Головна

Біосфера і антропогенний вплив

  1.  Антропогенні джерела іонізуючого випромінювання здійснюватиме.
  2.  Антропогенні небезпеки. Психологія безпеки.
  3.  Б. Відповідальність є виключно внутрішньою якістю і не пов'язана із зовнішніми формами впливу на людину.
  4.  Біологічний ефект впливу лазерного випромінювання посилюється при
  5.  біосфера
  6.  Біосфера і космос

Структура біосфери, її еволюція, умови стійкості. біосфера охоплює частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери, що взаємозв'язані складними биогеохимическими циклами міграції речовин і енергії, початок яким дає трансформація сонячної енергії рослинами і подальший синтез біогенних речовин. Термін "біосфера" ввів в 1875 р австрійський геолог Е. Зюсс.

Загальне вчення про біосферу створено в 20-30-х рр. ХХ століття В. І. Вернадським, що розвинув ідеї В. В. Докучаєва про комплексний природно-історичному аналізі взаємодіючих в природі різноякісних об'єктів і явищ (чинників грунтоутворення) і виявленні самостійних природних об'єктів гетерогенної структури і складу (грунти, природні зони) (див. добірку праць В. І. Вернадського про біосферу [42]. Біосфера включає не тільки область життя (біогеосфери, фітогеосферу, геомеріду, вітасферу), але і інші структури Землі, генетично пов'язані з живим речовиною [43]. За В. І. Вернадському , речовина біосфера складається з семи різноманітних, але геологічно взаємопов'язаних частин: жива речовина, біогенна речовина, відсталу речовину, биокосное речовина, радіоактивна речовина, розсіяні атоми, речовина космічного походження. В межах біосфери всюди зустрічається або жива речовина, або сліди його біогеохімічної діяльності.

Біосфера - надзвичайно складна, саморегурірующаяся відкрита система, в якій виконується принцип Ле Шательє, що обумовлює стійкість її існування. Згідно з цим принципом, зовнішній вплив на систему, що знаходиться в стані рівноваги, призводить до зміщення цієї рівноваги в напрямку, при якому ефект виробленого впливу послаблюється [44]. З кібернетичної точки зору тут йдеться про складну систему стабілізуючих зворотних зв'язків і залежностей, які пронизують всю біосферу. Стабільність біосфери грунтується на високому розмаїтті живих організмів, окремі групи яких виконують різні функції в підтримці загального потоку речовини і розподілі енергії, на найтіснішому переплетенні і взаємозв'язку біогенних і абіогенним процесів, на узгодженості циклів окремих елементів і врівноважені ємності окремих резервуарів. Однак ця стабільність має певні межі, і порушення її регуляторних можливостей загрожує серйозними наслідками.

Антропогенні впливи. Небезпека дестабілізації біосфери пов'язана з тим, що сучасне людство використовує не тільки величезні енергетичні ресурси біосфери, а й біосферні джерела енергії (наприклад, атомної), прискорюючи геохімічні перетворення природи. Деякі процеси, викликані технічною діяльністю людини, спрямовані протилежно природному ходу їх в біосфері (розсіювання металів, руд, вуглецю та ін. Біогенних елементів, гальмування мінералізації і гуміфікації, звільнення законсервованого вуглецю і його окислювання, порушення великомасштабних процесів в атмосфері, що впливають на клімат і т. п.). Зокрема, за останні 100 років людство збільшилася в 4 рази, споживання енергії в 10 разів, мінеральної сировини - в 29 разів, сукупний продукт виріс в 17,6 рази. 85% усього видобутого за всю історію людства корисних копалин припадає на XX століття. Загальна кількість використовуваної енергії в кінці століття всього на 3-4 порядки величин менше сумарної сонячної енергії надходить на верхню межу атмосфери Землі. До теперішнього часу 1/4 суші зайнята агроценозами і пасовищами і 3/4 непокритою віковими льодами території виявляється в зоні прямого господарського впливу. Світовий улов риби досяг свого теоретичного межі. Відбувається зміна глобального клімату Землі, в результаті якого на наших очах посилюються стихійні лиха, зростають матеріальні і людські втрати, починається вимирання значної кількості видів [45].

Вирішенню проблем взаємодії і взаємовпливу біосфери і людства зайняті багато національних і міжнародних організацій, наукові центри та лабораторії. Великий внесок у розробку цієї проблеми внесли доповіді так званого Римського клубу, в яких криза сучасної західної цивілізації розглядався як комплекс взаємопов'язаних криз: екологічного, соціального, демографічного, ресурсного, економічного, політичного і культурного. У серії доповідей Римському клубу «Межі зростання» «Динаміка зростання в кінцевому світі», «Людство на роздоріжжі», написаних в 1972-1974 рр., Широкої світової громадськості було переконливо продемонстровано, що експоненціальне економічне зростання має об'єктивно обумовлені межі, які пов'язані з виснаженням невідновлюваних ресурсів і з наближенням до споживання всієї продукції відновлюваних ресурсів. Доповідь Римському клубу «Межі зростання» викликав різноманітні відгуки не тільки в наукових колах, а й у пресі; багатьма він був сприйнятий як пророцтво швидкого кінця світу, хоча мова йшла швидше, за словами Д. Медоуза, «не про майбутнє, а про вибір цього майбутнього» [46].

Першою реакцією міжнародної спільноти на ці виклики стала Конференція по навколишньому середовищу в Стокгольмі в 1972 р (United Nations Conference on Human Environment in Stockholm, 5-16 June 1972) Конференція показала, що навколишнє середовище і розвиток цивілізації не можна розглядати окремо, друге невіддільне від першого. Навколишнє середовище - місце життя людей і джерело всіх благ, а розвиток - процес задоволення потреб у благах, способи якого безперервно змінюються науково-технічним прогресом. Головний підсумок Конференції 1972 року - створення Програми ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП), Спеціальної структури ООН для подальшого опрацювання окреслених проблем.

Друга Конференція ООН з навколишнього середовища і розвитку (КОСР-2) відбулася 3-14 червня 1992 року в Ріо-де-Жанейро (Бразилія) (United Nations Conference on Environment and Development in Rio de Janeiro, 3-14 June 1992). Ця була дійсно всесвітня конференція, в якій брало участь 178 країн, 114 глав держав і урядів, представники 1600 неурядових організацій, величезна кількість журналістів. В цей же час в Ріо-де-Жанейро проходив «Глобальний форум» з екологічних проблем, що зібрав близько 9 тис. Організацій, 29 тис. Чоловік, 450 тис. Відвідувачів, а всього було проведено близько тисячі засідань і заходів різного типу. На Конференції було прийнято низку документів, зокрема «Декларація Ріо-де-Жанейро з навколишнього середовища і розвитку» (Декларація Ріо), «Заяву про принципи глобального консенсусу з управління, збереження та сталого розвитку всіх видів лісів», «Порядок денний на ХХІ століття »(Програма 21),« Рамкова конвенція ООН про зміну клімату »,« Конвенція ООН про біологічне різноманіття »[47].

Можна також назвати ряд інших заходів, в яких беруть участь багато країн, наприклад Міжнародне гідрологічне десятиліття, Міжнародна біологічна програма і т. П. Відзначимо також, що ЮНЕСКО заснувало і координує спеціальну Міжнародну програму «Людина і біосфера» (MAB - Від її англ. назви "Man and the Biosphere"). Відповідний Національний комітет по програмі МАВ близько 40 років тому створено в нашій країні.

Забруднення навколишнього середовища. Результатом екстенсивного розвитку світової економіки стало забруднення навколишнього середовища. Людство ніколи раніше не замислювалася про долю відходів життєдіяльності і не планувало замкнутих циклів виробництва. У порівнянні з кругообігом речовин в біосфері відходи економічної діяльності людства довгий час залишалися незначними. Однак багаторазове збільшення протягом XX століття промислового і сільськогосподарського виробництва призвело до настільки ж масштабного забруднення води, повітря, грунту. При обмежених розмірах майже повністю заселеною планети люди повинні тепер самі забезпечувати переробку своїх відходів так, щоб не нашкодити біосфері [48].

Токсікантамісреди проживання називаються шкідливі речовини, що поширюються на великі регіони біосфери далеко за межі свого первісного місцезнаходження, т. е. мають значну міграційну рухливість, і які надають приховане шкідливий вплив на тварин, рослини і згодом на людину [49].

До токсикантів довкілля відносять різні групи речовин, зокрема, багато органічні сполуки (наприклад, бензол, азбест, бенз (а) пірен, пестициди), мікроелементи (марганець Mn, мідь Cu, кобальт Co), важкі метали (ртуть Hg, свинець Pb, кадмій Cd, цинк Zn, хром Cr і ін.), радіонукліди (134,137Cs, 90Sr, трансуранові елементи), діоксид сірки (SO2), Оксиди азоту в повітрі (NOх) І воді (нітрати, нітрити) і ін.

За даними ООН в результаті діяльності людини в 1996 р в атмосферу надійшло 350 млн. Т оксиду вуглецю СО, 145 млн. Т діоксиду сірки SO2, 20 млн. Т оксиду азоту NO, 2 млн. Т фреонів і поліхлорвінілових речовин, 200 тис. Т сполук свинцю, 1 млн. Т вуглеводнів, в тому числі канцерогенних, велика кількість аерозолів і твердих частинок (пил, кіптява, сажа) - за різними оцінками від 96 до 260 млрд. т [49].

Високі концентрації токсикантів можуть викликати специфічне хімічне отруєння різного ступеня. Низькі концентрації можуть надавати приховане токсичну дію, яке здатне проявитися у вигляді ракових захворювань (канцерогенез), спадкових змін (мутагенезу), народження виродків (тератогенез) або токсичний вплив на плід (ембріоцідное дію). Приховане токсичну дію, зокрема мутагенну, може позначатися на здоров'ї декількох поколінь людей. Токсиканти-мутагени викликають зміни в молекулах ДНК, що веде до розвитку вроджених вад і відхилень від нормального розвитку. Більше 90% мутагенів одночасно є канцерогенами, викликаючи розвиток злоякісних пухлин.

Біомоніторинг і екологічний прогноз. Згідно з визначенням секретаріату комісії ЮНЕП, екологічний моніторинг - Це система повторних спостережень за елементами навколишнього середовища в просторі і в часі з певними цілями і відповідно до певними обставинами. Екологічний моніторинг повинен включати ланки різного рівня [50]:

1. Глобальний моніторинг, заснований на здійсненні міжнародного співробітництва.

2. Національний моніторинг - загальнодержавна система спостережень.

3. Регіональний моніторинг - система спостережень в регіонах з гострої екологічною ситуацією.

4. Локальний (імпактних) моніторинг - спостереження в зоні впливу підприємств.

5. Фоновий моніторинг - це спостереження в районах, де виключена всяка господарська діяльність, зокрема, в біосферних заповідниках.

За результатами моніторингу складаються екологічні прогнози (ecological forecasts) - передбачення поведінки екосистем, що визначається природними процесами і впливом на них людства, в тому числі з урахуванням даних відповідних математичних і комп'ютерних моделей. Екологічні прогнози є основою для прийняття відповідних управлінських рішень. За масштабами прогнозованих явищ розрізняють глобальний, регіональний, національний і локальний екологічні прогнози.

Важливу роль у моніторингу та прогнозуванні грають геоінформаційні системи. Геоінформаційна система (також ГІС - географічна інформаційна система) - система, призначена для збору, зберігання, аналізу та графічної візуалізації просторових даних і пов'язаної з ними інформації про представлених в ГІС об'єктах. За територіальним охопленням розрізняють глобальні ГІС (global GIS), субконтинентальним ГІС, національні ГІС, часто мають статус державних, регіональні ГІС (regional GIS), субрегіональні ГІС і локальні, або місцеві ГІС (local GIS). Зокрема, можна назвати Геоінформаційна система "Республіка Білорусь" (http://www.emaps-online.com/). ГІС розрізняються предметною областю інформаційного моделювання, наприклад міські ГІС, або муніципальні ГІС - МГІС (urban GIS), природоохоронні ГІС (environmental GIS) і т. Д. Проблемна орієнтація ГІС визначається розв'язуються в ній завданнями (науковими та прикладними), до них належать інвентаризація ресурсів (у тому числі кадастр), аналіз, оцінка, моніторинг, управління і планування, підтримка прийняття рішень. Інтегровані ГІС, або ІГІС (integrated GIS, IGIS) поєднують функціональні можливості ГІС і систем цифрової обробки зображень (даних дистанційного зондування) в єдиному інтегрованому середовищі.

Серед білоруських екологічних геоінформаційних ресурсів можна назвати ГІС «Біловезька пуща» [51]. Цей проект охоплює Державний національний парк «Біловезька пуща», розташований в Білорусі на кордоні з Польщею і займає площу близько 90 тис. Га. ГІС «Біловезька пуща» включає наступні основні блоки: топографічна основа, лісові ресурси, геологічні ресурси, екологічна інформація, рослинність, тваринний світ, клімат, управління, зображення, енциклопедія. Подальший розвиток ГІС «Біловезька пуща» передбачає створення в республіці єдиної геоінформаційної системи охоронюваних і заповідних територій, що включає в першу чергу Березинський біосферний і Прип'ятський ландшафтно-гідрологічний заповідники, Національний парк «Бориславська озера».

біомоніторинг є складовою частиною екологічного моніторингу і включає в себе такі підсистеми, як біотестування, біоіндикації та біоакумуляції. Биотестирование і биоиндикация - це два схожих дослідницьких прийому, в яких про якість середовища, про фактори, що впливають на це середовище, судять по виживаності, продуктивності, поведінки, а також з різних фізико-біологічним параметрам живих організмів. Різниця полягає в тому, що біотестування має на увазі використання живих організмів, спеціально розміщені в цю середу (тест-об'єкти), а биоиндикация досліджує живі організми, природним чином мешкають в даній досліджуваному середовищі. биоаккумуляция - Окремий випадок біотестування або біоіндикації, коли про якість середовища та факторах, що впливають на це середовище, судять за ступенем накопичення шкідливих речовин в живих організмах.

Прийоми і підходи при виборі тест-об'єктів і тест-реакцій. Можна навести ряд прикладів використання методів біотестування, Так, в Голландії в якості тест-об'єктів на великих площах країни використовуються різні корисні для людини рослини: гладіолуси і тюльпани є тест-об'єктами на накопичення фторидів; італійська житнє трава - тест-об'єкт на накопичення іонів важких металів. Останнім часом широке застосування в багатьох країнах знаходить біотестування за допомогою таких високочутливих до забруднення різного роду (іони важких металів, нафтопродукти, УФ-випромінювання і т. Д.) Тест-об'єктів, як дафнії (рачки - фильтратори водойм), п'явки, інфузорії (найпростіші), хлорелла (мікроводорость) і т. п.

З метою біоіндикації використовується метод Лихеноиндикация (від латинського «lichenes»- Лишайники), заснований на обліку кількості лишайників в міських насадженнях, районах великих підприємств і т. Д. Встановлено чіткий зв'язок між« полями забруднення повітря »в містах і встречаемостью лишайників на стовбурах дерев. Вельми перспективним методом оцінки якості поливної води в садівничих господарствах Підмосков'я, Далекого Сходу і т. Д. Є так званий «coli-тест» на наявність у воді бактерії кишкової палички (Escherichia coli).

Биоаккумуляция домішок спостерігається у деяких живих організмів. Наприклад, накопичення ртуті в рибі з річки Минамата в Японії привело до захворювання населення, особливо дітей, «хворобою Мінамата». Ртуть і миш'як, як відомо, мають здатність накопичуватися в волоссі людини, це може бути використано для профілактики отруєння людини цими отрутами. В Японії дуже успішно розводять асцидії - морські організми, які концентрують ванадій, потім їх спалюють і отримують з золи сполуки ванадію. Дослідження, проведені в Білорусі після Чорнобильської катастрофи, показали, що існують види рослин і грибів, які накопичують радіонукліди (види-накопичувачі), і види-дискримінатори, які не поглинають радіонукліди з грунту. Ці дані надзвичайно важливі для моніторингу радіаційно-забруднених територій, а також для безпечного ведення сільськогосподарського виробництва.

Як ми бачимо, в біомоніторингу в залежності від поставлених цілей і завдань використовуються різні види-індикатори (indicators), т. Е. Види, службовці показником особливостей середовища будь-якого біоценозу або екосистеми і відносяться до різних рівнів організації. При цьому токсикологічна та екологічна характеристика токсикантів-ксенобіотиків дається по фізіолого-біохімічному відповіді живих систем

Кровотворна тканина є одним з основних тест-об'єктів біоіндикації впливу антропогенних факторів на організм тварин. Підвищення над контрольним рівнем числа клітин з хромосомними абераціями є класичною цитогенетичній тест-реакцією пошкодження ДНК. Однак в разі пойкілотермних тварин з невисоким темпом ділення клітин мікроядерний тест має більше переваг над метафазних і анафазного методами. Інший тест-реакцією, яка вказує на пригнічують дію на кровотворну тканину і можливе мутагенну дію, є клітинна загибель.

Филогенетически різні види-біоіндикатори можуть відрізнятися по чутливості на рівні генетичної детермінації процесів формування, збереження і елімінації клітин з хромосомними абераціями - маркерами мутагенного впливу. Амфібії і ссавці (мишоподібні гризуни) є класичними видами-біоіндикаторами. Молюски, як ми могли бачити вище, являють собою перспективний вид-біоіндикаторів. У лабораторії моделювання генетичних процесів з ініціативи к. Б. н. В. Ю. Афоніна розпочаті роботи по введенню нової тест-системи на основі легеневого черевоногих молюска великого прудовика (Lymnaea stagnalis).

Lymnaea stagnalis серед молюсків відноситься до найбільш розвиненим і за багатьма параметрами близький до ссавців. Тривалість життя і швидкість зміни поколінь у цього виду молюсків близька до таких у мишоподібних гризунів, які використовуються в біомоніторингу. З іншого боку, на онтогенез молюсків як і амфібій, накладає відбиток сезонні фактори, що дозволяє контролювати немутагенние параметри середовища, що впливають на різні клітинні процеси. Зв'язок частоти ушкоджень ДНК, індукованих мутагенами, і генетичної структури популяції за різними ферментам, вказують на можливе одночасне застосування цих критеріїв в комплексі з цитогенетичними ушкодженнями. Можливість прижиттєвих спостережень за різними біологічними характеристиками молюсків, робить даний вид зручним для біоіндікаціонних досліджень в лабораторії. Здатність до самооплодотворению і зручність утримання дозволить створювати лінії тварин для вивчення мутагенних впливів як в лабораторних умовах, так і в природних. Різна ступінь диференціювання гемоцитів і ембріональних клітин молюсків дозволить розробити комплекс тестів in vitro и in vivo клітин. Так, використовуючи одного молюска, можна довгий період отримувати від нього проби імунної та ембріональної тканини. Різні темпи зростання цих тварин і вираженість нервових оборонних реакцій дадуть додаткову інформацію про можливе -модифікує фізіологічних факторів на результати експериментів з вивчення дії ксенобіотиків.

Відеоінформація по цитології і цитогенетиці. У зв'язку з проблемами біомоніторингу зупинимося на ще одному напрямку досліджень лабораторії моделювання генетичних процесів - створення електронного атласу по морфологічних формах клітин, що відображає процеси диференціювання, апоптозу і цитогенетичних порушень під впливом забруднення навколишнього середовища. Вивчення апоптозу, або програмованої клітинної загибелі - одне з найбільш актуальних напрямків біологічних досліджень, якому в останні роки присвячено сотні публікацій (див., Наприклад, огляд в журналі «Генетика» [52]).

б

а

Мал. 8.8. Плакати з електронного атласу: апоптоз в різних тканинах європейської рудої полівки (а); цитогенетичні порушення в клітинах мантийной рідини молюска прудовика (б).

У цій області к. Б. н. В. Ю. Афоніним спільно з іншими співробітниками лабораторії на основі результатів власних досліджень вже створений широкий набір плакатів, що відображають різні аспекти зазначених процесів у тварин окремих таксономічних груп (див. Рис. 8.8), в тому числі такі:

- Клітини білої крові амфібій;

- Цитогенетичні порушення у еритроцитах бурих жаб;

- Ембріональна загибель і цитогенетичні порушення у молюсків (прудовики);

- Цитогенетичні пошкодження еритроїдної тканини лабораторних мишей;

- Диференціація і загибель фібробластів культури клітин миші;

- Апоптоз в різних тканинах європейської рудої полівки;

- Поєднання забарвлень акридиновим помаранчевим і барвником Гімза.

Частина матеріалів відеоатласа можна знайти в Інтернеті на сайті [53].

Оскільки тканини філогенетично різних тварин оновлюються з різною швидкістю, даний посібник дозволить вибирати комплекс критеріїв для оцінки пошкоджень кровотворної тканини взаємозамінних модельних видів, а також відбору тест-об'єктів, які ідеально підходять для конкретної екологічної ситуації, що важливо для об'єктивного планування і проведення моніторингових досліджень [54 -55].

 Деякі математичні та кібернетичні підходи в популяційної генетики людини |  ВСТУП


 Співтовариства організмів. екологічні системи |  математична екологія |  Біологічна еволюція визначається мінливістю, спадковістю, природним відбором організмів, що відбуваються на тлі змін у складі екосистем [17]. |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати