Реакция организма на изменение экологических факторов

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельности.

Примечание: 1 — точка оптимума, 2 — точки минимума и максимума, 3 — летальные точки

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность — способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково. Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии — быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой).

Кардинальные точки:

v точки минимума и максимума — крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма

v точка оптимума — наиболее благоприятное значение фактора

Зоны:

v зона оптимума — ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора

v зоны пессимума (верхнего и нижнего) — диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение

v зона жизнедеятельности — диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции

v зоны покоя (верхнего и нижнего) — крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя

v зона жизни — диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать. Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений —норма реакции, которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видовую.

ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА открытый Ю. Либихом (1840) закон, согласно которому относительное действие отдельного экологический фактора тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с др. экологический факторами в минимуме; по закону минимума Либиха, от вещества, концентрация которого лежит в минимуме, зависят рост растений, величина и устойчивость их урожая. Закон минимума Либиха (закон о роли экологический факторов в распространении и количественном развитии организмов) не применим к системам с неустойчивым состоянием, когда поступление в них различных веществ незакономерно меняется и лимитирующими попеременно или одновременно становятся многие факторы. Во многом закон минимума Либиха уточняется Законом толерантности Шелфорда.

ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ - Закон экологического оптимума В. Шелфорда - лимитирующий фактор процветания организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определяет пределы толерантности организма к данному фактору. Организм может иметь широкие границы устойчивости в отношении одного фактора и узкие в отношении другого. Организм с широкими границами по большинству экологических факторов обычно широко распространен (например, воробей). Если условия по одному фактору не оптимальны, то может снизиться предел устойчивости к другому экологическому фактору (например, при низком содержании азота в почве снижается засухоустойчивость злаков).

57. Химические факторы. Понятия толерантности, резистентности к химическому загрязнению. Кривая "доза-эффект". Экологическая токсикология о становлении резистентности. Акклимация.

Химический фактор - это разнообразные вредные вещества: пары, газы, жидкости, аэрозоли, соединения, смеси, которые при контакте с организмом могут вызывать химические ожоги, заболевания, обна­руживаемые современными методами исследования как в про­цессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настояще­го и последующих поколений.

В настоящее время известно около 7 млн. химических ве­ществ и соединений, из которых 60 тыс. находят применение в деятельности человека: 5500 - в виде пищевых добавок, 4000 -лекарств, 1500 - препаратов бытовой химии.

Химические вещества (органические, неорганические, эле-ментоорганические) в зависимости от их практического исполь­зования классифицируются следующим образом:

- промышленные яды. Используются в производстве и вы­деляются в воздух в различных технологических процессах: ор­ганические растворители (дихлорэтан, ксилол), топливо (пропан, бутан, бензин), красители (анилин), продукты сгорания (моноок­сид углерода, оксиды азота и серы), возгоны сталеплавильных печей, сварочные и паечные аэрозоли и т.д.;

- ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве. Это в основном удобрения и пестициды;

- лекарственные средства;

- пищевые добавки;

- средства санитарии, личной гигиены, косметика и т.д.;

- биологические яды растительного и животного происхо­ждения. Содержатся в растениях (аконит, цикута), в грибах (му­хомор), у животных (змеи) и насекомых (пчелы);

- отравляющие вещества (ОВ) - зарин, иприт, фосген и др.

Ядовитые свойства могут проявить практически все вещест­ва, однако, к ядам принято относить лишь те, которые свое вред­ное действие проявляют в обычных условиях и относительно не­больших количествах. К промышленным ядам относится большая группа химиче­ских веществ и соединений, которые в виде сырья, промежуточ­ных или готовых продуктов встречаются в производстве.

Проникновение в окружающую среду химических веществ, отсутствующие в этой среде ранее или изменяющих естественные концентрации до уровня, превышающие норму, относятся к химическому загрязнению.

Токсиколо́гия — наука, изучающая ядовитые (токсичные) вещества, потенциальную опасность их воздействия на организмы и экосистемы, механизмы токсического действия, а также методы диагностики, профилактики и лечения развивающихся вследствие такого воздействия заболеваний.

Резистентность – способность противостоять токсическому действию веществ за счет реализации адаптивных механизмов (синтез металлотионеина- белок до пределов толерантности).

Толерантность обозначает снижение чувствительности к токсичным и фармацевтическим препаратам (например, к наркотикам). Привыкание к сильнодействующим ядам в результате длительного введения ничтожных доз называют также митридатизмом.

Кривые доза эффект для лигандов с разной активностью, сгенерированные согласно уравнению Хилла. Полный и частичный агонист имеют разные величины ED50, Еmax и коэффициента Хилла (определяет наклон кривой).

Кривая доза-эффект (или концентрация-эффект) описывает изменение влияния некоторого лиганда на биологический объект в зависимости от концентрации этого лиганда. Такая кривая может строиться как для индивидуальных клеток или организмов или популяций. Изучение зависимости доза-эффект и построение соответствующих моделей является основным элементом для определения интервала терапевтических и безопасных доз или концентраций лекарств или других химических веществ, с которыми сталкивается человек или другой биологический объект.

Основными параметрами, которые определяются при построении моделей, является максимальный возможный эффект (Еmax) и доза (концентрация), что вызывает полумаксимальный эффект (ED 50 и EC50, соответственно).

При проведении такого типа исследований надо иметь в виду, что форма зависимости доза-эффект обычно зависит от времени экспонирования биологического объекта к действию исследуемого вещества (ингаляция, прием с пищей, попадания на кожу, и т. д.), поэтому количественная оценка эффекта в случае разного времени экспонирования и различных путей попадания лиганда в организм чаще всего приводит к разным результатам. Таким образом, в экспериментальном исследовании эти параметры должны быть унифицированными.

Чувствительность большинства животных в популяции близка среднему значению. Интервал доз, включающий основную часть кривой вокруг центральной точки, иногда обозначается как «потенция» препарата.

Небольшая часть популяции в левой части кривой «доза-эффект» реагирует на малые дозы токсиканта. Это группа сверхчувствительных или гиперреактивных особей. Другая часть популяции в правой части кривой реагирует лишь на очень большие дозы токсиканта. Это малочувствительные, гипореактивные или резистентные особи.

Наклон кривой «доза-эффект», особенно вблизи среднего значения, характеризует разброс доз, вызывающих эффект. Эта величина указывает, как велико будет изменение реакции популяции на действие токсиканта с изменением действующей дозы. Крутой наклон указывает на то, что большая часть популяции будет реагировать на токсикант примерно одинаково в узком диапазоне доз, в то время как пологий наклон свидетельствует о существенных различиях в чувствительности особей к токсиканту.

АККЛИМАЦИЯ:

– компенсаторные изменения, возникающие в организме при длительном отклонении какого-либо одного фактора среды от первоначального уровня.

- адаптация к одному какому-нибудь фактору при неизменности других факторов среды.

Акклимацию следует считать элементарной формой природных фенотипических адаптаций. Эту форму очень сложно изучать в природе. Форма доступна исследованию только в виде лабораторного эксперимента.

Требования к исследованию акклимации лишь в лабораторных условиях становится очевидным, если учесть еще одну особенность этого явления. Оно относится не только к одному фактору среды, но и к определенной дозе этого фактора или к определенному шагу измененной среды, что возможно в искусственно созданной лабораторной обстановке.

Лишь в редких случаях при периодических изменениях природных факторов и определенных пределах их суточной приливно-отливной (море) или сезонной ритмики можно говорить о природной акклимации.