Wykazano, że środowisko skażone metalami ciężkimi oddziałuje negatywnie na rozwój psychiczny człowieka. Długotrwałe narażenie na dawki metali ciężkich może doprowadzić do nie bezpiecznych następstw zwłaszcza u dzieci następują w zakresie funkcjonowania OUN tj zahamowanie rozwoju psychomotorycznego, stany lękowe, pobudzenie ruchowe, zaburzenia percepcji ruchowej.
W miarę metali ciężkich we krwi dziecka ¯ jego IQ
Badania przeprowadzone na terenie zanieczyszczonym przez przemysł wykazały ponad 3-krotny wzrost dzieci upośledzonych umysłowo. W rejonie silnie uprzemysłowionym ok. 10% ma niepowodzenia szkolne, ok. 1/3 jest określana jako dzieci nadpobudliwe i nerwowe. Na terenach wiejskich takich dzieci było ok. 9 %.
Ocenia się, że w obszarach ekologicznie zagrożonych występuje 2x więcej osób leczonych psychiatrycznie.
W badaniach przeprowadzonych na terenie województwa katowickiego stwierdzono silną właściwość mutagenną z ekstraktów drobnocząsteczkowych zanieczyszczeń powietrza. Te ekstrakty zawierały substancję niszczącą strukturę chromatyny i chromosomów. W DNA uzyskanym z krwi mieszkańców Zabrza stwierdzono kilkakrotnie liczbę tzw adduktorów, czyli dołączonych do DNA obcych dla organizmu cząsteczek. Uszkodzenie materiału genetycznego człowieka manifestuje się m.in. różnego rodzaju uszkodzeniami chromosomów, a więc i genów, co stanowi chyba najbardziej dramatyczny efekt zanieczyszczenia środowiska życia człowieka.
WZROST można pojmować
- osobnika
- populacji
- narządów
Uzależniony od wielu czynników populacyjnych, środowiskowych i biocenotycznych. Badania prawidłowości rządzących wzrostem liczebności populacji jest podstawowym zadaniem ekologii. Dynamika liczebności populacji zawsze rozpatrywana jest jako funkcja czasu.
Modele wzrostu populacji
1. wykładniczy – wzrost nieograniczony, możliwy teoretycznie lub w warunkach laboratoryjnych. Brak czynników a- i biotycznych, środowisko ma stałe warunki 9 à stały dopływ pożywienia, usuwanie metabolitów ). Dotyczy populacji o krótkim okresie rozrodu. następuje w postępie geometrycznym – nieograniczonym.
RÓWNANIE WOLTERA
dN / dt = r N0
r – wskaźnik wzrostu populacji, wyraża średnią szybkość przyrostu populacji w przeliczeniu na 1 osobnika i na jednostkę czasu. Inaczej różnica wartości wskaźników rozrodczości i śmiertelności danej populacji. Odpowiada wskaźnikowi przyrostu naturalnego człowieka odpowiednio 1000 os / 1 rok.
bakterie 1 os / 1 h
grzyby 1 os / 6 h
pierwotniaki 1 os / 12 – 24 h
Nt = N0 ert
Nt – liczba osobników w czasie t
e = 2,72 – podstawa logarytmiczna
log Nt = log N0 + r Dt log e à
r = log Nt – log N0 / Dt log e gdzie 1 / log e » 2,3 à
r = 2,3 log DN / Dt
2. model wykładniczy
3. model logistyczny – wzrost ograniczony
N – początkowa liczba osobników
N liczba osobników po czasie t
Występują 3 fazy
- wzrostu występuje kilka okresów
A. wzrost utajony ( zasiedlanie nowego terenu ). W tej fazie najistotniejsza jest allelokataliza ( wzajemne pobudzanie się osobników do rozwoju i rozrodu produktami przemiany materii )
B. wzrost przyspieszony – w tej fazie najistotniejsza jest kooperacja związana z rozrodem.
C. wzrost logarytmiczny – charakteryzuje się wysoką wartością wskaźnika urodzeń, niską wskaźnika śmiertelności. Bardzo wysoki przyrost naturalny. Przeciętny wiek w tej fazie – niski w porównaniu z innymi fazami, duży % udział przeżywających osobników młodocianych. Osobnik znajdujący się w tej fazie ma przed sobą życie 1 – 2 x dłuższe niż osobnik w innych fazach. Występuje rosnący przyrost liczebności w określonym czasie. Najistotniejsza jest kooperacja niezwiązana z rozrodem.
D. okres wzrostu opóźnionego, w tej fazie najistotniejsza jest konkurencja będąca przykładem wewnątrzgatunkowej pośredniej walki o byt.
- równowagi
E. przeciętna liczebność pozostaje na tym samym poziomie, wartość jest przeciętna dla przyrostu naturalnego i wieku pośredniego między fazą wzrostu, a spadku. Śmiertelność dość wysoka. Przeciętna długość życia znacznie krótsza niż w fazie wzrostu i wsytępują wahania liczebności - i ¯ liczebności przeciętnej. Te wahania mogą być typu oscylacji ( amplituda = const. ) lub fluktuacji ( raz mniejsze, raz większe ). Równowaga między kooperacją i konkurencją.
- spadku
F. krzywa wymierania – sukcesywne obniżanie liczebności populacji a nawet jej wygaszanie, ¯ wskaźnika urodzeń, 2x współczynnika śmiertelności, ¯ przyrostu naturalnego, wysoka średnia wieku. Baza populacji są osoby starsze, których zdolność reprodukcyjna maleje. Liczba osób urodzonych w tej fazie dochodzących do reprodukcji jest 10x ¯ niż w fazie wzrostu. W tej fazie najistotniejsza jest autointoksykacja. Jest to faza wzrostu ujemnego.
Na populacje działają zarówno czynniki abiotyczne jak i biotyczne ( interakcje antagonistyczne à powodują ograniczenie wzrostu i niemożliwy jest wzrost maksymalny )
RÓWNANIE LOGISTYCZNE NICHELSONA
dN / dt = rN – r / KN2
K – asymptota górna ( pojemność środowiska )
Na podstawie tego równania zabudowano dziesiątki modeli ekologicznych i ewolucyjnych. Dzięki niemu możemy dociekać jakie będą skutki wprowadzenia dodatkowych czynników.
dN / dt = rN – r / KN2 ± KNN1 à przy uwzględnieniu interakcji
N – liczebność drugiego gatunku
K – stały współczynnik dla każdej populacji doświadczalnej, jest on miarą antagonizmu lub protekcjonizmu między populacjami.
r – wskaźnik wzrostu populacji
4. model cykliczny – charakteryzuje populacje w warunkach niezrównoważonych. Występują okresy wzrostu i spadku zamykające się w okresie 1 roku lub kilku lat.
5. model ustabilizowany – wystepuje rzadko, charakteryzuje się stałymi warunkami środowiska, sprawnymi mechanizmami regulacji liczebności populacji, stosunkowo krótkim okresem wzrostu i bardzo długim okresem równowagi.
Metodami oceny wpływu czynników abiotycznych są
I. obliczanie wskaźników wzrostu populacji
II. analiza krzywych wzrostu oraz obliczanie CL50
III. obliczanie max liczebności populacji w zależności od stężenia danego czynnika abiotycznego
Wykorzystując okres wzrostu logarytmicznego dodatniego obliczas ie wskaźnik wzrostu populacji w różnych środowiskach.
Krzywe wzrostu T. vaginalis ( rzęsistek )
Wpływ czynnika abiotycznego można ocenić za pomocą stężenia zmniejszającego wskaźnik wzrostu populacji o połowę w stosunku do warunków kontrolnych. Wpływ szkodliwych czynników działania na populację przedstawia krzywa działania i kryterium działania musi być cechą, która daje się łatwo określić np.: śmiertelność, zmniejszenie aktywności enzymów.
Krzywe działania czynnika chemicznego w różnych wartościach są podobne, przy czym tylko u stawonogów i kręgowców te krzywe są zbliżone do paraboli, u pozostałych zwierząt mają kształt linii prostej..
Jeśli w biotopie dojdzie do stężenia substancji toksycznych wtedy może dojść do wymierania populacji jednego gatunku ( np. pasożyta a populacja żywiciela będzie w tych warunkach przeżywać ). Podobnie, gdy człowiek zarazi się pierwotniakiem, lek przeciw pasożytniczy może okazać się skuteczny.
Ta krzywa może mieć zmieniony kształt, jeśli dochodzi do odporności pasożyta na lek.
Stężenie i dawkę wprowadzanego do organizmu czynnika chemicznego wywołującego śmiertelność 50 % osobników możemy obliczyć z odcinka prostoliniowego tej krzywej działania à CL50. Ten odcinek dzielimy na pół, obliczmy średnia śmiertelność i stężenia zarówno do wyższych jak i niższych wartości.
CL50 = C1 + 1 / b ( 50 – N1 )
1 / b = CII – CI / NII – NI
Populacja przegęszczona
Górną granicę tolerancji ekologicznej stanowi punkt krytyczny à Kg. Powyżej strefa przegęszczenia – zniszczenie i naruszenie zasobów odtwarzalnych środowiska, tu zaburzenie ekologiczne à agresywności, zanik instynktu rozrodczego, zanikanie hierarchii społecznej, zaburzenia metaboliczne mogące sprzyjać np. miażdżycy, zaburzenia odpornościowe, stres, wzrost zachorowalności na choroby zakaźne czy pasożytnicze.
Stefa niedogęszczenia
Poniżej Kd, spadek tempa rozwoju albo wręcz zanik populacji.
Organizm, który pod względem przemiany materii i energii jest układem otwartym na każdym etapie rozwoju uzależniony jest od warunków środowiska. Przy znacznych wahaniach warunków środowiska organizm zachowuje swoja odrębność jako jednostka biologiczna z uwagi na swą unikalną strukturę oraz na skutek tego, że zachowuje jednocześnie uniwersalność funkcji fizyko-chemicznych.
Organizm jest układem wyposażonym w odpowiednie organiczne mechanizmy zabezpieczające przed nadmiernym i niekontrolowanym wpływem bodźca środowiskowego, ale tylko wtedy jeśli te zmiany stopniem nasilenia odpowiadają zakresowi zmienności.
Podstawą jest homeostaza zapewniona dzięki mechanizmom sprzężenia zwrotnego ujemnego. Podstawę homeostazy tworzą organizmy, które powstały w toku ewolucji. Są utrwalone genetycznie i przekazywane następnym pokoleniom. Podtrzymywanie stałości środowiska zachodzi przy udziale specyficznych i niespecyficznych mechanizmów obronnych, które reagują przeciwko określonemu czynnikowi obcemu.
Mechanizmy niespecyficzne à właściwości skóry i błon śluzowych, które tworzą bariery np. są to przeciwbakteryjne właściwości lizozymu znajdującego się w ślinie lub zjawisko fagocytozy.
Mechanizmy specyficzne à humoralna i komórkowa odporność.
Duże znaczenie w zapewnieniu homeostazy maja też mechanizmy, które podtrzymują stałość i kompleksowość organizacji morfologicznej. Mechanizmy te stanowią podstawę homeostazy strukturalnej i działają na rożnych poziomach – molekularnym, tkankowym i narządowym. Uniwersalnym i efektywnym mechanizmem tego rodzaju jest regeneracja fizjologiczna ( odrastanie włosów, odnawianie składników morfometrycznych krwi ) lub regeneracja preparatywna ( zrastanie się kości po złamaniu ).
Ważne znaczenie w zapewnieniu homeostazy należy przypisać zdolności organizmu do podtrzymania składu chemicznego i właściwego płynnego pozakomórkowego środowiska wewnętrznego organizmu. Mechanizmy za pomocą których realizuje się ten proces są bardzo złożone np. utrzymanie w optymalnym zakresie równowagi kwasowo – zasadowej krwi zależy od procesów metabolicznych zachodzących w wątrobie, nerwach, mięśniach oraz od wymiany gazowej w płucach przy układzie buforowym krwi ( wodorowęglany, fosforany, białka ).
Homeostaza genetyczna, strukturalna, krwi, wymiany gazowej w rzeczywistości podtrzymujące je mechanizmy występują w ścisłym powiązaniu, przy czym niektóre z nich są wspólne.
Połączenie cząsteczkowe homeostatycznych mechanizmów komórkowych i narządowych w całościową reakcje adaptacyjną organizmu zostaje osiągnięte dzięki funkcjonowaniu integracyjnych układów regulujących ( układ nerwowy i hormonalny ). Działają z różną szybkością i przez różny czas.
Zarówno zmiany zachowania w środowisku zewnętrznym i wewnętrznym organizmu są źródłem odbieranym przez receptory i następnie są przetwarzane w sposób analogowy, cyfrowy lub mieszany.
1. analogowy – za pośrednictwem hormonów, których dążenie warunkuje przenoszenie odpowiednich ilości informacji
- bodziec à kwaśna treść pokarmowa dwunastnicy
- komórka wydzielnicza błony śluzowej
- sekretna krążąca we krwi
- trzustka część wewnątrzwydzielnicza
- sok trzustkowy
2. cyfrowy – w receptorach i komórkach nerwowych
- bodziec à ucisk na skórę
- receptor à ciało trzustkowe
- impulsy nerwowe dośrodkowe
- ciało komórki nerwowej
- impulsy nerwowe odśrodkowe à efektor
3. cyfrowo – analogowy
- bodziec à ciśnienia osmotycznego osocza
- osmodetektor – impulsy nerwowe
- neuron neuro – sekrecyjny
- impulsy nerwowe – egzocytoza wazopresyny
Teoria informacji jest przydatna w biologii / fizjologii do analizowania procesów dzięki którym funkcje życiowe zachodzą prawidłowo. Posługuje się jednocześnie informacją czyli bitem oraz pojęciami systemów i układów.
SYSTEM – to zbiór elementów połączonych ze sobą zgodnie z określonym wzorem i spełniających określone czynności. Prosty system, który może być nawet pojedynczą komórką nazywamy układem. Połączenie między elementami systemów lub układów za pośrednictwem kanałów informacji przedstawia się w postaci schematów blokowych. Poszczególne bloki czynnościowe maja swoje wejście i wyjście oraz łączą się kanałami przez, które przenoszona jest informacja.
Rozróżniamy układy regulacji stabilnej oparte na sprzężeniu zwrotnym ujemnym oraz niestabilnej na dodatnim.
Sprzężenie zwrotne to rodzaj sterowania w którym sygnał wyjściowy układu oddziałuje zwrotnie często za pośrednictwem innych układów np. termostat ( spadek temperatury poniżej pewnej granicy włącza grzejnik ).
6
...