Методические указания для выполнения практических работ по предмету УПВ.03Биология по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства.

Департамент образования Ямало-Ненецкого автономного округа

Государственное профессиональное образовательное учреждение

Ямало-Ненецкого автономного округа

«Надымский профессиональный колледж»

СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

ОУП.08 Биология

по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства

Надым, 2023

Методические указания для выполнения практических работ по предмету УПВ.03Биология разработаны в соответствии с Федеральным образовательным стандартом (Приказ Министерства образования и науки РФ от 09.12.2016 №1578) и с рабочим учебным планом основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образования по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства.

Организация-разработчик:

Государственное профессиональное образовательное учреждение Ямало-Ненецкого автономного округа «Надымский профессиональный колледж» (ГПОУ ЯНАО «НПК»)

Составители:

Романова Юлия Викторовна, кандидат биологических наук, преподаватель первой квалификационной категории;

Богданова Ольга Петровна, преподаватель высшей квалификационной категории

РАССМОТРЕНЫ

на заседании УМО преподавателей

естественнонаучного цикла

Протокол № 7

от «11» апреля 2023 г.

Председатель УМО преподавателей естественнонаучного цикла:

_____________ (Ю. В. Романова)

ОДОБРЕНЫ

Научно-методическим советом ГПОУ ЯНАО «НПК»

Протокол № 6

от «18» мая 2023 г.

Председатель НМС:

_____________ (Л.А. Гильмутдинова) 

СОДЕРЖАНИЕ	стр.
ВВЕДЕНИЕ	4
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ	6
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ	7
ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ	8
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	69

1. ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания по предмету ОУП.08 Биология для по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства составлены в соответствии с требованиями Федерального образовательного стандарта (Приказ Министерства образования и науки РФ от 09.12.2016 №1578) и с рабочим учебным планом основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образования по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства.

Практические задания направлены на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование учебных практических умений, они составляют важную часть теоретической и профессиональной практической подготовки по освоению программы подготовки специалистов среднего звена по профессии 08.01.26 Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства. В результате освоения учебного предмета ОУП.08 Биология обучающийся должен знать:

• основные положения биологических теорий и закономерностей: клеточной теории, эволюционного учения, учения В.И.Вернадского о биосфере, законы Г.Менделя, закономерностей изменчивости и наследственности;

• строение и функционирование биологических объектов: клетки, генов и хромосом, структуры вида и экосистем;

• сущность биологических процессов: размножения, оплодотворения, действия искусственного и естественного отбора, формирование приспособленности, происхождение видов, круговорот веществ и превращение энергии в клетке, организме, в экосистемах и биосфере;

• вклад выдающихся (в том числе отечественных) учёных в развитие биологической науки;

• биологическую терминологию и символику.

уметь:

• объяснять роль биологии в формировании научного мировоззрения; вклад биологических теорий в формирование современной естественно-научной картины мир единство живой и неживой природы, родство живых организмов, отрицательное влияние алкоголя, никотина, наркотических веществ на эмбриональное и постэмбриональное развитие человека; влияние экологических факторов на живые организмы, влияние мутагенов на растения, животных и человека; взаимосвязи и взаимодействие организмов и окружающей среды; причины и факторы эволюции, изменяемость видов; нарушения в развитии организмов, мутации и их значение в возникновении наследственных заболеваний; устойчивость, развитие и смены экосистем; необходимость сохранения многообразия видов;

• решать элементарные биологические задачи; составлять элементарные схемы скрещивания и схемы переноса веществ и передачи энергии экосистемах (цепи питания); описывать особенности видов по морфологическому критерию;

• выявлять приспособления организмов к среде обитания, источники и наличие мутагенов в окружающей среде (косвенно), антропогенные изменения в экосистемах своей местности;

• сравнивать биологические объекты: химический состав тел живой и неживой природы, зародышей человека и других животных, природные экосистемы и агроэкосистемы своей местности; процессы (естественный и искусственный отбор, половое и бесполое размножение) и делать выводы и обобщения на основе сравнения и анализа;

• анализировать и оценивать различные гипотезы о сущности, происхождении жизни и человека, глобальные экологические проблемы и их решения, последствия собственной деятельности в окружающей среде;

• изучать изменения в экосистемах на биологических моделях;

• находить информацию о биологических объектах в различных источниках (учебниках, справочниках, научно – популярных изданиях, компьютерных базах, ресурсах сети Интернет) и критически её оценивать;

• использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни: для соблюдения мер профилактики отравлений, вирусных и других заболеваний, стрессов, вредных привычек (курения, алкоголизма, наркомании); правил поведения в природной среде; оказания первой помощи при травматических, простудных и других заболеваниях, отравлениях пищевыми продуктами; оценки этических аспектов некоторых исследований в области биотехнологии (клонирование, искусственное оплодотворение).

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Подготовка к практическим работам заключатся в самостоятельном изучении теории по рекомендуемой литературе, предусмотренной рабочей программой. Выполнение заданий производится индивидуально в часы, предусмотренные расписанием занятий в соответствии с методическими указаниями к практическим работам. Отчет по практической работе каждый студент выполняет индивидуально с учетом рекомендаций по оформлению.

Отчет выполняется в рабочей тетради, сдается преподавателю по окончанию занятия или в начале следующего занятия. Отчет должен включать пункты: название практической работы; цель работы; оснащение; задание; решение, развернутый ответ, таблица, ответы на контрольные вопросы (в зависимости от задания); вывод по работе

Практическая работа считается выполненной, если она соответствует критериям, указанным в практической работе. Если студент имеет пропуски практических занятий по уважительной или неуважительной причине, то выполняет работу во время консультаций, отведенных группе по данной предмету.

Выполненная работа должна быть представлена в виде оформленной работы по заданной форме. Результат выполнения практических работ оценивается – по 5-балльной системе оценивания. Критерии оценок едины для выполнения всех практических работ по предмету Биология.

Отметка "5" Практическая работа выполнена в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности. Обучающиеся работали полностью самостоятельно: подобрали необходимые для выполнения предлагаемых работ источники знаний, показали необходимые для проведения практических работ теоретические знания, практические умения и навыки. Работа оформлена аккуратно, в оптимальной для фиксации результатов форме.

Отметка "4" Практическая работа выполнена студентами в полном объеме и самостоятельно. Допускается отклонение от необходимой последовательности выполнения, не влияющее на правильность конечного результата (перестановка пунктов типового плана, последовательность выполняемых заданий, ответы на вопросы). Использованы указанные источники знаний. Работа показала знание основного теоретического материала и овладение умениями, необходимыми для самостоятельного выполнения работы. Допускаются неточности и небрежность в оформлении результатов работы.

Отметка "3" Практическая работа выполнена и оформлена с помощью преподавателя. На выполнение работы затрачено много времени (дана возможность доделать работу дома). Обучающийся показал знания теоретического материала, но испытывали затруднения при практической работе со статистическими материалами.

Отметка "2" Выставляется в том случае, когда обучающийся оказался не подготовленными к выполнению этой работы. Полученные результаты не позволяют сделать правильных выводов и полностью расходятся с поставленной целью. Обнаружено плохое знание теоретического материала и отсутствие необходимых умений.

С учётом вышеизложенного в данных методических указаниях приведено 10 практических работ. Каждое занятие содержит цель, методическое руководство к выполнению, содержание работы, контрольные вопросы, форму предъявления отчета.

1. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ

1. Общие требования охраны труда

1.1. Обучающиеся должны соблюдать правила поведения, расписание учебных занятий, установленные режимы труда и отдыха.

1.2. При проведении практических работ по биологии возможно воздействие на обучающихся следующих факторов: порезы и уколы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой, режущим и колющим инструментом.

1.3. О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить преподавателю, который сообщает администрации. При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить об этом преподавателю.

1.4. В процессе работы учащиеся должны соблюдать порядок проведения практических работ, правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место.

1.5. Обучающиеся, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда, привлекаются к ответственности, и со всеми учащимися проводится внеплановый инструктаж по охране труда.

2. Требования охраны труда перед началом работы

2.1. Внимательно изучить содержание и порядок выполнения работы, а также безопасные приемы ее выполнения.

2.2. Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы.

2.3. Проверить исправность оборудования, инструмента, целостность посуды.

3. Требования охраны труда во время работы

3.1. Точно выполнять все указания преподавателя при проведении работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

3.2. При использовании режущих и колющих инструментов (скальпелей, ножниц и др.) брать их только за ручки, не направлять их заостренные части на себя и на своих товарищей, класть их на рабочее место заостренными концами от себя.

3.3. Соблюдать осторожность при обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла, не бросать, не ронять и не ударять их.

3.4. Изготавливая препараты для рассматривания их под микроскопом, осторожно брать покровное стекло большим и указательным пальцами за края и аккуратно опускать на предметное стекло, чтобы оно свободно легло на препарат.

3.5. Во избежание отравлений и аллергических реакций не нюхать растения и грибы, не пробовать их на вкус.

4. Требования охраны труда в аварийных ситуациях

4.1. В случае если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок.

4.2. При получении травмы сообщить об этом преподавателю, оказать первую помощь пострадавшему, сообщить об этом администрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.

5. Требования охраны труда по окончании работы

5.1. Привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю оборудование, приборы, инструменты, препараты.

5.2. Проветрить помещение кабинета и тщательно вымыть руки с мылом.

1. ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Перечень практических работ

• Практическая работа №1 Изучение строения растительной, животной и бактериальной клетки.

• Практическая работа №2 Деление клетки. Схема поведения хромосом в процессе митоза и мейоза.

• Практическая работа № 3 Способы размножения живых организмов.

• Практическая работа № 4 Выявление и описание признаков сходства зародышей человека и других позвоночных как доказательство их эволюционного родства

• Практическая работа №5 Составление простейших схем моногибридного и дигибридного скрещивания

• Практическая работа № 6 Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни на Земле и происхождения человека

• Практическая работа № 7 Биосфера – глобальная экосистема. Круговороты веществ в биосфере (вода, кислород, азот, углерод).

• Практическая работа №8 Изучение демографических характеристик популяций.

• Практическая работа № 9. Оценка влияния экологических факторов на здоровье человека.

• Практическая работа № 10. Антропогенные воздействия на природные экосистемы. Оценка качественного состава воды и атмосферы.

Практическая работа № 1 Изучение строения растительной, животной и бактериальной клетки.

Цель работы: ознакомиться с особенностями строения клеток растений, животных и бактерий, показать принципиальное единство их строения.

Оборудование: микроскопы, фиксированные микропрепараты бактериальной, животной и растительных клеток.

Ход работы

Задание №1 Рассмотрите микропрепараты бактериальной, животной и растительных клеток под микроскопом сначала на маленьком увеличении, затем на большом. Зарисуйте в тетради схемы строения этих клеток. На схеме строения клеток растений, животных и бактерий обозначьте цифрами и подпишите органоиды клеток.

Задание №2 Составьте сравнительную характеристику строения растительной, животной и бактериальной клетки. Результаты сравнения клеток занесите в таблицы 1 и 2.

Таблица №1 Сравнительная характеристика строения растительной, животной и бактериальной клетки

Части и органоиды клетки	Клетка бактерии	Клетка растения	Клетка животного
1.Слизиста капсула
2.Цитоплазма
3.Ядро
4.Вакуоль с клеточным соком
5.Пластиды
6.Газовые вакуоли
7. Эндоплазматический ретикулум (сеть)
8.Митохондрии
9.Аппарат Гольджи
10.Рибосомы
11.Клеточный центр
12.Лизосомы
13.Жгутики
14. Кольцевая ДНК (нуклеоид)
15.Цитоплазматическая мембрана
16. Клеточная стенка
17. Включения
18. Ядрышко

Таблица №2 «Сходства и отличия растительной и животной клетки».

Сходства	Отличия

Задание №3 Составьте рассказ «Сравнительная характеристика растительной и животной клеток», заполнив пропуски в тексте:

1.Любой живой организм состоит из…

2.Все многообразие клеток можно разделить на 2 группы по наличию оформленного ядра: … и …

3.Не имеют четко оформленного ядра …

4.Ядро содержится в клетках …

5.К прокариотам относятся… и …

6.К эукариотам относятся…, …, …

7.Растительная клетка покрыта…, а животная имеет …

8.Запасным веществом животной клетки является…

9.А растительные клетки запасают …

10.Оболочки растительных, животных и грибных клеток отличаются по содержанию основного вещества…

11.Оболочки растительных клеток содержат…, животных клеток - …, грибных -…

12.Единый план строения всех клеток свидетельствует об их … и ….

На основании проделанной работы сделать выводы о сходстве и различии в строении клеток разных групп живых организмов, в том числе прокариот и эукариот.

Практическая работа №2 Деление клетки. Схема поведения хромосом в процессе митоза и мейоза.

Цель: сформировать умения последовательно выстраивать процессы митоза и мейоза; сравнивать и анализировать процессы деления клеток.

Теоретическая часть Деление клетки – основа размножения и индивидуального развития организмов. Увеличение числа клеток происходит в результате их деления. Жизненный цикл клетки – это развитие клетки от момента её возникновения, в результате последнего деления до следующего деления или гибели. Митотический цикл – это развитие клетки от одного деления до другого. Митотический цикл состоит из стадии покоя – ИНТЕРФАЗЫ и стадии деления МИТОЗА. На стадии интерфазы клетка подготавливается к делению. Интерфазу делят на три периода: пресинтетический (G1) – идёт синтез РНК, белка, накапливается энергия (АТФ). синтетический (S) – идёт редупликация (удвоение) числа молекул ДНК, число хромосом при этом не меняется; постсинтетический (G2) – накапливается энергия (АТФ), образуются белки веретена деления, удваиваются центриоли. Митоз – это способ деления клеток, при котором генетический материал точно распределяется между дочерними клетками. Различают четыре фазы митоза:

ПРОФАЗА – исчезает ядрышко, растворяется ядерная оболочка, хромосомы спирализуются и становятся видимыми, центриоли расходятся к полюсам клетки, образуются нити ахроматинового веретена (2n4c, где n- число хромосом, с – ДНК).

МЕТАФАЗА – каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых центромерой. Хромосомы располагаются в экваториальной области образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления соединяют центромеры хромосом с полюсами (2n4c).

АНАФАЗА – вязкость цитоплазмы уменьшается, центромеры разъединяются и хромосомы расходятся к полюсам (4n4c).

ТЕЛОФАЗА – хромосомы деспирализуются, они уже не видны в микроскоп, вокруг них образуется ядерная оболочка, образуется ядрышко. Делится цитоплазма – цитокинез. У животных клеток образуется перетяжка, у растительных клеток – поперечная пластинка, киз которой формируется клеточная стенка (2n2c). Биологический смысл митоза – обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность

Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.

МЕЙОЗ. Половое размножение животных, растений и грибов связано с формированием специализированных половых клеток: яйцеклеток и сперматозоидов. Деление клеток, в результате которого образуются половые клетки получило название – мейоза. В отличие от митоза, при котором у дочерних клеток сохраняется полный (диплоидный) набор хромосом – 2n, так же как и у родительских клеток, в результате мейоза образуются клетки лишь с половинным (гаплоидным) набором хромосом – n. В процессе мейоза происходит два последовательных клеточных деления – мейоза I (первое деление) и мейоза II (второе деление). Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом I. В результате первого деления мейоза (редукционного), образуются клетки с вдвое уменьшенным числом хромосом. Второе деление мейоза заканчивается образованием половых клеток. Таким образом все соматические клетки организма содержат двойной, или диплоидный (2n) набор хромосом, где каждая имеет свою пару, гомологичную хромосому. Зрелые половые клетки имеют лишь одинарный гаплоидный (n) набор хромосом.

Фазы мейоза.

Первое мейотическое деление. ПРОФАЗА I – происходит конъюгация (сближение) гомологичных хромосом и взаимный обмен участками при их перекрёсте (кроссинговер). (2n4c). происходит коньюгация гомологичных хромосом и взаимный обмен участками при их перекрёсте (2n4c).

МЕТАФАЗА I – гомологичные хромосомы, лежащие парами, располагаются в экваториальной плоскости клетки (2n4c).

АНАФАЗАI – гомологичные хромосомы, каждая состоящая из двух хроматид, отходят к противоположным полюсам клетки (при митозе к полюсам расходятся хроматиды) (2n4c).

ТЕЛОФАЗА I – образуются две клетки с меньшим в два раза количеством хромосом (1n2c).

Рисунок 1. Основные стадии мейоза

Второе мейотическое деление.

ИНТЕРФАЗА 2 (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток

ПРОФАЗА 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

МЕТАФАЗА 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.

АНАФАЗА 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.

ТЕЛОФАЗА 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток. Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.

Ход работы. Выполнить задания № 1,2, сделать вывод, оформить отчет по работе.

Задание №1. Используя теоретическую часть сравнить фазы клеточного цикла деления клеток, заполнив табл.1

Таблица 1.

Сравнительная характеристика хода митоза и мейоза

Фазы клеточного цикла	Митоз	Мейоз
		I деление	II деление
Интерфаза:
Профаза:
Метафаза:
Анафаза:
Телофаза:

Задание №2. Провести сравнительный анализ двух способов деления эукариотических клеток. Выявить черты сходства и различия между митозом и мейозом, заполнив таблицу 2.

Таблица 2.

Сходство и различия в процессе деления клеток методом митоза и мейоза

Сравнение	Митоз	Мейоз
Сходство
Различия

В выводе отразить ответы на следующие вопросы:

1. В чем биологический смысл митоза?

2. В чем биологическое значение мейоза?

Практическая работа №3. Способы размножения живых организмов.

Цель: изучить способы размножения организмов: бесполое и половое, значение размножения для вида.

Теоретическая часть.

Размножение - свойство живых организмов воспроизводить себе подобных.

Выделяют две основные формы размножения: бесполое и половое.

Бесполое размножение способствует сохранению наибольшей приспособленности в неменяющихся условиях обитания, т.к. образуются генетически точные копии родителей.

1. Бесполое размножение. Характеристики: принимает участие только одна клетка; осуществляется без участия половых клеток; в основе размножения - митоз; дочерние клетки являются точной копией материнской; преимущество - быстрое увеличение численности (бактерии, грибы, простейшие, многие растения, низшие животные).

Виды бесполого размножения:

1. Спорообразование - осуществляется посредством специализированных клеток грибов, растений, простейших, лишайников. Спора со жгутиком - зооспора (хламидомонада);

2. Бинарное деление - митотическое деление, при котором образуется 2 равноценные дочерние клетки (амёба);

3. Множественное деление (шизогония). Материнская клетка распадается на большое количество примерно одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий);

4. Вегетативное размножение - размножение новой особи из материнской, либо из особых структур (луковица, клубень, отростки, отводки, деление куста);

5. Почкование - образование выроста - почки, на материнской особи и последующее её отделение (бактерии, дрожжевые грибы, гидра, губки, сосущие инфузории (одноклеточные);

6. Фрагментация - разделение особи на 2 или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь (у растений - спирогира, у животных - кольчатые черви);

7. Полиэмбриония - размножение во время эмбрионального развития, при котором из одной зиготы развивается несколько зародышей - близнецов (однояйцевые близнецы у человека) Потомство всегда одного пола.

8. Клонирование - искусственные способ бесполого размножения. Клон - идентичное потомство, полученное из одной особи, в результате того или иного способа бесполого размножения.

2. Половое размножение - слияние двух половых клеток, потомство несёт признаки родителей.

При половом размножении происходит рекомбинация наследственного материала и появляется потомство, генетически отличное от родителей. Половое размножение характерно для многоклеточных, но существует и у одноклеточных организмов.

Формы полового процесса у одноклеточных:

1. конъюгация - при этой форме половые клетки не образуются, происходит обмен между двумя клетками генетической информацией

Конъюгация как своеобразная форма полового процесса существует у инфузорий. Две инфузории временно соединяются, между ними образуется цитоплазматический мостик, через который происходит обмен наследственной информацией. Затем инфузории расходятся и у них появляются новые свойства и признаки.

1. гаметическая копуляция - когда формируются половые клетки и происходит их попарное слияние.

Копуляцией называется половой процесс у одноклеточных организмов, при котором две особи приобретают половое различие, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу. (пример организма: дрожжи, зеленые водоросли).

Формы полового процесса у многоклеточных:

1. Гермафродитизм - примитивная форма полового размножения, при котором мужские и женские половые клетки образуются в одном организме. Гермафродитизм делает возможным самооплодотворение, что существенно, в первую очередь, для малоподвижных видов или особей, ведущих одиночное существование. С другой стороны, самооплодотворение препятствует обмену генетическим материалом между особями; многие организмы имеют приспособления, препятствующие самооплодотворению (генетическая несовместимость половых клеток от одного организма, образование мужских и женских гамет в разное время, особое строение цветка, благоприятствующее перекрёстному опылению однодомных растений).

2. Партеногенез (девственное размножение), форма полового размножения, развитие яйцеклетки без оплодотворения. Образование яйцеклетки происходит путем митоза без перекомбинации и репродукции хромосом. Дочерний организм - точная копия материнского. Партеногенез (П.) может быть естественным и искусственным (можно воздействовать на неоплодотворенные яйцеклетки кислотой, встряхиванием, уколом тонкой иглы, изменением концентрации солей в воде - лягушки, морские звезды, шелкопряд), (дафнии, тли, трутни, тутовый шелкопряд, скальные ящерицы, одуванчик, ястребинка). При партеногенезе рождается потомство: одного пола - только самки - телитокия, только самцы - арренотокия, (в популяциях скальной ящерицы и палочника европейского есть только самки); двух полов (встречается редко) - амфитокия - тли; дейторотокия - тутовый шелкопряд, прямокрылые. Причины партеногенеза - редкие встречи особей между собой, для быстроты смены поколений.

3. Вивипария - живорождение. Прорастание семян на материнском растении в еще незрелых плодах. Мангры живут на берегу в зоне приливов и отливов, проросток, достигнув 30 см в длину падает в ил и укореняется. Это обеспечивает сохранность семян от смыва в море во время отлива, (мангровые деревья - ризофора, авиценния). У некоторых растений тундры продуцируются луковички, а не семена. Луковицы укореняются быстро в оттаявшем грунте - это выигрыш времени в коротком вегетационном периоде, (тундровые злаки - щучка, мятлик арктический).

4. Неотения - способность организма размножаться на стадии личинки. Это задержка онтогенеза с приобретением способности к половому размножению на стадии личинки. Биологический смысл - приспособление для тех видов, в онтогенезе которых происходит смена сред жизни- для увеличения шансов на выживание. Задержка метаморфоза у земноводных связана с понижением функции щитовидной железы. Если в воду добавить гормон тироксин, то метаморфоз произойдет (Саламандра амбистома (ее личинка аксолотль), эхинококк, печеночный сосальщик, мхи, папоротники)

5. Собственно половое - форма размножения раздельнополых организмов (раздельнополые животные, двудомные растения).

Задание №1. Изучите теоретическую часть. Заполните таблицу№1

Таблица 1 Сравнительная характеристика основных форм полового и бесполого размножения

Форма размножения	Характеристика процесса	Примеры организмов
Бесполое размножение
Спорообразование
Бинарное деление
Множественное деление (шизогония)
Вегетативное размножение
Почкование
Фрагментация
Полиэмбриония
Клонирование
Половой процесс
Конъюгация
Гаметическая копуляция
Гермафродитизм
Партеногенез
Вивипария
Неотения
Собственно половое размножение

Сделайте вывод об особенностях полового размножения по сравнению с бесполым.

Задание №2. Составьте и зарисуйте в тетради кроссворд (и ответы к нему) с терминами из теоретической части работы (не менее 10 терминов).

Сделайте вывод по практической работе исходя из цели, ответив на вопрос в чем заключается значение размножения для вида в целом.

Практическая работа № 4. Выявление и описание признаков сходства зародышей человека и других позвоночных как доказательство их эволюционного  родства.

Цель: выявить и описать признаки сходства зародышей человека и других позвоночных как доказательство их эволюционного  родства

Теоретическая часть

Онтогенез — индивидуальное развитие особи, от возникновения до конца жизни.

Периоды онтогенеза многоклеточных организмов:

1. Прогенез (предэмбриональный) – формирование гамет, их слияние и образование зиготы.

2. Эмбриогенез (эмбриональный) – начинается с момента образования зиготы и заканчивается рождением или выходом из яйцевых оболочек.

3. Постэмбриональный период начинается после рождения или выхода из яйцевых оболочек и завершается старением и смертью.

Для плацентарных млекопитающих и человека онтогенез принято делить на: пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения).

Этапы эмбрионального развития у высших животных:

1. Образование зиготы. Зигота-одноклеточный зародыш или одноклеточная стадия развития организма.

2. Дробление сопровождается митозом, в результате которого одноклеточный зародыш становится многоклеточным. Однако зародыш не увеличивается в размерах, нет роста клеток, объем зародыша не изменяется. Клетки, образующиеся в процессе дробления, называются бластомерами. Дробление завершается образованием бластулы.

3. Бластула – это многоклеточный однослойный зародыш, имеет стенку (слой клеток) – бластодерму. Внутри бластул находится полость – бластоцель или первичная полость тела, заполненная жидкостью. Жидкость секретируется бластомерами.

4. Гаструляция – период образования зародышевых листков. Гаструляция сложный процесс химических и морфологических изменений, которые сопровождаются делениями клеток, ростом клеток, направленным перемещением и дифференцировкой клеток. В результате этих процессов сначала образуется двухслойный зародыш – гаструла, состоящий из наружного зародышего листка – эктодермы и внутреннего – энтодермы. Эта стадия называется ранняя гаструла. На стадии поздней гаструлы образуется третий зародышевый листок – мезодерма. Зародышевые листки отличаются друг от друга не только своим расположением, но и величиной, формой клеток. Каждый зародышевый листок дает впоследствии начало определенным тканям и органам.

5. Гистогенез – процесс формирования тканей в эмбриогенезе. Органогенез – процесс формирования систем органов в эмбриогенезе. На этом этапе эмбрионального развития выделяют две фазы.

1. Нейруляция – образование осевых органов: нервной трубки, хорды. Зародыш на этой стадии называется нейрула. Эта фаза протекает следующим образом: из эктодермы на спинной стороне зародыша происходит уплощение группы клеток и формируется нервная пластинка. Края нервной пластинки приподнимаются и образуются нервные валики. По средней линии нервной пластинки происходит перемещение клеток и возникает углубление – нервный желобок. Края нервной пластинки смыкаются. В результате этих процессов возникает нервная трубка с полостью – нервоцелем. Нервная трубка погружается под эктодерму. Передний отдел нервной трубки образует головной мозг, а остальная часть нервной трубки – спинной мозг. Часть клеток эктодермы спинной стороны зародыша не входит в состав нервной трубки и образует скопление клеток вдоль нервной трубки, называемой ганглиозная пластинкой. Из которой образуются пигментные клетки эпидермиса кожи, волос, нервные клетки спинномозговых и симпатических нервных узлов. Образование хорды тоже происходит на раннем этапе нейруляции из энтомезодермального (общего с энтодермой и мезодермой) зачатка стенки первичной кишки. Хорда расположена под нервной трубкой

2. Вторая фаза гисто – и органогенеза эмбрионального развития связана с развитием отдельных органов и тканей. Из материала энтодермы образуется эпителий пищевода, желудка и кишечника, клетки печени, часть клеток поджелудочной железы, эпителий легких и воздухоносных путей, секретирующие клетки гипофиза и щитовидной железы.

Из материала эктодермы развивается эпидермис кожи и его производные – ногти, волосы, молочные железы, кожные железы (сальные и потовые), нервные клетки органов зрения, слуха, обоняния, эпителий ротовой полости, эмаль зубов.

Рисунок 1 Стадии эмбрионального развития ланцетника

Рисунок 2 Зародышевые листки

Зародышевое сходство

Эмпирическое обобщение К. М. Бэра (1828), т. н. закон зародышевого сходства в онтогенезе всех животных сначала выявляются признаки высших таксономических категорий (типа, класса), в ходе дальнейшей эмбриональной дифференцировки развиваются особенности отряда, семейства, рода, вида и особи. В силу этой закономерности представители разных групп организмов (например, классов подтипа позвоночных) на ранних стадиях эмбриогенеза обычно более сходны друг с другом, чем взрослые особи. Например, в онтогенезе курицы прежде всего обозначаются характерные черты типа хордовых, позднее — подтипа позвоночных, затем класса птиц, отряда курообразных и т. д. Зародышевое сходство разных видов есть следствие их филогенетического родства и указывает на общность происхождения. На ранних стадиях развития эмбрионы свиньи и человека имеют большое сходство. На более поздних стадиях зародыши все более и более отличаются по внешнему и внутреннему строению.

Сходство зародышей разных систематических групп свидетельствует об общности их происхождения.

Биогенетический закон. В 1866 г. Э. Геккель сформулировал биогенетический закон, в соответствии с которым онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, т. е. зародыши в процессе развития как бы сокращенно повторяют эволюционный путь своих предков. Как оказалось позднее, Э. Геккель был прав в принципе, но не в деталях, поскольку зародыши высших животных сходны лишь с зародышами низших животных, но не со взрослыми особями низших форм, как это считал Э. Геккель.

Таким образом, эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, общее сходство в пределах типа.

Последовательные стадии развития зародышей рыбы (А), курицы (Б), свиньи (В), человека (Г).

Практическая часть

Задание 1. Изучить этапы индивидуального развития зародыша. Записать какие системы органов формируются из эктодермы, энтодермы, мезодермы. Заполнить таблицу 1.

Таблица1.

Этапы индивидуального развития человека

Этап	Характеристика

Задание 2. Соотнесите органы и структуры организма человека с зародышевыми листками, из которых они формируются в процессе дифференцировки клеток. Внесите в таблицу 2 соответствующие цифры.

Таблица2.

Зародышевый листок	Органы и структуры организма
Эктодерма
Энтодерма
Мезодерма

1. Блуждающий нерв
2. Головной мозг
3. Желудок
4. Кровеносные сосуды
5. Легкие
6. Мышцы
7. Печень
8. Половые железы
9. Почки
10. Сердце
11. Скелет
12. Слюнные железы
13. Спинной мозг
14. Толстый кишечник
15. Эпидермис кожи.

Задание 2. Сравнить зародышей человека и других позвоночных на разных этапах развития, найти сходство и различия в строении. Результаты анализа черт сходства и отличия занесите в таблицу №3.

Таблица3.

Черты сходства и отличия зародышей позвоночных на разных стадиях развития

Кому принадлежит зародыш	Наличие хвоста	Носовой вырост	Передние конечности	Воздушный пузырь
Первая стадия
рыба
курица
свинья
человек
Вторая стадия
рыба
курица
свинья
человек
Третья стадия
рыба
курица
свинья
человек

Сделайте вывод о чертах сходства и отличия зародышей позвоночных на разных стадиях развития.

Практическая работа №5. Составление схем моногибридного и дигибридного скрещивания

Цель: научиться составлять простейшие схемы и решать задачи по моногибридному и дигибридному скрещиванию на основе предложенных данных.

Ход работы:

1. Запишите в тетради правила и алгоритм решения задач по генетике.

2. Внимательно изучите пример решения задачи №1.

3. Выполните в тетради задачи, оформив кратко дано, решение и ответ как в задаче №1.

4.Сделайте вывод по работе согласно цели.

Правила решения задач по генетике.

Правило первое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.

Правило второе. Если в результате скрещивания особей, отличающихся фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признаку.

Правило третье. Если при скрещивании фенотипически одинаковых особей (по одной паре признаков) в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1 , то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.

Правило четвертое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготны.

Правило пятое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:4 , 9:6:1 , 9:7 , 12:3:1, то это свидетельствует о взаимодействии генов, а расщепление в отношениях 12:3:1, 13:3 и 15:1 – об эпистатическом взаимодействии генов.

Дигибридным называют скрещивание, при котором рассматривается наследование и производится точный количественный учет потомства по двум парам альтернативных признаков, а точнее, по взаимоисключающим вариантам обоих признаков. Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозиготные растения гороха, отличающиеся по двум генам, определяющим окраску семян (желтые и зеленые) и форму семян (гладкие и морщинистые). Доминантные признаки – желтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян. Каждое растение образует один сорт гамет по изучаемым аллелям. При слиянии этих гамет все потомство будет единообразным. При образовании гамет у дигибрида из каждой пары аллельных генов, расположенных в различных парах гомологичных хромосом, в гамету попадает только один, при этом вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в первом делении мейоза ген А может с равной вероятностью попасть в одну гамету с геном В или с геном b. Точно так же как и ген а может объединиться в одной гамете с геном В или b. Поскольку в каждом организме образуется много половых клеток, в силу статистических закономерностей у гибрида – дигетерозиготного организма, образуются четыре сорта гамет в одинаковом количестве (по 25%): АВ, Аb, аВ, аb.(рис.1).

Рисунок.1. Наследование окраски и формы семян у гороха: А – жёлтая окраска, а – зелёная окраска, B – гладкая форма семян, b – морщинистая форма семян

Во время оплодотворения каждая из четырех типов гамет одного организма случайно встречается с любой из гамет другого организма. Все возможные сочетания мужских и женских гамет можно легко установить с помощью решетки Пеннета. Над решеткой по горизонтали выписывают гаметы отца, а по левому краю решетки по вертикали – гаметы матери. В квадратики же вписывают генотипы зигот, образующихся при слиянии гамет. Легко подсчитать, что по фенотипу потомство делится на четыре группы в следующем отношении: 9 желтых гладких: 3 желтых морщинистых: 3 зеленых гладких: 1 желтая морщинистая. Если учитывать результаты расщепления по каждой паре призраков в отдельности, то получится, что отношение числа желтых семян к числу зеленых и отношение числа гладких к числу морщинистых для каждой пары равно 3:1. Таким образом, в дигибридном скрещивании каждая пара признаков при расщеплении в потомстве ведет себя так же, как при моногибридном скрещивании, то есть независимо от другой пары признаков. При оплодотворении гаметы соединяются по правилам случайных сочетаний, но с равной вероятностью для каждой

Третий закон Менделя (закон независимого комбинирования признаков): при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Задачи на моногибридное скрещивание

Задача № 1. У крупного рогатого скота ген, обусловливающий черную окраску шерсти, доминирует над геном, определяющим красную окраску. Какое потомство можно ожидать от скрещивания гомозиготного черного быка и красной коровы?

Разберем решение этой задачи. Вначале введем обозначения. В генетике для генов приняты буквенные символы: доминантные гены обозначают прописными буквами, рецессивные — строчными. Ген черной окраски доминирует, поэтому его обозначим А. Ген красной окраски шерсти рецессивен — а. Следовательно, генотип черного гомозиготного быка будет АА. Каков же генотип у красной коровы? Она обладает рецессивным признаком, который может проявиться фенотипически только в гомозиготном состоянии (организме). Таким образом, ее генотип аа. Если бы в генотипе коровы был хотя бы один доминантный ген А, то окраска шерсти у нее не была бы красной. Когда генотипы родительских особей определены, необходимо составить схему теоретического скрещивания.

Черный бык образует один тип гамет по исследуемому гену — все половые клетки будут содержать только ген А. Для удобства подсчета выписываем только типы гамет, а не все половые клетки данного животного. У гомозиготной коровы также один тип гамет — а. При слиянии таких гамет между собой образуется один, единственно возможный генотип — Аа, т.е. все потомство будет единообразно и будет нести признак родителя, имеющего доминантный фенотип — черного быка.

Дано: а – красная окраски шерсти окраска А – черная окраска Р: ♀аа х ♂АА Найти: F1 -?

Решение: Р: ♂АА х ♀аа черн. рыж. G: А а F1: Аа Ответ: 100% черн.

Ответ: при скрещивании гомозиготного черного быка и красной коровы в потомстве следует ожидать 100% черных гетерозиготных телят.

Задача №2. Один ребёнок в семье родился здоровым, а второй имел тяжёлую наследственную болезнь и умер сразу после рождения. Какова вероятность того, что следующий ребёнок в этой семье будет здоровым? Рассматривается одна пара аутосомных генов.

Задача № 3. Растение высокого роста подвергли опылению с гомозиготным организмом, имеющим нормальный рост стебля. В потомстве было получено 20 растений нормального роста и 10 растений высокого роста. Какому расщеплению соответствует данное скрещивание – 3:1 или 1:1?

Задача № 4. У Саши и Паши глаза серые, а у их сестры Маши глаза зелёные. Мать этих детей сероглазая, хотя оба её родителя имели зелёные глаза. Ген, ответственный за цвет глаз расположен в неполовой хромосоме (аутосоме). Определить генотипы родителей и детей. Составить схему скрещивания.

Задача №5. Мать брюнетка; отец блондин, в его родословной брюнетов не было. Родились три ребёнка: две дочери блондинки и сын брюнет. Ген данного признака расположен в аутосоме. Проанализировать генотипы потомства и родителей.

Задача №6. У человека проявляется заболевание – серповидно-клеточная анемия. Эта болезнь выражается в том, что эритроциты крови имеют не круглую форму, а серповидную, в результате чего транспортируется меньше кислорода. Серповидно-клеточная анемия наследуется как неполностью доминантный признак, причём гомозиготное состояние гена приводит к гибели организма в детском возрасте. В семье оба супруга имеют признаки анемии. Какова процентная вероятность рождения у них здорового ребёнка.

Задачи на дигибридное скрещивание

Задача №1. Полидактилия (шестипалость) и близорукость передаются как доминантные признаки. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, если оба родителя страдают обоими недостатками и при этом являются гетерозиготами по обоим признакам?

Задача №2. У человека ген негритянской окраска кожи (В) полностью доминирует над геном европейской кожи (в), а заболевание серповидно-клеточная анемия проявляется неполностью доминантным геном (A), причём аллельные гены в гомозиготном состоянии (AA) приводят к разрушению эритроцитов, и данный организм становится нежизнеспособным. Гены обоих признаков расположены в разных хромосомах. Чистородная негроидная женщина от белого мужчины родила двух мулатов. Один ребёнок не имел признаков анемии, а второй умер от малокровия. Какова вероятность рождения следующего ребёнка, не имеющего признаков анемии?

Задача №3. Рецессивные гены (а) и (с) определяют проявление таких заболеваний у человека, как глухота и альбинизм. Их доминантные аллели контролируют наследование нормального слуха (А) и синтез пигмента меланина (С). Гены не сцеплены.Родители имеют нормальный слух; мать брюнетка, отец альбинос. Родились три однояйцовых близнеца больные по двум признакам. Какова вероятность того, что следующий ребёнок в этой семье будет иметь оба заболевания?

Практическая работа№6. Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни на Земле и происхождения человека

Цель: знакомство с различными гипотезами происхождения жизни на Земле и гипотезами происхождения человека.

Ход работы.

1. Изучить теоретическую часть.

2. Заполнить таблицу: Гипотезы происхождения жизни на Земле

   Теории и гипотезы	Сущность теории или гипотезы	Доказательства

3. Заполнить таблицу: Гипотезы происхождения человека.

   Теории и гипотезы	Сущность теории или гипотезы	Доказательства

4. Ответить на вопросы: Какой гипотезы происхождения жизни на Земле и человека придерживаетесь вы лично? Почему?

Теоретическая часть

Гипотезы возникновения жизни на Земле

1. Креационизм.

Согласно этой теории жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. Ее при­держиваются последователи почти всех наиболее распро­страненных религиозных учений.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане призна­ют, что Библия — это завет Господа людям, по вопросу о длине «дня», упоминавшегося в Книге Бытия, суще­ствуют разногласия.

Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за 6 дней по 24 часа. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом.

Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь однажды и потому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концеп­цию божественного сотворения за рамки научного иссле­дования. Наука занимается только теми явлениями, кото­рые поддаются наблюдению, а потому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.

2. Теория стационарного состояния.

Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды тоже существовали всегда.

Современные методы датирования дают все более вы­сокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонни­кам теории стационарного состояния полагать, что Земля и виды существовали всегда. У каждого вида есть две возможности — либо изменение численности, либо вы­мирание.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным, кистеперые вымерли около 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что, только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно делать вывод о вымирании, да и то он может оказаться невер­ным. Внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте объясняется увеличением числен­ности его популяции или перемещением в места, благо­приятные для сохранения остатков.

3. Теория панспермии.

Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвига­ет идею о ее внеземном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной. Гипотеза была выдвинута Ю. Либихом и Г. Рихтером в середине XIX века.

Согласно гипотезе панспермии жизнь существует веч­но и переносится с планеты на планету метеоритами. Простейшие организмы или их споры («семена жизни»), попадая на новую планету и найдя здесь благоприятные условия, размножаются, давая начало эволюции от про­стейших форм к сложным. Возможно, что жизнь на Земле возникла из одной-единственной колонии микроорганиз­мов, заброшенных из космоса.

Для обоснования этой теории используются многократ­ные появления НЛО, наскальные изображения предме­тов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сооб­щения якобы о встречах с инопланетянами. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» — такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соедине­ния, которые, возможно, сыграли роль «семян», падав­ших на голую Землю.

Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелев­ской премии Ф. Крик, Л. Оргел. Ф. Крик основывался на двух косвенных доказательствах:

• универсальности генетического кода;

• необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сей­час на планете крайне редко.

Но если жизнь возникла не на Земле, то как она воз­никла вне ее?

4. Физические гипотезы.

В основе физических гипотез лежит признание корен­ных отличий живого вещества от неживого. Рассмотрим гипотезу происхождения жизни, выдвинутую в 30-е годы XX века В. И. Вернадским.

Взгляды на сущность жизни привели Вернадского к выводу, что она появилась на Земле в форме биосферы. Коренные, фундаментальные особенности живого веще­ства требуют для его возникновения не химических, а физических процессов. Это должна быть своеобразная катастрофа, потрясение самих основ мироздания.

В соответствии с распространенными в 30-х годах XX века гипотезами образования Луны в результате отрыва от Земли вещества, заполнявшего ранее Тихоокеанскую впадину, Вернадский предположил, что этот процесс мог вызвать то спиральное, вихревое движение земного веще­ства, которое больше не повторилось.

Вернадский происхождение жизни осмысливал в тех же масштабах и интервалах времени, что и возникнове­ние самой Вселенной. При катастрофе условия внезапно меняются, и из протоматерии возникают живая и неживая материя.

5. Химические гипотезы.

Эта группа гипотез основывается на химической специфике жизни и связывает ее происхождение с историей Земли. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы.

• У истоков истории химических гипотез стояли воззре­ния Э. Геккеля. Геккель считал, что сначала под дей­ствием химических и физических причин появились со­единения углерода. Эти вещества представляли собой не растворы, а взвеси маленьких комочков. Первичные комочки были способны к накоплению разных веществ и росту, за которым следовало деление. Затем появи­лась безъядерная клетка — исходная форма для всех живых существ на Земле.

• Определенным этапом в развитии химических гипотез абиогенеза стала концепция А. И. Опарина, выдвинутая им в 1922—1924 гг. XX века. Гипотеза Опарина пред­ставляет собой синтез дарвинизма с биохимией. По Опарину, наследственность стала следствием отбора. В гипотезе Опарина желаемое выдастся за действитель­ное. Сначала нее особенности жизни сводятся к обмену веществ, а затем его моделирование объявляется реше­нном загадки возникновения жизни.

• Гипотеза Дж. Берпапа предполагает, что абиогенно воз­никшие небольшие молекулы нуклеиновых кислот из нескольких нуклеотидов могли сразу же соединяться с теми аминокислотами, которые они кодируют. В этой гипотезе первичная живая система видится как биохи­мическая жизнь без организмов, осуществляющая са­мовоспроизведение и обмен веществ. Организмы же, по Дж. Берналу, появляются вторично, в ходе обособ­ления отдельных участков такой биохимической жизни с помощью мембран.

• В качестве последней химической гипотезы возникнове­ния жизни на нашей планете рассмотрим гипотезу Г. В. Войткевича, выдвинутую в 1988 году. Согласно этой гипотезе, возникновение органических веществ пе­реносится в космическое пространство. В специфичес­ких условиях космоса идет синтез органических веществ (многочисленные орпанические вещества найдены в ме­теоритах — углеводы, углеводороды, азотистые осно­вания, аминокислоты, жирные кислоты и др.). Не ис­ключено, что в космических просторах могли образо­ваться нуклеотиды и даже молекулы ДНК. Однако, по мнению Войткевича, химическая эволюция на большин­стве планет Солнечной системы оказалась замороженной и продолжилась лишь на Земле, найдя там подхо­дящие условия. При охлаждении и конденсации газовой туманности на первичной Земле оказался весь набор органических соединений. В этих условиях живое веще­ство появилось и конденсировалось вокруг возникших абиогенно молекул ДНК. Итак, по гипотезе Войткевича первоначально появилась жизнь биохимическая, а в ходе ее эволюции появились отдельные организмы.

Гипотезы происхождения человека

Во все века, начиная с самой глубокой древности и до наших дней, человечество волновал вопрос о собственном происхождении. За этот период возникло немалое количество теорий, высказывавших самые разные, иногда диаметрально противоположные, гипотезы происхождения человека. При этом большинство из них строилось не на четких доказательствах, а скорее на интуитивных предположениях, подкрепленных изредка теми или иными историческими или антропологическими факторами. При этом сами гипотезы нельзя назвать возникающими на пустом месте – их появление в тот или иной исторический период вполне логично и обусловлено ходом развития науки. Первоначально человек, столкнувшись с высокоразвитой природой вокруг себя и осознав, что он более чем гармонично вписывается в окружающий мир, превосходя, тем не менее, остальные формы жизни по умственному развитию, приписал происхождение всего живого божественным силам. Практически во всех религиях, как действующих поныне, так и ушедших от нас вместе с цивилизациями древности, происхождение жизни на Земле являлось исключительно заслугой богов. В одних религиях человек был создан из кусочка глины, в других являлся непосредственным потомком богов, но так или иначе жизнь на нашей планете объяснялась сверхъестественным вмешательством. Подобные гипотезы происхождения человека получили в науке название креационизма, то есть теории творения. Данные гипотезы функционировали в качестве единственно разумного объяснения появления человека достаточно долго – пока развитие науки не достигло той стадии, когда стала очевидной связь между человеком и другими формами жизни на Земле. Причем объяснить эту связь вмешательством извне уже не представлялось возможным. Так появилась эволюционная теория происхождения человека. Датой ее возникновения считается 1739 год – именно в этот год ученый-естествоиспытатель и антрополог Карл Линней в классификацию приматов внес и современного ему человека, обозначив его как Homo Sapiens.

В дальнейшем данную теорию развил и закрепил Чарльз Дарвин, с именем которого она ассоциируется и сегодня. Сторонники данной гипотезы происхождения человека утверждают, что современные люди – логичное завершение эволюции приматов, которые постепенно, под влиянием природных катаклизмов, а также в результате процесса естественного отбора достигли нынешнего уровня развития. В подтверждении данной теории приводятся многочисленные данные исторических и антропологических исследований, подтверждающих тот факт, что обезьяны, несомненно, эволюционировали в своем развитии и постепенно пришли к человекообразным формам жизни. К сожалению, прямых доказательств данной теории нет, то есть проследить всю эволюционную цепочку невозможно, равно как и невозможно объяснить, почему часть обезьян так и осталась на уровне животных. Но данная теория по сей день остается официальной, и большинство современных классических ученых – приверженцы именно этой гипотезы происхождения человека.

Но в последние десятилетия, начиная приблизительно со второй половины прошлого века, в противовес классическим теориям о развитии человечества – религиозной и научной, стали появляться и другие. Самая распространенная из них – это объяснение появления человека на планете под влиянием (или при непосредственном участии) инопланетных цивилизаций. Бурное освоение космоса, периодически возникающие предположения о существовании других цивилизаций, возможно, значительно превосходящих Земную в своем развитии и необъяснимые с точки зрения современной науки факты привели к тому, что современные гипотезы происхождения человека отрицают предыдущий научный опыт.

Сторонники теории палеовизита утверждают, что обезьяны так и остались тупиковой ветвью, не приведшей к созданию разума, а современные формы жизни были привнесены извне более развитыми существами.

Практическая работа№7. Биосфера – глобальная экосистема. Круговороты веществ в биосфере (вода, кислород, азот, углерод).

Цель работы: изучить круговороты некоторых веществ в биосфере.

Теоретическая часть

Пути прохождения элементов из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду называются биогеохимическими циклами. Движение в циклах не всегда бывает равномерным, существуют пункты сосредоточения (фонды), в которых элементы задерживаются на более или менее длительное время. Поэтому в каждом круговороте можно выделить: резервный фонд - большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент; подвижный (обменный) фонд - меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен веществ между организмами и их непосредственным окружением.

Круговорот воды

Вода — наиболее важная часть тела живых существ. В теле человека она составляет 60 % по весу, а в растительном организме достигает 95 %. Круговорот (циркуляция) воды в природе происходит по условной схеме: выпадение атмосферных осадков, поверхностный и подземный сток, инфильтрация, перенос водяного пара в атмосфере, конденсация водяного пара, повторное выпадение атмосферных осадков. В результате круговорота происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды. Под действием солнечной энергии и сил земного притяжения вода непрерывно перемещается между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Пары воды в атмосфере конденсируются, захватывая газы атмосферы, вулканические газы, вредные вещества антропогенной деятельности и выпадают на Землю. Основная масса воды, извлекая растворимые соединения из пород литосферы, разрушая их, стекает обратно в океан, постепенно изменяя его состав. Труднорастворимые соединения химических элементов оседают на дне. Вредные вещества из атмосферы и с поверхности почвы, смешиваясь с естественными водами, приводят к локальным загрязнениям окружающей среды.

Круговорот азота

Азот (от греч. azoos - безжизненный). Газообразный азот, составляющий 78 % объема земной атмосферы, не может непосредственно использоваться живыми организмами. В свободном состоянии он обладает химической инертностью, а соединяясь с другими элементами, весьма активен. Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот (ДНК). Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат – ионов (NO₃^-) и ионов аммония (NH₄⁺). Но он может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие ионы NO_3­^- и NH₄⁺, которые и усваиваются корнями растений.

В результате деятельности человека в круговорот включается азот, образующийся при сжигании топлива, выделяемый при добыче полезных ископаемых для производства минеральных удобрений, попадающий в окружающую среду со стоками животноводческих ферм и при удобрении сельскохозяйственных полей и др.

Соединения азота с кислородом называются оксидами азота. Известны N₂О, NО, N₂О₃, NО₂ (и его димер N₂О), N₂О_5.. Для окружающей среды наибольшую опасность представляет диокид азота NО₂, который при взаимодействии с водой образует азотную кислоту и оксид азота, что является причиной образования кислотных дождей:

3NО₂ + Н₂О = 2 Н NО₃ + NО

Диоксид азота, взаимодействуя со щелочами, образует нитриты и нитраты.

Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями:

1 - путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и внесения их таким образом в почву и океан;

2 - путем биологической фиксации N₂ клубеньковыми бактериями бобовых растений и микроорганизмами.

Значительные запасы азота сосредоточены в почве в виде минеральных и органических соединений. У животных большая часть азота выводится из организма, у растений обмен азота замкнут. Поступивший в них азот возвращается в почву с самими растениями. Остатки организмов, погребенные в толщах земли, под действием микроорганизмов подвергаются денитрификации, при которой элементарный азот возвращается в атмосферу.

Нитраты при несоблюдении норм могут накапливаться в продуктах питания, питьевой воде и вызывать тяжелые отравления, а также нарушения кислородного обмена в организме человека, называемого метаглобинемией.

Круговорот фосфора

Фосфор главным образом в виде фосфат – ионов (РО₄^3- и НРО₄^2-) является важным питательным элементом как для растений, так и для животных. Он входит в состав молекул ДНК, несущих генетическую информацию; молекул АТФ и АДФ, в которых запасается необходимая для организмов химическая энергия, используемая при клеточном дыхании; молекул жиров, образующих клеточные мембраны в растительных и животных клетках; а также веществ, входящих в состав костей и зубов.

В своем круговороте фосфор медленно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым организмам и затем обратно.

Фосфор, высвобождаемый при медленном разрушении (или выветривании) фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений. Фосфатные соединения очень плохо растворяются в воде и встречаются лишь в определенных типах горных пород. Таким образом, во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.

Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскрементов животных и продуктов разложения мертвых животных и растений возвращается в почву, в реки и, в конце концов, на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород.

Часть фосфора возвращается на поверхность суши в виде гуано — обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц (пеликанов, олуш, бакланов и т.п.). Однако несравнимо большее количество фосфатов ежегодно смывается с поверхности суши в океан в результате природных процессов и антропогенной деятельности.

Вследствие геологических процессов, длящихся миллионы лет, могут подниматься и осушаться участки океанического дна, образуя острова или материки. Последующее выветривание обнажившихся горных пород приводит к высвобождению новых количеств фосфора и продолжению круговорота.

Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к добыче больших количеств фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств и избытку фосфат – ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.

Круговорот углерода

Углерод является основным строительным материалом молекул белков, жиров, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Растения поглощают диоксид углерода IV (CO₂) из атмосферы и под действием солнечного света с помощью хлорофилла осуществляют фотосинтез сложных органических соединений, например сахаров.

В процессе клеточного метаболизма молекулы сахара преобразуются в протеины, липиды и т.д. Эти различные вещества служат углеводным питанием животным, не фотосинтезирующим растениям и человеку. Для животных этот процесс осложняется необходимостью переваривания съеденной пищи, в процессе которого сложные молекулы, содержащие углерод, разлагаются до простых. С другой стороны, все организмы осуществляют клеточное дыхание- процесс обратный фотосинтезу, то есть выбрасывают в атмосферу CO₂. Когда наступает смерть, то детритофаги и биоредуценты разлагают и минерализуют трупы, образуя цепи питания, в конце которых углерод вновь поступает в круговорот в форме углекислоты ("почвенное дыхание"). Детритофаги превращают животные и растительные остатки в новые органические соединения (гумус). Грибы и бактерии разлагают гумус с выделением углекислого газа. При недостатке воздуха, а также высокой кислотности детритофаги не могут функционировать, и органические остатки накапливаются в виде торфа и образуют торфяные болота. Это приостанавливает круговорот. В далекие геологические эпохи значительная часть фотосинтезированного органического вещества, не использованная консументами и редуцентами, накапливалась, погребаясь под минеральными осадками. За миллионы лет под действием высоких температур и давлений это вещество превратилось в нефть, газ и уголь, в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в земле. При сжигании их в качестве топлива накопившийся углерод вновь превращается в CO₂. При неполном сгорании топлива в атмосферу могут выбрасываться окись углерода CO (угарный газ), сажа C и другие углеродсодержащие соединения (альдегиды, бензапирен и др.). Они могут непосредственно вступать во взаимодействие с живым веществом, разрушая и отравляя его. В воде также происходит замедление круговорота углерода, так как углерод, помимо фотосинтеза водорослями, накапливается в составе CaCO₃ (мел, известняк, кораллы) химического или биогенного происхождения. Эти массы углерода остаются вне круговорота в течение целых геологических периодов, пока CaCO₃ в виде горных цепей не поднимается над поверхностью моря. С этого момента начинается выщелачивание известняка атмосферными осадками, а также под действием корней растений.

CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂.

Углерод горных пород может быть также высвобожден в результате человеческой деятельности (добыче полезных ископаемых, разложении под действием кислотных дождей и др.). Так разрушаются мраморные памятники архитектуры, простоявшие несколько тысячелетий (Акрополь, Колизей и др.).

Практическая часть

Задание№1. Круговорот веществ.

Используя теоретическую часть методических рекомендаций рассмотреть последовательность преобразования веществ на схемах круговорота азота, фосфора, воды, углерода в биосфере, пути поступления углерода в атмосферу и азота в почву. Зарисовать схемы круговорота каждого элемента и воды в тетради.

Задание№2 Роль сапрофитов в биологическом круговороте веществ.

Изучите таблицу 1, рассчитайте для каждой группы организмов, какую долю общей массы разлагающихся за год растительных остатков способны разрушить редуценты (например, кивсяки) в данной экосистеме, где фитомасса луга составляет 230 г/м, запас подстилки - 120 г/м, в течение вегетационного периода успевает разложиться около 110 г/м опада. Длительность пищевой активности редуцентов составляет 4 месяца в году.

Таблица 1

Численность и пищевая активность редуцентов данной экосистемы

Группа	Масса, мг	Число особей на 1м2	Суточный рацион, мг/особь	Усвояемость, %
I	До 25	17	3	84,6
II	26-50	34	3,2	81,2
III	51-75	34	2,8	84,6
IV	76-100	34	3	83,3
V	101-150	34	9,1	77,5
VI	151-200	5	9,1	77,5

Практическая работа №8. Изучение демографических характеристик популяций.

Цель работы: изучить основные характеристики популяций.

Теоретическая часть.

Экология популяций (демэкология) — описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определенную территорию и относящихся к одному виду.

Вся область пространства, занимаемая каким-либо биологическим видом, называется его ареалом (от лат. "area" – площадь, пространство). В пределах ареала особи вида расселяются неоднородно. При этом характер их распределения зависит от условий окружающей среды (рельеф местности, структура ландшафта, запасы пищи, убежища распределены неравномерно) и от особенностей взаимодействия самих особей.

В итоге особи обычно образуют в пределах ареала более или менее крупные скопления, в середине которых концентрация организмов максимальна, а по краям достигает минимальных значений. Такие скопления могут быть относительно, а то и полностью изолированными друг от друга, если они разделены природными преградами. Например, условия окружающей среды, подходящие данному виду, могут приходиться не на весь ареал, а лишь на отдельные участки местности в его пределах.Такие участки будут заселены группами особей данного вида, более или менее изолированными друг от друга. Вот эти сравнительно обособленные, крупные группы особей и называют популяциями.

Термин «популяция» происходит от латинского слова "populus" (народ, население) и заимствован из демографии. Этот термин ввел в экологию в 1903 г. датский биолог В.Л. Иогансен. Сначала биологи называли так самые разные группы особей одного вида. Однако к середине XX века понятие популяции у генетиков и экологов специализировалось и приобрело значительные различия.

Популяция – это исторически сложившаяся естественная совокупность особей данного вида, связанных между собой определёнными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определённого района.

Различают географические и экологические популяции.

Географическая популяция – это группа особей одного вида, населяющие территории с однородными условиями существования.

Экологическая популяция – это группа особей одного вида, находящихся в таких условиях, где любые две могут явновероятно скреститься друг с другом.

Экологическая популяция является подсистемой географической популяции. Каждая популяция имеет определённую структуру: возрастную, пространственную и др. Каждая популяция имеет определённую численность и амплитуду колебаний этой численности.

Численность популяции – это количество особей данного вида в популяции.

Плотность популяции – это численность популяции, отнесённая к единице площади или объёма.

Рассмотрим несколько типов динамики популяции:

1. Экспоненциальный рост при отсутствии любых ограничивающих факторов. В реальности такой тип динамики существовать не может.

N

N₁

N_{0 t}

1. Численность популяции переходит с уровня N₀ на N₁.

N

N₁

N₀ t

1. Экспоненциальный рост, а затем экспоненциальное падение численности.

N N₁

N₀ t

Все типы динамики делятся на две группы:

1. Периодические (осцилляция)

2. Непериодические (флуктуация)

Степень внутренней неоднородность популяции проявляется в характере распределения особей в пространстве.

Типовыми являются три типа распределения: равномерное, случайное, или беспорядочное и агрегированное, или пятнистое – при котором особи образуют отдельные группы.

Равномерное распределение особей встречается при совпадении двух условий. Во-первых, все ресурсы, полезные для особей данного вида, должны быть рассредоточены в занимаемом пространстве более или менее равномерно. Во-вторых, и сами особи должны активно избегать общества себе подобных, максимально отдаляться от соседей.

Случайное распределение наблюдается, если полезные ресурсы распределены беспорядочно, а особи совершенно игнорируют друг друга: то есть, не стремятся ни сблизиться, ни удалиться от соседей.

Агрегированное распределение возникает в двух случаях: во-первых, если полезные ресурсы образуют в пространстве отдельные сгущения (области повышенной концентрации); во-вторых, если самим особям выгодно образовывать скопления. При этом агрегации (скопления особей) могут, в свою очередь, распределяться в пространстве по-разному: случайно, равномерно или же создавать агрегации более высокого порядка (скопления скоплений особей).

Статистические характеристики (в момент времени t)
Характеристика	Ед. измерения
Численность: nt - общее число особей в популяции	экз.
Плотность: Nt- количество особей в единице объема или на единице площади	экз.·м-2 экз.·м-3
Биомасса: Вt - суммарная масса особей в единице объема или на единице площади	г.·м-2 г.·м-3
Средняя масса особи Wt- соотношение биомассы и плотности (характеристика размерно-весовой структуры популяции)	г
Соотношение плотности особей разного пола (характеристика половой структуры популяции)	-

К демографическим показателям популяции относятся также рождаемость и смертность, возрастная структура популяции, колебание численности популяции.

Рождаемость бывает максимальной и экологической.

Максимальная рождаемость – это теоретический максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях среды, то есть при отсутствии факторов, сдерживающих процессы размножения.

Экологическая рождаемость – это скорость образования новых особей в реальных условиях среды.

Смертность – это число особей, погибших в популяции за единицу времени. Смертность меняется в течение жизни популяции. Она высока на ранних стадиях, затем снижается и вновь возрастает к старости. При благоприятных внешних факторах смертность минимальна.

Возрастная структура популяции – это распределение численности популяции по возрастным группам. Популяция, включающая в себя много возрастных групп, в меньшей степени подвержена влиянию факторов, влияющих на размножение в конкретном году.

Колебание численности популяции. Когда рост популяции завершён, её численность колеблется около более или менее постоянной величины. Эти колебания вызываются сезонными или годовыми изменениями условий жизни, то есть имеют циклический характер.

Практическая часть

Задание№1 Изучение динамика численности на примере популяции белки.

Построить график динамики численности белки и гистограмму изменения урожайности кедровой сосны по данным таблицы 1. Совпадают ли кормовые годы с годами массового размножения белки? Каков средний период между сроками массового размножения белки? Можно ли планировать объем заготовки пушнины?

Таблица 1

Величина заготовок маньчжурской белки (в условных ед.) и урожая кедра (в баллах) за 25 последовательных лет

Последова-тельность, лет	Величина заготовки	Урожай семян кедра	Последовательность, лет	Величина заготовки	Урожай семян кедра
1	1,3	5	14	28,5	1
2	31,6	4	15	0,6	1
3	3,7	0	16	21,9	2
4	27,4	3	17	21,7	3
5	25,4	2	18	40,6	2
6	1,7	0	19	26,1	3
7	2,7	3	20	61,5	0
8	36,6	1	21	10,4	1
9	0,6	0	22	18,8	5
10	6,3	5	23	144,4	3
11	94,8	1	24	33,2	0
12	20,7	2	25	17,4	3
13	67,9	4	-	-	-

Задание №2 Рассчитать смертность во время спячки в двух популяциях суслика, в первой из них плотность популяции перед спячкой составляла 160 зверьков/га, выжило 80, а во второй - соответственно 90 и 56. На каком участке смертность в % выше и почему (при условии, что запас кормов одинаков)?

Задание №3 На восьми учётных площадках размером 50X50 см каждая обнаружено 80 дождевых червей. После применения гербицида на 10 таких же площадках обнаружили в сумме 25 червей. Какова плотность популяции в расчёте на 1 м² до и после применения гербицида?

Задание №4 В начале сезона было помечено 1000 рыб. В ходе последующего лова в общем вылове из 5000 рыб обнаружилось 350 меченых. Какова была численность популяции перед началом промысла?

T/N = R/C, где Т - общее число меченых особей, С - произвольный вылов, R - число выловленных меченых особей, N — численность популяции, N = (T*C)/R

Задание №5 Численность популяции окуня в озере составляет 15632 особи. В ходе лова в сети попало 525 меченых особей. Общий же улов составил 6128 особей. Определите общее число меченых особей.

Задание №6 Орнитологи пометили 950 ласточек. При отлове через некоторое время к ним попало 412 меченых птиц. Какое количество птиц отловили орнитологи, если численность популяции ласточек составляет 20693 особи.

Практическая работа №9. Окружающая среда и здоровье человека.

Цель работы: ознакомиться с различными видами загрязнения окружающей человека среды; изучить влияние отдельных загрязнителей на здоровье человека; установить источники поступления в окружающую среду данных загрязнителей.

Теоретическая часть.

Окружающая среда - это совокупность природных и антропогенных факторов. Влияние последних на природу (загрязнения, технические преобразования и разрушения природных экосистем, исчерпание природных ресурсов, глобальные климатические воздействия, эстетические нарушения) стало основным и решающим в современной и будущей жизни на Земле. Человек создал новую сферу своего обитания - техносферу, которая вытесняет природные экосистемы и занимает все больше объема биосферы.

Здоровье - это объективное состояние и субъективное чувство полного физического, психического и социального благополучия индивида (формулировка Всемирной организации здравоохранения - ВОЗ).

Общественное здоровье и общая продолжительность жизни определяются биологическими (наследственность), природными и социальными факторами. Здоровье создается и поддерживается в повседневной жизни благодаря людям и среде обитания.

Основными показателями общественного здоровья являются: 1) заболеваемость (распространенность, частота новых случаев); 2)смертность и ее производная - ожидаемая средняя продолжительность жизни; 3) нетрудоспособность (временная, стойкая); 4) физическое развитие.

Здоровье профессиональное - способность человеческого организма сохранять компенсаторные и защитные свойства, обеспечивающие работоспособность в условиях протекания профессиональной деятельности.

Классификация антропогенных загрязнений окружающей среды

Загрязнением считается привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов в среде.

Из всех антропогенных воздействий именно загрязнения наиболее существенно разрушают природу, приводят как к необратимому изменению отдельных экосистем и биосферы в целом, так и к потере материальных ценностей, энергии и труда, затраченного человеком.

Загрязнения могут быть и естественными, возникающими в результате мощных природных процессов (извержения вулканов с огромными по массе выбросами пыли, пепла, газов, пара и т.д.; лесные и степные пожары; наводнения; пылевые и песчаные бури и т.п.).

Все загрязнения подразделяют на четыре основные группы:

физическое, химическое, биологическое и эстетическое.

Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров внешней среды:

- тепловое загрязнение - это изменение режима температуры какой-

либо среды (источники в городе: подземные трубопроводы, теплотрассы);

- световое загрязнение - это нарушение естественного режима освещенности в том или ином месте в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни животных и растений;

- шумовое загрязнение - это увеличение интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня (20 - 30 дБ);

- электромагнитное загрязнение - изменение электромагнитных свойств среды, приводящее к местным и глобальным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах (источники: линии электропередач, мощные электроустановки, компьютеры, радиотелефоны); при длительном воздействии электромагнитных полей даже у здоровых людей отмечаются утомляемость, головные боли;

- радиоактивное загрязнение - превышение естественного уровня содержания радиоактивных веществ в окружающей среде.

Биологическое загрязнение - случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в техногенные и природные экосистемы чуждых им растений, животных или микроорганизмов, а также продуктов их жизнедеятельности.

Биологическое загрязнение может быть не менее опасным, чем другие виды загрязнений. Например, эпидемии таких болезней, возбудителями которых являются микроорганизмы - бактерии, вирусы (микробиологическое загрязнение). Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой комплекс _{патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные, кишечные} заболевания (холера, брюшной тиф, сальмонеллез, гепатит и др.). В почве обитают в основном возбудители столбняка, ботулизма, сибирской язвы- споровые микроорганизмы. Источниками и разносчиками возбудителей особо опасных инфекций (бешенство, чума, туляремия) являются грызуны. Возможно загрязнение окружающей среды в результате деятельности предприятий микробиологической промышленности (изготовление антибиотиков, ферментов, вакцин, биоконцентратов и т.д.). В ряде случаев случайно интродуцированные (переселенные) в новые экосистемы животные или растения (макробиологическое загрязнение) могут приносить большой ущерб хозяйству.

Эстетическое загрязнение - это связанное с деятельностью человека преднамеренное или случайное изменение визуальных доминант (образов) природных или антропогенных ландшафтов.

Химическое загрязнение - это увеличение концентраций выше обычной нормы тех или иных химических компонентов в определенной среде или проникновение в нее чуждых веществ. Именно этот вид загрязнения является наиболее опасным для природных экосистем и качества жизни человека в связи с тем, что он поставляет в окружающую среду различные токсиканты. Загрязняющим может быть любое вещество или соединение, находящееся в составе воздуха, воды, почвы. Вещества, входящие в состав окружающей среды, называются ингредиентами.

Отрицательные влияния изменения качества внешней химической среды на метаболизм (обмен веществ) живых организмов в последнее время получили название "экологических ловушек". В качестве примера такой ловушки можно привести воздействие метилртути (образуется в воде из Hg микробиологическим путем) на физиологические процессы в организме человека (болезнь "Минамата"), а также влияние на организм некоторых пестицидов - средств защиты растений (от лат. пестис - зараза, циде - убиваю). Перечень "экологических ловушек" можно дополнить примером с нитратами, широко использующихся в качестве удобрений (соли азотной кислоты) в сельском хозяйстве. Интенсивное поступление нитратов в растения приводит к тому, что они не полностью включаются в обменные процессы и накапливаются в листьях, стеблях и корнях, причем избыток частично восстанавливается до аммиака. Непосредственно для растений избыток нитратов опасности не представляет, но при попадании в организм теплокровных с пищей они превращаются в значительно более токсичные нитриты, вступающие во взаимодействие с аминами и амидами (продуктами взаимодействия аммиака с радикалами или металлами). В результате возможно образование нитрозосоединений - нитрозаминов и нитрозамидов. Накопление в организме человека нитратов при длительном употреблении такой растительной пищи вызывает тяжелые нарушения обмена веществ, аллергию, нервные расстройства. В крови нитраты превращают двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное, что нарушает перенос кислорода от легких к тканям. Что касается нитрозосоединений, то в ряде случаев они способны вызывать злокачественные новообразования, рак желудка, лейкоз. Поступление нитратов в организм в дозе более 5 мг на 1 кг массы тела уже является опасным. Другим примером "экологической ловушки" являются радионуклиды, которые содержатся в радиоактивных отходах атомной энергетики или образуются в результате ядерных испытаний. Это изотопы элементов, которые способны к ионизирующему излучению (альфа, бета, гамма и рентгеновское). Особенно опасными являются диоксины, которые называют суперэкотоксикантами в силу их чрезвычайно высокой токсичности и биологической активности. Диоксины - это группа веществ, которая включает дибензо-1,4-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБФ). В эту группу входят сотни хлор-, бром- и хлорброморганических циклических эфиров. Диоксины образуются во многих технологических процесса: от целлюлозно-бумажного, металлургического и других производств до биологической очистки сточных вод и хлорирования питьевой воды, сжигания отходов, сгорания топлива в двигателях. Эти вещества по своей токсичности превосходят соединения тяжелых металлов, хлорорганические пестициды (ДДТ, гексахлоран и пр.), а по канцерогенности - ароматический углеводород бенз(а)пирен. Диоксины способны накапливаться в организме, являясь причиной многих тяжелых заболеваний и вызывая острые и хронические отравления и перерождения кожи и слизистых оболочек, нарушений в развитии плода у женщин, разрушения печени, злокачественных новообразований. Они также могут быть причиной иммунодефицита, и в этом смысле их иногда сравнивают с вирусом СПИД.

Кадмий как токсикант окружающей среды. Из тяжелых металлов кадмий является самым опасным токсикантом среды (например, он значительно токсичнее свинца). Он содержится в мазуте и дизельном топливе (и освобождается при его сжигании!), его используют в качестве присадки к сплавам, при нанесении гальванических покрытий (кадмирование неблагородных металлов), для получения кадмиевых пигментов, нужных при производстве лаков, эмалей и керамики, в качестве стабилизаторов для пластмасс (например, поливинилхлорида), в электрических батареях и т.д. В организм человека больше всего кадмия попадает с растительной пищей и грибами. Хроническое отравление кадмием может произойти очень легко, так как он выводится из организма человека очень медленно (0,1 % в сутки) и накапливается в первую очередь в почках, волосах. Ранние симптомы отравления кадмием: поражение почек и нервной системы, нарушение функций половых органов, легких. Кроме того, предполагается канцерогенное действие кадмия.

Цинк как токсикант окружающей среды. В небольших количествах тяжелый металл цинк необходим для жизнедеятельности человека, является микроэлементом (5 - 15 мг в сут.). Однако увеличение его содержания значительно выше нормы вызывает токсический эффект и представляет угрозу для здоровья. Кроме того, Zn обладает каталитическим действием, повышая токсический эффект других тяжелых металлов.

Цинк необходим морскому планктону для его роста, однако из-за загрязнения морей металлами концентрация цинка в воде заметно возросла. В норме в литре морской воды должно содержаться менее 5 мкг Zn. Между тем, в некоторых прибрежных водах у Британских островов было найдено значительно более высокое содержание цинка - вплоть до 46 мкг/л. В такой концентрации цинк подавляет фотосинтез всех планктонных растительных организмов. А так как планктон служит начальным звеном пищевой цепи и главным пищевым ресурсом для многих видов рыб, то подавление фотосинтеза (синтез крахмала и сахара в зеленых растениях с помощью солнечной энергии) может иметь далеко идущие последствия.

Свинец как токсикант окружающей среды. Тяжелый металл свинец имеет особое значение вследствие высокой токсичности его соединений. Свинец ингибирует ферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с белками и осаждая их. В организме свинец накапливается во многих органах и тканях: в костях, мышцах, печени, почках, селезенке, головном мозге, сердце и лимфатических узлах. Признаки свинцовой интоксикации: резкие спазмы сосудов, повышение артериального давления, судорожные припадки. В окружающую среду свинец поступает при сжигании нефти и бензина. Автомобильные выхлопы дают около 50 % общего неорганического свинца, попадающего в организм человека. Другим важным источником поступления свинца в окружающую среду является производство черных и цветных металлов, горнодобывающая промышленность. Для человека главная угроза со стороны фтора как токсиканта окружающей среды заключается в следующем. Дело в том, что в результате применения хлорированных или фторированных углеводородов (фреонов) в качестве хладагентов и газов - вытеснителей в холодильниках и аэрозольных баллонах, они попадают в атмосферу. Будучи весьма устойчивыми соединениями, они могут подниматься в стратосферу и расщепляться там под действием УФ Солнца. Образующиеся при этом радикалы легко вступают в реакции с озоном, что может привести к разрушению слоя озона, а значит к возрастанию заболеваемости раком кожи, так как слой озона надежно защищает нас от УФ излучения Солнца.

СО и СО₂ в воздухе. СО образуется при неполном сгорании углеродистых веществ. Источники СО - выхлопные газы автомобильных двигателей и промышленные газовые выбросы. СО (угарный газ) воздействует на психические функции и поведение человека и животных, вызывает удушье (вступает в реакции с гемоглобином крови). Еще больше внимания обращается на антропогенное увеличение концентрации двуокиси углерода (СО₂- углекислый газ) в атмосфере ввиду ее несомненного значения для теплового режима Земли и для всей органической жизни. Установлено, что на протяжении трех последних десятилетий количество СО₂ в атмосфере возрастало примерно на полпроцента в год. За тот же период времени средние температуры в мире, несмотря на бурное развитие промышленности, снизились приблизительно на 10⁰С.

^S0₂ ^{и NO}₂ ^{в воздухе. При сжигании ископаемого топлива и при} обработке серосодержащих руд диоксид серы улетучивается в воздух. Из S0₂ и влаги воздуха в конечном счете образуется серная кислота, составляющая около 60 % всех содержащихся в дождевой воде кислот. Остальные 35% _{представлены азотной кислотой, которая образуется из окислов азота (в} т.ч. NO₂), выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей, а также образующихся при электрических разрядах во время гроз. Прямое воздействие кислотного дождя может усугубляться благодаря непрямому сопутствующему эффекту. Так, тяжелые металлы (например, ртуть), которые могут содержаться в почве и горных породах, не вымываются обычной дождевой водой, но зато вымываются кислыми растворами. Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к неблагоприятным факторам, что может закончиться их деградацией; приводит к закислению озер, что опасно для популяций рыб и планктона.

Экологическая патология - это учение о болезнях человека, в возникновении и развитии которых ведущую роль играют неблагоприятные факторы внешней среды в комплексе с другими болезнетворными факторами.

При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ происходит хроническое отравление.

Токсическое действие загрязнителей - это ядовитое действие, вызывающее отравление. Яды - это чужеродные химические соединения (ксенобиотики), которые при поступлении в организм (через дыхательные пути, кожные покровы, пищеварительный тракт) в незначительных количествах способны вступать во взаимодействие с жизненно важными структурами организма и вызывать нарушение его жизнедеятельности, переходящее при определенных условиях в болезненное состояние (отравление) или смерть. Науку, исследующую взаимодействие организма _{и яда называют токсикологией.}

Тератогенное действие загрязнителей - действие вещества на организм человека в стадии внутриутробного развития, приводящее к ненаследуемому уродству (например, дефект конечностей, неба и т.д.).

Онкогенное действие загрязнителей - действие, приводящее к образованию злокачественных опухолей.

Мутагенное действие загрязнителей - действие, вызывающее мутации в организме (изменения химической структуры молекул ДНК). Известны химический и радиационный мутагенез. Химический мутагенез - явление возникновения мутаций под действием химических поллютантов (загрязняющих веществ). Их комбинированное (совместное) действие может оказаться синергидным, то есть приводящим к значительному усилению вредного эффекта по сравнению с раздельным эффектом каждого из них.

Экотоксикология - раздел токсикологии, который изучает ингредиентный состав, особенности распространения, биологического действия, активизации, дезактивизации вредных веществ в окружающей среде;

Медико-генетическое консультирование - консультации в специальных медицинских учреждениях для выяснения характера и последствий действия экотоксикантов на генетический аппарат человека с целью рождения здорового потомства;

Скрининг - отбор и проверка на мутагенность и канцерогенность факторов среды (производственной, домашней, окружающей человека природной среды).

_{Гигиеническая} регламентация вредных веществ в среде (нормирование) - установление санитарно-гигиенических нормативов их содержания в воздухе, воде, почве, а также в растениях, продуктах питания, материалах. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) - это количество вредного вещества в среде, которое практически не оказывает влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. В развитии патологических процессов в организме человека различные загрязнения окружающей среды могут играть роль факторов риска, т.е. не являться непосредственной причиной определенной болезни, но увеличивать вероятность ее возникновения. Влияние факторов среды на развитие поражений органов человека и _{их систем показано в таблице 1.}

Практическая часть

Изучите теоретический материал и проанализируйте воздействие различных факторов окружающей среды, а также отдельных загрязнителей на здоровье человека. Систематизируйте полученные знания путем заполнения таблиц, закрепите изученный материал с помощью тестов и контрольных вопросов.

_{Задание 1. Заполните таблицу}

Загрязнитель, его краткая характеристика	Источники поступления в окружающую среду	Особенности воздействия и последствия для здоровья человека
1.
2. и т. д.

Задание 2. Заполните таблицу

Факторы окружающей среды	Наиболее характерные болезни органов и их систем
1. Шум
2. Электромагнитные поля
3. Уровень инсоляции
4. Ионизирующая радиация
5.Состав питьевой воды
6.Загрязнение атмосферного воздуха
7.Загрязнение пищи и воды нитарами, пестицидами
8.Недостаток или избыток микроэлементов

Таблица 1.

_{Ориентировочный перечень факторов окружающей среды, оказывающих влияние на распространенность болезней}

№	Болезни	Факторы окружающей среды
1	Болезни системы кровообращения (сердце, сосуды)	Суммарный индекс загрязнения атмосферного воздуха химическими веществами Шум Электромагнитные поля Состав питьевой воды (хлориды, нитраты, нитриты, жесткость) Эндемичность территории по микроэлементам (кальций, магний, медь и др.) Загрязнение продуктов питания пестицидами Климат: быстрота смены погоды, число дней с осадками, перепады атмосферного давления и др.
2	Болезни органов дыхания	1.Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами и пылью, особенно оксидами углерода и серы 2. Погодные условия: быстрота смены погоды, влажность,ветер 3. Социальные условия: жилище, материальный уровень семьи 4. Загрязнение воздушной среды пестицидами
3	Болезни органов пи- щеварения	Загрязнение продуктов питания и воды ядохимикатами Эндемичность местности по микроэлементам Социальные условия: материальный уровень, жилищные условия Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами (диоксидом серы) Состав питьевой воды, ее жесткость Шум
4	Болезни эндокринной системы	Шум Загрязнение атмосферного воздуха, особенно оксидом углерода Эндемичность территории по микроэлементам
5	Болезни крови	Эндемичность территории по микроэлементам (хрому, кобальту, железу) Электромагнитные поля Загрязненность пищи и воды нитратами и нитритами, пестицидами Ионизирующая радиация
6	Болезни аллергической природы	Суммарный индекс загрязнения атмосферного воздуха Социальные условия: жилище Загрязнение пищи и воды пестицидами
7	Болезни кожи и подкожной клетчатки	Уровень инсоляции Недостаток или избыток микроэлементов во внешней среде Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами в сочетании с природными факторами (осадки, туман, давление)
8	Патология беременности и врожденные аномалии	1. Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами. 2. Электромагнитные поля 3. Шум 4. Недостаток или избыток микроэлементов во внешней среде 5. Ионизирующая радиация
9	Психические расстройства	1.Суммарный уровень загрязнения воздуха химическими веществами 2. Шум 3. Электромагнитные поля 4. Загрязнение среды ядохимикатами
10	Болезни мочеполовых органов	1. Недостаток или избыток микроэлементов 2. Загрязнение атмосферного воздуха 3. Состав и жесткость питьевой воды
11	Злокачествен- ные новооб- разования	1. Загрязнение воздуха, особенно канцерогенными веществами 2. Загрязнение пищи и воды нитратами и нитритами, пестицидами и др. 3. Эндемичность местности по микроэлементам 4. Состав и жесткость питьевой воды 5. Ионизирующая радиация

Сделайте вывод по работе.

Практическая работа №10. Антропогенные воздействия на природные экосистемы. Оценка качественного состава воды и атмосферы.

Цель работы: изучить методику определения качественного состава атмосферного воздуха.

Теоретическая часть

Основными компонентами атмосферного воздуха являются азот (78,084%) и кислород (20,946%). На долю остальных газов приходится менее 1%, в том числе аргона - 0,934%, углекислого газа - 0,027%, водорода, неона, гелия, криптона, метана - 0,009%. Плотность воздуха 1,2928 г/л. Состав воздуха влияет на жизнедеятельность человека, животных и растительность, поэтому попадание в воздух других веществ классифицируется как загрязнение атмосферы.

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Под влиянием промышленных выбросов формируется фоновое техногенное загрязнение атмосферы, которое существенно увеличивается под воздействием трансграничных переносов загрязняющих веществ из стран, соседствующих с Россией.

Вещества-загрязнители атмосферы бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. Наиболее распространенными загрязняющими веществами атмосферы являются углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, парниковые газы. Состав выбросов предприятия различается в зависимости от характера производства и применяемого сырья. При использовании топлива, которое сжигается в котельных, на факелах, в топках печей, в двигателях автомобилей и др., в атмосферу выбрасываются оксид углерода (СО), оксиды азота (NО, NО₂, N₂O₅), канцерогенный компонент сажи бенз(а)пирен (С₂₀Н₁₂) и др. При сжигании серосодержащего топлива выделяются оксиды серы (SO₂, SO₃). Атмосферные загрязнения могут оказывать воздействие на человека и животных. Кислые компоненты атмосферных загрязнений (NО_x, СО₂, SО₂), соединяясь с водой, могут выпадать из атмосферы в виде кислотных дождей, закисляя почву и водоемы. Для предупреждения неблагоприятного воздействия атмосферных загрязнений на человека, животных и растительный мир для всех загрязняющих компонентов установлены предельно допустимые концентрации (ПДК).

ПДК - количество вредного вещества в атмосферном воздухе, которое при постоянном воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. Существуют ПДК для воздуха рабочей зоны и для населенных пунктов. Для населенных пунктов установлено два вида ПДК: максимально- разовая и среднесуточная. Максимально - разовая ПДК учитывает залповые, массовые выбросы в аварийных ситуациях и устанавливается на 20 мин. в сутки. Среднесуточные ПДК учитывают пиковые и наименьшие концентрации атмосферных загрязнений, которые имеют место в течение суток. Эта концентрация представляет собой среднее арифметическое всех проб, отобранных в населенных пунктах в течение суток. Попадая в атмосферу, загрязняющие вещества в зависимости от химических свойств, молекулярной массы, токсичности ведут себя по - разному. Тяжелые загрязнения (пыль, аэрозоль) под действием силы тяжести постепенно оседают на земную поверхность, загрязняя почву, воду и растительный покров. Газообразные выбросы под действием атмосферных процессов подвергаются рассеиванию, распространяясь на значительные расстояния. Рассеивание загрязнений зависит от состояния атмосферы. При нормальном состоянии, в ясную солнечную погоду, температура атмосферного воздуха падает примерно на 1С на каждые 100 м высоты. За счет этого наряду с горизонтальным рассеиванием загрязняющие вещества вместе с теплыми потоками воздуха поднимаются и рассеиваются в верхних слоях атмосферы. При резкой смене температур (во время туманов, в безветренную погоду) происходит нарушение нормального состояния атмосферы, возникают так называемые инверсии. При этом температура не везде падает с высотой, а на разных высотах могут образоваться более теплые слои воздуха, которые не дают загрязнениям подниматься вверх. В эти периоды вредные вещества прижимаются к земле и создают повышенное загрязнение атмосферного воздуха. Для того, чтобы при любых метеорологических условиях загрязнение атмосферы не превышало ПДК, для всех предприятий устанавливаются предельно допустимые выбросы (ПДВ).

ПДВ - это такие выбросы, которые при любых метеорологических условиях не создают в приземном слое концентрации загрязнений, превышающие ПДК. Для установления ПДВ предприятия должны выявить все источники загрязнения атмосферы и определить качественный и количественный состав выбросов загрязняющих веществ. Количество выбросов может быть определено при помощи инструментальных замеров или расчетным путем. Для большинства источников разработаны методики расчета величины выбросов по различным ингредиентам. Поскольку большинство технологических процессов предусматривает выбросы в атмосферу воздуха, содержащего вредные вещества, то для уменьшения загрязнения окружающей среды используются различные методы очистки отходящих газов от загрязняющих веществ. Важнейшими общими мероприятиями охраны воздушного бассейна являются установление нормативов предельно-допустимых воздействий (ПДК, ПДВ) и платежи за выбросы и атмосферу загрязняющих веществ. Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения - экологизация технологических процессов, создание безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу загрязняющих веществ.

Гидросфера — это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод (включая подземные) и ледяных покровов.

Источниками загрязнения гидросферы являются: атмосферные осадки, городские, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды. Следует отметить, что загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что процессы самоочищения протекают в видной среде гораздо медленнее, чем и воздушной.

Качество воды большинства водных объектов не соответствует нормативным требованиям. Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод являются нефтепродукты, фенолы, органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитратный азот, которые поступают в водные объекты со сточными водами.

За предельно – допустимую концентрацию (ПДК) вредных веществ в водных объектах берут совокупность показателей, при которых сохраняются безопасность для здоровья человека и нормальные условия водопользования. ПДК загрязняющего вещества в воде водного объекта – это такая концентрация, при превышении которой вода становится не пригодной для одного или нескольких видов водопользования.

В основе нормирования лежат три критерия вредности:

а) влияние на общий санитарный режим водного объекта;

б) влияние на органолептические свойства воды;

в) влияние на здоровье населения.

Влияние на общий санитарный режим оценивается по способности водоема к самоочищению; интенсивности процессов минерализации азотосодержащих соединений; интенсивности развития и отмирания водорослей.

Органолептические свойства (окраска, запах, привкус) легко обнаруживаются органами чувств человека и не устраняются обычными методами очистки.

Влияние на здоровье выявляется длительными экспериментами на животных.

ПДК устанавливается по наиболее значимому (лимитирующему) показателю вредности (ЛПВ), воздействие которого проявляется при меньшей концентрации.

Различают: общесанитарный, санитарно - токсикологический и токсикологический показатели вредности, а для водоемов рыбохозяйственного значения еще и рыбохозяйственный.

Как правило, водоем загрязняется несколькими ингредиентами. Поэтому оценивается комбинированное воздействие загрязняющих веществ, относящихся к одной группе по лимитирующему показателю вредности (ЛПВ). Для всех веществ при рыбохозяйственном использовании и для веществ 1 и 2 классов опасности при хозяйственно-питьевом и культурно-бытовом водопользовании сумма отношений концентраций загрязняющих веществ в контрольном створе (C_к.ст.) к их ПДК должна быть меньше или равна единице (см.приложение).

Показатели качества воды.

Основными показателями качества воды различных источников являются: физические, химические, биологические и бактериологические.

К физическим показателям относятся:

• содержание взвешенных веществ (частиц песка, ила, планктона), которые определяются взвешиванием осадка после его выпаривания, (мг/л);

• цветность (окраска) оценивается в условных единицах;

• вкус и запах оцениваются в баллах (органолептически) либо по порогу разбавления.

Химические показатели условно делятся на пять групп: главные ионы, растворенные газы, биогенные вещества, микроэлементы и органические вещества. Главные ионы. В природных водах наиболее распространены анионы: HCO , SO , Cl^-, CO , HSiO , NO₂, NO₃; катионы: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ , Fe²⁺. Содержание в воде растворимых солей кальция и магния характеризует ее жесткость. Различают жесткость карбонатную (СаСО₃, MgCO₃) и некарбонатную (СаSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂). Растворенные газы: O₂, CO₂, H₂S и др.

Содержание кислорода в воде определяется поступлением его из воздуха и образованием в результате фотосинтеза. Растворимость кислорода зависит от температуры воды: чем ниже температура, тем его меньше.

СО₂ в воде находится как в растворенном виде, так и в виде углекислоты. Основными источниками углекислого газа являются процессы распада биохимических веществ.

H₂S бывает органического (продукт распада) и неорганического (растворение минеральных солей) происхождения. Сероводород придает воде неприятный запах и вызывает коррозию металла.

Биогенные вещества, необходимые для жизнедеятельности водных организмов, образуются в процессе обмена веществ (соединения азота и фосфора).

Микроэлементы - элементы, содержание которых в воде менее одного мг/л. Наиболее важными для человека являются йод и фтор.

Органические вещества присутствуют в виде гуминовых соединений, образующихся при разложении растительных остатков и органических соединений, поступающих со стоками. Их определяют показателями: ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК (биологическое потребление кислорода). ХПК (мг/л) – это количество кислорода, которое идет на окисле­ние органики химическим путем в присутствии катализатора (сульфата серебра или бихромата калия). БПК (мг/л) – это количество кислорода, которое идет на окисление органики естественным путем (биологическое окисление веществ).

Биологические показатели характеризуются наличием в воде гидробионтов и гидрофлоры.

Гидробионты - обитатели водоема от дна до поверхности.

Гидрофлора - водная растительность (макро - и микрофиты). Макрофиты - высшая форма растительности. Микрофиты - водоросли. При отмирании макрофитов вода обогащается органическими веществами, ухудшающими органолептические показатели. Микрофиты продуцируют кислород.

Бактериологические показатели - присутствие болезнетворных микроорганизмов (кишечной палочки). Содержание бактерий группы кишечной палочки в 1 литре воды определяет ее коли-индекс. Наименьший объем воды (мл), приходящийся на 1 кишечную палочку, называется коли-титром.

Активная реакция рН. рН – числовое выражение относительной кислотности и щелочности раствора, измеряемое по шкале от 0 до 14. Это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в растворе.

Требования к качеству воды зависят от цели ее использования.

Нормы качества поверхностных вод устанавливаются для водных объектов хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного использования (см.приложение).

К хозяйственно-питьевому относится использование водных объектов для бытовых целей и предприятий пищевой промышленности.

Коммунально-бытовое водопользование - использование водных объектов для купания, спорта и отдыха населения.

Рыбохозяйственные водотоки и водоемы используются для воспроизводства, промысла и миграции рыб, беспозвоночных и водных млекопитающих. Основными требованиями являются: выживаемость, воспроизводство, темпы роста, отсутствие неприятного привкуса и запаха, отсутствие токсикантов и возбудителей болезней в рыбах и других водных организмах.

Условия сброса сточных вод в водные объекты регламентируются «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами». Они учитывают категорию водного объекта и распространяются на проектируемые, реконструируемые, расширяющиеся и действующие предприятия. «Водный объект» - это обобщающее название различных водоприемников сточных вод: водоем (озеро, пруд и т.д.), водоток (река, ручей и т.д.).

При определении условий сброса сточных вод в водный объект, в первую очередь, рассматриваются следующие возможности:

1) совершенствование технологии производства, направленное на сокращение водопотребления и сброса сточных вод в водный объект (вплоть до его устранения); использование сточных вод в системах оборотного водоснабжения, а также уменьшение степени загрязнения сточных вод;

2) использование очищенных и обезвреженных городских сточных вод в технологическом водоснабжении предприятий;

3) использование сточных вод данного предприятия для технического водоснабжения других предприятий;

4) совместная очистка и обезвреживание сточных вод данного предприятия со сточными водами других предприятий и с городскими сточными водами;

5) самостоятельная очистка и отведение сточных вод.

Сброс сточных вод не допускается:

1) при размещении предприятия на маломощном водном объекте, когда возможность разбавления в нем сточных вод и его самоочищение ограничены;

2) при наличии в сточных водах высокотоксичных веществ, ПДК которых в водном объекте чрезвычайно низки;

3) когда на водном объекте расположены другие предприятия, создающие в нем высокий уровень загрязнения.

Показателем безопасной величины сбрасываемых стоков является предельно-допустимый сброс загрязняющего вещества в водный объект (ПДС).

Современный уровень очистки сточных вод остается достаточно низким, и во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

Охрана водных ресурсов. Водный кодекс Российской Федерации регулирует правовые отношения в области использования и охраны водных объектов. Правовые нормы направлены на рациональное использование вод и их охрану от загрязнения, засорения и истощения.

Практическая часть

Задание№1 Оцените качество воздуха, если известно, что в воздухе одновременно присутствуют диоксид серы концентрацией 0,022 мг/м³ и диоксид азота концентрацией 0,028 мг/м³.(см.пример приложение А)

Задание№2. Оцените качество воздуха, если известно, что в воздухе одновременно присутствуют пары фенола концентрацией 0,0018 мг/м³ и ацетона концентрацией 0,165 мг/м³.

Задание№3. Оцените качество воздуха, если известно, что в воздухе одновременно присутствуют диоксид серы концентрацией 0,021 мг/м³ и аэрозоль серной кислоты концентрацией 0,06 мг/м³.

Задание№4. Оцепите качество воздуха, если известно, что в воздухе одновременно присутствуют диоксид серы концентрацией 0,032 мг/м³ и никель металлический концентрацией 0,09 мкг/м³.

Задание№5. Оцените качество воздуха, если известно, что в воздухе одновременно присутствуют диоксид серы концентрацией 0,011 мг/м³, оксид углерода концентрацией 0,92 мг/м³, диоксид азота концентрацией 0,022 мг/м³, фенол концентрацией 1,0 мк г/м³.

Задание№6 Оцените качество воды на водоеме хозяйственно-бытового назначения, если известно, что проба воды содержит аммиак концентрацией 0,9 мг/л, ртуть концентрацией 0,042 мг/л. (см.пример приложение Б).

Задание№7 Оцените качество воды в водоеме культурно-бытового назначения, если известно, что проба воды содержит бром концентрацией 0,16 мг/л и мышьяк концентрацией 9,9 мг/м³.

Задание№8 Оцените качество воды в водоеме культурно-бытового назначения, если известно, что проба воды содержит ДДТ концентрацией 0,066 мг/л и фреон-12 концентрацией 3,41 г/м^3.

Задание№9 Оцените качество воды в водоеме рыбохозяйственного назначения, если известно, что проба воды содержит аммиак концентрацией 0,032 мг/л и бензол концентрацией 0,318 мг/л.

Задание№10 Оцените качество воды в водоеме рыбохозяйственного назначения, если известно, что проба воды содержит нефть многосернистую концентрацией 0,032 мг/л и фенол концентрацией 0,28 мкг/л.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Оценка качества окружающей природной среды осуществляется с использованием следующей формулы:

где С — фактическая концентрации вредного вещества, измеряемая и мг/л (вода), мг/м³ (воздух), мг/кг (почва).

    Если в атмосферном воздухе одновременно присутствует несколько веществ, обладающих эффектом суммации, то их суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле

где С₁, С₂, ...С_i. — фактические концентрации вредных веществ, измеряемых в мг/л (вода), мг/м³ (воздух), мг/кг (почва); ПДК₁, ПДК₂, ... ПДК_i, — это предельно-допустимые концентрации вредных веществ [6].

    Эффект суммации — совмещенное (однонаправленное) действие на организм не одного какого-либо вещества, а нескольких одновременно, поскольку эти вещества при одновременном присутствии усиливают свой негативный эффект.

Эффектом суммации обладают:

- ацетон, фенол;
- бензол и ацетофенон;
- озон, диоксид азота и формальдегид;
- оксид углерода, диоксид азота, формальдегид и гексан;
- диоксид серы и аэрозоль серной кислоты;
- диоксид серы и никель металлический;
- диоксид серы и сероводород;
- диоксид серы и диоксид азота;
- диоксид серы и оксид углерода, фенол и пыль конверторного производства;
- диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и фенол;
- диоксид серы и фтороводород;
- оксид и диоксид серы, аммиак и оксид азота;
- сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная);
- углерода оксид и пыль цементного производства;
- уксусная кислота и уксусный ангидрид;
- фенол и ацетофенон;
- фурфурол, метиловый и этиловый спирты;
- циклогексан и бензол;
- этилен, пропилен, бутилен и амилен.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРЫ

Для того чтобы оценить качество атмосферы, необходимо знать ПДК данных вредных веществ в атмосфере населенных пунктов. Для случая совместного действия веществ должно выполняться неравенство:

При условии соблюдения неравенства качество атмосферы удовлетворительно и не опасно для здоровья человека.

Наименование вещества	Значение Критерия ПДК, мг/м3
Железа оксид	0,04
Марганец и его соединения	0,01
Меди (II) оксид	0,001
Натрия гидроксид	0,01
Никель оксид	0,001
Хрома (VI) оксид	0,001
Азот (IV) оксид (Азота диоксид)	0,20
Углерод черный (Сажа)	0,15
Сера диоксид	0,50
Углерод оксид	5,00
Фториды газообразные	0,02
Фториды плохо растворимые	0,20
Ксилол (смесь изомеров)	0,20
Керосин	1,20
Масло минеральное нефтяное	0,05
Уайт-спирит	1,00
Углеводороды предельные C12-C19	1,00
Взвешенные вещества	0,50
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2	0,30
Пыль абразивная	0,04
Пыль древесная	0,50

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

    ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Оцените качество природной воды, имеющей хозяйственно-питьевое назначение, если известно, что проба содержит керосин концентрацией 0,056 мг/л и пропиловый спирт концентрацией 0,11 мг/л.

    Для того чтобы оценить качество воды, необходимо знать ПДК и ЛПВ данных вредных веществ, приведенных в таблице. Для объектов хозяйственно-питьевого назначения ПДК_{керосин} = 0,1 мг/л, ПДК_{проп.спирт} = 0,25 мг/л. Оба вещества имеют органолептический ЛПВ, следовательно, обладают эффектом суммации. Качество воды оценим по известной формуле

    Так как условия неравенства соблюдаются, следовательно, качество воды удовлетворительно и не опасно для здоровья человека.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биология [Текст]: [учебник]: для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей / В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О. Фадеев. - 2-е изд., стер. - Москва: Академия, 2022. - 326 с. : ил.; 22 см. - (Профессиональное образование. Общеобразовательные дисциплины).; — ISBN 978-5-4468-9247-1.

2. Биология: учебник и практикум для среднего профессионального образования / В. Н. Ярыгин [и др.]; под редакцией В. Н. Ярыгина. — 2-е изд. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 378 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-09603-3. — Текст: электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/489661

3. Блинов, Л. Н. Экология: учебное пособие для среднего профессионального образования / Л. Н. Блинов, В. В. Полякова, А. В. Семенча; под общей редакцией Л. Н. Блинова. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 208 с.

4. Мамонтов С.Г. Общая биология: учебник/ С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров. - 13-е изд., стер. – Москва: КНОРУС, 2020. – 324с. – (Среднее профессиональное образование) Электронный учебник.

5. Обухов, Д. К. Биология: клетки и ткани: учебное пособие для среднего профессионального образования / Д. К. Обухов, В. Н. Кириленкова. — 3¬е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 358 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-07499-4. — Текст: электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/494034

6. Общая биология: учебное пособие / С.И. Колесников. — Москва: КноРус, 2020. — 287 с. — Для СПО. — ISBN 978-5-406-06119-0.

7. Павлова, Е. И. Экология: учебник и практикум для среднего профессионального образования / Е. И. Павлова, В. К. Новиков. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 190 с.

8. Тейлор Д. Биология: в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут; под ред.Р. Сопера; пер. 3-го англ. изд. — 14-е изд. —М.: Лаборатория знаний, 2022 — 454 с.