Η εξέλιξη της προσαρμογής είναι το κύριο αποτέλεσμα της δράσης της φυσικής επιλογής. Ταξινόμηση προσαρμογής: μορφολογική, φυσιολογική-βιοχημική, ηθολογική, προσαρμογές ειδών: συνάφεια και συνεργασία. Η σχετικότητα της οργανικής σκοπιμότητας.
Απάντηση: Η προσαρμογή είναι οποιοδήποτε χαρακτηριστικό ενός ατόμου, πληθυσμού, είδους ή κοινότητας οργανισμών που συμβάλλει στην επιτυχία στον ανταγωνισμό και παρέχει αντίσταση σε αβιοτικούς παράγοντες. Αυτό επιτρέπει στους οργανισμούς να υπάρχουν σε δεδομένες περιβαλλοντικές συνθήκες και να αφήνουν απογόνους. Τα κριτήρια προσαρμογής είναι: ζωτικότητα, ανταγωνιστικότητα και γονιμότητα.
Τύποι προσαρμογής
Όλες οι προσαρμογές χωρίζονται σε προσαρμογές προσαρμογής και εξελικτικές προσαρμογές. Η διαμονή είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία. Εμφανίζονται όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες αλλάζουν ξαφνικά. Για παράδειγμα, όταν μεταφέρονται τα ζώα βρίσκονται σε ένα νέο περιβάλλον, αλλά σταδιακά το συνηθίζουν. Για παράδειγμα, ένα άτομο που μετακινήθηκε από τη μεσαία ζώνη στους τροπικούς ή στον Άπω Βορρά βιώνει δυσφορία για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά με την πάροδο του χρόνου συνηθίζει στις νέες συνθήκες. Η εξελικτική προσαρμογή είναι μη αναστρέψιμη και οι αλλαγές που προκύπτουν είναι γενετικά καθορισμένες. Αυτό περιλαμβάνει όλες τις προσαρμογές που επηρεάζονται από τη φυσική επιλογή. Για παράδειγμα, προστατευτικός χρωματισμός ή γρήγορο τρέξιμο.
Μορφολογικές προσαρμογέςεκδηλώνονται με δομικά πλεονεκτήματα, προστατευτικός χρωματισμός, προειδοποιητικός χρωματισμός, μιμητισμός, καμουφλάζ, προσαρμοστική συμπεριφορά.
Τα πλεονεκτήματα της δομής είναι οι βέλτιστες αναλογίες του σώματος, η θέση και η πυκνότητα των μαλλιών ή των φτερών κ.λπ. Είναι γνωστή η εμφάνιση ενός υδρόβιου θηλαστικού, του δελφινιού.
Ο μιμητισμός είναι το αποτέλεσμα ομόλογων (πανομοιότυπων) μεταλλάξεων σε διαφορετικά είδη που βοηθούν τα απροστάτευτα ζώα να επιβιώσουν.
Καμουφλάζ - συσκευές στις οποίες το σχήμα και το χρώμα του σώματος των ζώων συγχωνεύονται με τα γύρω αντικείμενα
Φυσιολογικές προσαρμογές- απόκτηση συγκεκριμένων μεταβολικών χαρακτηριστικών σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Παρέχουν λειτουργικά οφέλη στον οργανισμό. Χωρίζονται συμβατικά σε στατικές (σταθερές φυσιολογικές παράμετροι - θερμοκρασία, ισορροπία νερού-αλατιού, συγκέντρωση σακχάρου κ.λπ.) και δυναμικές (προσαρμογή στις διακυμάνσεις της δράσης ενός παράγοντα - αλλαγές θερμοκρασίας, υγρασίας, φωτός, μαγνητικό πεδίο κ.λπ. ). Χωρίς μια τέτοια προσαρμογή, είναι αδύνατο να διατηρηθεί ένας σταθερός μεταβολισμός στο σώμα σε συνεχώς κυμαινόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Ας δώσουμε μερικά παραδείγματα. Στα χερσαία αμφίβια χάνονται μεγάλες ποσότητες νερού μέσω του δέρματος. Ωστόσο, πολλά από τα είδη τους διεισδύουν ακόμη και σε ερήμους και ημιερήμους. Οι προσαρμογές που αναπτύσσονται στα καταδυτικά ζώα είναι πολύ ενδιαφέρουσες. Πολλά από αυτά μπορούν να επιβιώσουν για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο. Για παράδειγμα, οι φώκιες βουτούν σε βάθος 100-200 και ακόμη και 600 μέτρων και μένουν κάτω από το νερό για 40-60 λεπτά. Τα χημικά αισθητήρια όργανα των εντόμων είναι εκπληκτικά ευαίσθητα.
Βιοχημικές προσαρμογέςεξασφάλιση της βέλτιστης πορείας των βιοχημικών αντιδράσεων στο κύτταρο, για παράδειγμα, η σειρά ενζυματικής κατάλυσης, η ειδική δέσμευση αερίων από αναπνευστικές χρωστικές, η σύνθεση των απαραίτητων ουσιών υπό ορισμένες συνθήκες κ.λπ.
Οι ηθολογικές προσαρμογές αντιπροσωπεύουν όλες τις συμπεριφορικές αντιδράσεις που στοχεύουν στην επιβίωση των ατόμων και, επομένως, του είδους στο σύνολό του. Τέτοιες αντιδράσεις είναι:
Συμπεριφορά κατά την αναζήτηση τροφής και σεξουαλικού συντρόφου,
Σύζευξη,
Σίτιση απογόνων
Αποφυγή κινδύνου και προστασία της ζωής σε περίπτωση απειλής,
Επιθετικότητα και απειλητικές στάσεις,
Καλοσύνη και πολλά άλλα.
Ορισμένες συμπεριφορικές αντιδράσεις κληρονομούνται (ένστικτα), άλλες αποκτώνται καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής (εξαρτημένα αντανακλαστικά).
Προσαρμογές ειδώνανακαλύπτονται κατά την ανάλυση μιας ομάδας ατόμων του ίδιου είδους, είναι πολύ διαφορετικά στην εκδήλωσή τους. Οι κυριότεροι είναι οι διάφορες ομοιότητες, το επίπεδο μεταβλητότητας, ο ενδοειδικός πολυμορφισμός, το επίπεδο αφθονίας και η βέλτιστη πυκνότητα πληθυσμού.
Συμφωνίεςαντιπροσωπεύουν όλα τα μορφοφυσιολογικά και συμπεριφορικά χαρακτηριστικά που συμβάλλουν στην ύπαρξη του είδους ως αναπόσπαστο σύστημα. Οι αναπαραγωγικές ομοιότητες εξασφαλίζουν την αναπαραγωγή. Μερικά από αυτά σχετίζονται άμεσα με την αναπαραγωγή (αντιστοιχία γεννητικών οργάνων, προσαρμογές στη σίτιση κ.λπ.), ενώ άλλα είναι μόνο έμμεσα (διάφορα σημάδια σήματος: οπτική - ενδυμασία ζευγαρώματος, τελετουργική συμπεριφορά, ήχος - τραγούδι πουλιών, βρυχηθμός αρσενικού ελαφιού κατά τη διάρκεια η αυλάκωση και άλλα χημικά - διάφορα ελκυστικά, για παράδειγμα, φερομόνες εντόμων, εκκρίσεις από αρτιοδάκτυλα, γάτες, σκύλους κ.λπ.).
Οι συνάφειες περιλαμβάνουν όλες τις μορφές ενδοειδικών συνεργασία- συνταγματικό, τροφικό και αναπαραγωγικό. Συνταγματική συνεργασίαεκφράζεται στις συντονισμένες ενέργειες των οργανισμών σε δυσμενείς συνθήκες, που αυξάνουν τις πιθανότητες επιβίωσης. Το χειμώνα, οι μέλισσες συγκεντρώνονται σε μια μπάλα και η θερμότητα που παράγουν ξοδεύεται για τη θέρμανση των αρθρώσεων. Σε αυτή την περίπτωση, η υψηλότερη θερμοκρασία θα είναι στο κέντρο της μπάλας και άτομα από την περιφέρεια (όπου έχει πιο κρύο) θα προσπαθούν συνεχώς εκεί. Με αυτόν τον τρόπο τα έντομα κινούνται συνεχώς και με κοινές προσπάθειες επιβιώνουν με ασφάλεια τον χειμώνα. Οι πιγκουίνοι συγκεντρώνονται επίσης σε στενή ομάδα κατά τη διάρκεια της επώασης, τα πρόβατα κατά τη διάρκεια του κρύου καιρού κ.λπ.
Τροφική συνεργασίααποτελείται από την ένωση οργανισμών με σκοπό την απόκτηση τροφής. Η κοινή δραστηριότητα προς αυτή την κατεύθυνση κάνει τη διαδικασία πιο παραγωγική. Για παράδειγμα, μια αγέλη λύκων κυνηγά πολύ πιο αποτελεσματικά από ένα άτομο. Ταυτόχρονα, σε πολλά είδη υπάρχει ένας καταμερισμός ευθυνών - ορισμένα άτομα διαχωρίζουν το επιλεγμένο θύμα από το κύριο κοπάδι και το οδηγούν σε ενέδρα, όπου κρύβονται οι συγγενείς τους κ.λπ. Στα φυτά, αυτή η συνεργασία εκφράζεται σε κοινή σκίαση το έδαφος, το οποίο βοηθά στη διατήρηση της υγρασίας σε αυτό.
Αναπαραγωγική συνεργασίααυξάνει την επιτυχία της αναπαραγωγής και προάγει την επιβίωση των απογόνων. Σε πολλά πτηνά, τα άτομα συγκεντρώνονται σε λόγους lekking, και σε τέτοιες συνθήκες είναι ευκολότερο να βρεθεί ένας πιθανός σύντροφος. Το ίδιο συμβαίνει σε χώρους ωοτοκίας, πτερυγόποδες κ.λπ. Η πιθανότητα επικονίασης στα φυτά αυξάνεται όταν μεγαλώνουν σε ομάδες και η απόσταση μεταξύ των μεμονωμένων ατόμων είναι μικρή.
Ο νόμος του οργανικού σκοπού, ή νόμος του Αριστοτέλη
1. Όσο βαθύτερη και πιο ευέλικτη η επιστήμη μελετά τις ζωντανές μορφές, τόσο πληρέστερα αποκαλύπτονται σκοπιμότητα,δηλαδή η σκόπιμη, αρμονική, φαινομενικά λογική φύση της οργάνωσής τους, η ατομική τους ανάπτυξη και η σχέση με το περιβάλλον. Η οργανική σκοπιμότητα αποκαλύπτεται στη διαδικασία κατανόησης του βιολογικού ρόλου συγκεκριμένων χαρακτηριστικών των ζωντανών μορφών.
2. Η σκοπιμότητα είναι εγγενής σε όλους τους τύπους. Εκφράζεται στη λεπτή αμοιβαία αντιστοιχία των δομών και του σκοπού των βιολογικών αντικειμένων, στην προσαρμοστικότητα των ζωντανών μορφών στις συνθήκες ζωής, φυσική εστίασηχαρακτηριστικά ατομικής ανάπτυξης, στην προσαρμοστική φύση των μορφών ύπαρξης και συμπεριφοράς των βιολογικών ειδών.
3. Η οργανική σκοπιμότητα, η οποία έγινε αντικείμενο ανάλυσης της αρχαίας επιστήμης και χρησίμευσε ως βάση για τελεολογικές και θρησκευτικές ερμηνείες της ζωντανής φύσης, έλαβε μια υλιστική εξήγηση στη διδασκαλία του Δαρβίνου σχετικά με δημιουργικό ρόλοφυσική επιλογή, που εκδηλώνεται στην προσαρμοστική φύση της βιολογικής εξέλιξης.
Αυτή είναι η σύγχρονη διατύπωση εκείνων των γενικεύσεων, οι απαρχές των οποίων ανάγονται στον Αριστοτέλη, ο οποίος πρότεινε ιδέες για τα τελικά αίτια.
Η μελέτη συγκεκριμένων εκδηλώσεων οργανικής σκοπιμότητας είναι ένα από τα σημαντικότερα καθήκοντα της βιολογίας. Έχοντας ανακαλύψει τι είναι αυτό ή εκείνο το χαρακτηριστικό του υπό μελέτη βιολογικού αντικειμένου, ποια είναι η βιολογική σημασία αυτού του χαρακτηριστικού, χάρη στην εξελικτική θεωρία του Δαρβίνου, πλησιάζουμε στην απάντηση στο ερώτημα γιατί και πώς προέκυψε. Ας εξετάσουμε τις εκδηλώσεις της οργανικής σκοπιμότητας χρησιμοποιώντας παραδείγματα που σχετίζονται με διάφορους τομείς της βιολογίας.
Στον τομέα της κυτταρολογίας, φωτεινά, σαφές παράδειγμαοργανική σκοπιμότητα - κυτταρική διαίρεση σε φυτά και ζώα. Οι μηχανισμοί διαίρεσης εξίσωσης (μίτωση) και αναγωγής (μείωση) καθορίζουν τη σταθερότητα του αριθμού των χρωμοσωμάτων στα κύτταρα ενός δεδομένου φυτικού ή ζωικού είδους. Ο διπλασιασμός του διπλοειδούς συνόλου στη μίτωση διασφαλίζει ότι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στα διαιρούμενα σωματικά κύτταρα παραμένει σταθερός. Η απλοειδοποίηση του συνόλου των χρωμοσωμάτων κατά τον σχηματισμό των γεννητικών κυττάρων και η αποκατάστασή του κατά το σχηματισμό ενός ζυγώτη ως αποτέλεσμα της σύντηξης των γεννητικών κυττάρων διασφαλίζουν τη διατήρηση του αριθμού των χρωμοσωμάτων κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Οι αποκλίσεις από τον κανόνα, που οδηγούν σε πολυπλοειδοποίηση των κυττάρων, δηλαδή σε πολλαπλασιασμό του αριθμού των χρωμοσωμάτων έναντι του κανονικού, αποκόπτονται από τη σταθεροποιητική επίδραση της φυσικής επιλογής ή χρησιμεύουν ως προϋπόθεση για τη γενετική απομόνωση, την απομόνωση της πολυπλοειδούς μορφής με την πιθανή μεταμόρφωσή του σε νέο είδος. Σε αυτή την περίπτωση, οι κυτταρογενετικοί μηχανισμοί μπαίνουν ξανά στο παιχνίδι, προκαλώντας τη διατήρηση του συνόλου των χρωμοσωμάτων, αλλά σε νέο, πολυπλοειδές επίπεδο.
Στη διαδικασία της ατομικής ανάπτυξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού, εμφανίζεται ο σχηματισμός κυττάρων, ιστών και οργάνων για διάφορους λειτουργικούς σκοπούς. Η αντιστοιχία αυτών των δομών με τον σκοπό τους, η αλληλεπίδρασή τους στη διαδικασία ανάπτυξης και λειτουργίας του σώματος είναι χαρακτηριστικές εκδηλώσεις οργανικής σκοπιμότητας.
Ένα ευρύ φάσμα παραδειγμάτων οργανικής σκοπιμότητας αντιπροσωπεύεται από συσκευές για την αναπαραγωγή και διανομή ζωντανών μορφών. Ας αναφέρουμε μερικά από αυτά. Για παράδειγμα, τα βακτηριακά σπόρια είναι εξαιρετικά ανθεκτικά σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα ανθοφόρα φυτά προσαρμόζονται στη διασταυρούμενη επικονίαση, ιδιαίτερα με τη βοήθεια εντόμων. Οι καρποί και οι σπόροι ορισμένων φυτών είναι προσαρμοσμένοι για διασπορά από ζώα. Τα σεξουαλικά ένστικτα και τα ένστικτα της φροντίδας των απογόνων είναι χαρακτηριστικά των ζώων σε διάφορα επίπεδα οργάνωσης. Η δομή του χαβιαριού και των αυγών εξασφαλίζει την ανάπτυξη των ζώων στο κατάλληλο περιβάλλον. Οι μαστικοί αδένες παρέχουν επαρκή διατροφή στους απογόνους των θηλαστικών.
Σύγχρονες έννοιες του είδους. Η πραγματικότητα της ύπαρξης και βιολογικής σημασίαςείδος.
Απάντηση: Ένα είδος είναι μια από τις κύριες μορφές οργάνωσης της ζωής στη Γη και η βασική μονάδα ταξινόμησης της βιολογικής ποικιλότητας. Η ποικιλομορφία των σύγχρονων ειδών είναι τεράστια. Σύμφωνα με διάφορους υπολογισμούς, περίπου 2-2,5 εκατομμύρια είδη (έως 1,5-2 εκατομμύρια είδη ζώων και έως 500 χιλιάδες είδη φυτών) ζουν σήμερα στη Γη. Η διαδικασία περιγραφής νέων ειδών συνεχίζεται συνεχώς. Κάθε χρόνο περιγράφονται εκατοντάδες και χιλιάδες νέα είδη εντόμων και άλλων ασπόνδυλων ζώων και μικροοργανισμών. Η κατανομή των ειδών μεταξύ τάξεων, οικογενειών και γένη είναι πολύ άνιση. Υπάρχουν ομάδες με τεράστιο αριθμό ειδών και ομάδων -ακόμη και υψηλής ταξινομικής κατάταξης- που αντιπροσωπεύονται από λίγα είδη στη σύγχρονη πανίδα και χλωρίδα. Για παράδειγμα, μια ολόκληρη υποκατηγορία ερπετών αντιπροσωπεύεται από ένα μόνο είδος - το hatteria.
Ταυτόχρονα, η ποικιλότητα των σύγχρονων ειδών είναι σημαντικά μικρότερη από τον αριθμό των εξαφανισμένων ειδών. Λόγω της ανθρώπινης οικονομικής δραστηριότητας, ένας τεράστιος αριθμός ειδών εξαφανίζεται κάθε χρόνο. Δεδομένου ότι η διατήρηση της βιοποικιλότητας είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη της ανθρωπότητας, αυτό το πρόβλημα γίνεται παγκόσμιο σήμερα. Ο C. Linnaeus έθεσε τα θεμέλια της σύγχρονης ταξινόμησης των ζωντανών οργανισμών (System of Nature, 1735). Ο K. Linnaeus διαπίστωσε ότι μέσα σε ένα είδος πολλά ουσιώδη χαρακτηριστικά αλλάζουν σταδιακά, ώστε να μπορούν να τακτοποιηθούν σε μια συνεχή σειρά. Ο K. Linnaeus θεωρούσε τα είδη ως αντικειμενικά υπάρχουσες ομάδες ζωντανών οργανισμών, αρκετά εύκολα διακριτές μεταξύ τους.
Βιολογική έννοια του είδους.Η βιολογική έννοια διαμορφώθηκε στις δεκαετίες 30-60 του ΧΧ αιώνα. με βάση τη συνθετική θεωρία της εξέλιξης και δεδομένα για τη δομή των ειδών. Αναπτύχθηκε πλήρως στο βιβλίο του Mayr «Zoological Species and Evolution» (1968) ο Mayr διατύπωσε τη βιολογική έννοια με τη μορφή τριών σημείων: τα είδη δεν καθορίζονται από τις διαφορές, αλλά από την απομόνωση. Τα είδη δεν αποτελούνται από ανεξάρτητα άτομα, αλλά από πληθυσμούς. Τα είδη ορίζονται με βάση τη σχέση τους με πληθυσμούς άλλων ειδών. Το αποφασιστικό κριτήριο δεν είναι η γονιμότητα κατά τη διέλευση, αλλά η αναπαραγωγική απομόνωση». Έτσι, σύμφωνα με τη βιολογική έννοια Ένα είδος είναι μια ομάδα από πραγματικά ή δυνητικά διασταυρούμενους πληθυσμούς που είναι αναπαραγωγικά απομονωμένοι από άλλους παρόμοιους πληθυσμούς.Αυτή η έννοια ονομάζεται επίσης πολυτυπικός.Η θετική πλευρά της βιολογικής έννοιας είναι η σαφής θεωρητική της βάση, καλά ανεπτυγμένη στα έργα του Mayr και άλλων υποστηρικτών αυτής της έννοιας. Ωστόσο, αυτή η έννοια δεν ισχύει για είδη που αναπαράγονται σεξουαλικά και στην παλαιοντολογία. Η μορφολογική έννοια του είδους διαμορφώθηκε στη βάση μιας τυπολογικής, ακριβέστερα, στη βάση ενός πολυδιάστατου πολυτυπικού είδους. Ταυτόχρονα, αντιπροσωπεύει ένα βήμα μπροστά σε σύγκριση με αυτές τις έννοιες. Σύμφωνα με αυτήν, το είδος είναι ένα σύνολο ατόμων που έχουν κληρονομική ομοιότητα σε μορφολογικά, φυσιολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά, διασταυρώνονται ελεύθερα και παράγουν γόνιμους απογόνους, προσαρμοσμένους σε συγκεκριμένες συνθήκες διαβίωσης και που καταλαμβάνουν μια συγκεκριμένη περιοχή στη φύση - βιότοπο.Έτσι, στη σύγχρονη λογοτεχνία συζητούνται και εφαρμόζονται κυρίως δύο έννοιες της μορφής: βιολογική και μορφολογική (ταξονομική).
Η πραγματικότητα της ύπαρξης και η βιολογική σημασία των ειδών.
Για να υπάρχουν αντικείμενα της βιολογικής επιστήμης σημαίνει να έχουν τα υποκειμενικά-οντολογικά χαρακτηριστικά της βιολογικής πραγματικότητας. Με βάση αυτό, το πρόβλημα της ύπαρξης γονιδίου, είδους κ.λπ. «επιλύεται στη γλώσσα αυτού του επιπέδου με την κατασκευή κατάλληλων πειραματικών και «παρατηρητικών» τεχνικών, υποθέσεων, εννοιών που υποθέτουν αυτές τις οντότητες ως στοιχεία της αντικειμενικής τους πραγματικότητας». Η βιολογική πραγματικότητα διαμορφώθηκε λαμβάνοντας υπόψη την ύπαρξη διαφόρων επιπέδων «ζωής», που αντιπροσωπεύει μια σύνθετη ιεραρχία της ανάπτυξης των βιολογικών αντικειμένων και των συνδέσεών τους.
Βιολογική ποικιλίαείναι η κύρια πηγή ικανοποίησης για πολλούς ανθρώπινες ανάγκεςκαι χρησιμεύει ως βάση για την προσαρμογή του στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Η πρακτική αξία της βιοποικιλότητας είναι ότι είναι μια ουσιαστικά ανεξάντλητη πηγή βιολογικών πόρων. Πρόκειται κυρίως για προϊόντα διατροφής, φάρμακα, πηγές πρώτων υλών για ένδυση, παραγωγή οικοδομικών υλικών κ.λπ. Η βιοποικιλότητα έχει μεγάλη σημασία για την ανθρώπινη αναψυχή.
Η βιοποικιλότητα παρέχει γενετικούς πόρους για τη γεωργία, αποτελεί τη βιολογική βάση για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια και είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη της ανθρωπότητας. Μια σειρά από άγρια φυτά που σχετίζονται με καλλιέργειες έχουν μεγάλη οικονομική σημασία σε εθνικό και παγκόσμιο επίπεδο. Για παράδειγμα, οι αιθιοπικές ποικιλίες κριθαριού Καλιφόρνιας παρέχουν προστασία από παθογόνους ιούς, σε χρηματικούς όρους που ανέρχονται σε 160 εκατομμύρια δολάρια. ΗΠΑ ανά έτος. Η αντοχή σε γενετικές ασθένειες που επιτυγχάνεται με τη χρήση άγριων ποικιλιών σιταριού υπολογίζεται σε 50 εκατομμύρια δολάρια στην Τουρκία
Προσαρμογή των οργανισμών στη θερμοκρασία. Οι ζωντανοί οργανισμοί, κατά τη διάρκεια της μακράς εξέλιξης, έχουν αναπτύξει μια ποικιλία προσαρμογών που τους επιτρέπουν να ρυθμίζουν το μεταβολισμό όταν αλλάζει η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτό επιτυγχάνεται: 1) διάφορες βιοχημικές και φυσιολογικές αλλαγές στο σώμα, οι οποίες περιλαμβάνουν αλλαγές στη συγκέντρωση και τη δραστηριότητα των ενζύμων, αφυδάτωση, μείωση του σημείου πήξης των σωματικών διαλυμάτων κ.λπ. 2) διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος σε πιο σταθερό επίπεδο θερμοκρασίας από τη θερμοκρασία του οικοτόπου, που επιτρέπει τη διατήρηση της βιολογικής πορείας που έχει αναπτυχθεί για ένα δεδομένο είδος χημικές αντιδράσεις.[ ...]
Προσαρμογές στη θερμοκρασία. Τα φυτά, τα ασπόνδυλα και τα κατώτερα σπονδυλωτά - ψάρια, αμφίβια και ερπετά - δεν έχουν την ικανότητα να διατηρήσουν κάποια συγκεκριμένη θερμοκρασία σώματος. Εξαρτώνται περισσότερο από τη θερμότητα που προέρχεται από το εξωτερικό παρά από τη θερμότητα που παράγεται στις μεταβολικές διεργασίες. Επιπλέον, σε όλο το φάσμα των αλλαγών, η θερμοκρασία του σώματος διαφέρει ελάχιστα (σε επίπεδο δέκατων ή όχι περισσότερο από 1-2°) από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτοί οι οργανισμοί μπορούν να χαρακτηριστούν ως εκτόθερμοι, δηλ. υπόκειται σε εξωτερική θερμοκρασία. Μερικά από αυτά έχουν περιορισμένη ικανότητα βραχυπρόθεσμης θερμικής σταθεροποίησης λόγω της θερμότητας των βιοχημικών αντιδράσεων και της έντονης μυϊκής δραστηριότητας. Αλλά μόνο οι πραγματικές ενδόθερμες - πτηνά και θηλαστικά - μπορούν να διατηρήσουν μια σταθερά υψηλή θερμοκρασία σώματος με σημαντικές αλλαγές στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Έχουν τα μέσα για να ρυθμίζουν αποτελεσματικά τη μεταφορά θερμότητας και την παραγωγή θερμότητας στο σώμα. Σε κάποια από αυτά, οι αντίστοιχοι μηχανισμοί φτάνουν σε υψηλή ισχύ και τελειότητα. Έτσι, η αρκτική αλεπού, η πολική κουκουβάγια και η λευκή χήνα ανέχονται εύκολα το ακραίο κρύο χωρίς πτώση της θερμοκρασίας του σώματος και διατηρώντας μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλοντος 100° ή περισσότερο. Λόγω του πάχους του υποδόριου λίπους και των ιδιαιτεροτήτων της περιφερειακής κυκλοφορίας του αίματος, πολλοί πτερυγιόποδες και φάλαινες είναι άριστα προσαρμοσμένοι στη μακροχρόνια παραμονή σε παγωμένο νερό.[...]
Η βιοχημική διάσπαση μιας συγκεκριμένης ουσίας εξαρτάται από έναν αριθμό χημικών και φυσικούς παράγοντες, όπως, για παράδειγμα, η παρουσία διαφόρων λειτουργικών ομάδων στο μόριο, το μέγεθος του μορίου και η δομή του, η διαλυτότητα της ουσίας, ο ισομερισμός, ο πολυμερισμός, ο σχηματισμός ενδιάμεσων προϊόντων και η αλληλεπίδρασή τους κ.λπ. Αυτή η κατανομή είναι καθορίζεται επίσης από βιολογικούς παράγοντες - η πολυπλοκότητα του μεταβολισμού στους μικροοργανισμούς, η μεταβλητότητα των βακτηριακών στελεχών, η επίδραση του περιβάλλοντος και η διάρκεια της προσαρμογής των μικροβίων, κ.λπ. Ο μηχανισμός προσαρμογής είναι ακόμη άγνωστος. Ο χρόνος και τα όρια προσαρμογής των μικροοργανισμών είναι διαφορετικά - από αρκετές ώρες έως 200 ημέρες ή περισσότερες.[...]
Βιοχημικές αλλαγές. Είναι γνωστό ότι οι αλλαγές θερμοκρασίας έχουν σημαντικό αντίκτυπο στον ρυθμό των μεταβολικών αντιδράσεων και στο συνολικό μεταβολικό ρυθμό. Η αύξηση της θερμοκρασίας στο εύρος ανοχής οδηγεί σε αύξηση της έντασης του μεταβολισμού και η μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση του. Εν τω μεταξύ, οι βασικές μεταβολικές διεργασίες στο σώμα πρέπει να διατηρούνται σε ένα ορισμένο επίπεδο, το οποίο μπορεί να ποικίλλει μόνο εντός μάλλον στενών ορίων, διαφορετικά συμβαίνουν διαταραχές στη μεταβολική ομοιόσταση που είναι ασυμβίβαστες με τη ζωή. Θα πρέπει να τονιστεί ιδιαίτερα ότι για την κανονική πορεία των μεταβολικών διεργασιών, τόσο το επίπεδο των επερχόμενων μεταβολών της θερμοκρασίας όσο και η ταχύτητά τους είναι σημαντικά. Μια έντονα εκφρασμένη και ταχέως αναπτυσσόμενη μείωση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε τέτοια επιβράδυνση των μεταβολικών διεργασιών που δεν είναι πλέον σε θέση να εξασφαλίσει την κανονική πορεία των βασικών διαδικασιών της ζωής. Μια αλλαγή στη θερμοκρασία που είναι συγκρίσιμη ως προς τη σοβαρότητα και την ταχύτητα, αλλά αντίθετη ως προς την κατεύθυνση, δηλαδή μια αύξηση, μπορεί επίσης να οδηγήσει σε τέτοια αύξηση της έντασης των μεταβολικών διεργασιών που είναι δύσκολη ή αδύνατη η παροχή οξυγόνου. Όλα αυτά έχουν αντιμετωπίσει τα ψάρια και άλλα εκτοθερμικά ζώα με την ανάγκη να αναπτύξουν διάφορους μηχανισμούς για τον έλεγχο της έντασης των μεταβολικών διεργασιών, διασφαλίζοντας τη διατήρηση του επιπέδου της μεταβολικής δραστηριότητας σε σχετική ανεξαρτησία της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Ρόλος κλειδίΤαυτόχρονα, τα ένζυμα παίζουν ρόλο - καταλύτες για αμέτρητες χημικές αντιδράσεις, το σύνολο των οποίων συνθέτει το μεταβολισμό. Δεδομένου ότι σχεδόν όλες οι κυτταρικές αντιδράσεις καταλύονται από ένζυμα, η ρύθμιση του μεταβολισμού καταλήγει στη ρύθμιση του τύπου και της έντασης των ενζυματικών λειτουργιών.[...]
Η προσαρμογή σε σταθερές θερμοκρασίες συνοδεύεται στα ποικιλοθερμικά ζώα από αντισταθμιστικές αλλαγές στο επίπεδο του μεταβολισμού, οι οποίες ομαλοποιούν τις ζωτικές λειτουργίες στα αντίστοιχα καθεστώτα θερμοκρασίας. Τέτοιες προσαρμογές αποκαλύπτονται συγκρίνοντας στενά συγγενικά είδη, γεωγραφικούς πληθυσμούς του ίδιου είδους και εποχιακές καταστάσεις ατόμων του ίδιου πληθυσμού. Το γενικό πρότυπο των προσαρμοστικών μεταβολικών μετατοπίσεων είναι ότι τα ζώα που είναι προσαρμοσμένα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες έχουν υψηλότερο μεταβολικό ρυθμό από εκείνα που είναι προσαρμοσμένα σε υψηλότερες θερμοκρασίες (Εικ. 4.8). Αυτό ισχύει τόσο για το γενικό επίπεδο του μεταβολισμού όσο και για μεμονωμένες βιοχημικές αντιδράσεις. Έχει αποδειχθεί, για παράδειγμα, ότι το επίπεδο και η αντιδραστικότητα στις αλλαγές θερμοκρασίας της αμυλλυτικής δραστηριότητας του εκχυλίσματος του παγκρέατος των βατράχων διαφέρει σε διαφορετικούς γεωγραφικούς πληθυσμούς αυτού του είδους. Εάν η δραστηριότητα στους 35°C ληφθεί ως 100%, τότε στους 5°C η δραστηριότητα στους βατράχους από τον πληθυσμό της χερσονήσου Γιαμάλ θα είναι 53,7 και στον πληθυσμό από τα περίχωρα του Αικατερινούπολη - μόνο 35%.[... ]
Η προσαρμογή (προσαρμογή) ή η συμμόρφωση του σώματος με το περιβάλλον (σχετικά με το καθαρό νερό) προκαλεί απότομη αύξηση της έντασης και της αποτελεσματικότητας του βιοχημικού καθαρισμού. Η προσαρμογή είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εκείνες τις περιπτώσεις όπου το υπόστρωμα που καθαρίζεται είναι μια νέα συνθετική ουσία που προηγουμένως δεν υπήρχε στη φύση. Μερικές φορές η προσαρμογή διαρκεί αρκετούς μήνες. Ο χρόνος προσαρμογής μπορεί να μειωθεί εάν η σπορά γίνει με μικροχλωρίδα που έχει ήδη προσαρμοστεί εκ των προτέρων. Η ικανότητα των μικροοργανισμών να οξειδώνουν οργανικές ουσίες καθορίζεται από τη δραστηριότητα των ενζύμων τους, καθένα από τα οποία καταλύει επιλεκτικά μία αντίδραση. το σύνολο των ενζυμικών συστημάτων εξαρτάται από τα υπολείμματα και τη συγκέντρωση των ακαθαρσιών των λυμάτων και ο ρυθμός σχηματισμού ενζύμων εξαρτάται από τη φυσιολογική δραστηριότητα των μικροοργανισμών.[...]
Στη βιοχημική οξείδωση των αρένων, η μερική πίεση του οξειδωτικού οξυγόνου παίζει σημαντικό ρόλο. Η αύξηση της πίεσης σε ένα ορισμένο όριο (ανάλογα με τη σύσταση της βιοκένωσης) οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού αντίδρασης. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός της διαδικασίας περιορίζεται από τη διαλυτότητα του οξυγόνου στην υδατική φάση και την προσαρμογή των μικροοργανισμών. Σε σύγκριση με άλλους μικροοργανισμούς, οι Nocardia corallina, N. orasa, N. actinomorpha προσαρμόζονται πιο εύκολα από άλλους στην αυξημένη πίεση του οξειδωτικού αερίου.[...]
Η προσαρμογή των μικροβιακών κενώσεων στη βιομηχανική ρύπανση βασίζεται σε μια ποικιλία βιολογικών μηχανισμών που είναι γενετικά ετερογενείς. Τα καταστροφικά μικρόβια, από τις βιοχημικές ιδιότητες των οποίων εξαρτάται η οξειδωτική ικανότητα της βιοκένωσης, μπορούν να αλλάξουν είτε φαινοτυπικά, αποκτώντας προσωρινά την ικανότητα ζύμωσης ορισμένων ενώσεων, είτε γονοτυπικά - με το σχηματισμό νέων μορφών μικροβίων στα οποία η ικανότητα σύνθεσης ενός νέου ενζύμου είναι κληρονομικά σταθερό. Οι ρυθμιστικοί μηχανισμοί διασφαλίζουν τον σωστό συντονισμό της μεταβολικής δραστηριότητας μεμονωμένων ενζυμικών συστημάτων, αποτρέπουν τον υπερβολικό σχηματισμό ενζύμων, ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων και επιτρέπουν στα βακτήρια να χρησιμοποιούν μεμονωμένες χημικές ουσίες οικονομικά και εύστοχα. Αυτή η εκπληκτική αρμονία του κυτταρικού μεταβολισμού είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα προβλήματα των συνειρμικών σχέσεων των μικροβίων.[...]
Οι ουσίες που διαλύονται στο νερό οξειδώνονται ταχύτερα από ότι σε κατάσταση διασποράς. Η παρουσία λειτουργικών ομάδων προάγει τη βιολογική οξείδωση και το τριτογενές άτομο άνθρακα την επιδεινώνει. Η παρουσία διπλού δεσμού σε ορισμένες περιπτώσεις διευκολύνει τη βιολογική αποσύνθεση της ένωσης.[...]
Η φυσιολογική και βιοχημική προσαρμογή του ατόμου στο θόρυβο είναι αδύνατη.[...]
Η φυσιολογική και βιοχημική προσαρμογή ενός ατόμου στο θόρυβο είναι αδύνατη. Ο δυνατός θόρυβος είναι ένα φυσικό ναρκωτικό για τον άνθρωπο. Ο μουσικός θόρυβος 120-130 ντεσιμπέλ (dB) είναι συγκρίσιμος με έναν κεραυνό ή ένα αεροπλάνο που απογειώνεται (100 dB).[...]
Στην εργασία φαίνεται η δυνατότητα βιοχημικής καταστροφής του chlorophos από ενεργοποιημένη λάσπη σε συγκέντρωση της τελευταίας στην περιοχή 25-500 mg/dm3. Η προκαταρκτική προσαρμογή της μικροχλωρίδας κατέστησε δυνατή τη σημαντική εντατικοποίηση αυτής της διαδικασίας.[...]
Για τη μελέτη της βιοχημικής δραστηριότητας της λάσπης που λαμβάνεται τόσο από μία καλλιέργεια όσο και από ένα μείγμα καλλιεργειών, διεξήχθη ένας αριθμός πειραμάτων. Η πειραματική διαδικασία ήταν η εξής. Ενεργοποιημένη ιλύς ορισμένης συγκέντρωσης εισήχθη σε μικροαεριστή που περιείχε 1 λίτρο αποστειρωμένων βιομηχανικών λυμάτων, το υγρό της λάσπης αερίστηκε για διάφορες χρονικές περιόδους και στη συνέχεια ο αερισμός σταμάτησε. μετά από 30 λεπτά. Μετά την καθίζηση, το υγρό σιφωνίστηκε και χρησιμοποιήθηκε για χημική ανάλυση και η ενεργοποιημένη ιλύς γεμίστηκε με φρέσκο λύματα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ίδια ενεργοποιημένη ιλύς χρησιμοποιήθηκε χωρίς προηγούμενη προσαρμογή για την επεξεργασία λυμάτων διαφορετικής σύνθεσης.[...]
Ειδικό βάρος του βιοχημικού συστατικού σε στιγμιαία προσαρμογή θερμοκρασίας, προφανώς, λιγότερο από το φυσιολογικό συστατικό, επειδή είναι ευκολότερο για το σώμα να αποφύγει τις δυσμενείς συνθήκες θερμοκρασίας παρά να καταφύγει σε «ενεργοποίηση» βιοχημικών μηχανισμών. Είναι διαφορετικό το θέμα όταν μιλάμε για σταδιακές και μάλλον μακροπρόθεσμες (ημέρες, εβδομάδες, μήνες), ας πούμε, εποχιακές αλλαγές στο καθεστώς θερμοκρασίας μιας δεξαμενής ή για θερμική ρύπανση. Εδώ, μαζί με τις φυσιολογικές και βιοχημικές αλλαγές, έρχονται στο προσκήνιο, διασφαλίζοντας την αποκατάσταση της λειτουργικής δραστηριότητας και την κανονική λειτουργία του σώματος σε ένα νέο καθεστώς θερμοκρασίας αντισταθμίζοντας την ένταση του μεταβολισμού (μεταβολικός εγκλιματισμός). Δεδομένου ότι η ένταση των βασικών μεταβολικών διεργασιών που παρέχουν στο σώμα ενέργεια και «δομικά» υλικά (σχηματισμός ενδιάμεσων ουσιών, σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων) που είναι απαραίτητες για τη φυσιολογική ζωή καθορίζεται από τα ένζυμα, τα ένζυμα αποκτούν καθοριστικό ρόλο στη βιοχημική προσαρμογή στις συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας.[...]
Δεδομένου ότι όλες οι βιοχημικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα με τη συμμετοχή ενζύμων, κατά την εισαγωγή οργανική ύληάλλα χημική σύνθεσηκαι τη δομή, η ζωτική δραστηριότητα των μικροοργανισμών μπορεί να διαταραχθεί πλήρως λόγω τοξικών επιδράσεων ή μπορεί να συμβεί προσαρμογή (προσαρμογή) των μικροοργανισμών σε μεταβαλλόμενες συνθήκες σε μια χρονική περίοδο. Συνέπεια αυτού είναι η παραγωγή νέων ενζύμων, υπό την επίδραση των οποίων αρχίζει να αποσυντίθεται ένας νέος τύπος οργανικής ρύπανσης. Εξαρτάται από χημική φύσηη ρύπανση, η συγκέντρωσή της, ο αριθμός των μικροοργανισμών, ο ρυθμός αναπαραγωγής τους και άλλοι εξωτερικοί παράγοντες, η περίοδος προσαρμογής μπορεί να διαρκέσει από αρκετές ημέρες έως αρκετούς μήνες.[...]
Ελλείψει εγκαταστάσεων βιοχημικής επεξεργασίας, η λάσπη του ποταμού που λαμβάνεται κάτω από την απόρριψη των λυμάτων (περίπου σε απόσταση 0,5 km) ή τα οικιακά λύματα, η μικροχλωρίδα των οποίων πρέπει να προσαρμοστεί προηγουμένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μόλυνση. Για την προσαρμογή της μικροχλωρίδας, τα οικιακά λύματα αραιώνονται με νερό της βρύσης σε διχρωμική οξείδωση ίση με 50-60 mg O g/l και προστίθενται βιομηχανικά απόβλητα σε αυτά σε τέτοια ποσότητα ώστε η οξείδωση διχρωμικού του μείγματος να είναι ίση με 100- 150 mg O g/l. Το διάλυμα τοποθετείται σε θερμοστάτη στους 30° C ή αποθηκεύεται σε θερμοκρασία δωματίου. Μετά από 2 ημέρες, το υγρό γίνεται θολό, μερικές φορές εμφανίζεται μια μεμβράνη στην επιφάνειά του, η οποία υποδηλώνει την άφθονη ανάπτυξη της μικροχλωρίδας (συνιστάται ο έλεγχος στο μικροσκόπιο). Όταν η οξείδωση του διχρωμικού μειώνεται κατά 50-60%, προστίθεται ξανά νερό από τα απόβλητα παραγωγής και μετά από 2-3 ημέρες φιλτράρεται το υγρό με την προσαρμοσμένη μικροχλωρίδα, όπως περιγράφεται παραπάνω.[...]
Προσδιορισμός BOD βιοχημικά επεξεργασμένων λυμάτων. Τα λύματα που έχουν υποστεί βιοχημική επεξεργασία σε κατάλληλες εγκαταστάσεις έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά που πρέπει να τονιστούν. Οι τιμές BOD τέτοιων υδάτων είναι μη αμελητέες και κατά τον προσδιορισμό, μόνο οι δύσκολα οξειδωτικές («βιοχημικά σκληρές») ενώσεις οξειδώνονται βιοχημικά με οξυγόνο. Επομένως, η καμπύλη που δείχνει την αύξηση του BOD με την πάροδο του χρόνου (ανά ημέρα) είναι σχετικά επίπεδη (ο ρυθμός οξείδωσης είναι ασήμαντος). Υπό αυτές τις συνθήκες, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να χρησιμοποιείται προσαρμοσμένη μικροχλωρίδα ώστε να μην παραταθεί υπερβολικά η διαδικασία και η προσαρμογή της εισαγόμενης μικροχλωρίδας πρέπει να πραγματοποιείται ακριβώς σε αυτό το νερό, το οποίο έχει υποστεί βιοχημικό καθαρισμό, και όχι σε μη επεξεργασμένο νερό. Αυτά τα νερά περιέχουν πολλά νιτρώδη και επομένως η αφαίρεση των τελευταίων με σουλφαμικό οξύ ή αζίδιο του νατρίου είναι απαραίτητη. Η περίσσεια σουλφαμικού οξέος δεν θα βλάψει, καθώς αποσυντίθεται χωρίς να σχηματίζει οξειδωτικές ουσίες.[...]
Οι φυσιολογικές προσαρμογές εκδηλώνονται, για παράδειγμα, στα χαρακτηριστικά του ενζυματικού συνόλου στην πεπτική οδό των ζώων, που καθορίζονται από τη σύνθεση της τροφής. Έτσι, μια καμήλα είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες της σε υγρασία μέσω της βιοχημικής οξείδωσης του δικού της λίπους.[...]
Φυσιολογικές προσαρμογές. Η θερμότητα που παράγεται από τους ζωντανούς οργανισμούς ως υποπροϊόν βιοχημικών αντιδράσεων μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή αύξησης της θερμοκρασίας του σώματός τους. Επομένως, πολλοί οργανισμοί, χρησιμοποιώντας φυσιολογικές διεργασίες, μπορούν να αλλάξουν τη θερμοκρασία του σώματός τους εντός ορισμένων ορίων. Αυτή η ικανότητα ονομάζεται θερμορύθμιση.[...]
O έως +100 C, αφού οι βιοχημικές αντιδράσεις στα κύτταρα συμβαίνουν σε υδατικά διαλύματα. Αυτό, ωστόσο, δεν είναι απολύτως αληθές. Οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν τα όρια θερμοκρασίας της ενεργού δραστηριότητας ζωής ή τη διατήρηση της βιωσιμότητας των οργανισμών είναι η σταθερότητα της θερμοκρασίας των πρωτεϊνών, κυτταρικές μεμβράνεςκαι άλλα μακρομοριακά σύμπλοκα του κυττάρου, καθώς και την ισορροπία των βιοχημικών αντιδράσεων στις διαδικασίες του κυτταρικού μεταβολισμού. Οι πρωτεΐνες είναι πολύπλοκα βιοπολυμερή, η λειτουργική δραστηριότητα των οποίων εξαρτάται από τη χωρική δομή του μορίου, η οποία υποστηρίζεται από πολλούς δεσμούς - ισχυρούς (ομοιοπολικούς και ιοντικούς) και ασθενείς, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου, ευαίσθητοι στη θερμοκρασία. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, αυτές οι συνδέσεις είναι σταθερές, επομένως η προσαρμογή στη ζωή σε θερμοκρασίες κοντά στο μηδέν επιτυγχάνεται κυρίως με τη μετατόπιση του βέλτιστου θερμοκρασίας της ενζυμικής δραστηριότητας και τον συντονισμό του σε ολόκληρο το σύμπλεγμα των ενζύμων και των ρυθμιστικών μηχανισμών[...]
Τέλος, ένας άλλος τρόπος βιοχημικής προσαρμογής είναι η παραγωγή ομόλογων ενζύμων, τα οποία χαρακτηρίζονται από περισσότερο ή λιγότερο έντονη ανεξαρτησία από τις αλλαγές θερμοκρασίας στο εύρος ανοχής για το είδος. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού του τύπου προσαρμογής παρέχεται από την πυροσταφυλική κινάση Gilichthys mirabilis (Εικ. 16), της οποίας η ικανότητα να δεσμεύει φωσφοενόλη-πυροσταφυλικό (υπόστρωμα) είναι πρακτικά ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία σε ένα αρκετά σημαντικό εύρος. Αυτό είναι ένα παράδειγμα παραγωγής ενός ευρυθερμικού ενζύμου, το οποίο διαφέρει σημαντικά ως προς τον βαθμό εξάρτησης από τη θερμοκρασία του Κ σε σύγκριση με τα στενοθερμικά ισοένζυμα της πυροσταφυλικής κινάσης της ιριδίζουσας πέστροφας[...]
Ο υπολογισμός τυχόν εγκαταστάσεων για βιοχημική επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων πραγματοποιείται με βάση την πλήρη βιοχημική ζήτηση οξυγόνου. Η τιμή BOD5 δεν δίνει καμία ένδειξη της απαίτησης σε οξυγόνο, καθώς εξαρτάται από τον βαθμό προσαρμογής των μικροβίων στις ενώσεις που περιέχονται στα λύματα, από τον αριθμό των μικροβίων που λαμβάνονται για μόλυνση και από την αραίωση που υιοθετείται. Έτσι, BOD5 1 mg μιας ουσίας, σύμφωνα με διάφορους συγγραφείς, κυμαίνεται για φορμαλδεΰδη από 0,33 έως 1,1. για ακεταλδεΰδη από 0,66 έως 0,91. για φουρφουράλη από 0,28 έως 0,77. για μεθυλική αλκοόλη από 0,12 έως 0,96. για οξικό οξύ από 0,34 έως 0,77. Στον πίνακα 44 παρέχει δεδομένα για τη συνολική βιοχημική ζήτηση οξυγόνου για έναν αριθμό από ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ, που ελήφθη από εγχώριους ειδικούς.[...]
Η στρατηγική και οι συγκεκριμένοι τρόποι βιοχημικής προσαρμογής σε διαρκώς κυμαινόμενους περιβαλλοντικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του παράγοντα θερμοκρασίας, συζητούνται λεπτομερώς στην εξαιρετική μονογραφία των P. Hochachka και J. Ως εκ τούτου, θα περιοριστούμε μόνο σε περίληψηβασικές ιδέες και πραγματικά δεδομένα που υποδεικνύουν την κρίσιμη σημασία των βιοχημικών θεμελίων της προσαρμογής στη θερμοκρασία των ψαριών.[...]
Στρατηγική βιοχημικής προσαρμογής.[...]
Η επίδραση των οργανικών τοξικών ουσιών στις βιοχημικές διεργασίες είναι πολύ διαφορετική. Πολλά από αυτά χρησιμεύουν ως πηγή άνθρακα για τους μικροοργανισμούς, με αποτέλεσμα να μπορούν να υποστούν επεξεργασία σε σημαντικές συγκεντρώσεις σε επεξεργασμένα λύματα. Ωστόσο, η διαδικασία της βιοχημικής τους οξείδωσης προχωρά αργά, ειδικά στην αρχή της. Καθώς οι μικροοργανισμοί προσαρμόζονται, η ένταση της διαδικασίας αυξάνεται και μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα φτάνει στη μέγιστη τιμή της. Η διάρκεια της περιόδου προσαρμογής εξαρτάται από τον τύπο των τοξικών ουσιών και τη συγκέντρωσή τους. συνήθως διαρκεί έως και δύο μήνες και μόνο μερικές φορές περισσότερο.[...]
Τα ερεθιστικά είναι παράγοντες που προκαλούν βιοχημικές και φυσιολογικές αλλαγές (προσαρμογές).[...]
Το θεωρούμενο τεχνολογικό σχήμα των εγκαταστάσεων βιοχημικής επεξεργασίας είναι το απλούστερο από άποψη σχεδιασμού υλικού, ωστόσο, συνιστάται η χρήση του μόνο εάν τα βιομηχανικά λύματα έχουν σταθερή σύνθεση και σταθερές βασικές παραμέτρους: ροή, pH, θερμοκρασία, περιεκτικότητα σε ρύπους, σύνθεση των ρύπων. Η πρακτική της λειτουργίας εγκαταστάσεων επεξεργασίας σε χημικές επιχειρήσεις έχει δείξει ότι τις περισσότερες φορές τα βιομηχανικά λύματα έχουν μεταβλητή σύνθεση, η οποία αποσταθεροποιεί τον τεχνολογικό τρόπο λειτουργίας των εγκαταστάσεων επεξεργασίας, επηρεάζει αρνητικά την ενεργοποιημένη ιλύ και εμποδίζει την τελευταία να προσαρμοστεί στους ρύπους. Ως εκ τούτου, είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί ένα τεχνολογικό σχέδιο εγκαταστάσεων επεξεργασίας με προκαταρκτικό μέσο όρο των βιομηχανικών λυμάτων που εισέρχονται σε αυτές (Εικ. 4.5).[...]
Οι μοριακοί μηχανισμοί προσαρμογής της θερμοκρασίας περιλαμβάνουν αλλαγές στην πρωτογενή δομή των ενζύμων μέσω θεμελιωδών μηχανισμών όπως ενεργοποίηση γονιδίων, μεταγραφή, μετάφραση και συναρμολόγηση νέων παραλλαγών ενζύμων (ισοενζύμων), αλλαγές στις συγκεντρώσεις μεμονωμένων ισοενζύμων προσαρμοσμένων σε ορισμένες θερμοκρασίες, αλλαγές στις κινητικές ιδιότητες ενός δεδομένου ενζύμου, αλλαγές στους συμπαράγοντες και στο μικροπεριβάλλον στο οποίο λειτουργούν τα ένζυμα, αλλαγές διαμόρφωσης που οδηγούν στην εμφάνιση «στιγμιαίων» ή λειτουργικών ισοενζύμων. Η επιλογή της στρατηγικής και των συγκεκριμένων μηχανισμών βιοχημικής προσαρμογής των ψαριών καθορίζεται πρωτίστως από την ταχύτητα έναρξης και τη διάρκεια των μεταβολών της θερμοκρασίας, καθώς και από το περιβάλλον και το είδος. χαρακτηριστικά ηλικίαςψάρι.[...]
Κατά τη θέση σε λειτουργία των εγκαταστάσεων βιοχημικής επεξεργασίας, είναι υποχρεωτική η σταδιακή προσαρμογή (προσαρμογή) των μικροοργανισμών της ενεργοποιημένης ιλύος στην οξείδωση των ρύπων στα λύματα.[...]
Οξειδωτικές εργασίες της δεξαμενής αερισμού Νο. 1. Τα πειράματα στη βιοχημική επεξεργασία λυμάτων ξεκινούν κατά κανόνα με τον καθαρισμό χαμηλών συγκεντρώσεων οργανικής ύλης προκειμένου να προσαρμοστεί η μικροχλωρίδα της ιλύος σε συγκεκριμένους ρύπους. Η απόκτηση βιώσιμων αποτελεσμάτων καθαρισμού σάς επιτρέπει να αλλάξετε τον τρόπο λειτουργίας της κατασκευής.[...]
Σύμφωνα με την έρευνα του Mills, για να βελτιστοποιηθούν οι διαδικασίες βιοχημικής επεξεργασίας, η αύξηση της συγκέντρωσης της ενεργοποιημένης ιλύος πρέπει να συνδυαστεί με τη θερμόωση. Η θερμόβιωση είναι η λειτουργία και, κατά συνέπεια, η προσαρμογή μικροοργανισμών σε θερμοκρασίες άνω των 30 ° C, όταν αρχίζουν να κυριαρχούν θερμόφιλες διεργασίες στο μεταβολισμό των μικροοργανισμών, συνοδευόμενες, ειδικότερα, από επιταχυνόμενη ανάπτυξη, επιταχυνόμενη βιοχημική οξείδωση των ρύπων και αύξηση των ενζυματικών δραστηριότητα. Μεταξύ των θερμόφιλων στη συμπιεσμένη λάσπη, κυριαρχούσαν οι θερμοανεκτικοί μικροοργανισμοί (Pseudomonas, Bacterium, Sarcina). Με αυτή την αναλογία - περίπου 1: 800, τα ευρυθερμικά θερμόφιλα παίζουν δευτερεύοντα ρόλο στη βιοχημική οξείδωση της βιομηχανικής ρύπανσης.
Η βάση για την ανάπτυξη μεθόδων βιοχημικής επεξεργασίας λυμάτων δύο και πολλαπλών σταδίων είναι η ιδέα της καλλιέργειας ενεργοποιημένης ιλύος σε μονάδες επεξεργασίας, προσαρμοσμένων στην οξείδωση ορισμένων ομάδων οργανικών ρύπων. Πιστεύεται ότι όσο πιο κοντά είναι η προσαρμογή (εξειδίκευση) της ενεργού ιλύος αυτό το είδοςρύπους, τόσο πιο επιτυχημένη είναι η διαδικασία βιοχημικού καθαρισμού. Ένας από τους τρόπους για τη μηχανική υλοποίηση αυτής της ιδέας είναι η δημιουργία μιας βιοχημικής επεξεργασίας βήμα προς βήμα, σε κάθε στάδιο της οποίας λειτουργεί μια συγκεκριμένη καλλιέργεια ενεργοποιημένης ιλύος. Είναι σαφές ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στους ρυθμούς βιοχημικής οξείδωσης των επιμέρους συστατικών των λυμάτων, όσο υψηλότερες είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις τους, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η χρήση ενός συστήματος σταδιακής επεξεργασίας[...]
Έχει διαπιστωθεί ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας των λυμάτων, ο ρυθμός της βιοχημικής αντίδρασης αυξάνεται. Ωστόσο, στην πράξη διατηρείται στους 20-30 °C. Η υπέρβαση της καθορισμένης θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο μικροοργανισμών Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, η ταχύτητα καθαρισμού μειώνεται, η διαδικασία προσαρμογής των μικροβίων σε νέους τύπους ρύπανσης επιβραδύνεται και οι διαδικασίες νιτροποίησης, κροκίδωσης και καθίζησης της ενεργοποιημένης λάσπης επιδεινώνονται. Η αύξηση της θερμοκρασίας εντός των βέλτιστων ορίων επιταχύνει τη διαδικασία αποσύνθεσης των οργανικών ουσιών κατά 2-3 φορές. Καθώς η θερμοκρασία των λυμάτων αυξάνεται, η διαλυτότητα του οξυγόνου μειώνεται, επομένως, για να διατηρηθεί η απαιτούμενη συγκέντρωση στο νερό, απαιτείται εντονότερος αερισμός.[...]
Σε νερό που περιέχει οικιακή ρύπανση, ελλείψει προκαταρκτικής προσαρμογής της βακτηριακής χλωρίδας, ο γαλακτωματοποιητής STEC σε συγκεντρώσεις 10-30 mg/l προκάλεσε ασήμαντη αύξηση και σε συγκέντρωση 100 mg/l - ελαφρά μείωση στο βιοχημικό οξυγόνο κατανάλωση. Η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων δύο παράλληλων σειρών πειραμάτων (5 πειράματα ανά σειρά) - ένα μάρτυρα και ένα που δοκίμασε την επίδραση του STEC σε συγκέντρωση 5 mg/l - δεν έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ των τιμών MIC που υπολογίστηκαν σε η σειρά σε διαφορετικές περιόδους του πειράματος (το πείραμα διεξήχθη για 20 ημέρες).[...]
Για κάθε συγκεκριμένη ροή, η ενεργοποιημένη ιλύς πρέπει να προσαρμόζεται σταδιακά. Προσαρμόζοντας το yawl και διασφαλίζοντας την απαιτούμενη αναλογία βακτηρίων και πρωτόζωων, αυξάνεται η αποτελεσματικότητα της βιοχημικής επεξεργασίας και μειώνεται η ανάπτυξη περίσσειας ενεργοποιημένης ιλύος. Ακόμη και μετά την προσαρμογή, οι επιβλαβείς ουσίες που περιέχονται στα λύματα μπορεί να είναι σε συγκεντρώσεις πάνω από το όριο και να έχουν τοξική επίδραση στους μικροοργανισμούς της ιλύος.[...]
Η μονογραφία εξετάζει ένα ευρύ φάσμα θεμάτων σχετικά με τον γενετικά καθορισμένο βιοχημικό πολυμορφισμό στον άνθρωπο. Παρουσιάστηκε ιστορικό δοκίμιομελετώντας τη γενετική και βιοχημική μεταβλητότητα στους πληθυσμούς και αναλύοντας τα δικά μας αποτελέσματα από τη μελέτη του βιοχημικού πολυμορφισμού για έναν σημαντικό αριθμό γενετικών συστημάτων ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών του αίματος. Έχουν συνταχθεί γενογεωγραφικοί χάρτες που διευρύνουν σημαντικά την εικόνα της γενετικής και ανθρωπολογικής διαφοροποίησης στο έδαφος της ΕΣΣΔ. Περιέχει νέες πληροφορίες σχετικά με το σχηματισμό εθνοτικών ομάδων και ανθρωπολογικών τύπων της Βόρειας Ασίας και των παρακείμενων εδαφών στο χώρο και στο χρόνο. Τα δεδομένα για την ανθρώπινη εξελικτική προσαρμογή σε βιοχημικό επίπεδο αναλύονται κριτικά. Δίνεται αξιολόγηση ενός από τους πιο σημαντικούς παράγοντες της γενετικής δυναμικής - του ρυθμού της διαδικασίας μετάλλαξης σε ορισμένους πληθυσμούς της ΕΣΣΔ.[...]
Τα μόνιμα συστατικά των αστικών λυμάτων είναι τασιενεργά. Σε σχέση με τη βιοχημική οξείδωση διακρίνονται σε «μαλακά» και «σκληρά». Τα σκληρά επιφανειοδραστικά πρακτικά δεν υπόκεινται σε βιοχημική οξείδωση. Η ικανότητα των επιφανειοδραστικών ουσιών να υφίστανται βιοχημική οξείδωση καθορίζεται από τη χημική τους δομή. Τα ανιονικά επιφανειοδραστικά αλκυλοθειικά άλατα με κανονική υδρογονανθρακική αλυσίδα υπόκεινται εύκολα σε βιοχημική οξείδωση. Τα επιφανειοδραστικά με διακλαδισμένη υδρογονανθρακική αλυσίδα που περιέχει δακτύλιο βενζολίου και μη ιονικά τασιενεργά είναι τα πιο ανθεκτικά στη βιοχημική οξείδωση. Η ικανότητα βιοχημικής οξείδωσης επιφανειοδραστικών ουσιών μπορεί να αυξηθεί με την προσαρμογή των μικροοργανισμών, η οποία θα πρέπει να ξεκινήσει με την εισαγωγή μικρών ποσοτήτων επιφανειοδραστικών ουσιών (περίπου 5 mg/l).
Η υψηλή δομική και συνοδευτική λειτουργική ετερογένεια της αιμοσφαιρίνης των ψαριών είναι ένας από τους σημαντικότερους βιοχημικούς μηχανισμούς ευρείας προσαρμογής σε ένα ευρύ φάσμα μεταβαλλόμενων παραγόντων τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό περιβάλλον. Η παρουσία στο σώμα πολύπλοκης, πολυσυστατικής αιμοσφαιρίνης, καθεμία από τις οποίες έχει τις δικές της βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας, αυξάνει την αντιδραστική ικανότητά της να προσκολλάται και να απελευθερώνει οξυγόνο, δηλαδή συμβάλλει τελικά στη βέλτιστη παροχή οξυγόνου στο σώμα υπό διαφορετικές φυσιολογικές και συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.[. ..]
Η σύνθεση των βιομηχανικών λυμάτων ποικίλλει. Πολύ συχνά, οι ουσίες που περιέχονται στα λύματα επιβραδύνουν πολύ τη διαδικασία της βιοχημικής οξείδωσης και μερικές φορές έχουν τοξική επίδραση. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι οι μικροοργανισμοί μπορούν να προσαρμοστούν (προσαρμόζονται) σε διάφορες ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων ακόμη και τοξικών. Κατά τον προσδιορισμό της βιοχημικής ζήτησης οξυγόνου των βιομηχανικών λυμάτων, η προκαταρκτική προσαρμογή της μικροχλωρίδας είναι αποφασιστικής σημασίας. Η προσαρμογή απαιτεί συγκεκριμένη ώρα.[ ...]
Μια άλλη σημαντική προσαρμοστική αντίδραση που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας ή βραχυπρόθεσμης ανεπάρκειας οξυγόνου στο περιβάλλον, αλλά σε βιοχημικό (μοριακό) επίπεδο, είναι μια αλλαγή στη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο. Στις αρχές αυτού του αιώνα, οι A. Krogh και I. Leitsch έδειξαν ότι η προσαρμογή των ψαριών σε χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο πραγματοποιείται αυξάνοντας τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο. Συγκρίνοντας την ποσότητα τάσης οξυγόνου στο νερό που απαιτείται για τον μισό κορεσμό του αίματος σε καθιστικά ψάρια του γλυκού νερού (κυπρίνος, χέλι), τα οποία συχνά απαντώνται με έλλειψη οξυγόνου σε φυσικούς οικοτόπους, με οξυφιλική πέστροφα υψηλής κινητικότητας, βρήκαν ότι στα καθιστικά ψάρια αυτό η τιμή είναι 3-5 φορές χαμηλότερη από αυτή των ατόμων με υψηλή κινητικότητα. Η ίδια εξάρτηση αποκαλύφθηκε κατά τη σύγκριση δύο ειδών θαλάσσιων ψαριών που διαφέρουν ως προς το επίπεδο δραστηριότητας - μπακαλιάρος βυθού και πελαγικός μπακαλιάρος, ωστόσο στην περίπτωση αυτή οι διαφορές έφτασαν μόνο σε διπλή τιμή (Εικ. 18) ■ Η έρευνα αυτού του σχεδίου συνεχίστηκε στα θαλάσσια ψάρια από τον R. Ruth , ο οποίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το αίμα ψαριών υψηλής ενεργότητας έχει αυξημένη χωρητικότητα οξυγόνου σε σύγκριση με το αίμα ψαριών χαμηλής ενεργότητας. Σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς, ο βαθμός συγγένειας της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας, το οποίο καθορίζει το επίπεδο αντίστασης των ψαριών στην έλλειψη οξυγόνου. Αποκαλύφθηκε ότι υπάρχει σύνδεση μεταξύ των τιμών P0 και P95 του αίματος και του επιπέδου του ορίου και του κρίσιμου /e02 (Εικ. 19) για πολλά είδη ψαριών θαλάσσιων και γλυκών νερών που ανήκουν σε οικολογικές ομάδες διαφορετικών επιπέδων δραστηριότητας.[. ..]
Συνοψίζοντας τα πειραματικά δεδομένα που παρουσιάζονται σε αυτό το κεφάλαιο, είναι απαραίτητο να αναγνωριστεί ότι τα ψάρια έχουν εξαιρετικά αποτελεσματικούς φυσιολογικούς και βιοχημικούς μηχανισμούς προσαρμογής σε μακροπρόθεσμη ή βραχυπρόθεσμη ανεπάρκεια οξυγόνου στο περιβάλλον (εξωγενής υποξία) ή που προκύπτει από έντονη μυϊκή εργασία και άλλα συνθήκες. στρεσογόνες καταστάσεις(ενδογενής υποξία).[...]
Σε δεξαμενές με μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας, το πλάτος των οποίων φτάνει αρκετές δεκάδες μοίρες, ζουν ευρυθερμικά ψάρια. Εάν η προσαρμογή των στενόθερμων ψαριών βασίζεται στη συμπεριφορά και την ενεργή επιλογή ενδιαιτημάτων, τότε η προσαρμογή των ευρυθερμικών ψαριών βασίζεται σε βαθιά βιοχημικούς μηχανισμούς (αλλαγές στη συγκέντρωση των ενζύμων, τη δραστηριότητά τους, το ειδικό βάρος των μεμονωμένων ισομορφών ενός συγκεκριμένου ενζύμου) . Τα θερμά" ισοένζυμα παρουσιάζουν υψηλή συγγένεια για τα υποστρώματα σε θερμοκρασίες κοντά στο "ανώτερο εύρος" για ένα δεδομένο είδος (περίπου 15-20°C) και τα χάνουν γρήγορα σε χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου 10°C και κάτω). Αντίθετα, " ψυχρά" ισοένζυμα Τα ισοένζυμα δεσμεύουν καλύτερα το υπόστρωμα σε θερμοκρασίες μικρότερες από 10°C και σε υψηλότερες θερμοκρασίες δείχνουν λιγότερη συγγένεια γι' αυτό από τις "θερμικές" παραλλαγές.[...]
Εάν διαβάσετε προσεκτικά τα τρία προηγούμενα κεφάλαια, πιθανότατα παρατηρήσατε ότι όταν το σώμα προσαρμόζεται σε αλλαγές σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες, συχνά παρατηρούνται μονοκατευθυντικές και αρκετά ανάλογες αλλαγές στις ίδιες βιοχημικές παραμέτρους. Αποδεικνύεται ότι η προσαρμογή του σώματος σε οποιονδήποτε περιβαλλοντικό παράγοντα μπορεί να τον βοηθήσει να προσαρμοστεί σε άλλους παράγοντες και να αυξήσει την αντίσταση σε αυτούς. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διασταυρούμενη προσαρμογή. Πρώτα απ 'όλα, ας δούμε τα γεγονότα και στη συνέχεια ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τη μοριακή βάση της ανθρώπινης διασταυρούμενης προσαρμογής και την πρακτική σημασία της.[...]
Οι οικολογικές ιδέες για τις εξελικτικές διαδικασίες στους πληθυσμούς, που ονομάζονται μικροεξέλιξη από τον N.V. Timofeev-Resovsky, αναπτύχθηκαν σε μεγάλο βαθμό από τη σχολή των οικολόγων των Ουραλίων υπό την ηγεσία του S.S. Schwartz. Σύμφωνα με αυτές τις ιδέες, η μικρο-εξελικτική διαδικασία περνά από τα ακόλουθα στάδια: 1) την εμφάνιση μορφολογικών αλλαγών στον πληθυσμό κατά την προσαρμογή σε συγκεκριμένες συνθήκες διαβίωσης. 2) η επακόλουθη συσσώρευση φυσιολογικών αλλαγών. 3) βιοχημικές αλλαγές στο σώμα και, κατά συνέπεια, αλλαγές γενετικές πληροφορίες; 4) σχηματισμός νέων υποειδών. 5) σχηματισμός νέων ειδών.[...]
Πολλά ψάρια βυθού βαθέων λιμνών, που ζουν σε εντελώς αποοξυγονωμένα νερά ή με σημαντική έλλειψη οξυγόνου, ψάρια τροπικών βάλτων ή ρηχών, παγωμένων λιμνών αντιμετωπίζουν συνεχώς οξεία ανεπάρκεια οξυγόνου και αναγκάστηκαν να βελτιώσουν τις δυνατότητες του αναερόβιου μεταβολισμού σε όλη τη μακρόχρονη εξέλιξή τους . Υπό αυτές τις συνθήκες, οι μηχανισμοί βιοχημικής προσαρμογής σε μοριακό επίπεδο έρχονται στο προσκήνιο, γιατί μόνο αυτοί μπορούν να εξασφαλίσουν τη μακροπρόθεσμη επιβίωση των ψαριών σε τέτοιες ακραίες συνθήκες όπως η συνεχής ανεπάρκεια οξυγόνου ή ακόμη και η βραχυπρόθεσμη απουσία[...]
Κατά τον καθορισμό της μέγιστης επιτρεπόμενης συγκέντρωσης μιας επιβλαβούς ουσίας στον αέρα μιας περιοχής εργασίας, το πιο σημαντικό και υπεύθυνο βήμα είναι να προσδιοριστεί η ελάχιστη αποτελεσματική (κατώφλι) συγκέντρωση (MC) σε ένα μακροχρόνιο (χρόνιο) πείραμα. Οι λευκοί αρουραίοι χρησιμοποιούνται ως πειραματόζωα. Συνήθως, μελετώνται τα αποτελέσματα της έκθεσης σε 2-3 φορές συγκεντρώσεις, με τη βοήθεια των οποίων καθορίζεται το υποκατώφλι (μέγιστη αναποτελεσματική) και το κατώφλι (ελάχιστα αποτελεσματική) συγκέντρωση (AUC και PC) σύμφωνα με λειτουργικούς, βιοχημικούς και άλλους δείκτες. Το υποκατώφλι και οι συγκεντρώσεις κατωφλίου που καθορίστηκαν ως αποτέλεσμα ενός μακροχρόνιου πειράματος καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της πρόσκρουσης βλαβερές ουσίεςκαι χαρακτηριστικά προσαρμογής των ζώων σε αυτόν τον αντίκτυπο. Λαμβάνοντας υπόψη τα αναγνωρισμένα χαρακτηριστικά, επιλέγονται οι τιμές MPC. Η μετάβαση σε αυτά γίνεται πολλαπλασιάζοντας τις συγκεντρώσεις κατωφλίου με έναν παράγοντα ασφάλειας, η τιμή του οποίου εξαρτάται από την τοξικότητα της ουσίας και κυμαίνεται από 3 έως 20.[...]
Σύμφωνα με τις σύγχρονες έννοιες, ο κύριος μηχανισμός για τη ρύθμιση των μεταβολικών διεργασιών είναι μια αλλαγή στη δραστηριότητα μεμονωμένων ενζύμων ή ενζυμικών συστημάτων που εξασφαλίζουν την κανονική πορεία του μεταβολισμού. Με τη σειρά του, η ρύθμιση της ενζυματικής δραστηριότητας πραγματοποιείται με τρεις κύριους τρόπους: 1) αλλαγή της δραστηριότητας των ενζύμων (στρατηγική «διαμόρφωσης»). 2) αλλαγή των συγκεντρώσεων των ενζύμων («ποσοτική» στρατηγική). 3) αλλαγή του συνόλου των ενζύμων («ποιοτική» στρατηγική). Το μερίδιο καθενός από αυτούς τους μηχανισμούς βιοχημικής προσαρμογής στην ανάπτυξη τριών προσωρινών μορφών αντιστάθμισης των επιδράσεων της θερμοκρασίας: άμεσης, καθυστερημένης και μακροπρόθεσμης δεν είναι η ίδια.[...]
Οι φυσιολόγοι διακρίνουν μεταξύ των επιμέρους τύπων αντοχής: αντοχή στον παγετό και το κρύο, αντοχή στη θερμότητα και την ξηρασία, αντοχή στην αλατότητα και τις ασθένειες. Αλλά ο αριθμός των τύπων αντίστασης αυξάνεται: «εμφανίστηκε» η αντίσταση στα αέρια (03, B02, Ш4), η αντοχή σε βαρέα μέταλλα (υδράργυρος, χαλκός, κάδμιο κ.λπ.), ζιζανιοκτόνα, υδρογονάνθρακες και άλλοι ανθρωπογενείς παράγοντες. Αν αναπτύξουμε αυτή την «παραγοντική» αρχή ταξινόμησης της αντοχής, μπορούμε να καταλήξουμε στην ύπαρξη αντοχής σε μεμονωμένες θερμοκρασίες (-25? -5° +40? +50°) ή σε διάφορες συγκεντρώσεις χημικών παραγόντων. Από την άποψη των συγκεκριμένων μηχανισμών αντίστασης, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν πολλοί επιμέρους τρόποι προσαρμογής στο κύτταρο. Αυτό το έργο μας φαίνεται πολύ δύσκολο και γενικά μη ρεαλιστικό. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι ένα κύτταρο έχει ειδική αντίσταση σε κάποια ουσία που έχει φυσικές συνθήκεςΔεν το έχω ξαναδεί. Είναι πιθανώς πιο λογικό να προχωρήσουμε από τη θέση ότι οι μηχανισμοί απόκρισης ενός ζωντανού συστήματος σε εξωτερικές επιρροές υπόκεινται σε φυσική επιλογή στην εξέλιξη και επομένως η βιοχημική στρατηγική προσαρμογής των κυττάρων θα πρέπει να είναι πιο ομοιόμορφη και πιο ορθολογική. Επομένως, είναι πιο λογικό να θεωρούνται ορισμένοι τύποι σταθερότητας ως ιδιαίτερες εκδηλώσεις γενικές αρχέςαξιοπιστία ενός ζωντανού συστήματος (Grodzinsky, 1983).
Γενική κατανόηση των βιοχημικών μηχανισμών
Προσαρμογή ζωντανών οργανισμών στο περιβάλλον
Υπάρχουν 3 τύποι προσαρμοστικών μηχανισμών:
1. Προσαρμογή μακρομοριακών συστατικών κυττάρων ή σωματικών υγρών.
Υπάρχουν 2 τύποι τέτοιων συσκευών:
- αλλαγή ποσότητας(συγκεντρώσεις) ήδη υπαρχόντων τύπων μακρομορίων, όπως τα ένζυμα.
- σχηματισμός νέων τύπων μακρομορίων, για παράδειγμα, νέα ισοένζυμα που αντικαθιστούν προηγούμενα υπάρχοντα μακρομόρια.
2. Προσαρμογή του μικροπεριβάλλοντος στο οποίο λειτουργούν τα μακρομόρια. Για παράδειγμα, οι οσμωτικές ιδιότητες του μέσου ή η σύνθεση των διαλυμένων ουσιών αλλάζουν.
3. Προσαρμογή σε λειτουργικό επίπεδο. Σε αυτή την περίπτωση, η αλλαγή στην αποτελεσματικότητα των μακρομοριακών συστημάτων, ιδιαίτερα των ενζύμων, δεν σχετίζεται με αλλαγή του αριθμού των μακρομορίων που υπάρχουν στο κύτταρο ή των τύπων τους. Σε αυτή την περίπτωση, η προσαρμογή εξασφαλίζεται με μια αλλαγή στη χρήση ήδη υπαρχόντων μακρομοριακών συστημάτων σύμφωνα με τις τρέχουσες τοπικές ανάγκες για μια συγκεκριμένη δραστηριότητα. Αυτό πραγματοποιείται στο επίπεδο της μεταβολικής ρύθμισης αυξάνοντας ή μειώνοντας την ενζυμική δραστηριότητα.
Προσαρμοστικές αλλαγές στα ενζυμικά συστήματα
Υπάρχουν 2 κύριες λειτουργίες των ενζύμων: η καταλυτική και η ρυθμιστική.
Λόγοι για την ανάγκη εφαρμογής προσαρμογής αλλάζοντας το σύνολο των ενζύμων ή τη συγκέντρωσή τους:
1. μια αλλαγή στις ανάγκες του σώματος όταν αλλάζει το περιβάλλον ή η μετάβαση σε ένα νέο στάδιο ανάπτυξης.
2. αλλαγές στους φυσικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες (θερμοκρασία, πίεση, κ.λπ.).
3. μεταβολή των χημικών περιβαλλοντικών παραγόντων.
Προσαρμογές σε επίπεδο μικροπεριβάλλοντος μακρομορίων
· Η σημασία της ωσμορύθμισης.
· Επιλογή ορισμένων τύπων διαλυμένων ουσιών ως «ωσμωτικών τελεστών».
· Η σημασία του λιπιδικού περιβάλλοντος των μακρομορίων.
· Διασφάλιση της τιμής του pH.
Με την κατάλληλη ρύθμιση του μικροπεριβάλλοντος των μακρομορίων, η προσαρμογή του οργανισμού στις αλλαγές στο εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να μην απαιτεί αλλαγές στα ίδια τα μακρομόρια.
Προσαρμογή με αλλαγή της μεταβολικής δραστηριότητας
Αυτή η προσαρμογή μπορεί να είναι μια απάντηση σε:
1. Αλλαγές στις ενεργειακές ανάγκες.
2. Αλλαγή στην παροχή οξυγόνου.
3. Έκθεση σε παράγοντες που σχετίζονται με τη μετανάστευση και την πείνα.
4. Αλλαγή των φυσικών περιβαλλοντικών συνθηκών.
5. αλλαγή στην ορμονική κατάσταση.
Ρυθμός βιοχημικής προσαρμογής
Όσο περισσότερος χρόνος δίνεται για προσαρμοστικές αλλαγές, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιλογή των πιθανών προσαρμοστικών μηχανισμών.
Γενετική προσαρμογήσυμβαίνει σε πολλές γενιές. Συμβαίνουν μεταλλάξεις σε ρυθμιστικά γονίδια, υποκαταστάσεις αμινοξέων με το σχηματισμό νέων ισοενζύμων και την εμφάνιση νέων μορίων.
Παράδειγμα: η εμφάνιση του πολυπεπτιδίου γλυκοπρωτεΐνης «αντιψυκτικού» σε θαλάσσια οστεώδη ψάρια που ζουν ανάμεσα σε πάγο.
Οι αντιδράσεις σε δυσμενείς περιβαλλοντικούς παράγοντες είναι επιζήμιες για τους ζωντανούς οργανισμούς μόνο υπό ορισμένες συνθήκες, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις έχουν προσαρμοστική σημασία. Επομένως, αυτές οι απαντήσεις ονομάστηκαν «σύνδρομο γενικής προσαρμογής» από τον Selye. Σε μεταγενέστερα έργα, χρησιμοποίησε τους όρους «στρες» και «σύνδρομο γενικής προσαρμογής» ως συνώνυμους.
Προσαρμογήείναι μια γενετικά καθορισμένη διαδικασία σχηματισμού προστατευτικών συστημάτων που εξασφαλίζουν αυξημένη σταθερότητα και την πορεία της οντογένεσης σε δυσμενείς γι' αυτήν συνθήκες.
Η προσαρμογή είναι ένας από τους πιο σημαντικούς μηχανισμούς που αυξάνει την ανθεκτικότητα βιολογικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των φυτικών οργανισμών, σε αλλαγμένες συνθήκες ύπαρξης. Όσο καλύτερα προσαρμόζεται ένας οργανισμός σε έναν συγκεκριμένο παράγοντα, τόσο πιο ανθεκτικός είναι στις διακυμάνσεις του.
Η γονοτυπικά καθορισμένη ικανότητα ενός οργανισμού να αλλάζει τον μεταβολισμό εντός ορισμένων ορίων ανάλογα με τη δράση του εξωτερικού περιβάλλοντος ονομάζεται κανόνας αντίδρασης. Ελέγχεται από τον γονότυπο και είναι χαρακτηριστικό όλων των ζωντανών οργανισμών. Οι περισσότερες τροποποιήσεις που συμβαίνουν εντός του φυσιολογικού εύρους αντίδρασης έχουν προσαρμοστική σημασία. Αντιστοιχούν σε αλλαγές στο περιβάλλον και εξασφαλίζουν καλύτερη επιβίωση των φυτών κάτω από κυμαινόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Από αυτή την άποψη, τέτοιες τροποποιήσεις έχουν εξελικτική σημασία. Ο όρος «κανόνας αντίδρασης» εισήχθη από τον V.L. Johannsen (1909).
Όσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα ενός είδους ή ποικιλίας να τροποποιείται σύμφωνα με το περιβάλλον, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός αντίδρασής του και τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητά του να προσαρμοστεί. Αυτή η ιδιότητα διακρίνει ανθεκτικές ποικιλίες καλλιεργειών. Κατά κανόνα, μικρές και βραχυπρόθεσμες αλλαγές στους περιβαλλοντικούς παράγοντες δεν οδηγούν σε σημαντικές διαταραχές στις φυσιολογικές λειτουργίες των φυτών. Αυτό οφείλεται στην ικανότητά τους να διατηρούν τη σχετική δυναμική ισορροπία του εσωτερικού περιβάλλοντος και τη σταθερότητα των βασικών φυσιολογικών λειτουργιών σε ένα μεταβαλλόμενο εξωτερικό περιβάλλον. Ταυτόχρονα, ξαφνικές και παρατεταμένες κρούσεις οδηγούν σε διαταραχή πολλών λειτουργιών του φυτού και συχνά σε θάνατο.
Η προσαρμογή περιλαμβάνει όλες τις διαδικασίες και προσαρμογές (ανατομικές, μορφολογικές, φυσιολογικές, συμπεριφορικές κ.λπ.) που συμβάλλουν στην αύξηση της σταθερότητας και συμβάλλουν στην επιβίωση του είδους.
1.Ανατομικές και μορφολογικές συσκευές. Σε ορισμένους εκπροσώπους των ξερόφυτων, το μήκος του ριζικού συστήματος φτάνει αρκετές δεκάδες μέτρα, γεγονός που επιτρέπει στο φυτό να χρησιμοποιεί υπόγεια ύδατα και να μην αντιμετωπίζει έλλειψη υγρασίας σε συνθήκες εδάφους και ατμοσφαιρικής ξηρασίας. Σε άλλα ξερόφυτα, η παρουσία παχιάς επιδερμίδας, εφηβικών φύλλων και η μετατροπή των φύλλων σε αγκάθια μειώνουν την απώλεια νερού, κάτι που είναι πολύ σημαντικό σε συνθήκες έλλειψης υγρασίας.
Οι τρίχες και οι σπονδυλικές στήλες προστατεύουν τα φυτά από το να καταναλωθούν από ζώα.
Τα δέντρα στην τούντρα ή σε μεγάλα υψόμετρα μοιάζουν με ερπυσμούς θάμνους το χειμώνα, καλύπτονται με χιόνι, το οποίο τα προστατεύει από σοβαρούς παγετούς.
ΣΕ ορεινές περιοχέςμε μεγάλες ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, τα φυτά συχνά παίρνουν τη μορφή απλωμένων μαξιλαριών με πολυάριθμους μίσχους πυκνά συσκευασμένους. Αυτό σας επιτρέπει να διατηρείτε την υγρασία μέσα στα μαξιλάρια και μια σχετικά ομοιόμορφη θερμοκρασία όλη την ημέρα.
Στα ελώδη και υδρόβια φυτά σχηματίζεται ένα ειδικό αέρινο παρέγχυμα (aerenchyma), το οποίο είναι δεξαμενή αέρα και διευκολύνει την αναπνοή τμημάτων του φυτού που είναι βυθισμένα στο νερό.
2. Φυσιολογικές-βιοχημικές προσαρμογές. Στα παχύφυτα, μια προσαρμογή για την ανάπτυξη σε συνθήκες ερήμου και ημι-ερήμου είναι η αφομοίωση του CO 2 κατά τη φωτοσύνθεση μέσω της οδού CAM. Αυτά τα φυτά έχουν στομάχια που είναι κλειστά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, το φυτό διατηρεί τα εσωτερικά του αποθέματα νερού από την εξάτμιση. Στις ερήμους, το νερό είναι ο κύριος παράγοντας που περιορίζει την ανάπτυξη των φυτών. Τα στόμια ανοίγουν τη νύχτα και αυτή τη στιγμή το CO 2 εισέρχεται στους φωτοσυνθετικούς ιστούς. Η επακόλουθη συμμετοχή του CO 2 στον φωτοσυνθετικό κύκλο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της ημέρας που τα στομία είναι κλειστά.
Οι φυσιολογικές και βιοχημικές προσαρμογές περιλαμβάνουν την ικανότητα των στομάτων να ανοίγουν και να κλείνουν, ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες. Η σύνθεση στα κύτταρα αψισικού οξέος, προλίνης, προστατευτικών πρωτεϊνών, φυτοαλεξινών, φυτοκτόνων, αυξημένη δραστηριότητα ενζύμων που εξουδετερώνουν την οξειδωτική διάσπαση οργανικών ουσιών, συσσώρευση σακχάρων στα κύτταρα και μια σειρά από άλλες αλλαγές στο μεταβολισμό συμβάλλουν στην αύξηση της αντοχής των φυτών σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες.
Η ίδια βιοχημική αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί από πολλές μοριακές μορφές του ίδιου ενζύμου (ισοένζυμα), με κάθε ισομορφή να παρουσιάζει καταλυτική δράση σε ένα σχετικά στενό εύρος κάποιας περιβαλλοντικής παραμέτρου, όπως η θερμοκρασία. Η παρουσία ενός αριθμού ισοενζύμων επιτρέπει στο φυτό να πραγματοποιεί αντιδράσεις σε πολύ μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας σε σύγκριση με κάθε μεμονωμένο ισοένζυμο. Αυτό επιτρέπει στο φυτό να εκτελεί με επιτυχία ζωτικές λειτουργίες σε μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας.
3. Προσαρμογές συμπεριφοράς ή αποφυγή ενός δυσμενούς παράγοντα. Ένα παράδειγμα είναι τα εφήμερα και τα εφήμερα (παπαρούνα, ρεβίθια, κρόκοι, τουλίπες, χιονοστιβάδες). Διανύουν ολόκληρο τον κύκλο ανάπτυξής τους την άνοιξη σε 1,5-2 μήνες, ακόμη και πριν από την έναρξη της ζέστης και της ξηρασίας. Έτσι, φαίνεται να φεύγουν ή να αποφεύγουν να πέσουν κάτω από την επιρροή του στρεσογόνου παράγοντα. Ομοίως, πρώιμες ποικιλίες γεωργικών καλλιεργειών σχηματίζουν συγκομιδή πριν από την εμφάνιση δυσμενών εποχιακών φαινομένων: Αυγουστιάτικες ομίχλες, βροχές, παγετούς. Ως εκ τούτου, η επιλογή πολλών γεωργικών καλλιεργειών στοχεύει στη δημιουργία πρώιμων ποικιλιών. Τα πολυετή φυτά διαχειμάζουν με τη μορφή ριζωμάτων και βολβών στο έδαφος κάτω από το χιόνι, γεγονός που τα προστατεύει από το πάγωμα.
Η προσαρμογή των φυτών σε δυσμενείς παράγοντες πραγματοποιείται ταυτόχρονα σε πολλά επίπεδα ρύθμισης - από ένα μεμονωμένο κύτταρο έως μια φυτοκένωση. Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο οργάνωσης (κύτταρο, οργανισμός, πληθυσμός), τόσο μεγαλύτερο αριθμόμηχανισμοί συμμετέχει ταυτόχρονα στην προσαρμογή των φυτών στο στρες.
Η ρύθμιση των μεταβολικών διεργασιών και της προσαρμογής στο εσωτερικό του κυττάρου πραγματοποιείται με τη χρήση συστημάτων: μεταβολικό (ενζυματικό). γενετική; μεμβράνη Αυτά τα συστήματα είναι στενά διασυνδεδεμένα. Έτσι, οι ιδιότητες των μεμβρανών εξαρτώνται από τη γονιδιακή δραστηριότητα και η διαφορική δραστηριότητα των ίδιων των γονιδίων είναι υπό τον έλεγχο των μεμβρανών. Η σύνθεση των ενζύμων και η δράση τους ελέγχονται σε γενετικό επίπεδο, ενώ ταυτόχρονα τα ένζυμα ρυθμίζουν το μεταβολισμό των νουκλεϊκών οξέων στο κύτταρο.
Επί οργανικό επίπεδονέα προστίθενται στους κυτταρικούς μηχανισμούς προσαρμογής, αντανακλώντας την αλληλεπίδραση των οργάνων. Σε δυσμενείς συνθήκες, τα φυτά δημιουργούν και διατηρούν μια τέτοια ποσότητα φρούτων στοιχείων που είναι επαρκώς εφοδιασμένα με τις απαραίτητες ουσίες για να σχηματίσουν πλήρεις σπόρους. Για παράδειγμα, στις ταξιανθίες καλλιεργούμενων σιτηρών και στις κορώνες οπωροφόρων δέντρων, κάτω από δυσμενείς συνθήκες, περισσότερες από τις μισές καθιερωμένες ωοθήκες μπορεί να πέσουν. Τέτοιες αλλαγές βασίζονται σε ανταγωνιστικές σχέσεις μεταξύ των οργάνων για φυσιολογικά δραστικές ουσίες και θρεπτικά συστατικά.
Υπό συνθήκες στρες, οι διαδικασίες γήρανσης και πτώσης των κάτω φύλλων επιταχύνονται απότομα. Ταυτόχρονα, ουσίες που χρειάζονται τα φυτά μετακινούνται από αυτά σε νεαρά όργανα, ανταποκρινόμενες στη στρατηγική επιβίωσης του οργανισμού. Χάρη στην ανακύκλωση των θρεπτικών ουσιών από τα κάτω φύλλα, τα νεότερα, τα πάνω φύλλα, παραμένουν βιώσιμα.
Λειτουργούν μηχανισμοί για την αναγέννηση των χαμένων οργάνων. Για παράδειγμα, η επιφάνεια ενός τραύματος καλύπτεται με δευτερεύοντα περιδερμικό ιστό (περιδερμική πληγή), μια πληγή σε κορμό ή κλάδο επουλώνεται με οζίδια (κάλους). Όταν χάνεται ο κορυφαίος βλαστός, ξυπνούν αδρανείς οφθαλμοί στα φυτά και αναπτύσσονται εντατικά οι πλευρικοί βλαστοί. Η αναγέννηση των φύλλων την άνοιξη αντί αυτών που έπεσαν το φθινόπωρο είναι επίσης ένα παράδειγμα φυσικής αναγέννησης οργάνων. Η αναγέννηση ως βιολογική συσκευή που παρέχει αγενή πολλαπλασιασμό των φυτών από τμήματα της ρίζας, του ριζώματος, του θάλλου, των μοσχευμάτων του στελέχους και των φύλλων, των απομονωμένων κυττάρων και των μεμονωμένων πρωτοπλάστων έχει μεγάλη πρακτική σημασίαγια φυτοκαλλιέργεια, οπωροκαλλιέργεια, δασοκομία, καλλωπιστική κηπουρική κ.λπ.
Το ορμονικό σύστημα συμμετέχει επίσης στις διαδικασίες προστασίας και προσαρμογής σε φυτικό επίπεδο. Για παράδειγμα, υπό την επίδραση δυσμενών συνθηκών σε ένα φυτό, η περιεκτικότητα σε αναστολείς ανάπτυξης αυξάνεται απότομα: αιθυλένιο και ασπισικό οξύ. Μειώνουν το μεταβολισμό, αναστέλλουν τις διαδικασίες ανάπτυξης, επιταχύνουν τη γήρανση, την απώλεια οργάνων και τη μετάβαση του φυτού σε κατάσταση αδρανοποίησης. Η αναστολή της λειτουργικής δραστηριότητας υπό συνθήκες στρες υπό την επίδραση αναστολέων ανάπτυξης είναι μια χαρακτηριστική αντίδραση για τα φυτά. Ταυτόχρονα, η περιεκτικότητα σε διεγερτικά ανάπτυξης στους ιστούς μειώνεται: κυτοκινίνη, αυξίνη και γιβερελλίνες.
Επί επίπεδο πληθυσμούπροστίθεται επιλογή, η οποία οδηγεί στην εμφάνιση πιο προσαρμοσμένων οργανισμών. Η δυνατότητα επιλογής καθορίζεται από την ύπαρξη ενδοπληθυσμιακής μεταβλητότητας στην αντοχή των φυτών σε διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ένα παράδειγμα ενδοπληθυσμιακής μεταβλητότητας στην αντίσταση μπορεί να είναι η άνιση εμφάνιση δενδρυλλίων σε αλατούχο έδαφος και η αύξηση της διακύμανσης του χρόνου βλάστησης με αυξανόμενους στρεσογόνους παράγοντες.
Ένα είδος στη σύγχρονη αντίληψη αποτελείται από μεγάλο αριθμό βιοτύπων - μικρότερες οικολογικές μονάδες που είναι γενετικά πανομοιότυπες, αλλά παρουσιάζουν διαφορετική αντίσταση στους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Υπό διαφορετικές συνθήκες, δεν είναι όλοι οι βιότυποι εξίσου βιώσιμοι, και ως αποτέλεσμα του ανταγωνισμού, παραμένουν μόνο εκείνοι που πληρούν καλύτερα τις δεδομένες συνθήκες. Δηλαδή, η αντίσταση ενός πληθυσμού (ποικιλίας) σε έναν ή τον άλλο παράγοντα καθορίζεται από την αντίσταση των οργανισμών που αποτελούν τον πληθυσμό. Οι ανθεκτικές ποικιλίες περιλαμβάνουν ένα σύνολο βιοτύπων που παρέχουν καλή παραγωγικότητα ακόμη και σε δυσμενείς συνθήκες.
Ταυτόχρονα, κατά τη μακροχρόνια καλλιέργεια των ποικιλιών, η σύνθεση και η αναλογία των βιοτύπων στον πληθυσμό αλλάζει, γεγονός που επηρεάζει την παραγωγικότητα και την ποιότητα της ποικιλίας, συχνά όχι προς το καλύτερο.
Έτσι, η προσαρμογή περιλαμβάνει όλες τις διαδικασίες και προσαρμογές που αυξάνουν την αντίσταση των φυτών σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες (ανατομικές, μορφολογικές, φυσιολογικές, βιοχημικές, συμπεριφορικές, πληθυσμιακές κ.λπ.)
Αλλά για να επιλέξετε την πιο αποτελεσματική διαδρομή προσαρμογής, το κύριο πράγμα είναι ο χρόνος κατά τον οποίο το σώμα πρέπει να προσαρμοστεί στις νέες συνθήκες.
Σε περίπτωση ξαφνικής δράσης ενός ακραίου παράγοντα, η απόκριση δεν μπορεί να καθυστερήσει, πρέπει να ακολουθήσει αμέσως για να αποφευχθεί η μη αναστρέψιμη ζημιά στο φυτό. Με την παρατεταμένη έκθεση σε μια μικρή δύναμη, οι προσαρμοστικές αλλαγές συμβαίνουν σταδιακά και η επιλογή των πιθανών στρατηγικών αυξάνεται.
Από αυτή την άποψη, υπάρχουν τρεις κύριες στρατηγικές προσαρμογής: εξελικτικό, οντογενετικήΚαι επείγων. Στόχος της στρατηγικής είναι αποτελεσματική χρήσηδιαθέσιμους πόρους για την επίτευξη του κύριου στόχου - την επιβίωση του σώματος υπό στρες. Η στρατηγική προσαρμογής στοχεύει στη διατήρηση της δομικής ακεραιότητας των ζωτικών μακρομορίων και της λειτουργικής δραστηριότητας των κυτταρικών δομών, στη διατήρηση των συστημάτων ρύθμισης της ζωής και στην παροχή ενέργειας στα φυτά.
Εξελικτικές ή φυλογενετικές προσαρμογές(φυλογένεση - ανάπτυξη βιολογικών ειδώνστο χρόνο) είναι προσαρμογές που προκύπτουν κατά τη διάρκεια της εξελικτικής διαδικασίας που βασίζονται σε γενετικές μεταλλάξεις, επιλογή και κληρονομούνται. Είναι τα πιο αξιόπιστα για την επιβίωση των φυτών.
Στη διαδικασία της εξέλιξης, κάθε είδος φυτού έχει αναπτύξει ορισμένες ανάγκες για συνθήκες διαβίωσης και προσαρμοστικότητα στην οικολογική θέση που καταλαμβάνει, μια σταθερή προσαρμογή του οργανισμού στο βιότοπό του. Η ανοχή στην υγρασία και τη σκιά, η αντοχή στη θερμότητα, η αντοχή στο κρύο και άλλα οικολογικά χαρακτηριστικά συγκεκριμένων ειδών φυτών διαμορφώθηκαν ως αποτέλεσμα της μακροχρόνιας έκθεσης σε κατάλληλες συνθήκες. Έτσι, τα φυτά που αγαπούν τη θερμότητα και τα φυτά μικρής ημέρας είναι χαρακτηριστικά στα νότια γεωγραφικά πλάτη, ενώ τα λιγότερο απαιτητικά φυτά που αγαπούν τη θερμότητα και τα φυτά μεγάλης ημέρας είναι χαρακτηριστικά στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη. Είναι ευρέως γνωστές πολυάριθμες εξελικτικές προσαρμογές των ξερόφυτων φυτών στην ξηρασία: οικονομική χρήση νερού, βαθιά ριζικό σύστημα, αποβολή φύλλων και μετάβαση σε κατάσταση αδρανοποίησης και άλλες προσαρμογές.
Από αυτή την άποψη, οι ποικιλίες γεωργικών φυτών παρουσιάζουν αντοχή ακριβώς σε εκείνους τους περιβαλλοντικούς παράγοντες στο πλαίσιο των οποίων πραγματοποιείται η αναπαραγωγή και η επιλογή των παραγωγικών μορφών. Εάν η επιλογή πραγματοποιείται σε πολλές διαδοχικές γενιές με φόντο τη συνεχή επίδραση κάποιου δυσμενούς παράγοντα, τότε η αντοχή της ποικιλίας σε αυτήν μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Είναι φυσικό οι ποικιλίες που επιλέγονται από το ερευνητικό ινστιτούτο ΓεωργίαΤα νοτιοανατολικά (Saratov), είναι πιο ανθεκτικά στην ξηρασία από τις ποικιλίες που δημιουργούνται σε κέντρα αναπαραγωγής της περιοχής της Μόσχας. Με τον ίδιο τρόπο, σε οικολογικές ζώνες με δυσμενείς εδαφοκλιματικές συνθήκες, σχηματίστηκαν ανθεκτικές τοπικές ποικιλίες φυτών και τα ενδημικά είδη φυτών είναι ανθεκτικά ακριβώς στον στρεσογόνο παράγοντα που εκφράζεται στο βιότοπό τους.
Χαρακτηριστικά αντοχής των ανοιξιάτικων ποικιλιών σιταριού από τη συλλογή του Πανρωσικού Ινστιτούτου Φυτικής Καλλιέργειας (Semyonov et al., 2005)
| Ποικιλία | Προέλευση | Βιωσιμότητα |
| Ενίτα | περιοχή της Μόσχας | Μέτρια ανθεκτικό στην ξηρασία |
| Saratovskaya 29 | Περιοχή Σαράτοφ | Ανθεκτικό στην ξηρασία |
| Κομήτης | Περιφέρεια Σβερντλόφσκ. | Ανθεκτικό στην ξηρασία |
| Καρασίνο | Βραζιλία | Ανθεκτικό στα οξέα |
| Προανάκρουσμα | Βραζιλία | Ανθεκτικό στα οξέα |
| Colonias | Βραζιλία | Ανθεκτικό στα οξέα |
| Τριντάνι | Βραζιλία | Ανθεκτικό στα οξέα |
| PPG-56 | Καζακστάν | Ανθεκτικό στο αλάτι |
| Osh | Κιργιζιστάν | Ανθεκτικό στο αλάτι |
| Surkhak 5688 | Τατζικιστάν | Ανθεκτικό στο αλάτι |
| Messel | Νορβηγία | Ανθεκτικό στο αλάτι |
Σε φυσικά περιβάλλοντα, οι περιβαλλοντικές συνθήκες συνήθως αλλάζουν πολύ γρήγορα και ο χρόνος κατά τον οποίο ο παράγοντας στρες φτάνει σε επιζήμιο επίπεδο δεν είναι αρκετός για το σχηματισμό εξελικτικών προσαρμογών. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα φυτά χρησιμοποιούν όχι μόνιμους, αλλά επαγόμενους από στρεσογόνους μηχανισμούς άμυνας, ο σχηματισμός των οποίων είναι γενετικά προκαθορισμένος (καθορισμένος).
Οντογενετικές (φαινοτυπικές) προσαρμογέςδεν σχετίζονται με γενετικές μεταλλάξεις και δεν κληρονομούνται. Ο σχηματισμός αυτού του είδους προσαρμογής διαρκεί σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, γι' αυτό ονομάζονται μακροχρόνιες προσαρμογές. Ένας από αυτούς τους μηχανισμούς είναι η ικανότητα ορισμένων φυτών να σχηματίζουν μια φωτοσυνθετική οδό τύπου CAM που εξοικονομεί νερό υπό συνθήκες ανεπάρκειας νερού που προκαλείται από ξηρασία, αλατότητα, χαμηλές θερμοκρασίες και άλλους στρεσογόνους παράγοντες.
Αυτή η προσαρμογή σχετίζεται με την επαγωγή της έκφρασης του γονιδίου της φωσφοενολοπυρουβικής καρβοξυλάσης, το οποίο είναι «αδρανές» υπό κανονικές συνθήκες, και των γονιδίων άλλων ενζύμων της οδού CAM της αφομοίωσης του CO 2, με τη βιοσύνθεση οσμολυτών (προλίνη), με η ενεργοποίηση των αντιοξειδωτικών συστημάτων και οι αλλαγές στους καθημερινούς ρυθμούς των στοματικών κινήσεων. Όλα αυτά οδηγούν σε πολύ οικονομική κατανάλωση νερού.
Σε καλλιέργειες αγρού, για παράδειγμα, καλαμπόκι, το ερένχυμα απουσιάζει υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης. Αλλά υπό συνθήκες πλημμύρας και έλλειψης οξυγόνου στους ιστούς των ριζών, μερικά από τα κύτταρα του πρωτογενούς φλοιού της ρίζας και του στελέχους πεθαίνουν (απόπτωση ή προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος). Στη θέση τους σχηματίζονται κοιλότητες μέσω των οποίων το οξυγόνο μεταφέρεται από το υπέργειο τμήμα του φυτού στο ριζικό σύστημα. Το σήμα για τον κυτταρικό θάνατο είναι η σύνθεση αιθυλενίου.
Επείγουσα προσαρμογήεμφανίζεται με γρήγορες και έντονες αλλαγές στις συνθήκες διαβίωσης. Βασίζεται στον σχηματισμό και τη λειτουργία συστημάτων άμυνας κραδασμών. Τα συστήματα άμυνας έναντι κραδασμών περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, το σύστημα πρωτεΐνης θερμικού σοκ, το οποίο σχηματίζεται ως απόκριση σε μια ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτοί οι μηχανισμοί παρέχουν βραχυπρόθεσμες συνθήκες επιβίωσης υπό την επίδραση ενός επιβλαβούς παράγοντα και δημιουργούν έτσι τις προϋποθέσεις για τη διαμόρφωση πιο αξιόπιστων μακροπρόθεσμων εξειδικευμένων μηχανισμών προσαρμογής. Παράδειγμα εξειδικευμένων μηχανισμών προσαρμογής είναι ο νέος σχηματισμός αντιψυκτικών πρωτεϊνών σε χαμηλές θερμοκρασίες ή η σύνθεση σακχάρων κατά τη διαχείμαση των χειμερινών καλλιεργειών. Ταυτόχρονα, εάν η βλαπτική επίδραση ενός παράγοντα υπερβαίνει τις προστατευτικές και επανορθωτικές δυνατότητες του σώματος, τότε αναπόφευκτα επέρχεται θάνατος. Στην περίπτωση αυτή, ο οργανισμός πεθαίνει στο στάδιο του επείγοντος ή στο στάδιο της εξειδικευμένης προσαρμογής, ανάλογα με την ένταση και τη διάρκεια του ακραίου παράγοντα.
Διακρίνω ειδικόςΚαι μη ειδικό (γενικό)αντιδράσεις των φυτών σε στρεσογόνους παράγοντες.
Μη ειδικές αντιδράσειςδεν εξαρτώνται από τη φύση του ενεργού παράγοντα. Είναι τα ίδια υπό την επίδραση υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών, έλλειψης ή περίσσειας υγρασίας, υψηλής συγκέντρωσης αλάτων στο έδαφος ή επιβλαβών αερίων στον αέρα. Σε όλες τις περιπτώσεις, η διαπερατότητα των μεμβρανών στα φυτικά κύτταρα αυξάνεται, η αναπνοή μειώνεται, η υδρολυτική διάσπαση των ουσιών αυξάνεται, η σύνθεση του αιθυλενίου και του αψισικού οξέος αυξάνεται και η διαίρεση και η επιμήκυνση των κυττάρων αναστέλλονται.
Ο πίνακας παρουσιάζει ένα σύμπλεγμα μη ειδικών αλλαγών που συμβαίνουν στα φυτά υπό την επίδραση διαφόρων περιβαλλοντικών παραγόντων.
Αλλαγές στις φυσιολογικές παραμέτρους στα φυτά υπό την επίδραση των συνθηκών στρες (σύμφωνα με τον G.V. Udovenko, 1995)
| Επιλογές | Η φύση των αλλαγών στις παραμέτρους υπό συνθήκες | |||
| ξηρασία | αλμυρότητα | υψηλή θερμοκρασία | χαμηλή θερμοκρασία | |
| Συγκέντρωση ιόντων στους ιστούς | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας |
| Δραστηριότητα νερού στο κύτταρο | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις |
| Οσμωτικό δυναμικό του κυττάρου | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας |
| Ικανότητα συγκράτησης νερού | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | — |
| Λειψυδρία | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | — |
| Διαπερατότητα πρωτοπλάσματος | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | — |
| Ρυθμός διαπνοής | Πτώσεις | Πτώσεις | Μεγαλώνοντας | Πτώσεις |
| Αποδοτικότητα διαπνοής | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις |
| Ενεργειακή απόδοση της αναπνοής | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις | — |
| Ένταση αναπνοής | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | — |
| Φωτοφωσφορυλίωση | Μειώνεται | Μειώνεται | — | Μειώνεται |
| Σταθεροποίηση πυρηνικού DNA | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας |
| Λειτουργική δραστηριότητα του DNA | Μειώνεται | Μειώνεται | Μειώνεται | Μειώνεται |
| Συγκέντρωση προλίνης | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | — |
| Περιεκτικότητα σε υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας | Μεγαλώνοντας |
| Συνθετικές αντιδράσεις | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός |
| Απορρόφηση ιόντων από τις ρίζες | Καταστέλλεται | Καταστέλλεται | Καταστέλλεται | Καταστέλλεται |
| Μεταφορά ουσιών | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός | Μελαγχολικός |
| Συγκέντρωση χρωστικής | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις | Πτώσεις |
| Κυτταρική διαίρεση | Φρενάρισμα | Φρενάρισμα | — | — |
| Τέντωμα κυττάρων | Καταστέλλεται | Καταστέλλεται | — | — |
| Αριθμός στοιχείων φρούτων | Μειωμένος | Μειωμένος | Μειωμένος | Μειωμένος |
| Γήρανση οργάνων | Επιταχύνθηκε | Επιταχύνθηκε | Επιταχύνθηκε | — |
| Βιολογική συγκομιδή | Υποβιβασμένος | Υποβιβασμένος | Υποβιβασμένος | Υποβιβασμένος |
Με βάση τα δεδομένα του πίνακα, μπορεί να φανεί ότι η αντοχή των φυτών σε διάφορους παράγοντες συνοδεύεται από μονοκατευθυντικές φυσιολογικές αλλαγές. Αυτό δίνει λόγους να πιστεύουμε ότι η αύξηση της αντοχής των φυτών σε έναν παράγοντα μπορεί να συνοδεύεται από αύξηση της αντοχής σε έναν άλλο. Αυτό έχει επιβεβαιωθεί από πειράματα.
Πειράματα στο Ινστιτούτο Φυσιολογίας Φυτών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Vl. V. Kuznetsov και άλλοι) έδειξαν ότι η βραχυπρόθεσμη θερμική επεξεργασία των φυτών βαμβακιού συνοδεύεται από αύξηση της αντοχής τους στην επακόλουθη αλατότητα. Και η προσαρμογή των φυτών στην αλατότητα οδηγεί σε αύξηση της αντοχής τους στις υψηλές θερμοκρασίες. Το θερμικό σοκ αυξάνει την ικανότητα των φυτών να προσαρμοστούν στην επακόλουθη ξηρασία και, αντίθετα, κατά τη διάρκεια της ξηρασίας αυξάνεται η αντίσταση του οργανισμού στις υψηλές θερμοκρασίες. Η βραχυπρόθεσμη έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες αυξάνει την αντοχή στα βαρέα μέταλλα και την ακτινοβολία UV-B. Η προηγούμενη ξηρασία προάγει την επιβίωση των φυτών σε συνθήκες αλατότητας ή ψύχους.
Η διαδικασία αύξησης της αντίστασης του σώματος σε αυτό περιβαλλοντικός παράγονταςως αποτέλεσμα της προσαρμογής σε παράγοντα διαφορετικής φύσης ονομάζεται διασταυρούμενη προσαρμογή.
Για τη μελέτη γενικών (μη ειδικών) μηχανισμών αντίστασης, η ανταπόκριση των φυτών σε παράγοντες που προκαλούν ανεπάρκεια νερού στα φυτά: αλατότητα, ξηρασία, χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες και μερικοί άλλοι παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον. Σε επίπεδο ολόκληρου του οργανισμού, όλα τα φυτά ανταποκρίνονται στην έλλειψη νερού με τον ίδιο τρόπο. Χαρακτηρίζεται από αναστολή της ανάπτυξης των βλαστών, αυξημένη ανάπτυξη του ριζικού συστήματος, σύνθεση αψισικού οξέος και μειωμένη στοματική αγωγιμότητα. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, τα κάτω φύλλα γερνούν γρήγορα και παρατηρείται ο θάνατός τους. Όλες αυτές οι αντιδράσεις στοχεύουν στη μείωση της κατανάλωσης νερού μειώνοντας την επιφάνεια εξάτμισης, καθώς και αυξάνοντας τη δραστηριότητα απορρόφησης της ρίζας.
Συγκεκριμένες αντιδράσεις- Αυτές είναι αντιδράσεις στη δράση οποιουδήποτε παράγοντα στρες. Έτσι, φυτοαλεξίνες (ουσίες με αντιβιοτικές ιδιότητες) συντίθενται στα φυτά ως απόκριση στην επαφή με παθογόνα.
Η ειδικότητα ή η μη εξειδίκευση των αντιδράσεων απόκρισης συνεπάγεται, αφενός, τη στάση του φυτού σε διάφορους στρεσογόνους παράγοντες και, αφετέρου, την ειδικότητα των αντιδράσεων φυτών διαφορετικών ειδών και ποικιλιών στον ίδιο στρεσογόνο παράγοντα.
Η εκδήλωση συγκεκριμένων και μη ειδικών αποκρίσεων του φυτού εξαρτάται από τη δύναμη του στρες και την ταχύτητα ανάπτυξής του. Συγκεκριμένες αντιδράσεις εμφανίζονται πιο συχνά εάν το άγχος αναπτύσσεται αργά και το σώμα έχει χρόνο να αναδομηθεί και να προσαρμοστεί σε αυτό. Οι μη ειδικές αντιδράσεις συμβαίνουν συνήθως με ένα πιο σύντομο και ισχυρότερο στρεσογόνο παράγοντα. Η λειτουργία μη ειδικών (γενικών) μηχανισμών αντίστασης επιτρέπει στο εργοστάσιο να αποφεύγει μεγάλες ενεργειακές δαπάνες για το σχηματισμό εξειδικευμένων (ειδικών) μηχανισμών προσαρμογής ως απάντηση σε οποιαδήποτε απόκλιση από τον κανόνα στις συνθήκες διαβίωσής τους.
Η αντοχή του φυτού στην καταπόνηση εξαρτάται από τη φάση της οντογένεσης. Τα πιο σταθερά φυτά και τα φυτικά όργανα βρίσκονται σε αδρανή κατάσταση: με τη μορφή σπόρων, βολβών. ξυλώδη πολυετή φυτά - σε κατάσταση βαθύ λήθαργου μετά την πτώση των φύλλων. Τα φυτά είναι πιο ευαίσθητα σε νεαρή ηλικία, αφού υπό συνθήκες στρες καταστρέφονται πρώτα οι διαδικασίες ανάπτυξης. Η δεύτερη κρίσιμη περίοδος είναι η περίοδος σχηματισμού γαμετών και γονιμοποίησης. Το στρες αυτή την περίοδο οδηγεί σε μείωση της αναπαραγωγικής λειτουργίας των φυτών και μείωση της απόδοσης.
Εάν οι στρεσογόνες συνθήκες επαναλαμβάνονται και έχουν χαμηλή ένταση, τότε συμβάλλουν στη σκλήρυνση των φυτών. Αυτή είναι η βάση για μεθόδους αύξησης της αντοχής σε χαμηλές θερμοκρασίες, θερμότητα, αλατότητα και αυξημένα επίπεδα επιβλαβών αερίων στον αέρα.
ΑξιοπιστίαΈνας φυτικός οργανισμός καθορίζεται από την ικανότητά του να αποτρέπει ή να εξαλείφει αστοχίες σε διαφορετικά επίπεδα βιολογικής οργάνωσης: μοριακό, υποκυτταρικό, κυτταρικό, ιστό, όργανο, οργανισμό και πληθυσμό.
Για την αποφυγή διαταραχών στη ζωή των φυτών υπό την επίδραση δυσμενών παραγόντων, οι αρχές του πλεονασμός, ετερογένεια λειτουργικά ισοδύναμων συστατικών, συστήματα για την επισκευή χαμένων κατασκευών.
Ο πλεονασμός των δομών και της λειτουργικότητας είναι ένας από τους κύριους τρόπους διασφάλισης της αξιοπιστίας του συστήματος. Ο πλεονασμός και ο πλεονασμός έχουν ποικίλες εκδηλώσεις. Σε υποκυτταρικό επίπεδο, ο πλεονασμός και ο διπλασιασμός του γενετικού υλικού συμβάλλουν στην αύξηση της αξιοπιστίας του φυτικού οργανισμού. Αυτό εξασφαλίζεται, για παράδειγμα, από τη διπλή έλικα του DNA και την αύξηση της πλοειδίας. Η αξιοπιστία της λειτουργίας ενός φυτικού οργανισμού υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες υποστηρίζεται επίσης από την παρουσία διαφόρων μορίων αγγελιαφόρου RNA και τον σχηματισμό ετερογενών πολυπεπτιδίων. Αυτά περιλαμβάνουν ισοένζυμα που καταλύουν την ίδια αντίδραση, αλλά διαφέρουν ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και τη σταθερότητα της μοριακής δομής υπό μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Σε κυτταρικό επίπεδο, ένα παράδειγμα πλεονασμού είναι η περίσσεια κυτταρικών οργανιδίων. Έτσι, έχει διαπιστωθεί ότι ένα μέρος των διαθέσιμων χλωροπλαστών επαρκεί για να παρέχει στο φυτό φωτοσυνθετικά προϊόντα. Οι υπόλοιποι χλωροπλάστες φαίνεται να παραμένουν σε αποθεματικό. Το ίδιο ισχύει και για τη συνολική περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη. Ο πλεονασμός εκδηλώνεται επίσης στη μεγάλη συσσώρευση προδρόμων για τη βιοσύνθεση πολλών ενώσεων.
Σε οργανικό επίπεδο, η αρχή του πλεονασμού εκφράζεται στο σχηματισμό και στην τοποθέτηση σε διαφορετικούς χρόνους περισσότερων από ό,τι απαιτείται για την αλλαγή των γενεών, τον αριθμό των βλαστών, λουλουδιών, σταχυώνων, σε τεράστια ποσότητα γύρης, ωαρίων. και σπόρους.
Σε επίπεδο πληθυσμού, η αρχή του πλεονασμού εκδηλώνεται σε μεγάλο αριθμό ατόμων που διαφέρουν ως προς την αντίσταση σε έναν συγκεκριμένο παράγοντα στρες.
Τα συστήματα αποκατάστασης λειτουργούν επίσης σε διαφορετικά επίπεδα - μοριακό, κυτταρικό, οργανικό, πληθυσμιακό και βιοκενωτικό. Οι διαδικασίες επιδιόρθωσης απαιτούν ενέργεια και πλαστικές ουσίες, επομένως η επισκευή είναι δυνατή μόνο εάν διατηρείται επαρκής μεταβολικός ρυθμός. Εάν σταματήσει ο μεταβολισμός, σταματά και η επισκευή. Σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, η διατήρηση της αναπνοής είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς η αναπνοή είναι αυτή που παρέχει ενέργεια για τις διαδικασίες επισκευής.
Η ικανότητα αποκατάστασης των κυττάρων προσαρμοσμένων οργανισμών καθορίζεται από την αντίσταση των πρωτεϊνών τους στη μετουσίωση, δηλαδή τη σταθερότητα των δεσμών που καθορίζουν τη δευτεροταγή, τριτοταγή και τεταρτοταγή δομή της πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, η αντίσταση των ώριμων σπόρων σε υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, οφείλεται στο γεγονός ότι μετά την αφυδάτωση οι πρωτεΐνες τους γίνονται ανθεκτικές στη μετουσίωση.
Η κύρια πηγή ενεργειακού υλικού ως υποστρώματος για την αναπνοή είναι η φωτοσύνθεση, επομένως, η παροχή ενέργειας του κυττάρου και οι σχετικές διαδικασίες επισκευής εξαρτώνται από τη σταθερότητα και την ικανότητα της φωτοσυνθετικής συσκευής να ανακάμπτει μετά από βλάβη. Για να διατηρηθεί η φωτοσύνθεση σε ακραίες συνθήκες στα φυτά, ενεργοποιείται η σύνθεση των συστατικών της θυλακοειδής μεμβράνης, η οξείδωση των λιπιδίων αναστέλλεται και η υπερδομή των πλαστιδίων αποκαθίσταται.
Σε επίπεδο οργανισμού, ένα παράδειγμα αναγέννησης μπορεί να είναι η ανάπτυξη βλαστών αντικατάστασης, η αφύπνιση των αδρανών οφθαλμών όταν τα σημεία ανάπτυξης έχουν υποστεί ζημιά.
Εάν βρείτε κάποιο σφάλμα, επισημάνετε ένα κομμάτι κειμένου και κάντε κλικ Ctrl+Enter.
Στη διαδικασία της εξέλιξης, ως αποτέλεσμα της φυσικής επιλογής και του αγώνα για ύπαρξη, προκύπτουν προσαρμογές των οργανισμών σε ορισμένες συνθήκες ζωής. Η ίδια η εξέλιξη είναι ουσιαστικά μια συνεχής διαδικασία σχηματισμού προσαρμογών, που συμβαίνει σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα: ένταση αναπαραγωγής -> αγώνας για ύπαρξη -> επιλεκτικός θάνατος -> φυσική επιλογή -> ικανότητα.
Οι προσαρμογές επηρεάζουν διαφορετικές πτυχές των διαδικασιών ζωής των οργανισμών και επομένως μπορεί να είναι πολλών τύπων.
Μορφολογικές προσαρμογές
Συνδέονται με αλλαγές στη δομή του σώματος. Για παράδειγμα, η εμφάνιση μεμβρανών ανάμεσα στα δάχτυλα των ποδιών σε υδρόβια πτηνά (αμφίβια, πουλιά, κ.λπ.), παχιά γούνα στα βόρεια θηλαστικά, μακριά πόδια και μακρύ λαιμό στα πουλιά παρεδάφους, εύκαμπτο σώμα σε θηρευτές που τρυπώνουν (για παράδειγμα, νυφίτσες), κλπ. Στα θερμόαιμα ζώα, όταν κινούνται βόρεια, παρατηρείται αύξηση του μέσου μεγέθους του σώματος (κανόνας Bergmann), η οποία μειώνει τη σχετική επιφάνεια και τη μεταφορά θερμότητας. Τα βενθικά ψάρια αναπτύσσουν επίπεδο σώμα (ακτίνες, λάστιχο κ.λπ.). Τα φυτά στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη και τις ψηλές ορεινές περιοχές έχουν συχνά ερπυστικές και μαξιλαροειδείς μορφές, οι οποίες καταστρέφονται λιγότερο από τους ισχυρούς ανέμους και θερμαίνονται καλύτερα από τον ήλιο στο στρώμα του εδάφους.
Προστατευτικός χρωματισμός
Ο προστατευτικός χρωματισμός είναι πολύ σημαντικός για τα ζωικά είδη που δεν διαθέτουν αποτελεσματικά μέσα προστασίας από τα αρπακτικά. Χάρη σε αυτό, τα ζώα γίνονται λιγότερο αισθητά στην περιοχή. Για παράδειγμα, τα θηλυκά πουλιά που εκκολάπτουν τα αυγά δεν διακρίνονται σχεδόν από το φόντο της περιοχής. Τα αυγά των πουλιών είναι επίσης χρωματισμένα για να ταιριάζουν με το χρώμα της περιοχής. Τα ψάρια που κατοικούν στον βυθό, τα περισσότερα έντομα και πολλά άλλα είδη ζώων έχουν προστατευτικό χρωματισμό. Στα βόρεια, ο λευκός ή ανοιχτός χρωματισμός είναι πιο συνηθισμένος, βοηθώντας στο καμουφλάζ στο χιόνι (πολικές αρκούδες, πολικές κουκουβάγιες, αρκτικές αλεπούδες, μωρά πτερυγιόποδα - σκίουροι κ.λπ.). Ορισμένα ζώα έχουν αποκτήσει ένα χρωματισμό που σχηματίζεται από εναλλασσόμενες ανοιχτόχρωμες και σκούρες λωρίδες ή κηλίδες, καθιστώντας τα λιγότερο αισθητά σε θάμνους και πυκνά αλσύλλια (τίγρεις, νεαρά αγριογούρουνα, ζέβρες, ελάφια sika κ.λπ.). Μερικά ζώα είναι ικανά να αλλάζουν χρώμα πολύ γρήγορα ανάλογα με τις συνθήκες (χαμαιλέοντες, χταπόδια, λάχανα κ.λπ.).
Μεταμφίεση
Η ουσία του καμουφλάζ είναι ότι το σχήμα του σώματος και το χρώμα του κάνουν τα ζώα να μοιάζουν με φύλλα, κλαδιά, κλαδιά, φλοιό ή αγκάθια φυτών. Συχνά βρίσκεται σε έντομα που ζουν στα φυτά.
Προειδοποιητικός ή απειλητικός χρωματισμός
Μερικοί τύποι εντόμων που έχουν δηλητηριώδεις ή οσμώδεις αδένες έχουν φωτεινά προειδοποιητικά χρώματα. Ως εκ τούτου, τα αρπακτικά που μόλις τους συναντήσουν θυμούνται αυτόν τον χρωματισμό για μεγάλο χρονικό διάστημα και δεν επιτίθενται πλέον σε τέτοια έντομα (για παράδειγμα, σφήκες, μέλισσες, πασχαλίτσες, σκαθάρια πατάτας του Κολοράντο και πολλά άλλα).
Διακωμώδηση
Ο μιμητισμός είναι ο χρωματισμός και το σχήμα του σώματος των αβλαβών ζώων που μιμούνται τα δηλητηριώδη αντίστοιχά τους. Για παράδειγμα, μερικά μη δηλητηριώδη φίδια μοιάζουν με δηλητηριώδη. Τα τζιτζίκια και οι γρύλοι μοιάζουν με μεγάλα μυρμήγκια. Μερικές πεταλούδες έχουν μεγάλες κηλίδες στα φτερά τους που μοιάζουν με τα μάτια των αρπακτικών.
Φυσιολογικές προσαρμογές
Αυτός ο τύπος προσαρμογής σχετίζεται με μια αναδιάρθρωση του μεταβολισμού στους οργανισμούς. Για παράδειγμα, η εμφάνιση θερμόαιμου και θερμορύθμισης σε πτηνά και θηλαστικά. Σε απλούστερες περιπτώσεις, πρόκειται για προσαρμογή σε ορισμένες μορφές τροφής, τη σύνθεση αλατιού του περιβάλλοντος, τις υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες, την υγρασία ή την ξηρότητα του εδάφους και του αέρα κ.λπ.
Βιοχημικές προσαρμογές
Προσαρμογές συμπεριφοράς
Αυτός ο τύπος προσαρμογής συνδέεται με αλλαγές στη συμπεριφορά σε ορισμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, η φροντίδα των απογόνων οδηγεί σε καλύτερη επιβίωση των νεαρών ζώων και αυξάνει τη σταθερότητα των πληθυσμών τους. Κατά τη διάρκεια των περιόδων ζευγαρώματος, πολλά ζώα σχηματίζουν ξεχωριστές οικογένειες και το χειμώνα ενώνονται σε κοπάδια, γεγονός που διευκολύνει τη διατροφή ή την προστασία τους (λύκοι, πολλά είδη πτηνών).
Προσαρμογές σε περιοδικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες
Πρόκειται για προσαρμογές σε περιβαλλοντικούς παράγοντες που έχουν μια ορισμένη περιοδικότητα στην έκφανσή τους. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει καθημερινές εναλλαγές περιόδων δραστηριότητας και ανάπαυσης, καταστάσεις μερικής ή πλήρους αναβίωσης (ρίψη φύλλων, χειμερινές ή καλοκαιρινές διαπαύσεις ζώων κ.λπ.), μεταναστεύσεις ζώων που προκαλούνται από εποχιακές αλλαγές κ.λπ.
Προσαρμογές σε ακραίες συνθήκες διαβίωσης
Τα φυτά και τα ζώα που ζουν σε ερήμους και πολικές περιοχές αποκτούν επίσης μια σειρά από συγκεκριμένες προσαρμογές. Στους κάκτους, τα φύλλα έχουν μετατραπεί σε αγκάθια (μειώνοντας την εξάτμιση και προστατεύοντάς τα από το να καταναλωθούν από τα ζώα), και το στέλεχος έχει μετατραπεί σε φωτοσυνθετικό όργανο και δεξαμενή. Τα φυτά της ερήμου έχουν μακρά ριζικά συστήματα που τους επιτρέπουν να λαμβάνουν νερό από μεγάλα βάθη. Οι σαύρες της ερήμου μπορούν να επιβιώσουν χωρίς νερό τρώγοντας έντομα και λαμβάνοντας νερό υδρολύοντας τα λίπη τους. Εκτός από την παχιά γούνα, τα βόρεια ζώα έχουν επίσης μεγάλη παροχή υποδόριου λίπους, το οποίο μειώνει την ψύξη του σώματος.
Σχετική φύση προσαρμογών
Όλες οι συσκευές είναι κατάλληλες μόνο για ορισμένες συνθήκες στις οποίες αναπτύχθηκαν. Εάν αλλάξουν αυτές οι συνθήκες, οι προσαρμογές μπορεί να χάσουν την αξία τους ή ακόμη και να προκαλέσουν βλάβη στους οργανισμούς που τις έχουν. Ο λευκός χρωματισμός των λαγών, που τους προστατεύει καλά στο χιόνι, γίνεται επικίνδυνος κατά τους χειμώνες με λίγο χιόνι ή έντονη απόψυξη.
Η σχετική φύση των προσαρμογών αποδεικνύεται καλά από παλαιοντολογικά δεδομένα που υποδηλώνουν εξαφάνιση μεγάλες ομάδεςζώα και φυτά που δεν έχουν επιβιώσει από την αλλαγή των συνθηκών διαβίωσης.
- Σε επαφή με 0
- Google+ 0
- Εντάξει 0
- Facebook 0
