МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ. В ході практичного заняття студенти знайомляться з основними положеннями екології як науки, типами екосистем та їх загальними характеристиками

В ході практичного заняття студенти знайомляться з основними положеннями екології як науки, типами екосистем та їх загальними характеристиками, основними складовими кругообігу речовин в екосистемах, джерельними забрудненнями у фармації тощо.

Екологія як біологічна та медична наука вивчає організацію життя рослин, тварин та людини, займається вивченням взаємодії живих організмів з оточенням, умовами їх існування та способом життя.

Отже, предметом екології є детальне вивчення за допомогою кількісних методів основ структури і функціонування природних та створених людиною систем.

Тому до основних завдань екології відносять :

Біотоп – це ділянка поверхні Землі з більш–менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом, тощо).

Біоценоз – це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складає з фітоценозу (угруповання рослин), та мікробіоценозу (угруповання мікроорганізмів).

Кожна екосистема має два головних компоненти:

– автотрофний компонент, тобто організми, що створюють органічні речовини з неорганічних у процес синтезу, використовуючи сонячну енергію;

– гетеротрофний компонент, тобто організми, які одержують енергію за рахунок харчування автотрофними організмами або іншими органічними речовинами.

Для підтримки кругообігу речовин у системі необхідно мати запас неорганічних молекул у засвоюваній формі, а також 3–х функціонально відмінні екологічні групи організмів, а саме: організми–продуценти, організми–консументи та організми–редуценти.

Продуценти – автотрофні організми, які можуть будувати свої тіла за рахунок неорганічних сполук.

Консументи – гетеротрофні організми, які вживають органічну речовину продуцентів або інших консументів та трансформують її в нові форми.

Редуценти – організми, що живуть за рахунок мертвої органічної речовини, переводячи її у неорганічні сполуки.

За своїми масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми та глобальні екосистеми.

У мікросистемах (мурашники, мертві стовбури дерев тощо) невеликі, тимчасові біоценози, що мають назву синузії, перебувають в обмеженому просторі.

Найбільш поширеними серед екосистем є мезоекосистеми або біогеоценози, в яких біоценози займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико–географічними умовами, межі яких збігаються з межами відповідних фітоценозів.

Макроекосистеми (екосистеми лісів, тайги, пустелі, саван тощо) охоплюють величезні території або акваторії, які визначаються характерними для них макроелементами і відповідають цілим природним зонам. Біоценози таких екосистем мають назву біоми.

Прикладом глобальної екосисте ми є біосфера нашої планети.

За ступенем трансформації внаслідок виконання певної людської діяльності екосистеми поділяються на природні, антропогенні та антропогенно–природні.

За рівнем стійкості екосистеми можуть бути:стійкими, які відрізняє наявність характерних відмітних особливостей протягом тривалого періоду та короткочасними.

Слід відмітити, що у межах кожної екосистеми існують певний видовий склад, чисельність організмів, біомаса та певні трофічні групи.

Основними типами наземних екосистем є біоми, які відрізняються один від одного характером рослинності. Виділяють такі основні типи біомів.

Пустелі, що м ають два основних підтипи – пустелі тропіків і пустелі помірного клімату.

Луки,підтипами яких є: тропічна савана; луки помірного поясу (прерія, степ); високотравні; низькотравні; полярні (арктична і альпійська тундра) луки.

Ліси, що включають наступні підтипи: тропічні вологі; тропічні сухі; листяні помірного поясу та бореальний ліс або тайга.

Водні екосистеми, що поділяють на прісноводні та морські.

Серед прісноводних екосистем розрізняють сильно зволожені землі; озера; ріки; штучні водосховища, серед солоних або морських екосистем – естуарії, прибережні зволожені зони, коралові рифи, океанічну мілину (шельф), континентальний схил; океанічні глибини і бентосні екосистеми, екосистеми підводних гідротерм рифових долин.

До складу екосистем, як правило, відносять:

– неорганічні речовини;

– органічні речовини;

– кліматичні умови;

– продуценти–автотрофи (зелені рослини і деякі бактерії);

– фаготрофи або гетеротрофи (тварини);

– сапрофіти (бактерії та гриби).

Головною умовою існування та нормального функціонування будь–якої екосистеми є наявність усіх, необхідних ланок трофічного ланцюга, тобто, ланцюга живлення.

В екосистемах мають місце такі явища:

– коменсалізм, якщо для одного партнера співіснування є вигідним, а для іншого є нейтральним;

– мутуалізм, якщо співіснування організмів є взаємовигідним;

– нейтралізм, якщо співжиття організмів не має ані позитивних, ані негативних наслідків.

Найголовнішою формою функціонування екосистем є кругообіг речовин, енергії та інформації, тобтопроцес багаторазової участі речовин (біогенних і абіогенних) в явищах циклічного характеру, що відбуваються в атмосфері, гідросфері та літосфері.

Фактори, які впливають на життя екосистем, можуть бути:

1. Фізичними: характер географічної та ніші перебування, висота над поверхнею Землі, діапазон температур, вітер, синоптичні фактори, тип ґрунту, кількість світла, кількість завислого матеріалу у водних середовищах, тощо.

2. Хімічними: солоність води, концентрація поживних речовин, розчинених у поверхневих водах та опадах, природні і штучні токсини, розчинені у воді, ступінь насиченості води киснем.

3. Природними катастрофічними: пожежі, повені, засухи, епідемії, землетруси.

4. Природними поступовими: еміграція та іміграція видів, кліматичні зміни, пристосування та еволюція видів, евтрифікація водойм, сукцесія.

5. Антропогенними сільськогосподарськими або промисловими: винищення лісів, регулювання річкового стоку, меліоративні роботи, виснаження та ерозія ґрунтів, перехімізація ґрунтів, знищення хижаків, забруднення всіх типів вод, забруднення повітря.

6. Антропогенними соціально–економічними: значний вилов риби, браконьєрство, надінтенсивний туризм, розведення екзотичних, невластивих для певної місцевості, видів, несумісна рекреаційна діяльність, епізоотії серед домашніх тварин та інфекції серед рослин. Кожна жива екосистема є саморегульованою, має власну програму розвитку й здатна фіксувати в пам’яті всі позитивні та негативні зовнішні впливи на стан її функціонування і розвитку. Система може вибирати таку форму реакції на зовнішні впливи, яка забезпечує їй найефективніший варіант захисту від дії екологічного фактора.

Утворення живої речовини та її розклад – це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Отже, життя – це кругообіг елементів між організмами та середовищем.

Причина кругообігу – обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів. Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. У зв’язку з цим, біосферу визначають як область Землі, де протікають три основних процеси: Кругообіг вуглецю, азоту та сірки, в яких беруть участь п’ять хімічних елементів (H, O₂, C, N, S), що рухаються через атмосферу, гідросферу, літосферу.

Кругообіг вуглецю. Кількість вуглецю в біосфері складає понад 12000 млрд. тонн. Це пояснюється тим, що сполуки вуглецю безперервно виникають, змінюються і розкладаються. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою речовиною та двоокисом вуглецю. У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, вуглекислий газ і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюється на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості при фотосинтезі поглинають 200 млрд. тонн вуглецю. Якби вуглець не повертався в атмосферу, його запас у ній (700 млрд. тонн) швидко б вичерпався. Відмерлі рослини і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами на СО₂, – який теж повертається в атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного вуглецю здійснюється у 300 років. Проте частина вуглецю вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру, викопних відкладень та осадових порід.

Кругообіг кисню. Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд. тонн кисню, який використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях, що відбуваються в атмосфері, літосфері і гідросфері. Циркулюючи через біосферу, кисень перетворюється або на органічну речовину, або на воду, або на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери кожні 2 тисячі років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд. тонн кисню. У наш час щорічно на спалювання вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається величезна кількість кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку.

Кругообіг азоту, фосфору та сірки. Діяльність людини прискорює кругообіг цих елементів. Головна причина прискорення – використання фосфору у мінеральних добривах, що призводять до евтрифікації, при якій відбувається бурхливе розмноження водоростей – своєрідне “цвітіння” води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнуються. Індустрія і двигуни внутрішнього згорання щорічно викидають в атмосферу багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом з дощами, вони засвоюються рослинами.

Кругообіг води. Вода покриває 3/4 поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд. тонн води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у ґрунт. ґрунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин, джерела, насоси тощо. Швидкість циркуляції води є дуже великою: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтова вода – за1 рік, річкова – за 12 діб, пара в атмосфері – за 10 діб. Двигуном кругообігу є енергія Сонця.

Щорічно для створення первинної продукції біосфери використовують при фотосинтезі 1% води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для забезпечення побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5% загальної кількості за рік. Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 55 м³. Щорічно він збільшується на 4–5%.

Підтримка життєдіяльності організмів та кругообіг речовин в екосистемах можливий лише при постійному припливі енергії. Організми будь–якого виду є потенційною їжею багатьох других видів.

Зокрема, енергетичний баланс консумента може бути визначена за формулою (1):

Р = П + Д + Н; (1)

де Р – раціон консумента;

П – продукція, тобто енерговитрати, пов’язані з процесами росту та диференціювання;

Д – витрати на дихання, тобто підтримку обміну речовин;

Н – енергія незасвоюваної їжі, яка виділяється у вигляді екскрементів.

Коефіцієнт використання їжі, що споживається на зріст розраховують за допомогою формули (2):

П

К = –––; (2)

Р

де К – коефіцієнт використання їжі, що споживається на зріст;

П – продукція, тобто енерговитрати, пов’язані з процесами росту та диференціювання;

Р – раціон консумента.

Трофічні ланцюги, які починаються з фотосинтезуючих організмів називаються ланцюгами споживання, а ланцюги, які починаються з відмерлих залишків рослин, трупів та екскрементів тварин – детритними ланцюгами.

Отже, потік енергії, який входить в екосистему, можна поділити на 2 русла: надходження до консументів через живі тканини рослин (1 русло) або через запаси мертвої органічної речовини, джерелом яких є фотосинтез (2 русло).

Таким чином, майбутній лікар–фармацевт повинен усвідомити, що в сучасних природних та штучних екосистемах:

– екологічні чинники створюють прямий або опосередкований вплив на організм, протягом певного етапу індивідуального розвитку;

– екологічні можливості організму залежать від спадкової норми реакції на кожний чинник середовища, тому мінімальне або максимальне значення фактору для кожного організму є індивідуальним;

– відхилення від оптимальної інтенсивності одного чинника може знизити рівень витривалості організму до впливу інших;

– жодний з необхідних чинників не може бути замінений іншим, тому чинник середовища, найбільш віддалений від оптимуму знижує можливість існування особи і виду в конкретних умовах, незважаючи на оптимальні комбінації решти чинників;

– у ході еволюційного розвитку можуть з’являтися нові абіотичні та біотичні чинники, а також змінюватися інтенсивність їх впливу;

– зміни форм біотичних зв’язків, можуть призвести до появи невідомих раніше паразитарних хвороб людини;

– з розширенням кола господарів розширюються ареали популяції паразитарних форм існування;

– взаємодія традиційних чинників середовища з новими може привести до створення невідомих раніше екологічних ситуацій та екосистем;

– завдяки кумулятивним властивостям певних організмів у змінених екологічних ситуаціях вони не можуть використовуватися людиною як продукти харчування.

Безперервність життя на Землі забезпечується унікальною здатністю живих істот створювати і підтримувати внутрішнє середовище, здійснювати обмін речовин з навколишнім середовищем і передавати ці властивості за спадковістю своїм нащадкам.

Середовище – одне з основних екологічних понять; що являє собою комплекс природних тіл і явищах, з якими організм знаходиться у прямих або опосередкованих зв’язках.

Внутрішнє середовище будь–якої істоти якісно відрізняється від зовнішнього середовища. Якісна самостійність внутрішнього середовища організму регулюються механізмами гомеостазу.

Гомеостаз організму – це стан внутрішньої динамічної рівноваги, який забезпечується взаємодією складних процесів регуляції і координації біохімічних реакцій за принципом зворотного зв’язку. Гомеостаз може встановлюватися тільки за певних умов навколишнього середовища. Поза межами цих умов автономність організму порушується і він гине, а його внутрішнє середовище ототожнюється із зовнішнім. Сили, що діють з боку навколишнього, називають факторами або чинниками.

Екологічний фактор – це будь–який елемент середовища, що здатний справляти прямий або опосередкований вплив на живі організми, хоча б протягом однієї фази їх розвитку.

Фактори навколишнього середовища забезпечують існування у просторі і часі. Засвоєння і використання факторів здійснюється організмом через адаптацію.

Адаптація – це пристосування або засоби, за допомогою яких організм здійснює взаємодію з середовищем перебування для підтримання гомеостазу і забезпечує безперервність існування в часі через потомство. Залежно від кількості та сили дії один і той самий фактор може мати протилежне значення для організму. Наприклад, підвищення або зниження температури за межі пристосувальної здатності організму призводить до його загибелі. Адаптивні можливості різних організмів розраховані на різні значення фактора. Так, більшість прісноводних риб гине, потрапивши у морську воду, а морські риби гинуть у разі зниження солоності води.

Наявність того чи іншого фактора може бути життєво необхідним для одних видів і не мати ніякого значення для інших. Наприклад, світло для зелених рослин – це джерело енергії, а для різних мешканців ґрунту – зайвий або навіть небезпечний фактор.

Залежно від сили дії того чи іншого фактора умови існування особин виду можуть бути оптимальними, неоптимальними або відповідати проміжному рівню.

Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

За екологічною валентністю організми поділяються на еврибіотни х з широкими пристосувальними можливостями (сірий пацюк, горобець, кімнатна муха) і стенобіотних, які можуть існувати лише у відносно сталих умовах (байбак степовий, журавель степовий, качкодзьоб). Реакція організму та його адаптивні можливості відповідно до показників фактора залежать від поєднання дії різних факторів. Мряка та вітер при плюсовій температурі, мороз при ясній та тихій погоді сприймаються по різному. У даному випадку реакція організму на температурний фактор залежить від супровідної дії вологості і вітру, тобто від поєднаної дії факторів.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво-необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може існувати, нормально розвиватися і давати потомство. Це явище називають законом мінімумe, або законом Лібіха, а фактор, дія якого недостатня для забезпечення нормального життя – лімітуючим.

Організми, як свідчать численні дослідження, не є рабами фізичних умов середовища. Вони пристосовуються самі і змінюють умови середовища таким чином, що можуть послабити лімітуючий вплив температури, світла, води та інших факторів. Такий вплив організмів є дуже відчутним і ефективним на рівні угрупування. Зв’язок організму з середовищем має тривалий та нерозривний характер, причому організм не може існувати поза середовищем. На Землі можна розрізнити чотири типи життєвого середовища: водне, наземне (повітряне), ґрунтове та тіло іншого організму.

Екологічні фактори можуть бути об’єднані за природою їх походження або залежно від динаміки їх дії на організм.

За характером походження розрізняють абіотичний, біотичний та антропогенний фактор:

– абіотичні фактори, що зумовлюються впливом неживої природи і поділяються на кліматичні (температура, світло, сонячна радіація, вода, вітер, кислотність, солоність, вогонь, опади тощо), орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція) та геологічні;

– біотичні фактори, що зумовлюються впливом одних організмів та інші, включаючи всі взаємовідносини між ними.

– антропогенні фактори, що зумовлюються впливом на живу природу життєдіяльності людини.

Запропонована класифікація екологічних факторів і за характером їх дії.

Виділяють стабільні, випадкові змінні фактори.

Стабільні фактори – фактори, що не змінюються протягом тривалого часу (земне тяжіння, сонячна сила, склад атмосфери тощо), та зумовлюють виготовлення загальних пристосувальних властивостей організмів, що мешкають у певному середовищі планети Земля.

Змінні фактори, в свою чергу, прийнято поділяти на закономірно змінні та випадково змінні. До закономірно змінних факторів належить добові і сезонні зміни, що періодично відбуваються. Ці фактори зумовлюють певну циклічність у житті організмів (міграції, сплячка, добова активність та інші періодичні явища і життєві ритми).

Випадково змінні фактори об’єднують біотичні, абіотичні та антропогенні фактори, дія яких повторюється без певної періодичності (коливання температури, дощ, вітер, град, епідемії, вплив хижаків тощо).

Основними джерелами забруднення в медичній галузі і, зокрема, в фармації є підприємства хіміко-фармацевтичної промисловості, які поділяють на три головні групи:

1. підприємства синтетичних лікарських засобів, які широко застосовують органічний синтез, властивий для хімічної промисловості;

2. Підприємства з виробництва галенових фармацевтичних і готових лікарських форм, які випускають різноманітні лікарські засоби у вигляді рідких екстрактів і настойок, ін’єкційних розчинів в ампулах, таблеток, драже, пластирів тощо;

3. Підприємства з виробництва антибіотиків, які використовують у технологічному процесі біологічний синтез.

Найхарактернішою шкідливою ознакою фармацевтичного виробництва є виділення у

повітря робочої зони під час переробки сировини значної кількості пилу, парів і газів.

Рівень забруднення робочої зони під час виробництва лікарських засобів чітко залежить і від особливостей технологічних операцій, які здійснюються, що поділяють на підготовчий, головний, завершальний та додаткові.

Підготовчі операції полягають у зберіганні, переміщенні та переробці рослинної, тваринної або синтетичної сировини і допоміжних матеріалів. Основні види забруднень та негативних професійно-зумовлених чинників: пил, шкідливі хімічні речовини, пари, гази, інтенсивний шум та вібрація.

Головні процеси отримання лікарських засобів складаються з обмінних, термічних, електрохімічних та біологічних процесів, електролізу тощо. Основні види забруднень та негативних професійно-зумовлених чинників: пил, шкідливі хімічні речовини, пари, гази, інтенсивний шум та вібрація.

Завершальний етап виготовлення лікарських препаратів полягає в їх фасуванні, упакуванні та маркуванні. Основні види забруднень та негативних професійно-зумовлених чинників: пил, вимушене положення тіла, імовірність травматичних пошкоджень тощо.

Поиск по сайту: