Лекція 1. Загальна характеристика ФЦНС як науки
Загальна характеристика фізіології ЦНС як галузі біології: предмет, цілі, завдання, зв'язок коїться з іншими науками.
Функції нервової системи.
Історія розвитку фізіології мозку. Значення досліджень М. Холла, І.М. Сєченова, І.П. Павлова, Н.Є. Введенського, Ч. Шеррінгтона та ін.
Внесок нейрофізіології у розуміння психічної діяльності.
Коротка характеристика основних методів вивчення функцій мозку: електроенцефалографія, метод спричинених потенціалів, функціональна комп'ютерна томографія, метод подразнення та виключення ділянок ЦНС та ін.
Вступ
ФЦНС належить до наук, які вивчають людину. «Проблема, з якою стикається наука щодо людини, полягає в тому, що людина повинна сама вивчати себе. А згідно з теоремою К. Геделя «Про неповноту»: за певних умов (замкненість системи) «в мові її опису існує справжнє недотвердження твердження». Це означає, наприклад, що, перебуваючи в аудиторії, можна вгадати температуру повітря в ній, але довести точно, яке її значення неможливо без виходу з системи «аудиторія» в систему вищого порядку «простір», де можна знайти термометр. У цьому плані «аудиторія» має інформаційну неповноту, подолати яку можна, тільки вийшовши з неї в складнішу систему.
Тому теоретично непереборна неповнота завжди є в закритій або умовно обмеженій системі. Тобто. у мові описи людиною людини може бути справжні твердження, але вони будуть недоведені. Людину цілком може зрозуміти лише метасистемна сутність, що перебуває у процесі свого розвитку на рівні, що істотно перевищує людський. Тому метою езотеричних аспектів усіх релігій та відповідних містичних шкіл завжди був прояв у людині божественної, бо тільки з рівня Творця можна зрозуміти «хто я?», «звідки?» і навіщо?".
З рівня, у якому перебуває «людська» наука можна лише висувати теоретичні гіпотези і шукати їм підтвердження чи спростування.
Зрозуміло, наука успішно вивчає будову тіла людини у межах, які доступні її інструментам. З удосконаленням інструментів наука пізнає дедалі більше, але цей процес може бути коли-небудь завершений остаточно, оскільки кінцевими засобами не можна пізнати нескінченне.
Зрозуміло, що констатація цього факту не означає заклику припинити наукові дослідження людини. Це заняття необхідно людині у розвиток її раціональної частини розуму – розуму. Йдеться лише про можливості наукового методу, а не про те, чи варто його використати».
Загальна характеристика фізіології ЦНС як галузі біології: предмет, цілі, завдання, зв'язок з іншими науками
Фізіологія (від грецьк. – «фізис» – природа, «логос» – слово) – наука про функції та механізми життєдіяльності цілісного організму, його систем, органів, тканин, клітин.
Фізіологія вивчає як видимий (феноменологічний) бік життєдіяльності організму, і невидимі зовні фізіологічні механізми.
Фізіологія може дати цілісну картину функціонування організму, якщо досліджуватиме її життєдіяльність на всіх рівнях організації живого: молекулярному, органно-тканинному, систем органів та організмовому рівнях.
ФЦНС вивчаєфункції та механізми життєдіяльності центральної нервової системи та її окремих структур як основної регулюючої системи організму.
Предмет:функціонування ЦНС.
Цілі ФЦНС:
– пізнання основних закономірностей, принципів та механізмів функціонування центральної нервової системи та її окремих структур як основної регулюючої ланки у забезпеченні життєдіяльності організму людини;
Вивчення загальних закономірностей, принципів та механізмів функціонування центральної нервової системи на мікро- та макрорівнях; приватні функції структур ЦНС та його взаємозв'язок.
Розвиток уявлень про природничо основи функціонування психіки людини.
Сприяння формуванню вміння аналізувати прояви функціонального стану людини з фізіологічної точки зору; розрізнення неврологічних та психічних дисфункцій.
Завдання ФЦНСу тому, щоб розкрити механізми нервової регуляції, природу та механізми взаємодії нервових структур та використовувати дані для практичного призначення.
Зв'язок з іншими науками: тісно пов'язана з нейробіологією, психологією, неврологією, клінічною нейрофізіологією, електрофізіологією, етологією, нейроанатомією та іншими науками, що займаються вивченням мозку.
Функції нервової системи
Однією з найважливіших властивостей організму є сталість внутрішнього середовища. Це поняття запровадив французький вчений Клод Бернар.
Внутрішнє середовищевизначається складом та властивостями крові, лімфи та міжклітинної рідини в організмі.
В 1929 американський фізіолог В. Кеннон для позначення станів і процесів, що забезпечують стійкість організму, ввів поняття гомеостаз.
Гомеостаз – здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати динамічну відносну сталість складу та властивостей.
Приклад:після їди рівень глюкози в крові підвищується, стимулюється викид інсуліну підшлунковою залозою, що призводить до зниження рівня глюкози в крові. Якщо рівень її опускається нижче норми, посилюється виділення гормону глюкагону, знову підвищує рівень глюкози у крові до оптимального. Іншим прикладом може бути споживання надмірно солоної їжі. Як виводиться зайва сіль? Ми відчуваємо спрагу і споживаємо більше води, через нирки зайва сіль виводиться із цією водою.
Будь-який організм від примітивного до найскладнішого для свого існування в будь-яких умовах і за різних рівнів активності повинен підтримувати на одному рівні гомеостаз- Стійка нерівність внутрішнього середовища організму з навколишнім середовищем.
Це можливо тільки при впорядкованих потоках речовин, енергії та інформації всередину організму та з нього. Для цього організм повинен отримувати та оцінювати інформацію про стан зовнішнього та внутрішнього середовища та, враховуючи нагальні потреби, будувати програми поведінки.
Цю функцію виконує нервова система, що є, за словами І.П.Павлова, «невиразно найскладнішим і найтоншим інструментом зносин, зв'язку численних частин організму між собою та організму як складної системи з нескінченним числом зовнішніх впливів».
Таким чином, до найважливіших функцій нервової системи належать:
1). Інтегративно-координаційна функція- Управління роботою всіх органів і систем та забезпечення функціональної єдності організму. На будь-який вплив організм відповідає як єдине ціле, порівнюючи і підпорядковуючи потреби та можливості різних органів та систем.
2). Адаптаційно-трофічна функція - функція симпатичної нервової системи, що забезпечує пристосування організму хребетних тварин і людини до мінливих умов середовища шляхом зміни рівня обміну речовин усіх органів та тканин. А.-т. ф. здійснюється шляхом фізично-хімічних, біохімічних зрушень, що відбуваються під впливом імпульсів, що йдуть по симпатичних нервах прямо до органів.
3). Сенсорна функція– отримання інформації про стан зовнішнього та внутрішнього середовища від спеціальних сприймаючих клітин або закінчення нейронів – рецепторів.
4). Функція відображення, у тому числі психічного, і функція пам'яті – переробка, оцінка, зберігання, відтворення та забування отриманої інформації.
5). Програмування поведінки. На основі інформації, що надходить і вже зберігається, нервова система або будує нові програми взаємодії з навколишнім середовищем, або вибирає найбільш підходящу з вже наявних програм. В останньому випадку можуть використовуватися видоспецифічні програми, закладені генетично або програми, вироблені в процесі індивідуального навчання (умовні рефлекси, рухові та розумові стереотипи тощо, що не передаються у спадок).У реалізації будь-якої програми беруть участь робочі органи (м'язи і залози), що змінюють свою функціональну активність залежно від сигналів, що надходять до них з ЦНС.
6) . Поточний контроль правильності виконання програми: результати поведінки постійно оцінюються, і основі цієї оцінки можуть вносити поправки у програму поведінки.
ГОМЕОСТАЗ, гомеостазис (від гомео... та грецької stasis- нерухомість, стан), здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати динамічну відносну сталість складу та властивостей. Термін «Гомеостаз» запропонував У. Кеннон у 1929 році для характеристики станів та процесів, що забезпечують стійкість організму. Однак ідея про існування фізіологічних механізмів, спрямованих на підтримку сталості внутрішнього середовища організму, була висловлена ще у 2-й половині 19 століття К. Бернаром, який розглядав стабільність фізико-хімічних умов у внутрішньому середовищі як основу свободи та незалежності живих організмів у безперервно змінюваній середовище. Явища гомеостазу спостерігаються різних рівнях біологічної організації.
Гомеостаз фізіологічний. Виникнення життя Землі, поява одноклітинних організмів пов'язані з формуванням і невпинним підтримкою у клітині протягом усього життя специфічних фізико-хімічних умов, від умов довкілля. У багатоклітинних організмів з'являється внутрішнє середовище, в якому знаходяться клітини різних органів і тканин, відбувається розвиток та вдосконалення механізмів гомеостазу. У результаті еволюції формуються спеціалізовані органи кровообігу, дихання, травлення, виділення та інших., що у підтримці гомеостазу. У морських безхребетних є гомеостатичні механізми стабілізації об'єму, іонного складу та рН рідин внутрішнього середовища. Для тварин, що перейшли до життя в прісних водах і на суші, а також у хребетних, що мігрували з прісних вод у морі, сформовані механізми осморегуляції, що забезпечують сталість концентрації осмотично активних речовин усередині організму. Найбільш досконалий гомеостаз у ссавців, що сприяє розширенню можливостей їхнього пристосування до навколишнього середовища. Завдяки гомеостазу забезпечується сталість об'єму крові (ізоволемія) та інших позаклітинних рідин, концентрації в них іонів, осмотично активних речовин (ізоосмія), сталість рН крові, складу в ній білків, ліпідів та вуглеводів. У птахів та ссавців у вузьких межах регулюється температура тіла (ізотермія). Додаткові фізіологічні механізми забезпечують стабілізацію внутрішнього середовища окремих органів (наприклад, гематоенцефалічні та гематоофтальмічні бар'єри визначають особливі властивості рідин, що оточують клітини мозку та ока).
Гомеостаз досягається системою фізіологічних регуляторних механізмів. Найбільш важливу, інтегруючу функцію виконує ЦНС і особливо кора головного мозку, велике значення мають вплив симпатичної нервової системи, стан гіпофіза, надниркових залоз та інших ендокринних залоз, рівень розвитку ефекторних органів. Прикладом складної гомеостатичної системи, що включає різні механізми регуляції, є система забезпечення оптимального рівня артеріального тиску, яка регулюється за принципом ланцюгових реакцій із зворотними зв'язками: зміна тиску крові сприймається барорецепторами судин, сигнал передається в судинні центри, зміна стану яких веде до зміни тонусу серцевої діяльності; одночасно включається система нейрогуморальної регуляції та кров'яний тиск повертається до норми.
Порушення механізмів, що у основі гомеостатичних процесів, розглядаються як «хвороби гомеостазу». З деякою умовністю до них можна віднести функціональні порушення нормальної діяльності організму, пов'язані з вимушеною перебудовою біологічних ритмів і т. д. Пізнання закономірностей гомеостазу людини має велике значення для вибору ефективних та раціональних методів лікування багатьох захворювань.
У рослин основне значення підтримки гомеостазу на клітинному рівні мають плазмалемма і тонопласт. Перша регулює приплив у клітину поживних іонів і води із довкілля та виділення баластних і надлишкових іонів H + , Na + , Ca 2+ , другий - надходження у протоплазму запасних субстратів з вакуолей за її нестачі і видалення вакуоль - при надлишку. Стабілізація осмотичного потенціалу клітин здійснюється головним чином рахунок підтримки певної внутрішньоклітинної концентрації К + і аніонів. На тканинному рівні у підтримці гомеостазу беруть участь плазмодеси, які регулюють міжклітинні потоки вуглеводів та інших субстратів.
Гомеостаз генетичний, або популяційний, здатність популяції підтримувати відносну стабільність і цілісність генотипної структури в умовах середовища. Досягається за допомогою збереження генетичної рівноваги частоти алелів при вільному схрещуванні особин у популяціях шляхом підтримки гетерозиготності та поліморфізму, певного темпу та напрямки мутаційного процесу. Вивчення гомеостазу - актуальне завдання щодо закономірностей мікроеволюції. Гомеостаз розвитку – здатність даного генотипу створювати певний фенотип у широкому діапазоні умов.
Поняття «Гомеостаз» широко використовується в екології при характеристиці стану екосистем та їх стійкості. Завдяки гомеостазу підтримується сталість видового складу та чисельності особин у біоценозах.
Механізми стабілізації живих систем
У клітині протягом її життя підтримуються специфічні фізико-хімічні умови, відмінні умов навколишнього середовища. Здатність біологічних систем щодо протистояти змін і зберігати динамічно відносну сталість складу та властивостей називається гомеостазом. Явище гомеостазу спостерігається всіх рівнях біологічної організації. Здатність біологічних систем автоматично встановлювати та підтримувати на постійному рівні ті чи інші біологічні показники називається саморегуляцією. При саморегуляції управляючі чинники не впливають систему ззовні, а формуються у ній самостійно. Відхилення будь-якого життєвого чинника від гомеостазу є поштовхом до мобілізації механізмів, що його відновлюють. Наприклад, підвищення температури тіла у спеку посилює потовиділення, і температура тіла знижується до норми. Різноманітні прояви та механізми саморегуляції надорганізмових систем – популяцій та біоценозів. На цьому рівні підтримується стабільність структури популяцій, їх чисельність, регулюється динаміка всіх компонентів екосистем у умовах середовища. Сама біосфера є прикладом підтримки гомеостатичного стану та прояву саморегуляції живих систем. Всім організмам властива властивість відтворення собі подібних, що забезпечує безперервність та наступність життя.
Розмноження у живих істот можна звести до двох форм: безстатевої та статевої. Найдавніша форма розмноження – безстатеве . Воно поширене в одноклітинних організмів, але може бути властивим і багатоклітинним грибам, рослинам і тваринам (у високоорганізованих тварин зустрічається рідко). Найбільш проста форма безстатевого розмноження характерна для вірусів. Їхній репродуктивний процес пов'язаний зі здатністю до самоподвоєння молекул нуклеїнових кислот. Стосовно інших організмів, що розмножуються безстатевим шляхом, розрізняють розмноження спороутвореннямі вегетативне розмноження . Розмноження спороутворенням пов'язане з утворенням спеціалізованих клітин - спор, які містять ядро і цитоплазму, вкриті щільною оболонкою і здатні до тривалого існування в несприятливих умовах, що дають початок дочірнім особинам. Таке розмноження характерне для бактерій, водоростей, грибів, мохів, папоротей. Вегетативне розмноження – утворення нової особини з батьківської частини. Відбувається шляхом відокремлення від материнського організму частини та перетворення її на дочірній організм. Властивий багатоклітинним організмам. Найбільш різноманітні форми вегетативного розмноження у рослин - живці, цибулини, нирки і т. д. У тварин вегетативне розмноження відбувається шляхом розподілу, або брунькуванням, коли на материнському організмі утворюється виріст - нирка, з якої розвивається нова особина. Нирки можуть відокремлюватися від батьківської особини або залишаються з'єднаними з нею, внаслідок чого виникає колонія (як у коралових поліпів). Може відбуватися фрагментація тіла багатоклітинної тварини на частини, після чого кожна частина розвивається у нову тварину. Таке розмноження характерне для губок, гідр, морських зірок та деяких інших організмів.
У статевому розмноженні беруть участь дві батьківські особини, вносячи по одній статевій клітині – гаметі. Кожна гамета має половинний набір хромосом. В результаті злиття двох гамет утворюється зигота, з якої розвивається новий організм. Зигота отримує спадкові ознаки обох батьків. Поряд з роздільно порожніми формами існують групи тварин і рослин, що мають і чоловічі, і жіночі статеві органи в одному організмі - гермафродити (запильні рослини: пшениця, ячмінь та ін).
Завдання розмноження - Передача наступним поколінням спадкової інформації. Організм проходить усі стадії індивідуального розвитку – онтогенез: росте, розвивається, розмножується, старіє, вмирає. Зміна зовнішніх умов може прискорити чи загальмувати розвиток організму. Обмеженість індивідуального життя організмів – одне з необхідних умов еволюції життя планети.
Надорганізмні системи (популяції, біоценози, біосфера в цілому) також здатні відтворювати себе, розвиватися і змінюватися з часом.
Дія принципу Ле Шательє у біосфері
Принцип Ле Шательє емпірично був виведений для хімічної рівноваги: при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується у напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу зменшується. Розглянемо оборотну хімічну реакцію, коли прямий процес стимулює зворотний процес.
2H 2 + O 2 2H 2 O + Q
Ця реакція протікає з виділенням тепла. Можна оцінити вплив різних чинників стан динамічного рівноваги (коли швидкості перебігу прямий і зворотної реакцій однакові). Якщо в запропонованій системі знижувати температуру, то згідно з принципом Ле Шательє рівновага буде зсунута у бік продуктів реакції, оскільки екзотермічна реакція. Якщо підвищувати температуру – то у бік вихідних речовин. При збільшенні тиску рівновагу буде зрушено у бік зменшення тиску системі, тобто. у бік продуктів реакції.
Цей закон в узагальненому вигляді запозичила екологія: зовнішній вплив, що виводить систему з рівноваги, стимулює у ній процеси, які прагнуть послабити результати цієї взаємодії.
У біосфері цей закон реалізується у вигляді здатності до авторегуляції та підтримки відносної сталості важливих параметрів організму чи спільноти організмів (гомеостазу). Здійснення цього принципу ґрунтується на глобальному біотичному регулюванні навколишнього середовища. Протягом усього часу існування біосфера зазнавала раптових зовнішніх обурень: падіння метеоритів, вулканічних вивержень та інших природних катаклізмів. Однак за рахунок діяльності живої речовини після таких збурень забезпечувалося повернення до первісного рівноважного стану.
Ще В.І. Вернадський відзначав величезну роль біоти у стабілізації стану довкілля, оскільки концентрація всіх важливих живих організмів елементів регулюється біологічними процесами. Біота сформувала гігантські відкладення гірських порід, кисневу атмосферу Землі, ґрунт. Найбільш повний контроль біота здійснює за біогенними елементами, контролюючи їх кругообіг. Завдяки цьому регулюється стан навколишнього середовища та з найвищою точністю забезпечуються оптимальні умови для життя. За мільярди років існування життя не відбувалося таких порушень навколишнього середовища, які б призвели до руйнування біосфери в цілому. Біота не може вплинути на потік сонячної радіації або інтенсивність припливів та відливів. Однак шляхом спрямованої зміни концентрації біогенних елементів у навколишньому середовищі відповідно до принципу Ле Шательє вона може компенсувати наслідки катастрофічних процесів. Надлишок вуглекислого газу в зовнішньому середовищі, наприклад, може бути переведений біотою в малоактивні органічні форми, а недолік - поповнений рахунок розкладання органічних речовин, що містяться в гумусі і торфі.
Порушення структури біоти в ході господарської діяльності може порушити скорельовану взаємодію біологічних видів у природі щодо підтримки кругообігів речовин та призвести до руйнування біосфери.
Витрати води підприємствами різних груп характеризується значною нерівномірністю. Для оцінки обсягів промислового водоспоживання використовують поняття «водомісткість виробництва», під якою розуміють обсяг води (м 3), необхідний виробництва 1 т продукції. У табл. 4 наведено водоємність різних видів виробництв.
Найбільшим водоспоживанням у промисловості відрізняється енергетика, хімічна, нафтохімічна, целюлозно-паперова галузі, чорна та кольорова металургія. ТЕС потужністю 300 МВт споживає 120 м 3 води за секунду або це 300 млн м 3 /рік. Особливо швидко водоспоживання у промисловості зросло у XX столітті, оскільки почали розвиватися надзвичайно водоємні галузі виробництва, такі як органічний синтез та нафтохімія.У сільське господарство високе водоспоживання пов'язані переважно з зрошуваним землеробством. Щоб виростити 1 т пшениціза вегетативний періодпотрібно 1500 м 3 , 1 т рису - 8000 м 3 , 1 т бавовни - 5000 м 3 . У разі швидких темпів зростання населення планети зрошенню відводиться дедалі більша роль підвищення ефективності землеробства як основного джерела забезпечення людей продуктами харчування.
Особливе місце у використанні водних ресурсів займає комунальне господарство: для господарсько-питних та комунально-побутових цілей. Для пиття людина витрачає за добу 2,0–2,5 л. По БНіП у Росії норматив витрати води на добу на одну особу становить 250 л, для порівняння в інших розвинених країнах - 150 -200 л. У різних країнах та різних містах витрата води різна, л/(сут · чол):
Надмірне викачування води у зв'язку зі збільшенням її споживання призвело до зниження рівня ґрунтових вод на всіх континентах. У Китаї та Індії, двох великих за чисельністю населення країнах світу, запаси продовольства залежать від землеробства, що зрошується. В Індії відбір води з водоносних горизонтів в 2 рази перевищує її накопичення, тому в Індії майже повсюдно рівні водоносних грунтів з прісною водою знижуються на 1-3 м щорічно. На острові Майорка (біля узбережжя Іспанії) нині взагалі немає прісних вод, потреби жителів острова забезпечують три опріснювачі. Острів складається із скельних порід, вважається, що раніше він був частиною континенту. Запаси прісної води на Майорці після відокремлення її від Піренейського півострова були дуже великі. Для того, щоб обробляти болотисту місцевість, жителі острова в минулі століття викачували воду за допомогою вітряних установок. Виявилося, що цією водою були лише заповнені порожнечі в скельних породах.
Споживання води щорічно збільшується, людина використовує набагато більше її запасів, тому в недалекому майбутньому в багатьох країнах може виникнути проблема нестачі води. Дефіцит прісної води вже відчувається у Нідерландах, Бельгії, Люксембурзі, Угорщині. Дистильовану воду використовують у Кувейті, Алжирі, Лівії, потужні опріснювачі стоять у Каліфорнії та Аклахомі. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я від нестачі води страждає 1,2 млрд людей. Водозабезпеченість населення в нашій країні одна з найвищих у світі, тому прісна вода витрачається вкрай неекономно. А проблеми із забезпеченням населення якісною питною водою вже є. Можливо, колись ми будемо отримувати прісну воду з морської, але треба сказати, що методи опріснення дороги і складні.
Вчені вважають, що на Землі немає кристально чистої води, і вся прісна вода вже пройшла техносферу, тому вона змінює свій якісний склад. Основною причиною сучасної деградації природних вод землі є антропогенне забруднення. Головні джерела його:
Стічні води промислових підприємств;
Стічні води комунального господарства міст та інших населених пунктів;
Стоки систем зрошення, поверхневі стоки з полів та інших сільськогосподарських об'єктів;
Атмосферні випадання забруднювачів на поверхню водойм та водозбірних басейнів.
Антропогенне забруднення гідросфери в даний час набуло глобального характеру і суттєво зменшило доступні експлуатаційні ресурси прісної води на планеті. Загальний обсяг промислових, сільськогосподарських та комунально-побутових стоків становить ≈ 1300 км3. Загальна маса забруднювачів гідросфери – 15 млрд т на рік.
життя ніколи не виникало, а існувало завжди
17. Індивідуальний розвиток організмів, що охоплюють усі зміни від зародження до смерті, називається …
онтогенез
18. Здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати динамічну відносну сталість складу називається …
гомеостаз
19. Методологічний підхід у питанні походження життя, що ґрунтується на переконанні в первинності макромолекулярної системи з властивостями первинного генетичного коду називається…
генобіоз
20. Однією з головних ознак живого є:
здатність до самовідтворення
Людина-фізіологія, здоров'я, творчість, емоції, працездатність
Нова наука про здоров'я душі та тіла називається...
валеологія
Інтелект - це...
здатність до раціонального мислення
Швидкий або парадоксальний сон - це сон
наступний за звичайним «повільним»
Здоров'я людини - на його...
об'єктивний стан
Система штучного інтелекту - це система, що моделює та відтворює за допомогою комп'ютера деякі види...
розумової діяльності людини
6. Один із етапів творчого процесу - осяяння, інсайт. На цьому етапі відбувається…
перевірка істинності ідеї, її подальший свідомий розвиток та формалізація
Але визначенню Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) здоров'я - це...
стан повного фізичного, духовного та соціального благополуччя
Російське прислів'я «Ранок вечора мудріший» говорить о.
роботі несвідомого протягом ночі
9. Відомо, що при майже повній хімічній та анатомічній ідентичності півкуль головного мозку вони різняться функціонально. Функціями лівої півкулі є:
A) мова
B) робота фантазії
В) логічне мислення
Г) сприйняття музики та живопису
10. Відомо, що півкулі головного мозку функціонально асиметричні:
«лівопівкульне» мислення-дискретне, аналітичне; «правопівкульне»-просторово-образне. До функції лівої півкулі головного мозку належить:
логічне мислення
11. Відомо, що півкулі головного мозку функціонально асиметричні: «лівопівкульне» мислення-дискретне, аналітичне; «правопівкульне»-просторово-образне. До функції лівої півкулі головного мозку належить:
прийняття рішень
Пам'ять - це здатність мозку запам'ятовувати, зберігати та відтворювати отриману інформацію. Розрізняють кілька видів пам'яті: лабільну (короткочасну), іконічну (миттєву) та -
постійну (довготривалу)
Реакції людини на вплив внутрішніх або зовнішніх подразників, що мають яскраво виражену суб'єктивну оцінку та охоплюють усі види чуттєвості та /переживань, називаються...
емоціями
14. Характеристика індивіда з боку динамічних особливостей його психічної діяльності (темпа, ритму, інтенсивності психічних процесів і станів) називається:
Поточна сторінка: 4 (всього у книги 44 сторінок) [доступний уривок для читання: 29 сторінок]
2.4. Гомеостаз
Гомеостаз (від грец.homoios - той же,statos – стан) – здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати відносну динамічну сталість своєї структури та властивостей. Підтримка гомеостазу – неодмінна умова існування як окремих клітин та організмів, і цілих біологічних угруповань і екосистем.
У гомеостазі (стійкості) живих систем виділяють:
витривалість(живучість, толерантність (див. разд. 3.2.2) – здатність переносити зміни середовища без порушення основних властивостей системи;
пружність(резистентність, опірність) – здатність швидко самостійно повертатися у нормальний стан із нестійкого, що виникло внаслідок зовнішнього несприятливого впливу на систему.
Поняття "гомеостаз" широко використовується в екології для характеристики стійкості різних систем. Гомеостаз клітини визначається специфічними фізико-хімічними умовами, відмінними від умов довкілля; гомеостаз багатоклітинного організму – підтриманням сталості внутрішнього середовища. Константами гомеостазу тварин є обсяг, склад крові та інших рідин організму.
Гомеостаз популяції визначається підтримкою просторової структури, щільності та генетичної різноманітності. Внаслідок гомеостатичного регулювання підтримується сталість складу та чисельності популяцій у спільнотах.
На рівні екосистем гомеостаз проявляється у найбільш стійких формах взаємодії між видами, що виявляється у пристосованості до особливостей середовища та підтримці циклів круговороту біогенів. Можна розглядати навіть гомеостаз біосфери, в якій взаємодія різноманітних організмів підтримує сталість газового складу атмосфери, складу ґрунтів, складу та концентрації солей світового океану та ін.
Гомеостаз забезпечується роботою механізмів регулювання, що діють за принципом негативного зворотного зв'язку. Тоді, використовуючи кібернетичні терміни, порушення у функціонуванні живої системи слід констатувати як появу в каналі зворотного зв'язку перешкод або шумів.
Роль перешкод можуть відігравати різні чинники, наприклад погодні умови, діяльність людини і т. п. Різкі зміни характеристик навколишнього середовища, за яких вони (або одна з них) виходять за межі допустимого, називають екологічним стресом.
Безумовно, конкретні механізми регулювання різні для клітини організму, популяції та екосистеми, але завжди результатом саморегуляції та підтримки гомеостазу є збалансованість та чітка узгодженість функціонування всіх елементів біологічної системи.
2.5. Біологічний вигляд
Поділ всього різноманіття тварин та рослин на види є способом упорядкованого опису живої природи, що базується на виявленні ієрархічної структури її елементів.
Найчастіше особини різних видів розрізняють на вигляд, поведінці, фізіології. Проте одних зовнішніх відмінностей, навіть значних, виділення виду недостатньо. Якщо особини двох різних груп організмів при найзначнішому відмінності зовнішнього вигляду здатні, схрещуючись, давати потомство (тобто. можливий обмін генами), всі вони є одним видом. Навпаки, особин, які здатні дати потомство при схрещуванні, відносять до різних видів.
Вид- Сукупність особин, здатних до схрещування та утворення плідного потомства, що населяють певний ареал (область географічного поширення), що володіють рядом загальних морфо-фізіологічних ознак і типів взаємин з абіотичної і біотичної середовищем, відокремлених від інших таких же груп особин. Вид - якісний етап процесу еволюції (див. Розд. 3.33).
Наведене правило визначення видів (як і решта наукових схем, що описують безмежно різноманітні прояви життя) має винятки.
Контрольні питання та завдання
2.1. Що таке гомеостаз?
2.2. Наведіть приклади витривалості та пружності організмів.
2.3. Які зміни відбуваються з речовиною та енергією в ході фотосинтезу та росту рослин?
2.4. Назвіть подібності та відмінності процесів фотосинтезу та хемосинтезу.
2.5. Перелічіть основні типи дихання.
2.6. Назвіть єдине та універсальне джерело енергозабезпечення клітини.
2.7. Які організми є продуцентами та яка їхня роль в екосистемі?
2.8. Поясніть взаємовідносини між організмами-виробниками, організмами-споживачами та організмами-руйнівниками.
2.9. Яка роль відводиться воді у житті клітини?
2.10. Дайте визначення біологічного вигляду. Чи є винятки з цього правила визначення виду?
ФАКТОРИ СЕРЕДОВИЩА
Живе невідривно від середовища. Кожен окремий організм, будучи самостійною біологічною системою, постійно знаходиться в прямих або непрямих відносинах з різноманітними компонентами і явищами навколишнього його середовища або, інакше, середовища проживання, що впливають на стан і властивості організму.
Середа- одне з основних екологічних понять, яке означає весь спектр оточуючих організм елементів і умов у тій частині простору, де живе організм, усе те, серед чого він живе та з чим безпосередньо взаємодіє. У цьому організми, пристосувавшись до певного комплексу конкретних умов, у процесі життєдіяльності самі поступово змінюють ці умови, т. е. середовище існування.
3.1. Екологічні фактори та їх дія
Екологічний фактор– будь-який елемент довкілля, здатний безпосередньо чи опосередковано впливати на живий організм, хоча на одному з етапів його індивідуального розвитку, називають екологічним чинником.
Екологічні чинники різноманітні, у своїй кожен чинник є сукупністю відповідного умови середовища проживання і його ресурсу (запасу серед).
Екологічні чинники середовища (рис. 3.1) прийнято ділити на дві групи:
Чинники затятої (неживої) природи – абіотичніабо абіогенні;
Чинники живої природи – біотичніабо біогенні.
З іншого боку, за походженням і ті та інші бувають як природними, так і антропогенними, тобто прямо чи опосередковано пов'язаними з діяльністю людини, яка не тільки змінює режими природних екологічних факторів, а й створює нові, синтезуючи отрутохімікати, добрива, будівельні. матеріали, ліки тощо.
Мал. 3.1. Класифікація екологічних факторів
Відомо, що в основу побудови системи термінів має бути покладена досить ємна класифікація, що охоплює всі поняття їх взаємозв'язку та розвитку. Виняткова складність, взаємопов'язаність та взаємозалежність явищ у природі ускладнює класифікацію в екології. Поряд із наведеною класифікацією екологічних факторів існує багато інших (менш поширених), у яких використовують інші відмітні ознаки. Так, виділяють фактори, що залежать і не залежать від чисельності та щільності організмів. Наприклад, на дію макрокліматичних факторів не позначається кількість тварин або рослин, а епідемії (масові захворювання), що викликаються патогенними мікроорганізмами, залежать від їхньої кількості на даній території. Відомі класифікації, де всі антропогенні чинники відносять до біотичних.
3.1.1. Абіотичні фактори
В абіотичній частині довкілля (в неживій природі) всі фактори передусім можна розділити на фізичні та хімічні. Однак для розуміння суті аналізованих явищ і процесів абіотичні фактори зручно уявити сукупністю кліматичних, топографічних, космічних факторів, а також характеристик складу середовища (водного, наземного або ґрунтового) та ін.
3.1.1.1. Основні кліматичні фактори
Енергія сонця.Вона поширюється у просторі як електромагнітних хвиль. Для організмів важливі довжина хвилі випромінювання, що сприймається, його інтенсивність і тривалість впливу.
Близько 99 % усієї енергії сонячної радіації становлять промені з довжиною хвилі λ = 170 … 4000 нм, у тому числі 48 % припадає на видиму частину спектра (λ = 390 … 760 нм), 45 % – на близьку інфрачервону (λ = 760 … 4000 нм) та близько 7 % – на ультрафіолетову (λ< 400 нм).
Переважне значення для фотосинтезу мають промені з λ = 380...710 нм. Довгохвильова (далека інфрачервона) сонячна радіація (λ > 4000 нм) незначно впливає на процеси життєдіяльності організмів.
Ультрафіолетові промені з λ > 320 нм у малих дозах необхідні тваринам та людині, тому що під їх дією в організмі утворюється вітамін D. Випромінювання з λ< 290 нм губительно для живого, но до поверхности Земли оно не доходит, поглощаясь озоновым слоем атмосферы.
При проходженні через атмосферне повітря сонячне світло (рис. 3.2) відбивається, розсіюється та поглинається. Чистий сніг відбиває приблизно 80–95 % сонячного світла, забруднений – 40–50 %, чорноземний ґрунт – до 5 %, сухий світлий ґрунт – 35–45 %, хвойні ліси – 10–15 %. Однак освітленість земної поверхні суттєво коливається в залежності від пори року та доби, географічної широти, експозиції схилу, стану атмосфери тощо.
Внаслідок обертання Землі періодично чергуються світлий та темний час доби. Цвітіння, проростання насіння у рослин, міграція, зимова сплячка, розмноження тварин та багато іншого в природі пов'язані з тривалістю фотоперіоду (довжиною дня). Необхідність у світлі для рослин обумовлює швидке їх зростання у висоту, ярусну структуру лісу. Водні рослини поширюються переважно на поверхневих шарах водойм.
Мал. 3.2. Баланс сонячної радіації на поверхні Землі вдень
Температура.Температура головним чином пов'язана із сонячним випромінюванням, але в ряді випадків визначається енергією геотермальних джерел.
При температурі нижче точки замерзання жива клітина фізично пошкоджується кристалами льоду, що утворюються, і гине, а при високих температурах відбувається денатурація ферментів. Абсолютна більшість рослин та тварин не витримує негативних температур тіла. Верхня температурна межа життя рідко піднімається вище за 40–45 °C.
У діапазоні між крайніми межами швидкість ферментативних реакцій (отже інтенсивність обміну речовин) подвоюється з підвищенням температури на кожні 10 °C. Значна частина організмів здатна контролювати (підтримувати) температуру тіла, причому насамперед найбільш життєво важливих органів. Такі організми називають гомойотермними- Теплокровними (від грец. homoios- Подібний, therme– теплота), на відміну від пійкілотермних– холоднокровних (від грец. poikilos- Різний, мінливий, різноманітний), що мають непостійну температуру, що залежить від температури навколишнього середовища.
У водному середовищі завдяки високій теплоємності води зміни температури менш різкі та умови більш стабільні, ніж на суші. Відомо, що у регіонах, де температура протягом доби, а також у різні сезони сильно змінюється, різноманітність видів менша, ніж у регіонах із постійнішими добовими та річними температурами.
Температура, як і інтенсивність світла, залежить від географічної широти, сезону, часу доби та експозиції схилу. Дія екстремальних температур (низьких та високих) посилюється сильними вітрами.
Зміна температури в міру підйому в повітряному середовищі або занурення у водне середовище називають температурної стратифікації.Зазвичай і в тому, і в іншому випадку спостерігається безперервне зниження температури з певним градієнтом. Проте існують інші варіанти. Так, у літній період поверхневі води нагріваються сильніше за глибинні. У зв'язку зі значним зменшенням щільності води в міру нагріву починається її циркуляція в поверхневому нагрітому шарі без змішування з більш щільною, холодною водою нижчерозташованих шарів. В результаті між теплим та холодним шарами утворюється проміжна зона з різким градієнтом температури. Все це впливає на розміщення у воді живих організмів, а також на перенесення і розсіювання домішок, що надходять.
Подібне явище зустрічається і в атмосфері, коли охолоджені шари повітря зміщуються вниз і розташовуються під теплими шарами, тобто має місце температурна інверсія, що сприяє накопиченню забруднюючих речовин у приземному шарі повітря
Інверсії сприяють деякі особливості рельєфу, наприклад, котловани та долини. Вона виникає за наявності на певній висоті речовин, наприклад аерозолів, що нагріваються безпосередньо за рахунок прямого сонячного випромінювання, що викликає інтенсивніше прогрівання верхніх повітряних шарів.
У ґрунтовому середовищі добова та сезонна стабільність (коливання) температури залежать від глибини (рис. 3.3). Значний градієнт температур (а також вологості) дозволяє мешканцям ґрунту забезпечувати собі сприятливе середовище шляхом незначних переміщень.
Мал. 3.3. Зменшення річного коливання температури ґрунту з глибиною
Наявність та чисельність живих організмів можуть впливати на температуру. Наприклад, під пологом лісу чи під листям окремої рослини має місце інша температура.
Опади, вологість.Вода є обов'язковою для життя на Землі, в екологічному плані вона унікальна (див. разд. 2.1, 2.2). За практично однакових географічних умов Землі існують і спекотна пустеля, і тропічний ліс (рис. 3.4). Відмінність полягає лише у річному кількості опадів: у разі 0,2-200 мм, тоді як у другому 900-2000 мм.
Опади, тісно пов'язані з вологістю повітря, є результатом конденсації і кристалізації водяної пари у високих шарах атмосфери. У приземному шарі повітря утворюються роси, тумани, а за низьких температур спостерігається кристалізація вологи – випадає іній чи сніг.
Однією з основних фізіологічних функцій будь-якого організму є підтримка на достатньому рівні кількості води в тілі. У процесі еволюції в організмів сформувалися різноманітні пристосування до добування та економного витрачання води, а також переживання посушливого періоду. Одні тварини пустелі одержують воду з їжі, інші за рахунок окислення своєчасно запасених жирів (наприклад, верблюд, здатний шляхом біологічного окислення зі 100 г жиру одержати 107 г метаболічної води); при цьому у них мінімальна водопроникність зовнішніх покривів тіла, переважно нічний спосіб життя і т. д. При періодичній посушливості характерне впадання у стан спокою з мінімальною інтенсивністю обміну речовин.
Мал. 3.4. Залежність типу рослинності від кліматичних умов
Наземні рослини отримують воду головним чином із ґрунту. Невелика кількість опадів, швидкий дренаж, інтенсивне випаровування чи поєднання цих чинників ведуть до иссушению, а надлишок вологи – до перезволоження і заболочування грунтів.
Баланс вологи залежить від різниці між кількістю опадів, що випали, і кількістю води, що випарувалася з поверхонь ґрунту і рослин (шляхом транспірації).У свою чергу, процеси випаровування безпосередньо залежать від відносної вологості атмосферного повітря. При вологості, близької до 100%, випаровування майже припиняється, і якщо додатково знижується температура, то починається зворотний процес – конденсація (утворюється туман, випадають роса, іній).
Крім зазначеного, вологість повітря як екологічний чинник за своїх крайніх значеннях (підвищеної та зниженої вологості), посилює вплив (погіршує дію) температури на організм.
Насичення повітря парами води рідко досягає максимального значення. Дефіцит вологості - різниця між максимально можливим і фактично існуючим насиченням при цій температурі. Це один із найважливіших екологічних параметрів, оскільки характеризує відразу дві величини: температуру та вологість. Чим вищий дефіцит вологості, тим сухіше і тепліше, і навпаки.
Режим опадів – найважливіший чинник, що визначає міграцію забруднюючих речовин у природному середовищі та вимивання їх із атмосфери.
Рухливість середовища.Причинами виникнення руху повітряних мас (вітру) є насамперед неоднаковий нагрівання земної поверхні, що викликає перепади тиску, і навіть обертання Землі. Вітер спрямований у бік прогрітішого повітря.
Вітер – найважливіший чинник поширення великі відстані вологи, насіння, суперечка, хімічних домішок тощо. джерел, включаючи транскордонне перенесення.
Вітер прискорює транспірацію (випаровування вологи наземними частинами рослин), що особливо погіршує умови існування за низької вологості. Крім того, він опосередковано впливає на всі живі організми суші, беручи участь у процесах вивітрювання та ерозії.
Рухливість у просторі та перемішування водних мас сприяють підтримці відносної гомогенності (однорідності) фізичних та хімічних характеристик водних об'єктів. Середня швидкість поверхневих течій лежить у межах 0,1–0,2 м/с, досягаючи місцями 1 м/с, у Гольфстріму – 3 м/с.
Тиск.Нормальним атмосферним тиском вважається абсолютний тиск на рівні поверхні Світового океану 101,3 кПа, що відповідає 760 мм рт. ст. чи 1атм. У межах земної кулі існують постійні області високого та низького атмосферного тиску, причому в одних і тих самих точках спостерігаються сезонні та добові його коливання. У міру збільшення висоти щодо рівня океану тиск зменшується, знижується парціальний тиск кисню, посилюється транспірація рослин.
Періодично в атмосфері утворюються області зниженого тиску з потужними повітряними потоками, що переміщаються спіраллю до центру, які називають циклонами.Для них характерна велика кількість опадів та нестійка погода. Протилежні природні явища називають антициклонами.Вони характеризуються стійкою погодою, слабкими вітрами та у ряді випадків температурною інверсією. При антициклонах часом виникають несприятливі метеорологічні умови, що сприяють накопиченню приземному шарі атмосфери забруднюючих речовин.
Розрізняють також морський та континентальний атмосферний тиск.
Тиск у водному середовищі зростає в міру занурення. Завдяки значно (у 800 разів) більшій, ніж у повітря, щільності води на кожні 10 м глибини у прісноводній водоймі тиск збільшується на 0,1 МПа (1атм). Абсолютний тиск на дні Маріанської западини перевищує 110 МПа (1100 атм).
Іонізуючі випромінювання. Іонізуючим називають випромінювання, що утворює пари іонів під час проходження через речовину; фоновим – випромінювання, створюване природними джерелами.Воно має два основні джерела: космічне випромінювання та радіоактивні ізотопи та елементи в мінералах земної кори, що виникли колись у процесі утворення речовини Землі. Через великий період напіврозпаду ядра багатьох первозданних радіоактивних елементів збереглися надрах Землі до нашого часу. Найголовніші з них – калій-40, торій-232, уран-235 та уран-238. Під впливом космічного випромінювання в атмосфері постійно утворюються нові ядра радіоактивних атомів, головні з яких - вуглець-14 і тритій.
Радіаційне тло ландшафту – одна з неодмінних складових його клімату. У формуванні фону беруть участь усі відомі джерела іонізуючого випромінювання (рис. 3.5), проте внесок кожного з них у загальну дозу опромінення залежить від конкретної географічної точки. Людина як мешканець природного середовища отримує основну частину опромінення від природних джерел радіації і уникнути цього неможливо. Все живе на Землі піддається випромінюванню з Космосу протягом усієї історії існування та адаптувалося до цього.
Мал. 3.5. Дози радіоактивного опромінення, що одержується, мрад/г. (за Н. Ф. Реймерсу): 1- Космічні промені; 2 – внутрішні α-промені та випромінювання 40K, що міститься в живих організмах; 3 – випромінювання місцевих зовнішніх джерел
Гірські ландшафти завдяки значній висоті над рівнем моря характеризуються підвищеним внеском космічного випромінювання. Льодовики, виконуючи функцію поглинаючого екрану, затримують у своїй масі випромінювання корінних порід, що підстилають. Виявлено відмінності у вмісті радіоактивних аерозолів над морем та сушею. Сумарна радіоактивність морського повітря в сотні та тисячі разів менша, ніж континентального.
На Землі є райони, де інтенсивність випромінювання в десятки разів перевищує середні значення, наприклад, райони родовищ урану та торію. Такі місця називають урановими та торієвими провінціями. Стабільний та відносно високий рівень випромінювання спостерігається у місцях виходу гранітних порід.
Біологічні процеси, що супроводжують утворення грунтів, суттєво впливають на накопичення останніх радіоактивних речовин. При малому вмісті гумусових речовин їхня активність слабка, тоді як чорноземи завжди відрізнялися вищою питомою активністю. Особливо вона висока у чорноземних та лугових ґрунтів, розташованих близько до гранітних масивів. За ступенем зростання питомої активності ґрунту орієнтовно можна розташувати у такому порядку: торф'яні; ґрунти степової зони та лісостепу; чорноземні; ґрунти, що розвиваються на гранітах.
Вплив періодичних коливань інтенсивності космічного випромінювання у земної поверхні на дозу опромінення живих організмів мало істотно.
У багатьох районах земної кулі потужність експозиційної дози, обумовлена випромінюванням урану і торію, досягає рівня опромінення, що існував на Землі в геологічно доступний для огляду час, при якому йшла природна еволюція живих організмів. У цілому нині іонізуюче випромінювання згубно впливає високорозвинені і складні організми, причому людина відрізняється особливої чутливістю. Деякі речовини розподіляються в організмі рівномірно, наприклад, вуглець-14 або тритій, а інші накопичуються в певних органах. Так, радій-224 - 226, свинець-210, полоній-210 акумулюються в кісткових тканинах. Сильну дію на легені надає інертний газ радон-220, який іноді виділяється не тільки з покладів у літосфері, але і з мінералів, здобутих людиною і використовуваних як будівельні матеріали.
Радіоактивні речовини можуть накопичуватися у воді, ґрунті, опадах або в повітрі, якщо швидкість їх надходження перевищує швидкість радіоактивного розпаду. У живих організмах накопичення радіоактивних речовин відбувається за їх потраплянні з їжею («правило біотичного посилення», див. разд. 5.1.3).