Реферат на тему биосистема

Обновлено: 06.05.2024

В основе жизнедеятельности организма лежит процесс автоматического поддержания жизненно важных факторов на необходимом уровне, всякое отклонение от которого ведет к немедленной мобилизации механизмов, восстанавливающих этот уровень.
Организм - сложная биологическая система. Все его органы связаны между собой и взаимодействуют. Нарушение деятельности одного органа приводит к нарушению деятельности других.

Содержание

Введение
1.Организм как биологическая система.
2.Анатомо – морфологические особенности организма.
3. Костная система и её функции.
4. Мышечная система и её функции.
5. Органы пищеварения и выделения.
6.Физиологические системы организма.
7.Двигательная активность человека и взаимосвязь физической и умственной деятельности.
8.Средства физической культуры, обеспечивающие устойчивость к умственной и физической работоспособности.
9.Функциональные показатели тренированности организма в покое и при выполнении предельно напряжённой работы.
10.Обмен веществ и энергии.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Реферат для экзамена по физ-ре.docx

1.Организм как биологическая система.

2.Анатомо – морфологические особенности организма.

3. Костная система и её функции.

4. Мышечная система и её функции.

5. Органы пищеварения и выделения.

6.Физиологические системы организма.

7.Двигательная активность человека и взаимосвязь физической и умственной деятельности.

8.Средства физической культуры, обеспечивающие устойчивость к умственной и физической работоспособности.

9.Функциональные показатели тренированности организма в покое и при выполнении предельно напряжённой работы.

10.Обмен веществ и энергии.

Социально – биологические основы физической культуры — это принципы взаимодействия социальных и биологических закономерностей в процессе овладения человеком ценностями физической культуры.

Человек подчиняется биологическим закономерностям, присущим всем живым существам. Однако от представителей животного мира он отличается не только строением, но развитым мышлением, интеллектом, речью, особенностями социально-бытовых условий жизни и общественных взаимоотношений. Труд и влияние социальной среды в процессе развития человечества повлияли на биологические особенности организма современного человека и его окружение. Организм — слаженная единая саморегулирующаяся и саморазвивающаяся биологическая система, функциональная деятельность которой обусловлена взаимодействием психических, двигательных и вегетативных реакций на воздействия окружающей среды, которые могут быть как полезными, так и пагубными для здоровья. Отличительная особенность человека — сознательное и активное воздействие на внешние природные и социально-бытовые условия, определяющие состояние здоровья людей, их работоспособность, продолжительность жизни и рождаемость (репродуктивность). Без знаний о строении человеческого тела, о закономерностях функционирования отдельных органов и систем организма, об особенностях протекания сложных процессов его жизнедеятельности нельзя организовать процесс формирования здорового образа жизни и физической подготовки населения, в том числе и учащейся молодежи. Достижения медико-биологических наук лежат в основе педагогических принципов и методов учебно-тренировочного процесса, теории и методики физического воспитания и спортивной тренировки.

1. Организм как биологическая система

В биологии организм рассматривается как самостоятельно существующая единица мира, функционирование которой возможно лишь при постоянном взаимодействии с окружающей его внешней средой.

Каждый родившийся человек наследует от родителей врожденные, генетически обусловленные черты и особенности, которые во многом определяют индивидуальное развитие в процессе его дальнейшей жизни. Оказавшись после рождения в условиях автономного режима, ребенок быстро растет, увеличивается масса, длина и площадь поверхности его тела. Рост человека продолжается приблизительно до 20 лет. Причем у девочек наибольшая интенсивность роста наблюдается в период от 10 до 13, а у мальчиков от 12 до 16 лет. Увеличение массы тела происходит практически параллельно с увеличением его длины и стабилизируется к 20—25 годам.

Необходимо отметить, что за последние 100—150 лет в ряде стран наблюдается раннее морфофункциональное развитие организма у детей и подростков. Это явление называют акселерацией (лат. accelera-tio— ускорение).

Пожилому возрасту (61—74 года) и старческому (75 лет и более) свойственны физиологические процессы перестройки: снижение активных возможностей организма и его систем — иммунной, нервной, кровеносной и др. Здоровый образ жизни, активная двигательная деятельность в процессе жизни существенно замедляют процесс старения.

Организм - сложная биологическая система. Все его органы связаны между собой и взаимодействуют. Нарушение деятельности одного органа приводит к нарушению деятельности других.

Огромное количество клеток, каждая из которых выполняет свои, присущие только ей функции в общей структурно-функциональной системе организма, снабжаются питательными веществами и необходимым количеством кислорода для того, чтобы осуществлялись жизненно необходимые процессы энергообразования, выведения продуктов распада, обеспечения различных биохимических реакций жизнедеятельности и т.д. Эти процессы происходят благодаря регуляторным механизмам осуществляющим свою деятельность через нервную, кровеносную, дыхательную, эндокринную и другие системы организма.

2. Анатомо-морфологические особенности организма

Строение тела человека подобно строению наземных позвоночных. Особенно много общего у человека и высших млекопитающих. Сходство проявляется в строении скелета, внутренних органов, нервной системы. Организм — единая, целостная, сложно устроенная саморегулирующаяся живая система, состоящая из органов и тканей. Органы построены из тканей, ткани состоят из клеток и межклеточного вещества. Клетка — элементарная, универсальная единица живой материи — имеет упорядоченное строение, обладает возбудимостью и раздражимостью, участвует в обмене веществ и энергии, способна к росту, регенерации (восстановлению), размножению, передаче генетической информации и приспособлению к условиям среды. Клетки разнообразны по форме, различны по размеру, но все имеют общие биологические признаки строения — ядро и цитоплазму, которые заключены в клеточную оболочку. Межклеточное вещество - это продукт жизнедеятельности клеток, оно состоит из основного вещества и расположенных в нем волокон соединительной ткани. В организме человека более 100 триллионов клеток.

Орган - это часть целостного организма, обусловленная в виде комплекса тканей, сложившегося в процессе эволюционного развития и выполняющего определенные специфические функции. В создании каждого органа участвуют все четыре вида тканей, но лишь одна из них является рабочей. Так, для мышцы основная рабочая ткань — мышечная, для печени — эпителиальная, для нервных образований — нервная. Совокупность органов, выполняющих общую для них функцию, называют системой органов - это пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, половая, мочевая и др. Аппараты органов – это опорно-двигательный, эндокринный, вестибулярный..

3. Костная система и ее функции

Скелет - это комплекс костей, различных по форме и величине. У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в зависимости от формы и функции делятся на трубчатые (кости конечностей); губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции — ребра, грудина, позвонки и др.); плоские(кости черепа, таза, поясов конечностей); смешанные (основание черепа).

В каждой кости содержатся все виды тканей, но преобладает костная, представляющая разновидность соединительной ткани. В состав кости входят органические и неорганические вещества. Неорганические (65—70% сухой массы кости) — это в основном фосфор и кальций. Органические (30—35%) — это клетки кости, коллагеновые волокна. Эластичность, упругость костей зависит от наличия в них органических веществ, а твердость обеспечивается минеральными солями. Сочетание органических веществ и минеральных солей в живой кости придает ей необычайную крепость и упругость, которые можно сравнить с твердостью и упругостью чугуна, бронзы или меди. Кости детей более эластичны и упруги — в них преобладают органические вещества, кости же пожилых людей более хрупки — они содержат большое количество неорганических соединений.

На рост и формирование костей существенное влияние оказывают социально-экологические факторы: питание, окружающая среда и т.д. Дефицит питательных веществ, солей или нарушение обменных процессов, связанных с синтезом белка, незамедлительно отражаются на росте костей. Недостаток витаминов С, D, кальция или фосфора нарушает естественный процесс обызвествления и синтеза белка в костях, делает их более хрупкими. На изменение костей влияют и физические нагрузки. При систематическом выполнении значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными, в местах прикрепления мышц формируются хорошо выраженные утолщения — костные выступы, бугры и гребни. Происходит внутренняя перестройка компактного костного вещества, увеличиваются количество и размеры костных клеток, кости становятся значительно прочнее. Правильно организованная физическая нагрузка при выполнении силовых и скоростно-силовых упражнений способствует замедлению процесса старения костей.

Все кости скелета соединены посредством суставов, связок и сухожилий. Суставы подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Полость суставов герметично закрыта, она имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности. В суставах могут происходить сгибание, разгибание, приведение, отведение, вращение.

Итак, опорно–двигательный аппарат состоит из костей, связок, мышц, мышечных сухожилий. Большинство сочленяющихся костей соединены связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др. Основные функции — опора и перемещение тела и его частей в пространстве.

Главная функция суставов - участвовать в осуществлении движений. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. И, наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставной хрящ и изменяются суставные поверхности, сочленяющихся костей, появляются болевые ощущения, возникают воспалительные процессы.

4. Мышечная система и ее функции

Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят в движение отдельные звенья скелета. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движения при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т.д., вырабатывая при этом тепло. Скелетные мышцы обладают способностью возбуждаться под влиянием нервных импульсов. Возбуждение проводится до сократительных структур, которые сокращаясь, выполняют определённый двигательный акт - движение или напряжение.

Вся скелетная мускулатура состоит из поперечнополосатых мышц. У человека их насчитывается около 600 и большинство из них — парные. Их масса составляет 35—40% общей массы тела взрослого человека. Скелетные мышцы снаружи покрыты плотной соединительнотканной оболочкой. В каждой мышце различают активную часть (тело мышцы) и пассивную (сухожилие). Мышцы делятся на длинные, короткие и широкие.

Сила мышц определяется весом груза, который она может поднять на определенную высоту (или способна удерживать при максимальном возбуждении), не изменяя своей длины. Сила мышц зависит от суммы сил мышечных волокон, их сократительной способности; от количества мышечных волокон в мышце и количества функциональных единиц, одновременно возбуждающихся при развитии напряжения; от исходной длины мышцы (предварительно растянутая мышца развивает большую силу); от условий взаимодействия с костями скелета.

В ходе мышечной деятельности в мышцах поочерёдно происходят процессы сокращения и расслабления и, следовательно, скоростно-силовые качества мышц в равной мере зависят от скорости мышечного сокращения и от способности мышц к релаксации.

5. Органы пищеварения и выделения

Процесс пищеварения начинается в ротовой полости, где осуществляется физическая и химическая обработка пищи: перемешивание, измельчение, смачивание слюной, воздействие слюнных ферментов. Затем через пищевод пища поступает в желудок и в течение 6—10 ч подвергается дальнейшей физической и химической обработке. За счет работы гладкой мускулатуры желудка пища перетирается, перемешивается, на нее воздействует желудочный сок. Дальнейшая химическая обработка отдельных порций пищевой массы продолжается в двенадцатиперстной кишке, куда поступает сок поджелудочной железы и желчь, вырабатываемая печенью.

Систематически выполняемые физические нагрузки повышают обмен веществ и энергии, увеличивают потребность организма в питательных веществах, стимулируют выделение пищеварительных соков, активизируют перистальтику кишечника, повышают эффективность процессов пищеварения. Однако при напряженной мышечной деятельности могут развиваться тормозные процессы в пищеварительных центрах, уменьшающие кровоснабжение различных отделов желудочно-кишечного тракта и пищеварительных желез в связи с тем, что необходимо обеспечить кровью усиленно работающие мышцы. В то же время сам процесс активного переваривания обильной пищи в течение 2—3 ч после ее приема снижает эффективность мышечной деятельности, так как органы пищеварения в этой ситуации оказываются как бы более нуждающимися в усиленном кровоснабжении. Кроме того, наполненный желудок приподнимает диафрагму, затрудняя тем самым деятельность органов дыхания и кровообращения. Вот почему физиологическая закономерность требует принимать пищу за 2,5—3,5 ч до начала тренировки и через 30—60 мин после нее.

При мышечной деятельности значительна роль органов выделения, которые выполняют функцию сохранения внутренней среды организма. Желудочно-кишечный тракт выводит остатки не переваренной пищи, слизи, желчных пигментов, бактерий; через легкие удаляются газообразные продукты обмена веществ (например, углекислота); сальные железы, выделяя кожное сало, образуют защитный, смягчающий слой на поверхности тела; слезные железы обеспечивают влагу, смачивающую слизистую глазного яблока. Однако, основная роль в освобождении организма от конечных продуктов обмена веществ принадлежит почкам, потовым железам и легким. Почки поддерживают в организме необходимую концентрацию воды, солей и ряда других веществ; регулируют кислотно-щелочное равновесие и осмотическое давление в тканях; выводят конечные продукты белкового обмена. При больших физических нагрузках потовые железы и легкие существенно помогают почкам осуществлять свои функции. В состоянии покоя через потовые железы выделяется 20—40 мл пота в час, а на марше со скоростью 5 км/ч, с грузом 10 кг выделение пота может возрастать до 1700 мл/час. В зависимости от окружающей температуры и интенсивности двигательной деятельности отделение пота может колебаться от 0,5 до 3 л в сутки, а у рабочих в горячих цехах в течение дня может достигать 10 литров. При этом существенно может меняться и качественный состав пота (при напряженной мышечной работе с потом выделяется молочная кислота, конечные продукты белкового обмена).

Электрокинетические свойства биосистем используются для получения безопасной обеззараженной воды. Обеззараживание – один из наиболее важных процессов приготовления питьевой воды. Известно, что потребляемая человеком вода часто является причиной желудочно-кишечных заболеваний и других заболеваний.

На основании анализа литературных материалов выделяются следующие методы обеззараживания воды, связанные с электричеством:

электрохимические, использующие электроэнергию для получения бактерицидного или нейтрального агента, озонирование, обработка ионами серебра, электролиз, электрофлотация;

методы электрообработки на основе силового взаимодействия поляризованных или обладающих жестким диполем бактериальных тел- электрофорез, электрокоагуляция, электрический разряд, обработка ультракороткими волнами тока.

При обработке воды каждым из указанных методов изменяются агрегативная и седиментационная устойчивости биодисперсий. Следовательно, теоретическая трактовка механизма обеззараживания вод, связанного с разделением фаз, а также технологические и аппаратурные решения могут быть выполнены, исходя из основных положений теории коллоидно-дисперсных систем и их устойчивости.

Известно, что недостаточная очистка исходной воды отрицательно сказывается на бактерицидном действии применяемых обеззараживающих агентов и в конечном счете на качестве получаемой воды. Хотя в процессе коагулирования бактерии и вирусы не гибнут, но они инактивируются за счет осаждения (например, в фильтре) и последующего удаления сконцентрированной фазы. Так, коагулирование и удаление коллоидных и менее дисперсных включений из речной воды понижает общее содержание вирусов в ней на 98% от исходного. Имеются также указания на достаточно полную инактивацию вирусов полиомиелита и гепатита при реагентной обработке воды.

Таким образом, учитывая, что по своей величине бактерии соответствуют коллоидным частицам и входят в состав более крупных образований, сорбируясь на частицах и агрегатах, для их удаления приемлемы адгезия, адсорбция, коагуляция и флокуляция. Экспериментально подтверждено, что отделение частиц коагулянта и взвесей от воды обеспечивает значительно большую бактериальную безопасность, чем хлорирование, озонирование или ультрафиолетовое облучение, которое эффективно при условии бесцветной и абсолютно прозрачной воды.

Нерастворимые в воде примеси с величиной частиц 10 -5 – 10 -4 см и более обуславливают мутность воды, а в некоторых случаях ее цветность. Эти частицы могут представлять собой ил, планктон, в них возможно присутствие болезнетворных бактерий, споровых микроорганизмов и вирусов, и, наконец, они иногда токсичны. Полнота удаления этих примесей из воды непосредственно зависит от степени осветления последней. К таким примесям со степенью дисперсности 10 -6 – 10 -5 см также могут быть отнесены болезнетворные (патогенные) микроорганизмы, вирусы и другие организмы, которые по своим размерам приближаются к коллоидным частицам.

Устойчивость частиц во многом зависит и от электрического заряда, который обуславливает целый ряд свойств микроорганизмов, например, их электрофоретическую подвижность, устойчивость биосуспензии, склонность к спонтанной агглютинации и некоторые другие особенности, вплоть до различий в вирулентности. Существует аналогия между электрическим зарядом белковых молекул и бактериальных клеток. Белки входящие в состав бактериальной клетки, обуславливают ряд ее особенностей, свойственных белковым частицам. Бактериальная клетка ведет себя, как амфотерный элетролит благодаря большому количеству аминокислот, входящих в состав ее бактериального белка. Поэтому диссоциация определенных групп в белковой структуре позволяет каждой белковой частице проявить себя в качестве кислоты и в качестве основания.

При диссоциации карбоксильной группы происходит образование ионов водорода, вследствие чего белок приобретает слабо кислый характер и в электрическом поле будет двигаться к аноду. В свою очередь, аминогруппа (- Н₂ ), присоединяя протоны, придает белку щелочной характер и тем самым обуславливает передвижение микроба к катоду.

В воде протоны растворенного белка присоединяются к аминогруппам, таким образом частицы находятся в ионизированой форме, несущей одновременно положительный и отрицательный заряды.

В электрическом поле эти частицы электрически нейтральны и не передвигаются ни к аноду, ни к катоду. Это явление имеет место в нейтральной среде. При изменении рН среды значительно изменяется величина электрического заряда. То значение рН, при котором белковая частица ведет себя как амфиион и остается неподвижной в электрическом поле вследствие того, что потенциал ее равен 0, называется изоэлектрической точкой.

Микромолекулы, расположенные на поверхности клеточной стенки (или капсулы) микроорганизма, содержат заряженные группы, в результате чего этот организм имеет поверхностный заряд. Поверхность большинства микробных клеток заряжена отрицательно, так как среди клеточных компонентов, образующих эту поверхность, присутствуют соединения, изоэлектрическая точка которых лежит в кислой зоне (рН = 7). За небольшим исключением отдельные организмы не поляризованы, так как заряд распределяется равномерно по всей поверхности клетки.

Электрофоретическая подвижность микроорганизма зависит от штамма или вида, а также от ионной силы и значения рН окружающей среды. Она изменяется с возрастом микроорганизма, например, наименьшая электрофоретическая подвижность бактерии Е.Coli наблюдается в течение ранней экспоненциальной фазы роста. Подобно белковым частицам бактериальные клетки, суспендированные в водной среде с различными рН, при наложении электрического поля перемещаются или в сторону анода, или в сторону катода. В водной нейтральной среде они движутся по направлению к аноду, что указывает на то, что бактериальные клетки заряжены отрицательно.

Производились попытки использовать электрокинетическую подвижность бактерий в качестве признака или даже показателя сравнительной вирулентности различных представителей одного и того же вида. Однако, наряду с экспериментальными трудностями при определении этого свойства, имеется множество переменных величин, влияющих на движение бактерий в электрическом поле. Так, например, известно, что молодые клетки более электроотрицательны, чем взрослые. По-видимому, изменения электрического заряда в процессе роста клеток чрезвычайно сложны.

Электрический заряд бактериальной клетки, суспендированной в водной среде, объясняется возникновением двойного электрического слоя. Бактериальная клетка с помощью своих поверхностных ионов притягивает ионы противоположного заряда из среды. В результате этого получается двойной слой, внутренняя часть которого- поверхность клетки, а наружная- среда, в которой она находится. кси- потенциал бактерий выражает разность потенциалов между подвижной и неподвижной частями двойного электрического слоя, то есть между глубоко лежащей частью двойного слоя, непосредственно связанной с поверхностью частицы, и всей остальной средой. Из этого следует, что кси - потенциал бактерий значительно зависит от степени концентрации ионов водорода среды.

Бактерии, суспендированные в нейтральной водной среде, под влиянием электрического поля несут отрицательный электрический заряд. Это связано с состоянием щелочной диссоциации белка бактерии. При постепенном подкислении среды потенциал снижается до нуля, при дальнейшем подкислении бактерии перезаряжаются и приобретают положительный электрический заряд и поэтому под действием электрического поля перемещаются теперь к катоду. Чем больше удаляются бактерии от изоэлектрической точки, тем выше их положительный заряд. Скорость движения не изменяется и после смерти клетки.

Направление движения бактерий в электрическом поле, спонтанная агглютинация, которую они часто обнаруживают при кислой реакции среды указывают, что у бактерий при их физиологических значениях рН наблюдается перевес кислых групп над основными. Вследствие отрицательного заряда и коллоидных размеров бактерий и взаимодействие с положительно заряженными ионами окружающей среды представляет особенный интерес. Между клеткой и средой все время происходит обмен ионами, который зависит как от концентрации этих ионов, так и от их способности к адсорбции.

Таким образом, биосистемы обладают многими свойствами обычных дисперсных систем. Попытка удаления их биофазы из питьевой воды путем коагуляции и флокуляции является сравнительно новой.

Электрообработка, при которой кроме анодного растворения электродов из железа и алюминия имеют место явления специфические- поляризационные, связанные с воздействием поля на клетку как слоистый полупроводник- диэлектрик, должна быть тем более эффективной при обеззараживании воды. Известно, что для некоторых географических районов применение химических методов обеззараживания воды, например, для Крайнего Севера и Сибири, связано со значительными трудностями. В условиях низкой температуры обеззараживающее действие хлора не проявляется, транспортировка реагентов в условиях Севера и в Сибири для обеззараживания сложна и стоит дорого, для реагентной обработки необходимы капитальные очистные сооружения. На Крайнем Севере и в Сибири для обеззараживания воды наиболее перспективны электрохимические методы и методы электрообработки.

Общим для методов электрообработки является использование внешнего электрического поля. Сами методы, в зависимости от явлений, происходящих в межэлектродном пространстве, могут быть классифицированы следующим образом. Во внимание принимались технология электрообработки, особенности внешнего электрического поля (частота, равномерность и т.д.). Выделялись такие методы: электродиализ, электролиз, электрохимическая коагуляция, электрофлотация, электрофорез, электрокоагуляция, диполофорез, электрофильтрование, электроосмос, электрический разряд малой мощности, высоковольтный импульсный разряд, комплекс электрических воздействий.

Принципиально новые технологии и биотехнологии с использованием электричества породили ряд актуальных вопросов безопасности как в отношении работающих, так и в экологическом аспекте.

Применение электрообработки в быту, водоснабжении и водоотведении, а так же при освоении нефтегазоперерабатывающих территорий Сибири и Крайнего Севера, в монолитном домостроении, при сооружении оснований и фундаментов, производстве зданий из керамических масс, обезвоживании осадков, осушении грунтов и строительных конструкций, а также при создании замкнутых систем водоснабжения с использованием узлов электрообработки, позволило улучшить условия труда за счет исключения контакта работающих с вредными реагентами, например, солями железа, алюминия, магния, органическими добавками (в бетон или скоагулированную воду) и др.

Внедрение АСУ ТП с использованием электрообработок позволило достичь тех же целей там, где невозможна по технологии замена вредных компонентов- аэрозолей, излучений, шума, вибраций, вредных газов и жидкостей.

В целом отмечается снижение общего числа несчастных случае, но тяжесть их, к сожалению, несколько возрастает.

Для широкого внедрения электрических методов необходимо убедится в отсутствии опухолеродного действия воды, подвергнутой электрообработке. Особенно это важно для водообеспечения экипажей автономных объектов, длительно использующих воду после электрообработки.

Проводились исследования к.м.н. Окуневым Р.А с сотрудниками по проверке возможной онкогенности веществ образовывающихся при электрообработке.

Согласно заключению экспертов Всемирной организации здравоохранения, не менее 75% всех случаев возникновения злокачественных опухолей обусловлено факторами окружающей среды, и прежде всего широким внедрением химии в сферу производственной и хозяйственно- бытовой деятельности человека. Это обстоятельство требует проверки на канцерогенность химических веществ, однако она трудно выполнима как из-за огромного их числа (ежегодно синтезируется более 250000 новых веществ), так и сложности, длительности, дороговизны проведения классических опытов на животных. Так, эксперименты по определению канцерогенности только одного какого- либо вещества требует участия многих специалистов, использования многочисленных методик; длительности опыта не менее 2-3 лет. По данным США, оценка канцерогенности лишь одного химического вещества обходится в 300 - 500000 долларов.

Проводилось исследование с использованием в качестве микроорганизмов- тестеров сальмонеллы тифимуриум линий (штаммов) ТА- 98 и 100. На первом этапе исследовалась мутагенность воды, подвергнутой различным электрическим воздействиям: постоянное электрическое поле, электрический разряд малой мощности и их сочетание- комплекс электрических воздействий. Число мутантов обоих штаммов мальмонеллы тифимуриум в воде после использования различных методов электрообработки примерно такое же, что и в контроле (дехлорированной водопроводной воде). При этом следует подчеркнуть, что достоверным считается увеличение числа мутантов в 3 и более раза.

На следующем этапе работы изучалась мутагенность воды, обработанной комплексом электрических воздействий. В этой серии опытов производилось предварительное концентрирование воды в 500 раз с помощью хлористого метилена на специальной установке. Использовались 3 разные модификации методики Эймса: ТТА- тест на твердом агаре (чашечная проба), МП_р - модификация с преинкубацией и ЖИП- высокочувствительная жидкостно- инкубационная проба.

С помощью физико-химических методов одновременно производилось количественное определение основных групп канцерогенных веществ полициклических ароматических углеводородов (в частности, бенз(а)пирена) и нитрозосоединений. Определение бенз(а)пирена проводилось флуоресцентно- спектральным методом на спектрофотометре ДФС- 12, нитрозосоединений- хемилюминесцентным методом на газовом хроматографе с детектором ТЭА- 502. Увеличение числа мутантов в пробах обработанной воды ни в одном случае не превышало допустимого предела. Ни в одной пробе не обнаружено таких канцерогеннов, как бенз(а)пирена и нитрозосоединений.

Таким образом, проведенные иследования не установили опухолеродной активности воды, подвергнутой электрообработке.

Содержимое работы - 1 файл

биосистема..doc

Итак, свойства систем можно разделить на две группы: те, которые являются суммой свойств ее частей, и те, которые возникают у системы, как у единого целого. Назовем эти свойства. Аддитивные свойства системы (лат. additio — прибавление) являются суммой свойств ее частей. Качественно новые свойства системы называются эмергентными (от лат. emergere — всплывать, появляться).

Биологические системы организованны иерархически, и на каждом уровне осуществляется регуляция, использующая сходные принципы. Получивший развитие в конце XX века системный подход, восходящий в своем развитии к Людвигу фон Берталанфи, связан с тем, что системы, состоящие из сходно взаимосвязанных частей, имеют сходные целостные (эмергентные) свойства. Сравнивая системы разного уровня, можно увидеть между ними много общего, а можно и найти черты специфичности каждого из уровней. Осмысление этих закономерностей вылилось в концепцию структурных уровней организации биосистем, которая начала развиваться в 30-х годах XX века, а окончательно сложилась в 60-х годах. Так, принято выделять следующие уровни организации биосистем: молекулярный — (генный) — (субклеточный) — клеточный — (органно-тканевой) — (функциональных систем) — организменный — популяционный — биогеоценотический — биосферный. В приведенном списке уровни, взятые в скобки, можно считать относительно менее важными, чем уровни без скобок.

Так, демографическая структура популяции отсутствует на уровне отдельного организма, а феномен человеческого сознания отсутствует на уровне отдельных структур мозга. Феномен жизни возникает на клеточном уровне, а феномен потенциального бессмертия — на популяционном. Организм является единицей естественного отбора. Специфика биогеоценотического уровня связана с составом его компонентов и круговоротом веществ (сопровождающимся потоками энергии и информации), а биосферного уровня — с замкнутостью круговоротов веществ. Примеры эмергентных свойств некоторых биосистем приведены в таблице.

Выделение надорганизменных структурных уровней биосистем может производиться по двум различным принципам. С экологической (функционально-энергетической) точки зрения, популяция является частью биогеоценоза, а он — частью биосферы. Этот подход в основном соответствует экологическому определению популяции. С филетической (связанной с филами — эволюционными ветвями), т.е. генетико-эволюционной точки зрения, популяция является частью вида и надвидовых таксонов (что соответствует генетическому подходу к определению популяции).

Биосистема имеет несколько уровней организации: первый — гены и определяемые ими генетические системы; второй — клетки и составляемые ими клеточные системы; следующий уровень — органы и системы органов; затем — организмы и системы организмов, популяции и популяционные системы, сообщества и экосистемы.[ . ]

Биосистемы - это биологические системы, в которых биотические компоненты разных уровней организации (от генов до сообществ) упорядоченно взаимодействуют с абиотическими компонентами (энергией и веществом), составляя единое целое с окружающей физической средой. Биосистемы разных уровней изучаются различными дисциплинами: гены - генетикой, клетки -цитологией, органы - физиологией, организмы - ихтиологией, микробиологией, орнитологией, антропологией и др.[ . ]

Полагают, что в биосистеме в отличие от технических систем, избыточность функционирующих элементов достигается не только простым увеличением совокупности мало надежных элементов, но также их поочередным функционированием. При высокой нагрузке на систему в активное состояние переходит дополнительное количество "отдыхающих” элементов, поэтому задача резервирования в физиологическом смысле состоит не в том, чтобы поддерживать высокий уровень функционирования системы при перегрузках, а в том, чтобы обеспечить ее элементам режим, исключающий их необратимое нарушение (Федоров, 1988).[ . ]

Каждый уровень биосистемы характеризуется собственными, только ему присущими свойствами, а кроме того, обладает суммой свойств входящих в него подсистем-комповевтов. Извеотный принцип весводамости свойств целого к сумме свойств его частей следует хорошо помнить при изучении экологии.[ . ]

Экология изучает биосистемы, включающие жизнь на уровне выше организмов. Биосистемы, являющиеся объектом изучения экологов, были названы экосистемами (А.Тэнсли, 1935 г.); иногда их называют биогеноценозом (В.Н.Сукачев, 1945 г.). Экосистема - одно из фундаментальных понятий в экологии. Как известно, в широком смысле под системой обычно понимается совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях и связях друг с другом, в результате которых образуется целостность и единство совокупности.[ . ]

Взаимоотношения в биосистеме макроорганизм— микроорганизм характеризуются взаимной адаптацией и совершенствованием системы паразитизма.[ . ]

Нарушения гомеостаза в биосистемах, возможные причины и следствия.[ . ]

Важнейшим фактором обеспечения надежности биосистемы является ее структурная и функциональная гетерогенность. Это общее положение, которое сейчас уже не требует специального доказательства. Вполне вероятно, что существуют специальные механизмы поддержания гетерогенности биосистем. Гетерогенность - результат изменчивости (лабильности) клеток и организмов. Одной из причин клеточной гетерогенности является неоднозначность матричных процессов (репликации, транскрипции, трансляции), которые могут осуществляться поливариантно, т.е. несколькими способами (Инге-Вечтомов, 1977). Вследствие гетерогенности молекул матричной РНК и последующей поливариантной трансляции возникает полиморфизм белков. Это важный фактор при молекулярном отборе в процессах самосборки клеточных структур.[ . ]

Правило эквивалентности в развитии биосистем: биосистемы способны достигнуть конечного (финального) состояния (фазы) развития независимо от степени нарушения начальных условий своего развития.[ . ]

Спектр уравнений организации жизни (уровни биосистемы)

Организм человека — открытая для окружающей среды биосистема, важнейшей стратегической задачей которой является сохранение гомеостаза, что связано с нормальным функциональным состоянием его распознающих систем. В отношении биологических факторов такой системой служит система иммунитета. Снижение иммунологической реактивности организма вследствие воздействия деформированной среды обитания, а также общей реактивности способствует возникновению гнойно-воспалительных процессов, вызываемых условно-патогенными микробами, возможности сенсибилизации организма, формирования банка плазмид, мутагенного воздействия и др.[ . ]

Вместе с тем популяция обладает и чертами сходства с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации, свое коллективное материально-энергетическое хозяйство. Популяции являются реальными единицами биомониторинга, эксплуатации и охраны природных экосистем. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в среде, в природном окружении или под хозяйственным контролем человека, опосредуется, как правило, через популяции. Это могут быть штаммы болезнетворных или полезных микроорганизмов, сорта возделываемых растений, породы разводимых животных, естественные популяции промысловых рыб и т.п. Не менее важно и то, что многие закономерности популяционной экологии относятся к популяциям человека.[ . ]

Биотическая среда экосистемы представляет собой иерархически организованные биосистемы, сохраняющие себя и развивающиеся в направлении достижения динамического равновесия. В этом смысле болезни можно рассматривать как фактор, приводящий систему в равновесие. Биотичеокая часть любой экосистемы состоит из трех основных функциональных звеньев: земельные растения в процессе фотосинтеза создают из неорганических веществ первичную продукцию; растительная масса служит пищей для животных; бактерии, грибы - с а профи ты разлагают мертвые органические остатки до простейших неорганических веществ и возвращают их в абиотическую среду.[ . ]

Практически все закономерности, характерные для живого, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. Эти изменения имеют разную шкалу времени — от эволюционной до сиюминутной. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организмов по-своему адаптирован. Это выражается правилом экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации, двух идентичных видов не существует. Правило было сформулировано Л. Г. Раменским в 1924 г. Оно — прямое следствие и вместе с тем причина генетического разнообразия. По сути дела, и каждая особь эколого-генетически специфична и индивидуальна. Разница лишь в количественных показателях.[ . ]

Сохранение видового богатства орнитоценозов необходимо для функционирования всей биосистемы города и реализации возможностей использования методов биоиндикации. Стихийное освоение и преобразование водоемов должны смениться научно обоснованной и планомерной, включенной в градостроительные планы реконструкцией естественных участков наряду с формированием полуестественных природных комплексов в урбанизированных ландшафтах.[ . ]

Это примеры ретюпулящюнной защиты растительных систем, которая основана на разной устойчивости ее элементов. Надежность биосистемы в этих случаях достигается за счет активации одних (новых) элементов после выхода из строя других.[ . ]

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.[ . ]

Шелфорд В. Э. (1877-1968) — американский ученый. Сформулировал закон толерантности (1913), который в современной трактовке гласит: лимитирующим фактором процветания биосистемы может быть как минимум, так и максимум экологического фактора; диапазон между минимумом и максимумом определяет величину толерантности биосистемы к данному фактору.[ . ]

Как отмечается в Национальной стратегии сохранения биоразнообразия России, задача сохранения биоразнообразия должна решаться в рамках высшего по отношению к биосистемам уровня - социоэкосистемного, включающего в себя социально-экономическую и природную подсистемы. Устойчивое существование социоэкосистемы возможно только в случае нормального развития всех ее частей. Игнорирование потребностей развития как социально-экономической, так и природной составляющих ведет к общему кризису и деградации как общества, так и природы.[ . ]

Система “РАСТ” позволяет добиться значительного снижения показателей БПК и ХПК, а также обесцвечивания, присутствие угля защищает биомассу от отравления, в то время как биосистема позволяет высвободить центры адсорбции активированного угля путем ассимиляции с него “органики". Активированный уголь адсорбирует и удерживает легкие углеводороды и ароматические соединения, устраняя их испарение при аэрации.[ . ]

Обычно системы, имеющие до тысячи связей (О 6) — к очень сложным. Все реальные природные биосистемы очень сложны.[ . ]

Принцип обратной связи в обеспечении саморегуляции биологических систем на разных уровнях организации. Множественность стационарных состояний биосистем, автоколебательные процессы в биосистемах.[ . ]

Перебрасывая мостик от разд. 3.2.2, где говорилось об общих закономерностях внутреннего развития систем, следует вспомнить закон усложнения системной организации в приложении к организмам (биосистемам), а также закон неограниченности прогресса для биологических структур. Это — правила развития биосистем как бы изнутри, вне среды жизни.[ . ]

Наибольшим обобщением явилась работа Букваревой Е. Н. , в которой дается теоретическое и экспериментальное обоснование существования интервала оптимального уровня разнообразия как отвечающего максимальной кумуляции энергии в биосистеме. Таким образом, понятие биоразнообразия приобрело энергетическую меру, появились доказательные представления о критических и оптимальных точках уровня биоразнообразия, характеризующих устойчивость биосистем (рис 1.1.1). Появилась возможность измерять состояние системы и результаты воздействия на нее.[ . ]

Наконец, пятый биоценотический постулат В. Тишлера — ограничения функционирования системы обусловлены внешними условиями, а не внутренними предпосылками,— вновь диалектично противоречив. Эти внешние условия часто готовит сама биосистема. Тут, как кажется, слишком большой упор сделан на организмическую парадигму, преувеличена замкнутость ценоза. На самом деле он одновременно закрытая и открытая система. Вещественно-энергетически, а отчасти и биоценотически, он открыт (с той или другой степенью доступности), но вместе с тем обладает свойством динамического качества замкнутости (для чуждых видов), формирует свою биосреду, в нем определяются лимиты размножения тех или других видов (координируется их давление на среду). Вообще ценоз— саморазвивающаяся система, ограниченная внешними условиями и внутренними предпосылками. В связи с этим пятый биоценотический постулат скорее можно принять в такой формулировке: ограничения функционирования ценоза формируются в результате взаимодействия внешних и внутренних лимитов его развития.[ . ]

Системы условно классифицируются по сложности следующим образом: системы, имеющие до тысячи состояний (О 6) — к очень сложным. Все реальные природные биосистемы очень сложны. Даже в структуре единичного вируса число биологически значимых молекулярных состояний превышает последнее значение. Есть и другой критерий сложности, связанный с поведением системы, ее реакцией на внешнее воздействие. Если система способна к акту решения, т.е. к выбору альтернатив поведения (в том числе и с помощью случайного механизма), то такая решающая система считается сложной. Сложной будет и любая система, включающая в себя в качестве подсистемы хотя бы одну решающую систему.[ . ]

В настоящее время установлен факт существования связи между подготавливающимися землетрясениями и вариациями геомагнитного поля, которые, как правило, весьма малы (1—1,5 нТл, частоты 1 — 10 Гц) и их трудно выделить на уровне приборных помех. Однако некоторые биосистемы, например система кровообращения кроликов, чувствительны к очень малым изменениям магнитных полей, интенсивностью примерно 0,02—2 нТл при частоте около 8 Гц.[ . ]

Поэтому мы не можем согласиться с утверждением, что для приобретения организмом дополнительной устойчивости достаточно изменения температуры в толерантной области. Это положение противоречит даже формальному определению последней как совокупности условий, при которых состояние биосистемы поддерживается гомеостатическими регуляторными механизмами. Нам кажется, что смещение температуры организма на 10-15° от оптимальной сначала приводит к нарушению гомеостаза, скачкообразному изменению метаболизма и подъему устойчивости (стрессу), а затем развивается акклимационный процесс.[ . ]

Не случайно поэтому появляются руководства по экологии, написанные с принципиально разных позиций. В одних она трактуется как современная естественная история, в других — как учение о структуре природы, в котором конкретные виды рассматриваются в качестве форм трансформации вещества и энергии в биосистеме, в третьих — как учение о популяциях, в четвертых — как область науки, относящаяся не только к природе, но и к человеческому обществу, поскольку вскрытые биологические закономерности оказались применимы и к нему.[ . ]

В этом аспекте должен рассматриваться процесс жизнедеятельности биообъектов в условиях непрерывного обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Существенного влияния того или иного обмена на процесс жизнедеятельности можно ожидать тогда, когда он органически вписывается в собственные параметры биосистемы.[ . ]

Угнетающее действие магнитного поля отмечено многими исследователями. Как и при использовании электрического поля, эффект зависит от режима воздействия магнитного поля. В зависимости от параметров электромагнитных полей наблюдается стимулирующий или угнетающий их эффект. В некоторых случаях электромагнитные поля не воздействуют на биосистемы [5].[ . ]

Эти условия изменяет и сама биосистема, образуя биосреду собственного существования. Это свойство биосистем сформулировано в виде закона максимума биогенной энергии (энтропии) В. И. Вернадского — Э. С. Бауэра: любая биологическая или биокосная (с участием живого) система, находясь в подвижном (динамическом) равновесии с окружающей ее средой и эволю-ционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Давление растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами (надсистемами или другими конкурентными системами того же уровня иерархии), либо не наступит эволюционно-экологическая катастрофа. Она может состоять в том, что экосистема, следуя за изменением более высокой надсистемы как более лабильное образование, уже изменилась, а вид, подчиняясь генетическому консерватизму, остается неизменным. Это приводит к длинному ряду противоречий, ведущих к аномальному явлению: разрушению видом собственной среды обитания (не срабатывает обратная связь, регулирующая деятельность вида в составе экосистемы, а отчасти разлаживаются и популяционные механизмы). В этом случае биосистема разрушается: вид вымирает, биоценоз подвергается деструкции и качественно меняется.[ . ]

Экология (оикос — жилище, логия — наука) как наука о структуре и функции природы развивается с начала XX века. Она исследует взаимосвязь и взаимозависимость человека и других биологических видов с окружающей средой, рациональное использование природных богатств и расширенное воспроизводство биологических ресурсов. Объектом ее изучения являются биосистемы (биологические и абиотические компоненты), образующиеся, функционирующие (живущие) и разрушающиеся (умирающие) на всех уровнях жизни: гены (генетические системы), клетки (клеточные системы), органы (системы органов), организмы (системы организмов), популяции (популяционные системы), сообщества (экологические системы). Под популяцией понимается народ, группа людей, группа особей любого вида организмов. Организм, орган, клетка и ген — это главные уровни организации жизни. Сообщество включает все популяции и отдельные биологические виды и характеризует жизнь во всем ее разнообразии. Взаимодействие с окружающей средой (энергией, веществом) на каждом уровне создает функциональную экосистему—основной объект изучения современной экологии. Оптимизация экосистем на всех уровнях жизни, равно как целостной экосистемы Земли составляет главную задачу экологической науки [1].[ . ]

Хотя ясно, что живое неотрывно от среды, а все три перечисленные закономерности как бы игнорируют эту связь, такой неизбежный редукционизм допустим. В индивидуальном развитии его предопределенность почти абсолютна. Если системы живого не погибают, они обладают свойством конечной эквивалентности, что сформулировано в виде соответствующего правила Л. фон Берталамфи (30-е гг. нашего века). Правило эквивалентности в развитии биосистем утверждает, что биосистемы способны достигнуть конечного (финального) состояния (фазы) развития вне зависимости от степени нарушения начальных условий своего развития. Еще раз следует подчеркнуть, что это происходит лишь при сохранении минимума внешних и внутренних условий существования биосистемы.[ . ]

Однако экспериментально в биологической системе выяснить, какая из двух причин флуктуаций является главной, не представляется возможным. Хаотическое поведение внутри некоторой области выглядит одинаковым независимо от причин, его вызывающих. Причем практическое их выяснение часто не очень важно. В первом приближении для изучения переходных процессов не существенно также, отображается ли состояние системы точкой или небольшой областью. Главное в том, что хаотическое поведение биосистемы целесообразно с точки зрения адаптационного процесса. Хаотизация функциональных свойств способствует отслеживанию биосистемой внешних условий и приспособлению к ним.[ . ]

Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и другие, тоже являются причиной многих заболеваний — ожирение, рак, кардиологические болезни и др. К этому ряду относится и стерилизация среды — фронтальная борьба с вирусно-микробным окружением, когда вместе с вредными уничтожаются и полезные формы живого окружения человека. Это происходит в силу того, что в медицине еще есть недопонимание важной роли в патологии надор-ганизменных форм живого, т. е. человеческой популяции■ Поэтому большим шагом вперед является развиваемое экологией представление о здоровье как о состоянии биосистемы и его теснейшей связи со средой, а патологические явления при этом рассматриваются как вызванные ею приспособительные процессы.[ . ]

Когерентные домены воды должны быть способны к коммуникации между собой за счет эффекта Джозефсона и чувствительными по отношению к отдельным квантам магнитного потока (2,0710 15Вб). Квантование магнитного потока является фундаментальным свойством когерентности в магнитном поле. В пассивных физических системах необходимая когерентность и долговременное упорядочение достигается только в пределах абсолютной температуры. В лазерных и живых системах когерентность достигается за счет динамических процессов. Однако вода может быть когерентной в основном состоянии, в то время как лазер - в возбужденном состоянии. Если живая система способна ощущать кванты магнитного поля, то к ней применим и эффект Джозефсона, поскольку его основа заключается в квантовании магнитного потока. Примеры проявления данного эффекта в биосистемах представлены в работе [30].[ . ]

Читайте также: