим клетки от процессов пероксидного окисления насыщенных липидов.

Загар

      Ультрафиолетовое излучение, кроме эритемы, вызывает гиперпигментацию кожи - загар. Загар является замедленным процессом и начинает развиваться в коже через 3 суток после облучения, достигая максимума на 13-21 день и затем угасать за несколько месяцев. Ультрафиолетовое излучение запускает сложную цепь реакций биосинтеза меланина в специализированных клетках -меланоцитах. Появление меланина в коже является важной защитной реакцией организма.

     В настоящее время установлены три механизма защитного действия меланина:

а) меланин служит оптическим экраном, поглощающим ультрафиолетовый свет, таким образом, он физически  защищает клетки кожи от пагубного  действия ультрафиолета.

б)  Два химических механизма  под действием ультрафиолета в коже образуют свободные радикалы, запускающие цепные реакции пероксидного окисления липидов. С одной стороны, меланин является перехватчиком свободных радикалов и за счет этого он обрывает цепные реакции окисления. С другой стороны, меланин способен связывать ионы двухвалентного железа. И железо утрачивает способность к окислению.

      Практический смысл вышесказанного в следующем: попав весной на пляж, нельзя забывать, что кожа за зиму утратила меланиновую защиту, и не следует злоупотреблять пребыванием на солнце.

     Ультрафиолетовый свет вызывает не только красивую пигментацию кожи, но и нежелательный эффект старения кожи. Последствием хронического облучения может стать рак кожи.

 

1.3. Видимый свет

 

а) Лечение желтухи у новорожденных

     Синий свет используется в родильных домах для лечения желтухи у новорожденных. Это заболевание является следствием резкого повышения в организме концентрации биллирубина, придающего коже желтоватый оттенок. Если новорожденных детей освещать синим светом, то фотоизомерация биллирубина происходит в кровеносных сосудах.

б) Фотопериодизм у животных

    Вся жизнедеятельность животных периодична. Внешними факторами, регулирующими ритмы, являются суточные и годовые колебания интенсивности света, температуры, уровня шумов и другое. Однако периодичность освещения, соотношения длительности дня и ночи является важным синхронизатором суточных и годовых ритмов жизнедеятельности организмов.

в) Гормоны - водители фотопериодических ритмов

       Биохимический механизм         -изменение под действием света содержания в организме ряда гормонов. Важная роль эндокринной системы доказывается тремя группами фактов.

Во-первых, хирургическое удаление некоторых желез    внутренней секреции снимает фотопериодические реакции.

Во-вторых, обнаружены зависимые от света процессы биосинтеза некоторых гормонов. В-третьих, экзогенное поведение животных вызывается светом.

г) Органы - рецепторы света при фотопериодической регуляции

      Они существенно отличаются у разных животных. Так, у птиц - это средняя часть мозга. У рыб, амфибий, рептилий - эпифиз. Фоторецептор у рыб расположен в области гипоталамуса - гипофизарного тракта. У млекопитающих - глаза.

 

II. Самостоятельное исследование -1

Влияние света на развитие и рост растений

 

2.1. Свет как сигнальный управляющий энергетический

фактор

а) Движение растущих органов растений

      Особое значение в жизни растения имеет свет. Во-первых, он может вызвать одни движения и препятствовать другим, кроме того, солнечный свет это источник биологической энергии. Для понимания процессов, обусловленных внешним светом, я решил несколько ближе познакомиться с основными теоретическими положениями, проверяя их несложными исследованиями.

     У живых существ самое заметное проявление в жизни - это движение. Это относится и к растениям. В растительном мире свойствами свободного передвижения обладают лишь низшие растения - одноклеточные водоросли. Но это не типично для остальных растений. Хочу отметить, что способность к быстрым движениям не является признаком высокой организации - это следствие способа питания. Растению нет необходимости гоняться за пищей, так как углекислый газ, минеральные соли, вода и свет есть повсюду в окружающей среде.

     На первый взгляд кажется, что растение не способно к самостоятельному движению. Однако при внимательном наблюдении можно заметить, что оно обладает ясно выраженной подвижностью

    У растения очень медленно движутся органы: листья, стебли, корни, цветы. Движутся они путем изгиба или скручивания. Движения органов растений многообразны. Я остановился на некоторых из них. Меня очень заинтересовало движение, связанное с ростом. Ростовые движения возникают под влиянием односторонних внешних факторов, их называют тропизмы

     Термин этот пришел из греческого языка, в котором „тропо" означает поворот. В зависимости от характера раздражения (свет, сила тяжести, прикосновение, химикаты, вода, электрический ток, тепло, ранение) повороты, представляющие собой тропизмы, называют: фототропизмы, геотропизмы, хемо-тропизмы, гидротропизмы, термотропизмы, тигмотропизмы, травмотропизмы. Характер ответной реакции может быть разным. Те органы, которые поворачиваются к источнику раздражения, оказываются положительно тропичными, а в противном случае - отрицательно тропичными.

    В основе тропизмов лежат, как правило, процессы роста. Поэтому к движениям способны лишь растущие органы и их части.

б) Фототропизм

    Среди факторов вызывающих проявление тропизмов, свет был, бесспорно, первым, на действие которого человек обратил внимание. Греческий философ Теофраст, которого считают основоположником научной ботаники, упоминал, что все листья обращены своими верхними сторонами к свету (286 г. до н. э.). Римский ученый Варрон (27 г. до н. э.) отмечал, что цветки некоторых растений с утра обращены в сторону восходящего солнца. Фототропные реакции растений можно наблюдать в природе и у комнатных растений. Комнатные растения особенно часто реагируют на одностороннее освещение ростовыми движениями - характерным положением стебля и листьев.