Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Января 2015 в 18:45, контрольная работа
Население Земли, образующее вместе с субстратом, в котором оно обитает, биосферу нашей планеты, сконцентрировано в газообразной оболочке — атмосфере, твердой — литосфере и жидкой — гидросфере, причем последняя представляет собой наиболее широкую арену жизни. Из общей площади поверхности нашей планеты, равной приблизительно 510 млн. /еж2, около 362 млн. км2, т. е. более 70,5%, приходится на долю водного зеркала, а если принять во внимание и подземные воды, распространенные почти повсеместно, то окажется, что водная оболочка практически покрывает всю Землю.
Содержание
Население Земли, образующее вместе с субстратом, в котором оно обитает, биосферу нашей планеты, сконцентрировано в газообразной оболочке — атмосфере, твердой — литосфере и жидкой — гидросфере, причем последняя представляет собой наиболее широкую арену жизни. Из общей площади поверхности нашей планеты, равной приблизительно 510 млн. /еж2, около 362 млн. км2, т. е. более 70,5%, приходится на долю водного зеркала, а если принять во внимание и подземные воды, распространенные почти повсеместно, то окажется, что водная оболочка практически покрывает всю Землю. Кроме того, в отличие от атмосферы и литосферы гидросфера заселена во всей своей толще, часто измеряемой сотнями и тысячами метров (Хотунцев Ю.Л. ).
В настоящее время гидробиологию наиболее принято рассматривать как науку, изучающую жизнь в гидросфере в экологическом плане. Выделение гидробиологии в самостоятельную дисциплину обусловлено особенностями водной среды, накладывающей характерный отпечаток на жизнь ее обитателей, а также необходимостью применения в отношении водного населения приемов экологического изучения, отличающихся от тех, какие используются на суше (Хотунцев Ю.Л.).
Будучи наукой экологической, гидробиология изучает водное население в единстве с его средой, как живой компонент «блоков» биосферы— биогеоценозов, или экосистем. На первых этапах своего существования гидробиология наибольшее внимание уделяла экологическому изучению отдельных организмов. Такое аутоэкологи-ческое направление сохранилось и в современной гидробиологии, но уже занимает подчиненное положение. На первый план выдвинулись демэкологические и синэкологические исследования, т. е. изучение популяций гидробионтов и гидробиоценозов как целостных систем, как надорганизменных форм живой материи, обладающих определенной структурой, функциями и характером взаимодействия с окружающей средой (Хотунцев Ю.Л.).
Применительно к отдельным организмам гидробиология ограничивается изучением их взаимодействия с окружающей средой, т. е. выяснением их функциональной роли в природе без анализа морфологии и физиологии самих организмов, (поскольку этим занимаются специальные науки. Иной подход потребовался к демэко-логическим и синэкологическим исследованиям, поскольку специальных наук, изучающих морфологию и физиологию надорганизменных систем, нет. Поэтому при демэкологических и синэкологических исследованиях гидробиологи должны изучать не только функциональную роль популяций и биоценозов в природе, но также выяснять их структуру и внутрисистемные взаимосвязи. Недостаточная изученность надорганизменных систем связана с тем, что концепция иерархии уровней организации живой материи, представляющая собой крупнейшее завоевание современной биологии, довольно четко сформировалась только в самое последнее время. Вместе с тем сейчас стало совершенно ясно, что главный путь к управлению живой природой лежит через познание закономерностей существования и взаимодействия надорганизменных систем, для чего необходимо их изучение в структурном и функциональном отношениях. По этой причине оно стало центральной задачей современной экологии и соответственно гидробиологии. Однако не исчезла необходимость и экологического изучения отдельных организмов как компонентов более сложных биологических систем. Это тем более справедливо, что новые концепции в экологии, связанные с изучением надорганизменных систем, потребовали , для своей конкретизации много таких сведений аутоэкологического характера, на получение которых раньше, да изучения популяций и биоценозов, не обращалось достаточного внимания (Хотунцев Ю.Л.).
Большинство естественных метаболитов, выделяемых наружу (экзометаболиты), проявляют высокую биологическую активность, поэтому они представляют интерес для научных исследований и для практики(Демина Т.А.).
На химическом уровне особенно ярко, на уровне исследуемых механизмов, проявляется вклад деятельности человека в природные процессы. На современном этапе развития антрапогенные факторы в круговороте многих веществ, в том числе и токсичных для человека, сопоставимы с природными, а порой и превосходят их(Демина Т.А.).
Важным аспектом воздействия человека на окружающую среду является также появление новых веществ, зачастую также токсичных. В настоящее время известно более 10 млн. искуственных соединений, примерно 120 тыс. находятся в применении и около 10 тыс. производятся в количествах более 500 кг/год. В результате в биосфере циркулирует большое число ксенобиотиков с высокой токсичностью, а порой - и супертоксиканты (для них ПДК не имеет смысла - они опасны при любой концентрации). Кроме того, превращение химических соединений в окружающей среде может приводить к образованию новых веществ различной степени токсичности и, следовательно, к усложнению экологической ситуации. В результате всех этих процессов организмы сталкиваются с неизвестными ранее факторами (например, соединения со связью С-Сl ), с концентрацией ранее рассеянных элементов (Беспамятнов Г.П).
Следует условно разделить химические соединения, используемые в живой природе (для связи между организмами и поступающие из организмов в окружающую среду) и вещества окружающей среды как естественного, так и антрапогенного происхождения (Беспамятнов Г.П.).
В природе химические соединения осуществляют функции связи между организмами и средой в экосистемах. Такие вещества называют посредниками, химическими экорегуляторами или хемомедиаторами (Демина Т.А.).
Ферромоны - хемомедиаторы, участвующие в отношениях между особями одного вида (Демина Т.А.).
Алломоны - вещества, способствующие межвидовым взаимодействиям.
На действие абиотических факторов организмы могут отвечать продуцированием специфических веществ:
эндометаболиты - оставаясь в организме, смягчают воздействие фактора. Например, вещества криопротекторы и антифризы у зимующих животных (Демина Т.А.).
экзометаболиты - выделяются во внешнюю среду и формируют ее свойства (например, перекись водорода, которая продуцируется некоторыми гидробионтами и определяет в некоторой степени окислительно-восстановительные свойства природной воды) (Демина Т.А.).
Формирование среды обитания. Гидробионтами выделяется в среду обитания множество экзометаболитов. Так, выделяемые сине-зелеными водорослями токсины (например, анатоксин А) делают непригодной среду обитания для большинства рыб, моллюсков и членистоногих. Некоторые гидробионты выделяют антиоксиданты, Н2О2, что влияет на окислительно-восстановительные свойства природной воды (Демина Т.А.).
В настоящее время ежегодно приходит около 150 тысяч сообщений об отравлениях людей при употреблении рыбы и других организмов, содержащих токсины цианобактерий: микроцистин, гепатотоксин и другие сильнодействующие вещества, которые вызывают у человека опухолевые новообразования, раздражения кожи, аллергические реакции. Печальную известность получили трагедии в различных районах мира. Например, в городе Каруару (Бразилия) в 1997 году 60 человек умерло и 68 тяжело заболело после потребления воды из местного “цветущего” водохранилища, содержащего большое количество токсинов цианобактерий. Присутствие в воде токсинов цианобактерий причиняет существенный вред промысловым рыбам, высшим млекопитающим, ценным беспозвоночным животным, в частности речным ракам. Другими словами, сильнодействующие цианобактериальные токсины способны не только изменять биологическую структуру пресных водоемов, но и приносить ущерб хозяйственной деятельности человека (Алферова А.А).
Яды, вызывавшие отравления, были названы по синдромам отравления: паралитические (сакситоксины, гониотоксины), диарретики, нейротоксины, а также токсины, вызывающие амнезию. Особенно опасны гепатотоксины, разрушающие печень человека и животных и способные в короткие сроки вызвать циррозы и раковые новообразования. Один миллиграмм биомассы цианобактерий из красивейшего карельского озера оказался смертельным для белой мыши при парэнтеральном введении. К сожалению, токсины весьма устойчивы и не разрушаются при хлорировании воды или ультрафиолетовой обработке. По последним данным, описанным в зарубежных научных журналах, отдельные токсины (например, микроцистин) при попадании в организм домашних животных при водопое практически не разрушаются. Далее токсины могут поступать в организм человека при потреблении им молока или мяса домашних животных (Алферова А.А).
Подавляющее большинство водоемов испытывают летнее цветение воды в результате массового развития токсичных цианобактерий. Вредоносные цветения происходит на социально и промышленно значимых водоемах. Летний отдых на цветущих водоемах приобретает массовый характер. При этом население подвергает риску свое здоровье и жизнь, что обоснованно вызывает обеспокоенность у медицинских работников (Алферова А.А).
По статистике, летом многократно возрастает количество обращений в больницы после купания людей на местных водоемах. Чаще всего человека беспокоят раздражения кожи и аллергические заболевания. Все должны знать об опасности купания в “цветущих” водоемах и использования воды из данных водоемов в садоводческих или иных целях. Необходимо провести восстановление качества воды в наиболее удобно расположенных и часто посещаемых водоемах путем ликвидации цветения цианобактерий с помощью научно обоснованных мероприятий (Алферова А.А).
В летний период часто из-за дефицита кислорода на водоемах происходит замор мальков или половозрелых рыб, в том числе и промысловых. Вода большинства цветущих водоемов используется для водопоя животных. При этом происходит накопление токсинов в теле животных, которые в конечном итоге поступают к человеку. К сожалению, статистика гибели животных и людей от токсинов цианобактерий не ведется. Однако совершенно очевидно, что многократные случаи падежа скота и смерти людей от рака печени объясняются влиянием токсинов цианобактерий. Даже в благополучной Европе подобные случаи носят систематический характер. Например, в литературе сообщается о гибели в Швейцарии 105 коров после водопоя из цветущего озера. Подобные трагедии зафиксированы в Англии, Бельгии, Люксембурге и других странах (Алферова А.А).
Цианобактерии (или сине-зеленые водоросли) – это вариабельные по размерам (от долей микрометра до десятков миллиметров) бактериальные организмы, способные осуществлять процесс оксигенного (с выделением кислорода) фотосинтеза. Описано более 1500 видов цианобактерий, среди них есть формы одноклеточные, колониальные или нитчатые. Размножаются цианобактерии делением, почкованием или дроблением клетки на ряд дочерних клеток. Отдельные клетки или нити у некоторых цианобактерий способны ползать по плотному субстрату. Цветение воды, как правило, вызывают только представители пяти родов цианобактерий – Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria, Gomphosphaeria (Алферова А.А).
Колонии и клетки цианобактерий, вызывающих цветение воды, обладают разнообразными адаптивными механизмами, определяющими успешное развитие их в тех или иных условиях. Например, они имеют высокую скорость размножения, эффективную защиту от ингибирующих интенсивностей солнечного света, различные механизмы регулирования вертикальной плавучести. В слизи, покрывающей колонии некоторых цианобактерий, постоянно находятся гетеротрофные и фототрофные бактерии, простейшие, пикопланктонные автотрофные организмы и т.д. Этот “конгломерат” сопутствующих организмов значительно повышает устойчивость колоний цианобактерий к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, например, помогает выжить колонии в темноте за счет органических веществ, накопленных конгломератом. Перечисленные свойства и специфика строения колоний цианобактерий значительно затрудняют разработку методов сокращения их численности (Алферова А.А).
Как правило, массовое развитие цианобактерий связывают с относительно: 1) высоким содержанием в воде минерального и органического фосфора; 2) низким отношением содержания в воде азота к фосфору (N : P <25); 3) низкой численностью дафний, способных потреблять цианобактерий; 4) высокой концентрацией микроэлементов; 5) низкой прозрачностью воды. Тем не менее, наличие одного из этих факторов в отдельности или в сочетании с другими до сих пор не дает возможности точно предсказать возникновение или отсутствие развития цианобактерий в том или ином водоеме. Поэтому для каждого конкретного водоема исследователи опытным путем устанавливают причины “цветения” и, в зависимости от результатов, разрабатывают рекомендации по устранению цианобактерий (Алферова А.А ).
Цианобактерии способны противостоять потреблению зоопланктоном, формируя крупные колонии и выделяя в воду токсины и экзометаболиты. Кроме этого, одноклеточные и колониальные цианобактерии обладают колоссальным потенциалом размножения. Каждая клетка в течение вегетационного сезона способна дать до 1020 потомков, поэтому даже устранение 80-90 % популяции цианобактерий в том или ином водоеме не исключает возможности новых вспышек “цветения” (Алферова А.А).
В процессе жизнедеятельности цианобактерии в дневное время подщелачивают водную среду, поглощая в результате фотосинтеза ионы CO3 из карбонатов. Накапливающиеся в среде ионы Na+ и K+ сдвигают рН в щелочную сторону. При щелочной среде цианобактерии получают преимущество по сравнению с конкурентными видами планктонных водорослей. Основные источники пополнения ресурсов цианобактерий сосредоточены в донных отложениях. В период цветения вся масса цианобактерий всплывает, а после цветения большая часть клеток и колоний формирует зимующие формы, которые находятся на дне водоема до следующего вегетационного периода. Источником пополнения ресурсов цианобактерий являются также сухие корки, образующиеся из нагонных береговых выбросов, и витающие в воздухе специальные формы цианобактерий. Устранить эти источники заражения воды практически очень сложно. Перечисленные свойства и специфика строения выводят цианобактерий на ведущие позиции в планктоне водоемов, а зачастую позволяют вытеснять из планктона почти все другие виды эукариотических водорослей (Беспамятнов Г.П.,).
Если строение, физиология и экология цианобактерий на планктонной стадии их жизненного цикла в значительной мере изучена, то полного понимания механизмов “цветения” и эффективных методов устранения цианобактерий пока нет. В настоящее время в мире активно осуществляется разработка теоретических основ и поиск практических мероприятий по борьбе с массовым развитием цианобактерий в континентальных водоемах. Все описанные в литературе последних лет способы борьбы с развитием цианобактерий можно условно разделить на четыре категории: физико-химические, химические, биохимические, биологические (Беспамятнов Г.П.,).
Информация о работе Токсичные выделения - экзометаболиты, информационное поле