Ионизирующее излучение как экологический фактор

Ионизирующее излучение как экологический фактор

Ионизирующее излучение как экологический фактор

Излучение с очень высокой энергией, способной выбивать электроны из атомов и присоединять их к другим атомам, образуя пары положительных и отрицательных ионов, называют ионизирующим излучением.

Предполагают, что ионизация является главной причиной радиационного повреждения цитоплазмы. Источником ионизирующего излучения являются радиоактивные вещества, имеющиеся в горных породах, а также космические тела, которые излучают радиацию.

Те изотопы элементов, которые выпускают радиоактивное излучение, называют радиоактивными изотопами или радионуклидами.

Существенное повышение за последние десятилетия интенсивности ионизирующего излучения связывают с использованием атомной энергии.

Атомные реакторы, которые используют на электростанциях, военных и транспортных кораблях, испытания атомного оружия, а также медицинские исследования производят отходы, часть которых попадает в окружающую среду.

Особенно опасны крупномасштабные аварии на атомных реакторах, выбросы которых образуют радиоактивные осадки вроде чернобыльских.

Есть три вида ионизирующего излучения: альфа-, бета- и гамма-частицы (рис. 7.8). Альфа- и бета-частицы образуют корпускулярное, а гамма-частицы – электромагнитное излучение, которое близко к рентгеновскому.

Альфа-излучение – это поток ядер атомов гелия, которые по сравнению с нейтронами имеют большие размеры. Длина их пробега в воздухе не превышает нескольких сантиметров, а останавливает их обычный лист бумаги или верхний роговой слой человеческой кожи.

Остановившись, они обусловливают интенсивную локальную ионизацию.

Бета-излучение представляет собой поток быстрых нейтронов, длина пробега которых в воздухе составляет несколько метров, а в тканях – несколько сантиметров.

Гамма-излучение (рентгеновские и космические лучи) -это поток квантов, который может легко пройти через организм, никак повлияв на него, или же вызвать ионизацию на значительном отрезке своего пути.

Радиоактивные вещества, выпускающих альфа- и бета-излучения, ученые в основном называют “внутренними излучателями”, поскольку они интенсивно излучают радиацию, оказавшись внутри или вблизи ткани. Радиоактивные вещества, испускающие гамма-излучения, зачисляют в “внешних излучателей”, ведь они влияют на организм, находясь снаружи.

Нейтроны составляют несколько меньший интерес для эколога. Это большие незаряженные частицы, которые сами по себе не вызывают ионизации, однако, выбивая атомы с их стабильного положения, создают а-, в- и у-излучения, в нерадиоактивных веществах или в тканях, через которые они проникают.

Космическое излучение в биосфере незначительное, но оно очень опасно во время космических путешествий. Космическое и ионизирующее излучение естественных радиоактивных веществ горных пород, почв и воды образуют фоновое излучение, к которому приспособились живые организмы нашей планеты.

В разных частях биосферы фоновое ионизирующее излучение разное: минимальное – на поверхности Мирового океана, максимальное – на значительных высотах в горах, образованных гранитными породами. Регионом с повышенным фоновым излучением считают Капский полуостров, где интенсивно происходит видообразование и присущ высокий эндемизмом растений.

Превышение фоновых уровней излучения может вызвать необратимые изменения в живых организмах и вызвать их гибель.

Степень влияния ионизации на организмы определяется активностью источника радиации, доза излучения и его мощности.

Количество радионуклидов в организме присутствует на определенном уровне, который обеспечивается путем накопления их в органах растений, прирастают.

У животных путь от попадания любого радионуклида в организм к содержимому его в окружающей среде называют коэффициентом накопления.

В случае превышения накопления равновесия между поступлением и выделением, увеличение отношения содержания радионуклидов над их расписанию в организме увеличивается количество радиоактивных веществ, представляет смертельную опасность.

В горах, где ионизирующее излучение образует повышенный фон, у некоторых животных сформировался специальный защитный подкожный слой для защиты внутренних органов.

В радиоактивных провинциях с большим содержанием природных альфа-излучений в тканях животных и растений является повышенное содержание тория (ториевые провинции), урана (урановые провинции) и радия (радиевые провинции).

Сезонные колебания содержания радиоактивных веществ в атмосферном воздухе в естественных условиях не влияют на состояние живых организмов.

Существенное влияние имеют испытания атомного оружия и радиоактивные выбросы, вызванные авариями на реакторах, когда резко возрастает количество радиоактивных изотопов в природной и антропогенной среде. Экологическое воздействие различных радионуклидов на организмы зависит от периода их полураспада.

Радионуклиды с коротким периодом полураспада (до двух суток) не создают большой опасности, за исключением случаев, вызванных взрывом; с длительным периодом полураспада также почти безопасны, поскольку за единицу времени происходит очень слабое излучение.

Опасные радионуклиды – имеющие период полураспада от нескольких недель до десятков лет. Они накапливаются в организмах и через трофические цепи проникают в различные ткани и органы.

Это прежде всего стронций-90, который попадает в костную ткань позвоночных животных с продуктами питания и замещает там кальций, цезий-137, накапливается в мускулах вместо калия. К сожалению, никаких способов содействия биологическому распаду или иного механизма предупреждения радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате взрывов атомных бомб и реакторов нет.

ПОДІЛИТИСЯ:

« Орографические факторы рельефа Биотические факторы »

Источник: https://moyaosvita.com.ua/biology-ru/ioniziruyushhee-izluchenie-kak-ekologicheskij-faktor/

Лекция 12. Ионизирующее излучение как экологический фактор

Ионизирующее излучение как экологический фактор

Радиоактивные изотопы – гигиенические нормативы радиоактивного излучения – чувствительность к ионизирующему излучению – сочетание ионизирующего излучения с другими экологическими факторами – воздействие ионизирующего излучения на организм

Особой формой загрязнения сред жизни служат радиоактивные вещества и создаваемые ими ионизирующие излучения.

Они нако­пились во многих районах Земли как отходы военной промышлен­ности, ядерной энергетики, используются во многих промышлен­ных производствах, в медицине для лечебных, диагностических и научных целей.

Поэтому источником радиации, воздействующей на человека и все живое, является не только естественное (земное и космическое), но и искусственное излучение.

Радиоактивные изотопы – элементы, атомы которых имеют оди­наковое число протонов, но разное число нейтронов. Все изотопы химических элементов образуют группу радионуклидов. Большин­ство радионуклидов нестабильно. Они могут терять частицы (α, β и др.

), излучать кванты энергии и превращаться в другие элементы до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп свинца. Такая реакция носит название цепной. Распад идет с различной скоростью. Время, за которое распадается половина массы данного нук­лида, называется физическим периодом полураспада.

Физические периоды полураспада значительно различаются.

Для оценки по­следствий испытаний ядерного оружия, чернобыльской катастрофы практическое значение имеет знание периодов полураспада основ­ных радионуклидов, загрязняющих различные территории: Cs137 – 30 лет (γ-излучение); Sr90 – 29 лет (g-излучение); Zn95 – 64 су­ток; Rn220 – 3,8 суток; I131 – 8 суток; С14 – 5730 лет.

Разные виды излучения обладают разной проникающей способ­ностью: α-частицы задерживаются листом бумаги; β-частицы про­никают в покровы человеческого тела на 2 см; g-излучение наибо­лее опасно, распространяется очень быстро – со скоростью света и задержать его может только свинцовая плита.

Для характеристики излучений и их проникающей способности существуют единицы активности и доз. В радиобиологии с 1984 г. приняты единицы системы СИ.

В расчетах, определяющих риск для человеческих популяций развития отдаленных последствий облучения, применяется понятие генетически значимая доза. Она представляет собой 40 % от коллективной эквивалентной дозы, так как принято считать, что 40 % популяции – это люди детородного возраста и генетические по­следствия облучения могут быть реализованы только через эту группу.

От естественных источников человек получает дозу – 2 мЗв в год. Наибольшую долю естественных источников составляют зем­ные источники, причем 5/6 всей радиации от них приходится на внутреннее облучение. Оно осуществляется от попадающих в орга­низм радионуклидов (с пищей, водой, при вдыхании, через повреж­денную и здоровую кожу).

Эффект от их воздействия зависит во многом от способности задерживаться в организме (например, Cs137 пребывает в организме 143 суток). Время, за которое удаляется из организма половина инкорпорированного нуклида, называется био­логическим периодом полураспада.

Эффект от сочетания физиче­ского и биологического периодов полураспада называется эффек­тивным периодом полураспада.

Во внутреннем облучении велика значимость такого радионук­лида, как радон (газ, смесь изотопов Rn220 и Rn222), который может попадать в организм из земной коры, из строительных материалов (гранит, мрамор, известняк, кальций – силикатный шлак, кирпич из красной глины и др.), из воды и газа. Немаловажное значение в создании эффекта внешнего естественного облучения имеют косми­ческие лучи.

Доза облучения, получаемая человеком, обусловливается также источниками, искусственно созданными (источники, используемые в медицине, испытания ядерного оружия, атомная энергетика, про­фессиональное облучение).

Общая эквивалентная доза, получаемая человеком за год, не должна превышать 0,1 бэра.

Чернобыльская авария увеличила среднегодовую дозу облучения в первый год по­сле взрыва на 0,5 бэра (в среднем на каждого жителя Земли).

Ионизирующее излучение является реальным мощным экологи­ческим фактором, воздействующим на все живое. Оно обладает общебиологическим действием: является сильным мутагенным факто­ром; подавляет процессы эмбриогенеза, механизмы, регулирующие процессы дифференцировки; подавляет процессы регенерации, им­мунную защиту организма; ускоряет процессы старения, укорачи­вает продолжительность жизни.

Вместе с тем чувствительность к ионизирующему излучению (радиочувствительность) различна у разных видов живых организ­мов, организмов одного и того же вида, разных тканей и органов од­ного организма.

Мерой радиочувствительности является доза облу­чения, вызывающая гибель 50 % клеток или организмов за опреде­ленный промежуток времени – ЛД50/время.

У разных биологиче­ских объектов этот показатель может отличаться в десятки, сотни, тысячи раз.

Радиочувствительность зависит от:

– объема и структуры генома: чем больше ДНК, чем сложнее ее структура, тем радиочувствительность выше (у бактерий ЛД50 = = 1800 Гр, у человека – 2,5 Гр);

– активности ферментов репарации;

– уровня антиоксидантов;

– количества предшественников радиотоксинов;

– способности организма (органа, клеток, ткани) накапливать радиоактивные вещества;

– уровня процессов пролиферации (активно пролиферирующие ткани называются критическими: клетки эпителия, кроветворная ткань, клетки эпителия кишечника);

– времени суток (ночью выше);

– величины дозы излучения и характера его действия (прерыви­стое действие излучения снижает радиочувствительность по срав­нению с однократным: однократное облучение обусловливает 100 %-ную гибель при 10 Гр, прерывистое – 100 %-ную гибель при 85 Гр);

– периода онтогенеза: особенно высока радиочувствительность s критические периоды внутриутробного развития (оплодотворение, имплантация, органогенез), постнатальногоразвития (новорожден-ность, первый год жизни, пубертатный возраст, старение);

– фазы клеточного цикла (начало G1 -периода и инициация син­теза ДНК – высокорадиочувствительны, S-фаза – устойчива).

Радиационное поражение клетки проходит ряд этапов:

– первичные радиационно-физические процессы (образование свободных радикалов, радиационное повреждение углеводов, липидов, радиационное поражение нуклеиновых кислот);

– радиационное поражение биохимических процессов, опосре­дованное усиление радиационного эффекта;

– вторичное поражение генома;

– гибель клетки.

Радиационные процессы совершаются с большой скоростью.

Радиолиз воды – явление, при котором не только образуются свобод­ные и перекисные радикалы как таковые, но и происходит усиление радиационного поражения всех веществ, с которыми связана вода (белков, хроматина, биоколлоидов).

В результате осуществляется как прямое действие радиации, так и опосредованное поражение продуктами радиолиза. Нарушения белковой структуры сказыва­ются на активности различных ферментов, в том числе и системы антиоксидантов.

Радиационно-химическое превращение липидов приводит к из­менению структуры и функций всех мембран, в результате чего на­рушаются такие процессы в клетке, как транспорт ионов, биоэнер­гетические процессы, репликация ДНК, синтез белка и др., проис­ходят выход ферментов из лизосом и вторичное поражение клетки. При высоких дозах могут быть инактивированы системы антиокси­дантов.

И при тотальном, и при частичном облучении организма во всех его тканях и органах возникают и развиваются во времени процес­сы, индуцированные излучением. Они могут принимать разные формы и разную интенсивность на уровне каждой ткани, но на уровне организма все эти процессы интегрируются, формируя ко­нечный результат облучения.

Большую роль в развитии прямых и опосредованных эффектов облучения играют низкомолекулярные продукты различной хими­ческой природы, объединяемые под общим названием “радиотоксины”.

Действие радиотоксинов проявляется в следующем: в малых дозах они усиливают синтез ДНК, воздействуя на мембраны, акти­вируя цАМФ, взаимодействуя с белками-репрессорами; в больших дозах тормозят синтез ДНК, угнетают деление клетки, вызывают хромосомные аберрации, генные мутации, пикноз ядер, понижают устойчивость биологических мембран, активность мембранно-связанных ферментов.

Характер действия радиотоксинов на живые клетки имитирует действие самого ионизирующего излучения, т.е. они обладают ши­роким действием и принимают активное участие во вторичном по­ражении генома и мембран клеток.

Малые дозы ионизирующего излучения вызывают радиобиологи­ческие эффекты, противоположные характеру воздействия боль­ших доз:

– стимулируют рост, развитие, плодовитость, неспецифический иммунитет, общую сопротивляемость организма;

– их воздействие осуществляется через регуляторные механиз­мы генетических и мембранных структур;

– играют важную роль пусковых механизмов, при этом эффект мало зависит от количества поглощенной энергии и увеличивается при облучении дробными дозами (аккумуляция).

Кроме того, следует подчеркнуть беспороговость действия малых доз ионизирующего излучения на разные системы организма, спо­собность к накоплению дозы.

Малые дозы, создаваемые реакциями распада инкорпорированных радионуклидов, обусловливают высо­кую степень антропоэкологического напряжения и утомления и как следствие – в виде отдаленных эффектов приводят к формирова­нию синдрома вегетососудистой дистонии, увеличению щитовидной железы, изменению иммунного статуса, развитию лимфопролиферативного синдрома, сочетанных поражений сердца, легких, мозга, желудочно-кишечного тракта, увеличению вероятности возникно­вения опухолей, мертворождений, выкидышей (В.Т. Найда и др. 1994; Т.И. Траверсе, 1994; Г.В. Римарчук, 1994; А.Е. Синягин, 1994). Исследование состояния здоровья людей, проживающих в местностях, получивших умеренные радиоактивные загрязнения после чернобыльского взрыва, или отселенных из зон интенсивного загрязнения, показывает, что основной причиной таких болезней является срыв адаптационных механизмов. Поэтому наибольшее распространение получают так называемые стресс-зависимые бо­лезни (вегетососудистая дистония, различные поражения желудоч­но-кишеч­ного тракта, эндокринопатии, психосоматические и сома-топсихические состояния). Характерными являются также иммуно-дефициты, в связи с чем и большая подверженность инфекциям, острым респираторным заболеваниям (Г. В. Архангельская, 1993 Вместе с тем многие исследователи отмечают рост числа опухол вых заболеваний кроветворных органов и щитовидной желез (В.Г. Найда, 1994; С.В. Петренко, 1990; Н.Н. Галицкая и др. 1990), изменение показателей периферической крови (Л.Н. Аста­хова, 1991; Т.Н. Лазюкидр., 1990). Направленность изменений со­стояния здоровья людей вследствие воздействия чернобыльской ка­тастрофы является наглядным примером сдвига неустойчивого со­стояния “антропоэкологического утомления” в сторону болезни при длительном воздействии неблагоприятных факторов.

При сочетании ионизирующего излучения с другими экологиче­скими факторами возможны разные реакции комбинированного действия:

– аддитивность (суммирование эффектов от каждого из факто­ров независимо от последовательности действия);

– синергизм (результат совместного действия превосходит эф­фект, ожидаемый от суммированного воздействия);

– сенсибилизация (потенцирование, усиление эффектов факто­рами, которые сами по себе эффекта не вызывают).

Эти виды сочетанного действия должны учитываться при анализе тяжести радиобиологического эффекта. К числу факторов, усили­вающих радиационное поражение, относятся:

– повышение температуры окружающей среды;

– высокое содержание 02 в тканях, усиливающее первичное по­ражение, но облегчающее пострадиационное восстановление;

– воздействие ультразвука, мутагенов, ядов, канцерогенных факторов.

Описанное явление находит применение в медицине при лечеб­ном совместном использовании ионизирующего излучения и цитостатиков, излучения и гипертермии для лечения опухолей, при ис­пользовании любых средств, снижающих содержание в тканях кис­лорода (адреналина, нитрита натрия, морфина, цианидов), для ос­лабления поражающего действия ионизирующего излучения.

Отдаленные последствия воздействия ионизирующей радиации на организм проявляются прежде всего:

– в изменении продолжительности жизни;

– в увеличении частоты возникновения злокачественных опухо­лей;

– в росте числа генетических болезней.

Для животных достоверно доказано сокращение продолжитель­ности жизни в результате воздействия ионизирующей радиации.

Для человека доказать такую закономерность трудно из-за недостатка количества наблюдений.

Однако и нет оснований отрицать факт сокращения сроков жизни, так как в организме после облуче­ния происходит ряд необратимых явлений, которые неизбежно должны привести к более раннему старению:

– нерепарируемые повреждения ДНК;

– ослабление систем иммунитета;

– дегенеративные изменения в эндокринной системе;

– усиление склеротических процессов и др.

Доказано, что воздействие ионизирующего излучения на орга­низм людей ведет к повышению риска опухолевых болезней. Уста­новлено, что ионизирующее излучение может выступать в роли стимулирующего фактора на всех этапах канцерогенеза:

– в фазе инициации опухолевого роста (мутации в соматиче­ских клетках, трансформация клетки в потенциально опухолевую) вследствие поглощения лучевой энергии генетическими структура­ми клетки; в первую очередь это касается регуляторных генов, в том числе и латентного онкогена (проонкогена), и происходит как за счет непосредственного поражения его радиоактивным излуче­нием, так и за счет нарушений стабильности генома, перемещения мобильных диспергированных генов (прыгающих генов);

– в фазе промоции (усиление роста опухоли) в качестве пуско­вого механизма деления;

– на всех этапах канцерогенеза в качестве фактора, снижающе­го иммунный контроль.

Несмотря на то, что изучать генетические последствия облуче­ния у людей сложно, уже накоплен материал, показывающий что:

– доза в 1 Зв является удваивающей дозой (т.е. число мутаций возрастает в 2 раза по сравнению с воздействием естественного ра­диоактивного фона);

– мутирование начинается при дозе 0,1 Р/сут (0,001 Зв);

– летальные мутации начинают обнаруживаться уже при дозах 0,2-1 мР/ч (0,002–0,01 мЗв).

Знание основных патогенетических механизмов развития луче­вого поражения на последовательных этапах позволяет разработать в каждом конкретном случае стратегию пострадиационного восста­новления организма:

а) в период острого радиационного поражения, нарастания радиационно-физических и радиационно-химических процессов:

– перехват и инактивация радикалов;

– создание условий, благоприятных для работы ферментов репарации ДНК (введение коферментов);

– создание условий, благоприятных для восстановления моле­кул ДНК (введение субстратов для синтеза);

– выведение радиотоксинов;

– создание гипотермии;

– создание гипоксии;

б) в период вторичных нарушений биохимических процессов и опосредованного усиления радиационного эффекта, вторичного по­ражения генома и мембран:

– перехват и создание условий для выведения радиотоксинов или условий, препятствующих ихобразованию;

– ослабление активности протеаз и нуклеаз;

– введение антиоксидантов или создание условий для ихактива­ции;

– создание условий для ускорения синтеза и переноса липидов;

в) в период гибели радиочувствительных популяций клеток:

– активация деления резервного пула (например, стимуляция кроветворения);

– активация процессов регенерации;

– введение сингенных клеток заменителей;

г) в случае усиления радиационного поражения генома при сочетанном воздействии других физических и химических факторов:

– удаление физических и химических факторов, усиливающих радиобиологический эффект;

– использование физических и химических факторов, ослабля­ющих радиобиологический эффект.

Источник: https://studopedia.su/10_136178_lektsiya--ioniziruyushchee-izluchenie-kak-ekologicheskiy-faktor.html

Ионизирующее излучение как экологический фактор: Ионизирующее излучение — любой вид излучения, прохождение которого

Ионизирующее излучение как экологический фактор

Ионизирующее излучение — любой вид излучения, прохождение которого через вещество, живую клетку, ткани, организм вызывает ионизацию и возбуждение составляющих их молекул и атомов.

Различают квантовое (электромагнитное) ионизирующее излучение, к которому относят ультрафиолетовые лучи (длина волны 380…

1 нм), рентгеновские лучи (от 10″7 до 10*12 м) и гамма лучи (менее 0,1 нм), а также корпускулярное ионизирующее излучение, к которому относятся альфа-лучи (ядра атомов гелия), бета-лучи (электроны или позитроны), потоки протонов и других частиц. Природными ионизирующими излучениями являются космические лучи и излучения радиоактивных веществ. Космические лучи — поток атомных ядер (в основном протонов) высокой энергии, приходящих на Землю из мирового пространства (первичное излучение), а также образуемое ими в атмосфере планеты вторичное излучение, в котором встречаются практически все известные элементарные частицы. По современным представлениям первичные космические лучи имеют в основном галактическое происхождение. Некоторая их часть приходит от Солнца. Предполагают, что частицы сверхвысоких энергий, возможно, зарождаются вне нашей Галактики. Искусственное ионизирующее излучение (электроны, позитроны, протоны, нейтронные и другие атомные ядра и элементарные частицы, а также электромагнитное излучение гамма, рентгеновского и оптического диапазонов) создается, главным образом, на ускорителях заряженных частиц, в результате испытаний ядерного оружия, работы ядерных энергетических установок и т.д. Радиационный фон Земли складывается из разных источников. Около 30% естественного фона ионизирующих излучений составляют космические лучи, до 70% — излучения рассеянных в земной коре, почве, атмосфере, воде радиоактивных элементов — тория, урана, радия. Продукты их распада образуют а-, (3- и у- излучения. Радиоактивные изотопы К40, Н3, С14 входят в состав клеток и тканей организма и вносят свою долю в естественный радиационный фон. Весьма велик вклад радона в радиационный фон окружающей среды. В воздух жилых помещений радон проникает в основном из земной коры (через трещины). Там он образуется при распаде Ra226. Любое строение, в т.ч. жилой дом, препятствует рассеиванию радиоактивного газа радона, поэтому последний постепенно накапливается в помещениях, подчас достигая опасных концентраций. Природные лучевые нагрузки организмов формируются за счет внешнего и внутреннего их облучения от естественных источников ионизирующего излучения. Внешнее облучение бионтов, т.е. живых организмов, формируется тремя составляющими: 1) космическим излучением; 2) излучением радионуклидов, рассеянных в биосфере; 3) излучением материалов и сооружений, созданных человеком.

Внутреннее облучение бионтов формируется радионуклидами, накапливающимися в их тканях в процессе поглощения питательных веществ из окружающей среды. Количество этих радионуклидов в организме, как правило, не превышает определенного уровня.

У растений это достигается благодаря тому, что поступающие с питательными веществами радиоактивные изотопы в основном откладываются в растущих органах и частях, у животных — благодаря установлению подвижного равновесия между поступлением и выделением.

Чувствительность организмов к ионизирующим излучениям. Все живые существа в процессе исторического развития приобрели различные приспособления, позволяющие им благополучно переносить естественный фон ионизирующего излучения; превышение этого фона представляет опасность для каждого организма. Только ионосфера защищает жизнь на Земле от губительного коротковолнового жесткого космического излучения. Важно подчеркнуть, что в воздействиях последнего на организмы не существует низшей пороговой дозы. Чувствительность организма к ионизирующим излучениям зависит от видовых особенностей. На рис. 2 по горизонтали показаны дозы (в греях), с 50%-ой вероятностью вызывающие гибель популяции. По глубине и силе воздействия на организм ионизирующее излучение значительно превосходит все известные виды излучений. Раз- Рис. 2. Чувствительность организмов к гамма — излучению (Н.М. Мамедов, И.Т. Суравегина, 1996) личные биологические объекты обладают неодинаковой устойчивостью к его действию. Даже одни и те же клетки в зависимости от стадии клеточного цикла имеют разную чувствительность. Наиболее устойчивы к действию ионизирующих излучений микроорганизмы: дозы, способные вызвать их гибель, составляют сотни и тысячи грей. Для беспозвоночных животных диапазон летальных доз обычно на порядок ниже, для позвоночных они составляют десятки грей (при этом наиболее чувствительны млекопитающие). При поглощении энергии ионизирующего излучения в организме млекопитающих наблюдаются разнообразные морфологические и функциональные нарушения, приводящие к развитию острой или хронической форм лучевой болезни. Различают следующие степени острой лучевой болезни млекопитающих в зависимости от поглощенной дозы: легкая (первая) степень I 2,5 гр; средняя (вторая ) — 2,5—4 гр; тяжелая (третья) — 4—10 гр; крайне тяжелая (четвертая) — от 10 гр и выше. В развитии острой лучевой болезни отмечается три периода: формирование, восстановление, исход и последствия. Кроме того, ее течение зависит от площади облученной поверхности и затронутых при этом органов. Наиболее чувствительны к облучению костный мозг, некоторые отделы кишечника, селезенка. В действительности серьезные последствия наступают при значительно меньших дозах и левые части на рис. 2 следовало бы сдвинуть немного левее. Например, доза в 2 гр. убивает эмбрионы многих насекомых, доза в 50 гр. приводит к полному бесплодию этих насекомых, тогда как смертельная доза для взрослых особей составляет около 1000 гр. В экосистемах удар ионизирующих излучений первым воспринимает растительное сообщество. Растения накапливают радионуклиды, способствуя их вертикальному и горизонтальному перераспределению. Так, выпавший с дождем стронций-90 попадает сначала в траву, далее в съевшую эту траву корову, а затем с молоком или сыром поступает в человеческий организм, где, в конце концов, будучи химическим аналогом кальция, накапливается в костном мозге. Это может привести к лейкозу или опухоли кости. Менее растворимый Cs137 попадает в организм животных и человека непосредственно с растительной пищей, концентрируется в мягких тканях (печень или половые железы). Если затронуты последние, то это нередко приводит к возникновению заболеваний, в частности, к потере детородных функций. Источник: Денисов В.В., Гутенев В.В., Луганская И.А. и др. Экология.. 2002

Источник: https://bookucheba.com/uchebniki-ekologii_1295/ioniziruyuschee-izluchenie-kak-ekologicheskiy-50611.html

Физические поля как мощный экологический фактор

Ионизирующее излучение как экологический фактор

    Изучение биологического воздействия ионизирующего излучения началось еще в первые десятилетия XX века. Интерес резко возрос в 1940-х годах после первых испытаний и применения ядерного оружия. Многочисленные исследования показали, что радиочувствительность организма напрямую связана с индивидуальными особенностями организма.

При этом под понятием радиочувствительность понимают степень реакции клеток, тканей, органов, систем и организма в целом на воздействие ионизирующего излучения.     Живые организмы обладают различной радиочувствительностью. Некоторые из них исключительно чувствительны и погибают при малых дозах, другие устойчивы к дозам, которые разрушают белок и ДНК.

Из позвоночных наиболее уязвимы к излучению млекопитающие. Причем наибольшая чувствительность наблюдается у новорожденных, перед наступлением половой зрелости она снижается и затем остается постоянной. Можно также говорить о том, что более холоднокровные животные менее чувствительны к радиации.

    Интересный опыт был проведен в начале прошлого столетия (1925 г.) П.

 Анцелем и П. Винтембергером. Куриное яйцо, сохранявшееся в холодильнике в течение 24 часов, было подвергнуто действие рентгеновских лучей, а затем снова помещено в холодильник, через 3 дня никаких повреждений обнаружено не было. Облученное яйцо, помещенное после этого в инкубатор на 3 дня, обнаруживало многочисленные повреждения.

Проведенные исследования позволили сделать «пророческие» выводы:

Необходимо четко различать 3 существенных момента: 1) радиационное повреждение, 2) факторы, способствующие проявлению этого повреждения,

3) восстанавливающие факторы.

    Последующие исследования позволили предположить, что существенную роль в развитии повреждений играет обмен веществ. Чем он интенсивнее, тем быстрее образуются патологические метаболиты.

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют также о замедлении радиационного эффекта у животных, находящихся в условиях пониженной температуры.

Например, у ряда млекопитающих в состоянии зимней спячки значительно снижается чувствительность к действию излучения.

Однако говорить о том, что радиационное повреждение на холоде полностью исчезает и организм восстанавливается нельзя, часто оно просто остается в скрытом виде.
     Насекомые, как правило, более устойчивы к радиации, чем млекопитающие. В среднем доза способная убить насекомого примерно в 100 раз больше соответствующей дозы для млекопитающего.

Воздействие излучения на живые организмы

    Несмотря на интенсивные и достаточно длительные исследования последствий облучения на организм, многие аспекты до сих пор не ясны.
    Считается, что малые дозы облучения могут «запустить» некоторую цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям.

Раковые заболевания проявляются спустя много лет после облучения (не ранее чем через одно-два десятилетия). Врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, проявляются лишь в следующем или последующих поколениях.

    При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Эти повреждения проявляются в течение нескольких часов или дней. Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень.

Однако для того, чтобы вызвать такие последствия, как рак, или повреждение генетического аппарата достаточно самой малой дозы.

Вместе с тем, никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях: человек, подвергшийся действию радиации, не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней. У такого человека лишь возрастает риск наступления таких последствий по сравнению с необлученным человеком.

Рис.4.33. Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных и техногенных источников радиации.

    Индивидуальная реактивность организма на радиационное воздействие определяется совокупностью признаков индивидуума, которая характеризует отклонение тех или иных параметров от условно принятых средних значений. В настоящее время выявлена взаимосвязь между индивидуальными адаптивными способностями организма и его радиочувствительностью.

    С одной стороны, экранирование живых организмов от естественного радиационного фона приводит к ослаблению процессов жизнедеятельности организмов и снижению их жизнеспособности. С другой стороны, радиационное воздействие вызывает сильное нарушение равновесия различных систем организма.

Излучение, поглощенное веществом вызывает изменения на молекулярном уровне. Большинство компонентов клетки при этом изменяется, в течение тысячных долей секунды. Важную роль при этом играют и химические компоненты среды, окружающие поврежденные структуры.

    В ответ на воздействие организм мобилизует гомеостатические функции, направляя их на устранение повреждения. Видимая реакция на облучение организма наступает в том случае, когда эффект воздействия превосходит компенсаторные процессы.

Все повреждения можно разделить на три группы: обратимые, необратимые и повреждения, которые по своей природе могут проявляться в потомстве.
    Для предварительной оценки индивидуальной радиочувствительности
необходимо провести исследования по трем направлениям:

– оценить исходное состояние различных систем организма в обычных условиях его жизнедеятельности; – оценить общую реактивность организма по его реакции на функциональные нагрузки и действия различных факторов – сопоставить реакции систем организма на облучение в малых дозах.     Исследования реакции организма на облучение, проведенные на крысах, позволили выявить следующие закономерности: наиболее подвержены радиации животные с сильными, но неуравновешенными нервными процессами. Самки, у которых было потомство, менее чувствительны к радиации, чем девственные. Скорость деления клеток в организме также влияет на радиочувствительность. Чем больше скорость, тем больше радиочувствительность. В целом зависимость биологических эффектов от дозы облучения носит нелинейный характер. Постлучевые реакции могут заключаться в усилении, снижении ряда параметров, отсутствовать вообще и проходить по механизму адаптивного ответа.     Для того чтобы прогнозировать исход лучевой болезни с точностью до 60-80%, необходимо изучить несколько показателей организма в корреляции, таких как, например, количество лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови, объем выпиваемой за сутки воды, объем потребляемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа, показатели ректальной температуры. При этом на выживаемость больше влияют хорошие компенсаторно-приспособительные реакции, чем выносливость.     Отдаленные последствия воздействия излучений, возникают в результате появления необратимых нарушений в организме. Большинство пострадиационных эффектов инициируется не прямо, а опосредуется изменениями в нервной, гормональной, иммунной, антиоксидантной и других системах организма. На уровне организма постлучевые изменения могут компенсироваться и выявляться только при функциональных организма к действию других повреждающих факторов. Выраженность постлучевых изменений в значительной мере определяется физиологическим состоянием организма, органов и тканей.

    Немецкий физик Ф. Дессауэр в 1922-1933 гг. выдвинул теорию «попадания», суть которой заключается в следующем: поглощение энергии излучения биообъектом, процесс не непрерывный, а квантовый.

Такое применение понятий квантовой физики к биологическим проблемам позволило объяснить, так называемый «радиобиологический парадокс», заключающийся в том, что при воздействии ионизирующей радиации на живую клетку поглощение чрезвычайно малого, ничтожного количества энергии может давать заметный и даже значительный биологический эффект. Именно поэтому разделение поглощенной энергии ионизирующих излучений на большие и малые дозы весьма условно. Поглощенная доза 10 Гр – смертельная для большинства млекопитающих, выраженная в тепловом эквиваленте соответствует стакану горячего чая.

    Следующим шагом к пониманию причин чрезвычайной биологической активности ионизирующей радиации стала теория мишени, согласно которой малые порции энергии могут дать сильный эффект только тогда, когда они попадают в малую мишень. Сам Ф.Десссауэр назвал это термином «точечное тепло». При помощи теория мишени можно перейти от формального анализа к пониманию физической природы попадания.
    Мутагенный эффект ионизирующих излучений был открыт в 1925-1927 гг.

    Здесь важно отметить, что мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется.

Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки. Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки. Это – не физико-химический, а биологический процесс.

Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).
    Существуют и более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина). Метильная группа может просто отщепляться. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.
    Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что, во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации. Необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций – стойких изменений наследственной информации.

    В настоящее время известно множество самых разнообразных мутагенов, одним из которых может выступать ионизирующее излучение. Действие ионизирующего излучения основано на ионизации компонентов цитоплазмы и ядерного матрикса.

При ионизации возникают высокоактивные химические вещества (например, свободные радикалы), которые различным образом действуют на клеточные структуры. Из наиболее изученных механизмов отметим следующие.
    Непосредственное воздействие частиц с высокой энергией
на ДНК, которое приводит к ее разрывам.

Это универсальный механизм возникновения хромосомных перестроек на всех стадиях клеточного цикла, но он действует очень грубо – обычно клетки теряют способность к нормальному делению и погибают.


    Опосредованное воздействие ионизирующих факторов
связано с нарушением структуры ферментов, контролирующих репликацию, репарацию и рекомбинацию ДНК. Этот механизм наиболее эффективно действует на синтетической стадии интерфазы. При больших дозах мутагенов клетки погибают.

Поскольку раковые клетки делятся непрерывно, то облучение является универсальным средством подавления развития метастазов при онкологических заболеваниях – непрерывно делящиеся раковые клетки более уязвимы, чем медленно пролиферирующие или непролиферирующие нормальные клетки.

    При опосредованном действии ионизирующих факторов их мутагенный эффект может быть снижен с помощью специальных веществ – радиопротекторов. К радиопротекторам относятся различные антиоксиданты, взаимодействующие с продуктами ионизации. В то же время, мутагенный эффект может быть усилен, например, высокая температура повышает мутагенный эффект радиации.


    Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей
. ДНК интенсивно поглощает жесткий ультрафиолет с длиной волны ≈ 254 нм. Основным продуктом является образование нуклеотидных димеров: два нуклеотида, расположенных рядом в одной цепи ДНК, «замыкаются» сами на себя, образуя пары «тимин–тимин» и «тимин–цитозин».

При репликации ДНК напротив такой пары в достраивающейся цепи могут стать два любых нуклеотида, т.е. принцип комплементарности не выполняется. Ультрафиолетовый свет – это сравнительно мягкий мутаген, поэтому его широко используют в селекции растений, облучая проростки.

    В целом же, радиогенные эффекты имеют неспецифический характер и могут стать основой, как для развития патологических состояний, так и для повышения радиорезистентности.

    Ничтожная величина поглощенной энергии крайне высоко выражена реакция биологического объекта.

При этом биологические системы способны реагировать даже на небольшие отклонения радиационного фона. Большинству из них присуща способность очень четко определять местоположение источника дополнительного излучения и избегать зоны его действия.
    Острое поражение.

Радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной, или «пороговой», дозы облучения. Смертельной дозой γ-излучения считается 600 Р. Так называемая «смерть под лучем» наступает при дозе около 200 000 Р. При дозах свыше 25 бэр могут иметь место генетические последствия.

    Реакция для разных органов и тканей не одинакова, а различия достаточно велики (рис. 4.34). Величина дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит также от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз.

Очень большие дозы облучения (порядка 100 Гр) вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней (рис. 4.35).

При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего, все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте.

При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справится, и, тем не менее, смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения, главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга − главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных. Таким образом, в этом диапазоне доз облучения большие дозы отличаются от меньших лишь тем, что смерть в первом случае наступает раньше, а во втором – позже.

Рис.4.34. «Допустимые» дозы (которые пациент без особого вреда для себя может получить за пять сеансов в течение недели) в лучевой терапии (по данным Р. Rubin, G. W. Casarett in Clinical Radiation Pathology, 1968).

    Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению.

Однократное облучение семенников при дозе всего лишь в 0,1 Гр приводит к временной стерильности мужчин, а дозы свыше 2 Гр могут привести к постоянной стерильности: лишь через много лет семенники смогут вновь продуцировать полноценную сперму.

Яичники гораздо менее чувствительны к действию радиации, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя еще большие дозы при дробном облучении никак не сказываются на способности к деторождению.

Дети также крайне чувствительны к действию радиации. Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей.

Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей. По-видимому, для такого действия радиации не существует никакого порогового эффекта.

Крайне чувствителен к действию радиации и мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности.

Рис.4.35. Летальные дозы.

    Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. Почки, без особого для себя вреда, выдерживают суммарную дозу около 23 Гр, полученную в течение пяти недель, печень – 40 Гр за месяц, мочевой пузырь – 55 Гр за четыре недели.


    Рак
– наиболее серьезное из всех последствий облучения человека при малых дозах, по крайней мере, непосредственно для тех людей, которые подверглись облучению. Оценка вероятности заболевания людей раком в результате облучения не вполне надежна.

Согласно данным, которыми располагает НКДАР ООН, во-первых, не существует никакой пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком, во-вторых, риск заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облучения. Первыми в группе раковых заболеваний стоят лейкозы (рис. 4.36).

Они вызывают гибель людей в среднем через 10 лет с момента облучения – гораздо раньше, чем другие виды раковых заболеваний.
    Самыми распространенными видами рака, вызванными действием радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. Однако обе разновидности рака в принципе излечимы.

Рак легких, получеый за счет радиации, напротив, – практически неизлечим.
    Изучение генетических последствий облучения связано с еще бóльшими трудностями, чем в случае рака. Часто эти дефекты невозможно отличить от тех, которые возникли совсем по другим причинам.

Вместе с тем, среди более чем 27 000 детей, родители которых получили относительно большие дозы во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, были обнаружены лишь две вероятные мутации, а среди примерно такого же числа детей, родители которых получили меньшие дозы, не отмечено ни одного такого случая.

Рис. 4.36. Относительная среднестатистическая веротность заболевания раком после получения однократной дозы в один рад (0,01 Гр) при равномерном облучении всего тела на основании результатов обследования людей, переживших атомную бомбардировку. Показано ориентировочное время появления злокачественных опухолей с момента облучения.

    Согласно оценкам, доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола, индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных. Оценки, полученные для особей женского пола, гораздо менее определенны, но явно ниже.

1. В рамках данного учебного пособия этот интерейснейших аспект взаимодействий, как выходящий за рамки предмета, мы не рассматриваем

2. Исторически численное значение 1 Ки было устанавливлено по активности радиоизотопа 226Ra с массой, равной 1 г.

Источник: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol02.htm

Ионизирующее излучение: излучение, обусловливающее ионизацию вещества, в том числе живого,

Ионизирующее излучение как экологический фактор

Излучение, обусловливающее ионизацию вещества, в том числе живого, называют ионизирующим. Под воздействием ионизирующего излучения в косном и живом веществе образуются отрицательно и положительно заряженные частицы (ионы) — продукт трансформации атомов.

По своему устройству атом во многом напоминает Солнечную систему в миниатюре. Он состоит из ядра (Солнца) и движущихся вокруг него по своим орбитам электронов (планет). Ядро имеет положительный заряд, электроны — отрицательный.

Ядро неоднородно, оно состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов. Заряды протона и электрона по своей направленности прямо противоположны, а по величине равны, поэтому атомы как системы электрически нейтральны.

Нейтральный атом может превращаться в ион либо вследствие потери электрона, либо в результате его присоединения. Атомы, потерявшие электрон, трансформируются в положительные ионы. Отрицательными ионами становятся атомы, присоединившие дополнительный электрон.

Следовательно, ионизирующее излучение обладает большой энергией. Энергия радиации столь велика, что под ее воздействием осуществляется превращение нейтральных атомов в положительные и отрицательные ионы.

Возникновение ионизирующей реакции связано с распадом радиоактивных элементов. Характерная особенность таких элементов в том, что в их ядрах численность протонов одинаковая, а нейтронов — может быть разной.

По числу нейтронов, содержащихся в ядре, атомы одного и того же элемента образуют разновидности, называемые изотопами. Так, например, уран-238 содержит 146 нейтронов, а разновидность этого элемента уран- 235—только 143.

В изотопах урана, обозначаемых символами 238 и 235, число протонов одинаково — 92. Ядра изотопов разных радиоактивных элементов составляют группу нуклидов. Большинство из них нестабильно. Они могут превращаться в другие нуклиды.

Так, например, уран-238 трансформируется в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Торий-234, в свою очередь, превращается в протактиний и т. д.

Процесс самопроизвольного превращения одного нуклида в другой называют радиоактивным распадом, а сам такой нуклид — радионуклидом. При каждом акте распада нуклидов высвобождается энергия, которая передается дальше в виде радиоактивного ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение по своей природе неоднородно. Оно представляет собой корпускулярную радиацию (альфа- и бета-частицы, поток протонов и нейтронов) и электромагнитные колебания (гамма-лучи).

Обычно говорят (хотя это и не совсем точно), что альфа-излучение — это испускание ядром частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Бета-излучение представляет собой испускание электронов.

Когда нуклид частиц не выбрасывает, а испускает пучок чистой энергии (гамма-квант), говорят о гамма-излучении.

Все виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга количеством выделяемой энергии, длиной пробега частиц в среде, их проникающей способностью и, следовательно, характером воздействия на организм (рис. 7).

При альфа-излучении длина пробега частиц невелика — в воздухе она составляет всего несколько сантиметров. Проникающая способность альфа-радиации ничтожна — задерживаясь на повер-

7. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного (по Ю. Одуму)” />

Рис. 7. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного (по Ю. Одуму)

хности тела организма, частицы вызывают выраженную локальную ионизацию живого вещества. При бета-излучении длина пробега электронов в воздухе несколько метров, в живой ткани — раз в сто меньше. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, гамма-лучи пронизывают организм. Эффект их действия зависит от величины энергии, передаваемой ими тканям, и от расстояния между источником излучения и организмом. С увеличением расстояния интенсивность излучения падает. В целом отмечается следующая закономерность: проникающая способность альфа-, бета- и гамма-излучения последовательно возрастает, а плотность ионизации и масштабы повреждения тканей уменьшаются.

В экологии и радиобиологии, особенно экспериментальной, широко используют лучи Рентгена, полученные от специальных устройств.

Рентгеновские лучи применяют при изучении влияний ионизирующей радиации на организм растений и животных, для разработки методов их защиты от радиационных поражений и т. д.

Широкое использование рентгеновских лучей в радиоэкологии связано с тем, что они по своей природе близки к гамма-излучению.

Ионизирующее излучение, действующее на организм из окружающей среды, называют внешним. Наряду с этим, когда радиоактивные вещества оказываются внутри организма растений или животных, говорят о внутреннем излучении.

Пути попадания радиоактивных веществ в организм самые разные. В организм растений они чаще всего поступают через корневую систему с элементами минерального питания, в животные организмы — через пищеварительный тракт с пищей (кормом) и питьевой водой, через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом. Наряду с этим они могут проникать через наружные покровы растений и животных.

При внутреннем альфа- и бета-излучении происходит ионизация протоплазмы клеточных элементов и межклеточного вещества, изменяются структура и функция органов и тканей.

Ионизирующее излучение — важный экологический фактор, жизненно необходимый для размножения, роста и развития растений и животных, функционирования популяций и биоценозов. Полагают, что радиоактивность способствовала возникновению жизни на Земле, становлению и развитию биосферы.

Источниками естественного фона радиации на Земле являются космос, радиоактивные элементы, входящие в состав нашей планеты. Радиоактивными, хоть и в малой мере, считаются все растения и животные, населяющие биосферу.

Наибольшее космическое излучение отмечается в верхних слоях атмосферы, у поверхности Земли оно во много раз ниже. Помимо космических лучей организмы подвергаются воздействию радиоактивных элементов горных пород. В земной коре широко распространены радий, уран, торий и другие радиоактивные элементы.

Естественный фон ионизирующего излучения в разных регионах земного шара неодинаков. Обычно он колеблется в небольших пределах, но в некоторых точках Земли резко возрастает.

Например, в Бразилии и Индии есть районы, где широко распространены моноцитовые пески, содержащие большое количество тория, радия и урана.

В этих местах уровень ионизирующей радиации почти в 200 раз превышает средние показатели естественного радиоактивного фона Земли.

В процессе эволюции биосферы растения и животные приспособились друг к другу и условиям своего существования, и потому естественный радиоактивный фон для них более или менее оптимальный.

В современную эпоху появились антропогенные источники ионизирующего излучения (атомные бомбы, атомные электростанции, рентгеновские аппараты и т. д.).

Они могут загрязнять среду и быть причиной негативных биологических эффектов.

Экологические последствия радиоактивных загрязнений среды зависят от многих факторов: мощности загрязнителя, его местонахождения, особенностей атмосферного переноса радионуклидов и их циркуляции в гидросфере, на материках.

Мигрируя в экосистемах, долгоживущие радиоактивные вещества концентрируются в конечных звеньях пищевых цепей. Так, в США было установлено, что в реке Колумбия радиоактивность находившегося в ней планктона превышала исходное количество в 2000 раз. Радиоактивность рыб, питающихся планктоном, была значительно выше — она превышала исходный уровень в 15 ООО— 40 ООО раз.

Распределение радионуклидов в организме зависит от их троп- ности, т. е. способности накапливаться в определенных органах и тканях.

Исследования, проведенные на животных, показали, что кальций, стронций, барий, фтор накапливаются преимущественно в костях, марганец, плутоний, торий — в печени, селен, мышьяк, висмут — в почках, йод, бром — в щитовидной железе.

Органы — накопители радионуклидов — подвергаются более интенсивному облучению, и они, как правило, поражаются сильнее (критические органы).

Под влиянием повышенных доз ионизирующих излучений происходят патологические изменения протоплазмы клеток. Установлено, что степень поражения клеточных элементов пропорциональна числу пар ионов, образовавшихся в поглощающем живом веществе организмов.

Ионизирующая радиация обладает тератогенным и мутагенным действиями. У растений и животных с радиоактивным поражением отмечают врожденные пороки (аномалии) развития и уродства.

Лучевая болезнь может развиваться как у растений, так и у животных. При этом у растений задерживаются рост и развитие, нарушается обмен веществ, поражается корневая система, изменяется окраска листьев. У пшеницы листья становятся темно-зелеными, корни покрываются массой волосков.

На листьях могут появляться капельки экссудата, вначале прозрачного, а затем в виде беловатой сахаристой массы. Там, где накапливается экссудат, ткань листа буреет, возникает пятно некроза (отмирание ткани).

У растений бобов, пораженных болезнью, листья становятся темнозелеными, на них появляются темные некротические пятна, быстро увеличивающиеся в размере.

У крупного рогатого скота и животных других видов, пораженных лучевой болезнью, отмечают снижение упитанности, продуктивности, воспроизводительной способности, расстройство деятельности органов и тканей, развитие малокровия. Болезнь может закончиться и смертью животного.

Тепло — необходимое условие существования растений и животных. Рост, развитие и размножение разных видов растений и животных происходят при определенных температурных режимах, отвечающих экологическим потребностям организмов.

Для большинства видов культивируемых растений оптимальная температура колеблется от 20 до 30 °С. Так, для кукурузы она составляет 25—30 °С, для томатов — 26, для табака — 20—24 °С.

У разных групп растений свои границы между минимумом и максимумом переносимой ими температуры внешней среды. Например, минимальная температура для роста огурца находится в пределах 12—15 °С. При максимальной температуре (35 °С) его рост прекращается. Температурный оптимум, наиболее благоприятный для роста и развития огурцов, от 25 до 30 °С (Тышкевич, 1985).

Для разных видов сельскохозяйственных животных оптимальная температура воздуха колеблется от 3—5 до 15—20 °С. Следует отметить, что температурный оптимум зависит не только от вида животного, но и от стадии его онтогенеза. Установлено, что для взрослого крупного рогатого скота температурный оптимум составляет 10—15 °С, а для новорожденных телят — 18—20 °С.

Слишком высокая или слишком низкая температура окружающей среды неблагоприятно влияет на рост, развитие и размножение растений и животных.

Есть теплолюбивые растения, например цитрусовые. Предел высоких температур, лимитирующих их рост и развитие, значительно выше, чем у других форм растений. Но и они при избытке тепла прекращают свой рост и даже заболевают. Под воздействием излишне высоких температур в клетках растений происходит распад белков, изменяется белково-липидный комплекс.

Расстройство обменных процессов сопровождается образованием токсичных продуктов метаболизма. Структура и функция органов и тканей растений нарушаются, развиваются признаки заболевания: на листьях пшеницы появляются желтые пятна, овса — красные («запалы»), Под действием сильных солнечных лучей могут образоваться ожоги покровных тканей растений.

Кора плодовых деревьев, подвергшаяся ожогу, подсыхает, растрескивается, отстает от древесины. Ожоги листьев могут возникать при наличии на их поверхности капелек воды, оставшихся после дождя или полива. Капля воды выполняет роль линзы, собирающей солнечные лучи в одну точку (фокус).

Ткани листа, расположенные под каплей-линзой, перегреваясь, подвергаются ожогу. Реакция растений на перегрев в значительной мере зависит от их возраста. К воздействию высоких температур особенно чувствительны всходы.

Молодые растения, появившиеся на поле, ничем не затенены, они находятся слишком близко к поверхности почвы, где в жаркие солнечные дни температура может достигать больших значений (особенно в южных районах России).

Под влиянием высоких температур у животных снижается аппетит. Ослабление и даже потеря аппетита у коров отмечены при температуре воздуха 41 °С. Перегревание организма сопровождается задержкой роста и развития животных, снижением их продуктивности.

Так, телки, выращенные при температуре 27 °С, весили на 12 % меньше, чем при температуре 10 °С. У самок и самцов в результате воздействия высоких температур может возникнуть бесплодие (климатическое бесплодие, по А. П. Студенцову). Высокая температура воздуха может стать причиной заболевания животных.

Тепловой удар — тяжелое заболевание, зарегистрированное у лошадей, крупного рогатого скота, свиней и животных других видов.

Лимитирующим фактором является не только излишне высокая, но и излишне низкая температура окружающей среды.

По характеру реакции на низкие температуры растения подразделяют на холодостойкие и морозоустойчивые. К группе холодостойких относят растения, устойчивые к низким температурам, вплоть до 0 °С. Виды растений, способные без особых повреждений переносить отрицательные температуры, называют морозоустойчивыми.

Холодостойкими и морозоустойчивыми являются многие виды многолетних растений. Так, древесные породы отличаются более высокой морозоустойчивостью, чем озимые злаки. Но и многолетние растения во время зимовки могут повреждаться и даже погибать.

Холодостойкость и морозоустойчивость — это такие свойства растений, которые могут резко меняться в зависимости от многих внешних и внутренних факторов. Например, устойчивость древесных растений к холоду резко повышается в период их роста.

Ростовые процессы значительно снижают устойчивость перезимовавших растений к весенним заморозкам. Чувствительны к заморозкам генеративные органы: у плодовых — пестики, у злаковых — тычинки.

Повышение холодостойкости и морозоустойчивости культивируемых растений — одна из актуальных проблем сельскохозяйственной экологии. Для повышения устойчивости растений к низким температурам проводят различные мероприятия.

Морозоустойчивость плодовых деревьев и озимых культур повышается при оптимизации водного режима почв. Разрабатывают разные методы «приучения» растений к холоду. Один из них — закаливание набухших семян и рассады при низкой температуре, не вызывающей повреждений живых тканей.

В молодом возрасте растения более пластичны, легче приспосабливаются к перепадам температуры окружающей среды. Много внимания уделяют выведению холодостойких сортов растений. Выведены сорта винограда, плодоносящие в Подмосковье, томата — растущие на севере.

В пригородах Владивостока, Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре теперь растут абрикосы. Создаются холодостойкие сорта сои, кукурузы.

Среди животных, как и среди растений, есть теплолюбивые и холодолюбивые виды. С определенными оговорками к теплолюбивым можно отнести лам, верблюдов, к холодолюбивым — домашних северных оленей.

К холодам более чувствительны теплолюбы. У животных, подвергнутых воздействию холода, возникает защитная реакция по сохранению температуры тела путем уменьшения отдачи тепла через кожу. Животные горбятся, «съеживаются», а собаки и кошки свертываются в клубок, тем самым уменьшая площадь открытой поверхности тела. Теплопродукция усиливается в организме при сокращении мышц (дрожь).

Физиологические возможности теплорегуляции в организме животных небеспредельны. Длительное воздействие низких температур приводит к нарушению деятельности органов, снижению продуктивности и воспроизводительной способности животных.

Уменьшается естественная резистентность организма, возникают различные заболевания. Особенно часто заболевают новорожденные телята, ягнята, поросята. У них появляются бронхиты, бронхопневмонии и другие простудные болезни.

При длительном действии крайне низких температур происходит нарушение терморегуляции, развивается гипотермия, возникают параличи. Могут быть обморожения. В первую очередь отмораживаются уши, хвост, соски, мошонка, препуций, нижние части конечностей.

При сильном расстройстве нервной регуляции и нарушении деятельности внутренних органов животные погибают.

Закаливание организма животных (холодный метод воспитания) на фоне хороших условий кормления и содержания молодняка крупного рогатого скота в ряде случаев дало хорошие результаты. 2.4.4.

Источник: https://uchebnikfree.com/pochv-agroekologiya-ekologiya/ioniziruyuschee-izluchenie-25881.html

Book for ucheba
Добавить комментарий