Абиотические факторы. Особенности их влияния на условия труда фармацевтов производственной аптеки

    В высоких слоях атмосферы под  влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца молекулы кислорода О2 расщепляются пополам, или, как говорят, диссоциируются. Образовавшиеся в результате диссоциации  свободные атомы кислорода очень  неустойчивы, они быстро присоединяются к какой-либо другой молекуле кислорода, образуя озон (О3). Озон жизненно важен для существования жизни на Земле. Образуется он за счёт солнечного излучения, а также благодаря атмосферным электрическим разрядам — молниям. Благодаря озоновому слою до поверхности Земли доходит лишь малая часть ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи опасны для человека и животных, и поэтому образование озоновых дыр представляет серьёзную угрозу для человечества.

    Однако  в небольшом количестве ультрафиолет необходим человеку. Так, под действием  ультрафиолета образуется жизненно необходимый витамин D. При его недостатке возникает рахит. При недостатке данного витамина наблюдается размягчение костей не только у детей, но и у взрослых (остеомаляция). Из-за недостатка поступления ультрафиолетовых лучей может нарушиться нормальное поступление кальция, вследствие чего усиливается хрупкость мелких кровеносных сосудов, увеличивается проницаемость тканей. Недостаточность солнечного света проявляется также в бессоннице, быстрой утомляемости и др. Поэтому человеку периодически необходимо бывать на солнце.

    Ультрафиолетовые  лучи также в небольшом количестве (в большом количестве они могут  вызвать рак кожи) усиливают работу кровеносных органов: повышается количество белых и красных кровяных телец (эритроцитов и тромбоцитов), гемоглобина, увеличивается щелочной резерв организма и повышается свёртывание крови. При этом дыхание клеток усиливается, процессы обмена веществ идут активнее. Ультрафиолетовые лучи позитивно воздействуют на организм и посредством других природных факторов — они способствуют ускорению самоочищения атмосферы от загрязнения, вызванного антропогенными факторами, способствуют устранению в атмосфере частичек пыли и дыма, устраняя смог.

    Освещенность

    Свет  является важнейшим абиотическим фактором, особенно для фотосинтезирующих  растений (фототрофов). Уровень фотосинтеза  зависит от интенсивности солнечной  радиации, качественного состава  света, распределения света во времени. Различают светолюбивые, теплолюбивые и тепловыносливые растения. Для  животных, обладающих зрением, наиболее успешно добывание пищи в светлое  время. У животных многих видов длительность светового дня оказывает влияние  на их половую функцию, стимулируя ее в период увеличения светового дня (фотопериода) и угнетая ее при  уменьшении светового дня (осенью или  зимой). У птиц фотопериод влияет на яйцеклетки. Укорочение светового дня  служит сигналом к миграции.  
Результатом изменения светового режима (длительности светового дня) является фотопериодизм (от греч. photos — свет, periodos — круговращение), под которым понимают годовые циклы развития у многих видов растений и животных. Например пшеница, овес, ячмень и другие культуры зацветают при длинном световом дне на севере, тогда как кукуруза, хлопчатник — при коротком световом дне на юге.

    Свет  не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как при минимальном уровне, так и при максимальном. Под  термином свет подразумевается весь диапазон солнечного излучения, представляющий поток энергии с длинами волн от 0,05 до 3000 нм (1 нанометр = 10-6мм).

    Все лучи, оказывающие влияние на растительные организмы, особенно на фотосинтез, называются физиологически активной радиацией (ФАР). Самое большое значение для живых организмов и функционирования всей биосферы имеет видимая часть спектра, состоящая из прямой (27%) и рассеянной (16%). Вместе они называются суммарной радиацией. Только на свету идет процесс фотосинтеза растений, обеспечивающий планету главным биологическим ресурсом – органическим веществом. Фотосинтез – главное условие возникновения и развития жизни на Земле. Свет – источник энергии, используемый пигментной системой организма, в основном хлорофиллом. На свету происходит образование хлорофилла и уже с его участием осуществляется фотосинтез. В процессе сложнейших фотохимических реакций молекулы воды (или другие молекулы с элементами, заменяющими O2) расщепляются с выделением газообразного кислорода, а углекислый газ превращается в углеводы:

     6CO₂ + 12 H₂O С₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂О

    Зеленые растения поглощают в среднем 755 лучистой энергии, но коэффициент использования  ее на фотосинтез не превышает 10 % при  низкой освещенности и 2% – при высокой. Остальная переходит в тепловую, которая затрачивается на транспирацию и другие процессы.

    Жизнь на планете с момента возникновения  осуществлялась в условиях ритмически изменяющейся среды. Суточная и сезонная смена комплекса факторов требовала  приспособления к ней всего живого. В процессе эволюции выработалась четкая соизмеримость и согласованность  биологических ритмов различных  форм жизни с периодами циклических  изменений комплекса природных  условий. И на клеточном и на биосферном уровне выработаны ритмы процессов  разной длительности, и все они  имеют адаптивный смысл. Он заключается  в том, что ритмичность проявления жизнедеятельности организмов четко  согласуется с периодами наиболее благоприятных для них условий  внешней среды.

    Свет  – главный и постоянный первично-периодический  фактор, влияющий на организмы и  экосистемы с момента их зарождения. В эволюции за большинством групп  живых организмов синхронность их функционирования закрепилось именно за изменением светового  режима. Эти изменения наиболее устойчивы  в своей динамике, автономны и  не подвержены другим влияниям. Выделяют биоритмы суточные, циркадианные, сезонные, цирканнуальные.

      Суточные ритмы свойственны большинству видов растений и животных. Дневные, сумеречные, ночные животные, птицы, насекомые. Сигнальным фактором начала и прекращения активности выступает режим освещения. У многих видов отмечается смена суточных ритмов в течение сезона. У песчанок (рис. 1) в середине лета наблюдается 2 пика активности в течение суток, а ранней весной и поздней осенью – по одному.

    Циркадианные (циркадные) ритмы – проявление суточного ритма, характерного для вида в естественных условиях, в условиях неизменной освещенности. В основе их лежат наследственно закрепленные циклы эндогенных процессов. Характерная особенность – некоторое несовпадение их периода с полными астрономическими сутками. Высказана гипотеза о связи механизма суточной физиологической периодики (циркадных ритмов) со структурой генетического аппарата.

    У птиц и млекопитающих известны суточные циклы эндокринных желез и  ферментных систем. У арктических  животных суточный ритм сохраняется  в течение всего полярного  дня, а у других видов может  нарушаться – стерлядь днем держится в придонных слоях, ночью плавает  везде, но если круглые сутки светло, то она так и держится дна, а  если темно – она все это  время активна.

    Физиологические и биологические процессы у растений (процессы репродукции, запасания питательных  веществ перед зимним покоем, осенняя  окраска листьев, закладка почек, и  др.) и большинства видов животных (брачный период, размножение, линька, спячка, миграции) проявляются сезонно, с учетом смены времен года. Конкретные погодные условия только модифицируют протекание этих циклов. Природа этих циклов, как и суточных, имеет  эволюционный характер.

    Цирканнуальные (цирканные) ритмы – это эндогенные биологические циклы с окологодичной периодичностью. Проявление сложно, но четко выражено влияние режима освещения. В частности на прохождении онтогенетических фаз у насекомых сказывается разная продолжительность дня.

    Таким образом, для растений свет необходим  в первую очередь, как ресурс, для  фотосинтеза и транспирации. Для  животных – для информационного  обеспечения. И для тех и других – как эволюционный фактор-синхронизатор  биологических ритмов.

    Температура

    Главным источником тепла на Земле является солнечное излучение, поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло один из наиболее важных факторов, определяющих существование развитие и распространение организмов по Земному шару. При этом важно не только количество тепла, но и распределение  его в течение суток, вегетационного сезона, года. Приход тепла к разным участкам планеты, естественно, неодинаков, с удалением от экватора не только снижается поступление его, но и увеличивается амплитуда сезонных и суточных колебаний.

    Температурные пределы, в которых может протекать  жизнь, составляет всего 300°, от -200°С до +100°С, но для большинства организмов и физиологических процессов  этот диапазон еще уже – от 39°  в море (-3,3 – +35,6°С) до 125° на суше (-70 – +55°С). Нормальное строение и работа белка осуществляются при 0-+50°С.

    Значение  температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических реакций в клетках, а это отражается на росте, развитии, размножении, поведении и во многом определяет географическое распространение  растений и животных. Согласно правилу  Вант-Гоффа скорость химических реакций  возрастает в 2-3 раза каждый раз при  повышении температуры на 10°С, а  по достижении оптимальной – начинает снижаться. Верхний (верхний биологический  нуль) и нижний пределы называются, соответственно, верхней и нижней летальной температурой. При выходе изменений температуры за пределы  выносливости организмов происходит их массовая гибель, т.к. происходит свертывание  белка и разрушение ферментов. Так, с переходом через 50-60°С, как правило, створаживается простокваша, сваривается  белок яйца, погибает камбий у растений.

    Отбор и расселение видов в зонах  с разной теплообеспеченностью шел  в течение многих тысячелетий  в направлении максимального  выживания, как в условиях минимальных  температур, так и в условиях максимальных. По отношению к температуре все  организмы делятся на криофилы (холодолюбивые) и термофилы (теплолюбивые).

    Криофилы  не выносят высоких температур и  могут сохранять активность клеток при -8-10°С (бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви и др.). Они населяют холодные и умеренные зоны земных полушарий. Термофилы приспособились к условиям высоких температур, обитают преимущественно  в тропических районах Земли. Среди них также преобладают беспозвоночные (моллюски, членистоногие, черви и др.), многие из которых живут только в тропиках.

    Оптимальные условия те, при которых все  физиологические процессы в организме  или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства  видов температурный оптимум  находится в пределах 20-25°С, несколько  сдвигаясь в ту или другую стороны: в сухих тропиках он выше – 25-28°С, в умеренных и холодных зонах  ниже – 10-20°С. В ходе эволюции, приспосабливаясь не только к периодическим изменениям температуры, но и к разным по теплообеспеченности  районам, растения и животные выработали в себе различную потребность  к теплу в разные периоды жизни. У каждого вида свой оптимальный  диапазон температур, причем и для  разных процессов (роста, цветения, плодоношения и др.) имеются тоже «свои» значения оптимумов.

    Температуры, «лежащие» между летальными и  оптимальными относятся к пессимальным. В зоне пессимумов все жизненные процессы идут очень слабо и очень медленно.

    Температуры, при которых происходят активные физиологические процессы, называются эффективными, значения их не выходят за пределы летальных температур.

    Выявлено, что каждая фаза развития растений и эктотермных животных наступает  при определенном значении этого  показателя, при условии, что и  другие факторы в оптимуме. Сумма  эффективных температур (ЭТ) для  всего жизненного цикла позволяет  выявить потенциальный географический ареал любого вида, а также сделать  ретроспективный анализ распространения  видов в прошлом.

    У животных реакции на разный тепловой режим жизнеобеспечения не менее  разнообразны, чем у растений. И  все они направлены на регулирование  уровня теплопередачи. В отличие  от растений для животных характерны два типа теплообмена: пойкилотермность (poikilos – разнообразный) и гомойтермность (homois – одинаковый).

    К пойкилотермным (эктотермным, устаревшее – холоднокровным) относятся все беспозвоночные, рыбы, рептилии и амфибии. Они лишены способности поддерживать постоянную температуру тела. Для пойкилотермных организмов типична низкая интенсивность обмена веществ и почти полное отсутствие механизмов теплорегуляции. В тропических странах они встречаются чаще, чем в других.