ТЕМА: Абиотические факторы и адаптация к ним живых организмов
Широкое распространение организмов на земном шаре зависит от многих экологических факторов: климата, рельефа местности, температуры, химического состава среды, пищевых ресурсов, влияния деятельности человека и т.д. Эти факторы могут быть полезными и вредными, способствовать или препятствовать выживанию и существованию организмов. В течение долгого эволюционного периода многие растения и животные выработали различные приспособления для жизни в соответствующих условиях среды. Поэтому не только строение и развитие организмов, но и способы их адаптации к абиотическим, биотическим и антропогенным факторам окружающей среды подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.
I. Цель занятия:
Познакомиться с основными абиотическими факторами окружающей среды и рассмотреть их влияние на живые организмы.
II. Исходные знания:
1. Знать уровни организации жизни.
2. Иметь понятие о свойствах живых организмов и их отличиях от неживого.
III. План изучения темы:
1.Понятие об экологических факторах, ресурсах и условиях.
2.Классификация факторов среды.
3.Основные законы и закономерности действия факторов среды.
4.Абиотические факторы среды.
5.Влияние света на живые организмы.
6.Температура и ее роль в жизни организмов.
7.Классификация растений и животных по адаптации к влажности.
IV. Литература:
1.Лекции.
2.Иванов В.П., Васильева О.В. Основы экологии (учебник). –СПб: Спецлит, 2010 год. – 272 с.
3.Иванов В.П., Васильева О.В., Иванова Н.В. Общая и медицинская экология (учебник для студентов медицинских вузов). – Ростов-на-Дону: Феникс, 2010 год. – 508 с.
4.Шилов И.А., Экология. – М.: Высшая школа, 2010. – 512 с.
5.Биология/ Под. Ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высшая школа, 2011. – Т. 2.
V. Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие об экологических факторах, ресурсах и условиях.
2. Принципы классификации экологических факторов.
3. Абиотические факторы: физические, химические, эдафические, климатические, гидрологические, топографические.
4. Понятие об адаптации и акклиматизации организмов.
5. Типы адаптаций: морфологические, физиологические, биохимические, этологические.
6. Спектр солнечной радиации и его влияние на живые организмы.
7. Адаптации растений и животных к свету.
8. Температура окружающей среды и ее воздействие на организмы.
9. Адаптации растений и животных к температуре.
10. Влажность окружающей среды и ее воздействие на организмы.
11. Адаптации растений и животных к влажности.
12. Атмосферное давление как абиотический фактор среды.
13. Эдафические факторы и их роль в жизни организмов.
14. Общие закономерности воздействия абиотических факторов:
- закон минимума;
- закон толерантности;
- неоднозначность действия фактора на разные функции организма.
- экологическая валентность;
- приспособление видов к каждому фактору среды относительно независимым путем.
- несовпадение экологических спектров;
- взаимодействие факторов.
- закон равнозначности.
15.Экологические индикаторы.
16. Биологические ритмы и часы.
17. Экологическая ниша.
VI. Содержание занятия:
1. Тестирование по теме занятия (10 вопросов).
Устное собеседование по вопросам для самоконтроля.
Выполнение практической работы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
« Абиотические факторы среды и состояние здоровья населения».
Охрана окружающей среды является актуальной проблемой человечества. Значительную роль в нарушении функции органов и систем играет техногенное загрязнение атмосферы. Повышенное содержание в воздухе пылевых частиц ведет к нарушению функций органов дыхания, а при интенсивной запыленности и неблагоприятных климатических условиях – к развитию склеротических процессов в легких.
Одним из распространенных загрязнителей является диоксид серы, который образуется при сжигании различных видов топлива. Он легко вступает во взаимодействие с водяными парами атмосферы, влажной поверхностью дыхательных путей, на которой образуются сернистая и серная кислоты. Они раздражают эпителиальные клетки органов дыхания. У детей (в малых концентрациях) они вызывают поражения дыхательных путей, проявляющиеся ринитами, бронхитами, фарингитами.
Аналогичным действием обладают оксиды азота NO и NO2. При контакте с влажной поверхностью органов дыхания они образуют азотистую и азотную кислоту. Соединяясь со щелочами тканей органов дыхания, они образуют нитраты и нитриты, раздражающие слизистые оболочки.
Аммиак обладает сильным раздражающим действием на слизистые оболочки. Вместе с диоксидом азота в концентрации 0,3 ПДК он вызывает инфильтрацию в легких, утолщение межальвеолярных перегородок. На слизистых носа, глотки усиливает десквамацию эпителия, вызывает образование эрозий.
Фенол вызывает нарушение процессов транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий, т.е. влияет на процессы окислительного фосфорилирования.
Формальдегидоказывает на организм человека раздражающее, сенсибилизирующее, эмбриотоксическое и мутагенное действие. Установлено, что формальдегид поражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывает кожные патологии - дерматиты, экземы.
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут действовать как изолированно, так и комплексно. Поэтому многие исследователи отмечают, что даже малые концентрации диоксидов серы и азота, оксида углерода могут оказывать негативное воздействие на физическое развитие детей, их иммунологический статус, угнетать функции нервной системы.
Одним из комплексных показателей благополучного состояния воздушной среды является здоровье человека, а важнейшим критерием - заболеваемость.
Под заболеваемостью понимают число возникших в данном году заболеваний в расчете на 1000 человек населения.
Число больных
Показатель заболеваемости = -------------------------- * 1000
Число жителей
Особенно чувствительны к уровню загрязнения окружающей среды дети. При этом следует учесть тот факт, что они не подвержены непосредственному воздействию производственных и профессиональных вредностей, которые испытывает на себе работающее трудоспособное население.
С целью оценки и прогнозирования экологической ситуации в городе, производится постоянно мониторинг состояния окружающей среды. Он включает в себя определение концентраций техногенных веществ в воздухе, которые должны быть ниже ПДК, с целью определения степени его загрязнения. ПДК (предельно допустимая концентрация) выражается в миллиграммах вещества на 1 м3 воздуха (таблица 1).
Для определения степени загрязнения вычисляем индекс загрязнения атмосферы по данному веществу (ИЗА), который отражает отношение концентрации вещества к ПДК.
Концентрация вещества
ИЗА = -----------------------------------
ПДК ср. сут.
Таблица 1
ПДК для веществ, загрязняющих воздух
| ВЕЩЕСТВО | ПДК, МГ/М3 | КОЭФФИЦИЕНТ ПОПРАВКИ |
| пыль | 0,15 | 0,1 |
| диоксид серы | 0,05 | 0,001 |
| оксид углерода | 3,00 | 1,0 |
| диоксид азота | 0,04 | 0,01 |
| оксид азота | 0,06 | 0,01 |
| фенол | 0,003 | 0,001 |
| аммиак | 0,04 | 0,01 |
| формальдегид | 0,003 | 0,001 |
ИЗА ниже 0,5- уровень загрязнения ниже среднего
ИЗА от 0,5 до 0,8- уровень загрязнения средний
ИЗА от 0,8 до 1,0- уровень загрязнения выше среднего
ИЗА больше 1,0- уровень загрязнения высокий
Для получения ИЗА по данным, приведенным в задании, необходимо пользоваться следующей формулой:
концентрация вещества * коэффициент поправки
ИЗА = -----------------------------------------------------------------------
ПДК
Вторым показателем благополучия среды является уровень заболеваемости детского населения. Приведенные в задании данные характеризуют заболеваемость в расчете на 1000 детей.
Используя цифровой материал таблиц, выполните следующие задания:
Задание № 1. Изучите динамику изменений климатических факторов (температуры, относительной влажности) графически. Отметьте, существует ли между ними взаимосвязь.
Задание № 2. Вычислите в соответствии с приведенной в задании формулой индексы загрязнения атмосферы техногенными веществами, пользуясь показателями их концентрации в воздухе (SO2, NO, NO2, фенол и др.). Оцените уровни загрязнения атмосферы в соответствии с приведенными критериями и постройте график. Пользуясь графическими данными, определите, существует ли взаимосвязь между вариабельностью климатических факторов и загрязнений.
Задание № 3.Изучите динамику заболеваемости, сравните ее уровни в различных возрастных группах (графически) и в связи с сезонами года.
Заключение (эталон)
1. Среднемесячные показатели температуры января и июля соответствуют эталонным величинам зоны умеренного климата. Наиболее низкие температуры зафиксированы в …………….. месяце, наиболее высокие в ……….. месяце.
Насыщенность воздуха водяными парами выше при низких температурах (зимой), ниже при высоких температу-
рах – летом. Из графика можно сделать вывод о том, что влажность находится в (обратной, прямой) зависимости от уровня температур.
2. Индексы загрязнения атмосферы ……… (указать вещество) выше……….. (зимой, весной и т.д.), чем ……….. (зимой, весной и т.д.).
В ……… (январе, апреле и т.д.) отмечено повышение ИЗА. В …… месяцы отмечается ……. (прямая, обратная) связь между …… (температурой, влажностью и ИЗА).
3. Изучение динамики заболеваемости в группе ……… (0 – 15, 0 – 3 г) показывает, что она носит сезонный характер. Зимой она в …….. раз выше (ниже), чем весной, и …. раз – в сравнении с летом. Осенью число больных по сравнению с летом ………. (увеличивается, уменьшается) в … раз. Уровень заболеваемости имеет возрастные особенности и выше в группе детей …….. по сравнению с …….. .
4. Сравнение динамики заболеваемости в различных группах детей …… (указать) с динамикой факторов среды ………… (указать), конгруэнтность кривых говорит о зависимости заболеваемости в группе детей ……. (указать) от таких факторов.
Вариант № 1
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя Конц. SO2 в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на1000 (0-3 лет) |
| - 4,68 | 9,78 | |||
| - 4,53 | 9,93 | |||
| 1,30 | 9,74 | |||
| 4,31 | 7,29 | |||
| 12,93 | 5,94 | |||
| 18,28 | 2,82 | |||
| 19,56 | 3,43 | |||
| 20,83 | 2,20 | |||
| 11,89 | 1,71 | |||
| 3,02 | 3,04 | |||
| - 1,17 | 6,94 | |||
| - 6,63 | 4,72 |
Вариант № 2
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. CO2 в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 ОРЗ (4-15 лет) |
| - 4,68 | 1,72 | |||
| - 4,53 | 1,79 | |||
| 1,30 | 1,71 | |||
| 4,31 | 1,45 | |||
| 12,93 | 1,71 | |||
| 18,28 | 1,51 | |||
| 19,56 | 1,44 | |||
| 20,83 | 1,46 | |||
| 11,89 | 1,34 | |||
| 3,02 | 1,22 | |||
| - 1,17 | 1,84 | |||
| - 6,63 | 2,02 |
Вариант № 3
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NO2 в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3 лет) |
| - 4,68 | 5,07 | |||
| - 4,53 | 4,21 | |||
| 1,30 | 4,18 | |||
| 4,31 | 4,81 | |||
| 12,93 | 4,03 | |||
| 18,28 | 2,98 | |||
| 19,56 | 4,03 | |||
| 20,83 | 2,95 | |||
| 11,89 | 3,72 | |||
| 3,02 | 3,41 | |||
| - 1,17 | 3,44 | |||
| - 6,63 | 4,00 |
Вариант № 4
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3) |
| - 4,68 | 3,62 | |||
| - 4,53 | 2,36 | |||
| 1,30 | 2,78 | |||
| 4,31 | 3,08 | |||
| 12,93 | 2,89 | |||
| 18,28 | 2,48 | |||
| 19,56 | 2,27 | |||
| 20,83 | 2,77 | |||
| 11,89 | 2,77 | |||
| 3,02 | 3,21 | |||
| - 1,17 | 3,57 | |||
| - 6,63 | 3,60 |
Вариант № 5
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (4-15 лет) |
| - 4,68 | 3,62 | |||
| - 4,53 | 2,36 | |||
| 1,30 | 2,78 | |||
| 4,31 | 3,08 | |||
| 12,93 | 2,89 | |||
| 18,28 | 2,48 | |||
| 19,56 | 2,27 | |||
| 20,83 | 2,77 | |||
| 11,89 | 2,77 | |||
| 3,02 | 3,21 | |||
| - 1,17 | 3,57 | |||
| - 6,63 | 3,60 |
Вариант № 6
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. формальдегида в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-15 лет) |
| - 4,68 | 9,30 | |||
| - 4,53 | 9,48 | |||
| 1,30 | 9,02 | |||
| 4,31 | 7,97 | |||
| 12,93 | 7,70 | |||
| 18,28 | 10,45 | |||
| 19,56 | 12,56 | |||
| 20,83 | 13,70 | |||
| 11,89 | 11,01 | |||
| 3,02 | 11,01 | |||
| - 1,17 | 7,87 | |||
| - 6,63 | 8,12 |
Вариант № 7
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. пыли в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-15 лет) |
| - 2,38 | 0,86 | |||
| - 3,83 | 0,49 | |||
| 3,93 | 0,69 | |||
| 7,38 | 0,66 | |||
| 13,75 | 1,29 | |||
| 20,59 | 1,62 | |||
| 20,29 | 0,87 | |||
| 23,17 | 0,76 | |||
| 13,22 | 0,44 | |||
| 5,28 | 0,48 | |||
| - 0,13 | 0,59 | |||
| - 5,42 | 0,35 |
Вариант № 8
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. SO2 в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3 лет) |
| - 2,33 | 3,06 | |||
| - 3,83 | 2,45 | |||
| 3,93 | 4,01 | |||
| 7,38 | 2,24 | |||
| 13,75 | 2,87 | |||
| 20,59 | 0,96 | |||
| 20,29 | 3,44 | |||
| 23,17 | 1,13 | |||
| 13,22 | 1,36 | |||
| 5,28 | 1,47 | |||
| - 0,13 | 1,60 | |||
| - 5,42 | 2,41 |
Вариант № 9
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. СO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3 лет) |
| - 2,33 | 1,41 | |||
| - 3,83 | 1,60 | |||
| 3,93 | 1,48 | |||
| 7,38 | 1,43 | |||
| 13,75 | 1,55 | |||
| 20,59 | 1,58 | |||
| 20,29 | 2,24 | |||
| 23,17 | 1,60 | |||
| 13,22 | 1,08 | |||
| 5,28 | 1,17 | |||
| - 0,13 | 1,76 | |||
| - 5,42 | 1,83 |
Вариант № 10
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NH3 в месяц,, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-15 лет) |
| - 2,33 | 4,90 | |||
| - 3,83 | 5,20 | |||
| 3,93 | 8,40 | |||
| 7,38 | 4,60 | |||
| 13,75 | 11,50 | |||
| 20,59 | 10,40 | |||
| 20,29 | 4,90 | |||
| 23,17 | 4,20 | |||
| 13,22 | 3,50 | |||
| 5,28 | 3,20 | |||
| - 0,13 | 4,10 | |||
| - 5,42 | 3,10 |
Вариант № 11
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. фенола в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-15 лет) |
| - 2,33 | 0,40 | |||
| - 3,83 | 1,60 | |||
| 3,93 | 0,70 | |||
| 7,38 | 1,20 | |||
| 13,75 | 1,40 | |||
| 20,59 | 1,40 | |||
| 20,29 | 1,70 | |||
| 23,17 | 3,40 | |||
| 13,22 | 2,50 | |||
| 5,28 | 1,10 | |||
| - 0,13 | 1,00 | |||
| - 5,42 | 2,60 |
Вариант № 12
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. SO2 в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3 лет) |
| - 2,38 | 3,06 | |||
| - 3,83 | 2,45 | |||
| 3,93 | 4,01 | |||
| 7,38 | 2,24 | |||
| 13,75 | 2,87 | |||
| 20,59 | 0,96 | |||
| 20,29 | 3,44 | |||
| 23,17 | 1,13 | |||
| 13,22 | 1,36 | |||
| 5,28 | 1,47 | |||
| - 0,13 | 1,60 | |||
| - 5,42 | 2,41 |
Вариант № 13
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н Аккумулятор)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. СO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (4-15 лет) |
| - 2,33 | 1,41 | |||
| - 3,83 | 1,60 | |||
| 3,93 | 1,48 | |||
| 7,38 | 1,43 | |||
| 13,75 | 1,55 | |||
| 20,59 | 1,58 | |||
| 20,29 | 2,24 | |||
| 23,17 | 1,60 | |||
| 13,22 | 1,08 | |||
| 5,28 | 1,17 | |||
| - 0,13 | 1,76 | |||
| - 5,42 | 1,83 |
Вариант № 14
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3) |
| - 4,68 | 3,62 | |||
| - 4,53 | 2,36 | |||
| 1,30 | 2,78 | |||
| 4,31 | 3,08 | |||
| 12,93 | 2,89 | |||
| 18,28 | 2,48 | |||
| 19,56 | 2,27 | |||
| 20,83 | 2,77 | |||
| 11,89 | 2,77 | |||
| 3,02 | 3,21 | |||
| - 1,17 | 3,57 | |||
| - 6,63 | 3,60 |
Вариант № 15
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. СO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на1000 (0-3 лет) |
| - 4,68 | 1,41 | |||
| - 4,53 | 1,60 | |||
| 1,30 | 1,48 | |||
| 4,31 | 1,43 | |||
| 12,93 | 1,55 | |||
| 18,28 | 1,58 | |||
| 19,56 | 2,24 | |||
| 20,83 | 1,60 | |||
| 11,89 | 1,08 | |||
| 3,02 | 1,17 | |||
| - 1,17 | 1,76 | |||
| - 6,63 | 1,83 |
Вариант № 16
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NO в месяц, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 ОРЗ (4-15 лет) |
| - 4,68 | 3,62 | |||
| - 4,53 | 2,36 | |||
| 1,30 | 2,78 | |||
| 4,31 | 3,08 | |||
| 12,93 | 2,89 | |||
| 18,28 | 2,48 | |||
| 19,56 | 2,27 | |||
| 20,83 | 2,77 | |||
| 11,89 | 2,77 | |||
| 3,02 | 3,21 | |||
| - 1,17 | 3,57 | |||
| - 6,63 | 3,60 |
Вариант № 17
Абиотические факторы среды и заболеваемость (р‑н КЗТЗ)
| Ме- сяц | Средняя t месяца | Средняя влажность месяца, % | Средняя конц. NH3 в месяц,, мг/м3 | Общ. заболе- ваем. на 1000 (0-3 лет) |
| - 4,68 | 4,90 | |||
| - 4,53 | 5,20 | |||
| 1,30 | 8,40 | |||
| 4,31 | 4,60 | |||
| 12,93 | 11,50 | |||
| 18,28 | 10,40 | |||
| 19,56 | 4,90 | |||
| 20,83 | 4,20 | |||
| 11,89 | 3,50 | |||
| 3,02 | 3,20 | |||
| - 1,17 | 4,10 | |||
| - 6,63 | 3,10 |