Экологические проблемы – катализатор мутаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (национальный исследовательский университет)» (МАИ)

Кафедра «Испытание летательных аппаратов»

РЕФЕРАТ

базовой дисциплины для вузов «Экология»

по теме: «Экологические проблемы - катализатор мутаций»

Студент:

Кольцова А.В.

Москва 2016

Введение

Человек с первых своих шагов по планете изменяет окружающую его среду, и чем больше его путь, тем сильнее он изменяет природу. Развитие городов, добыча природных богатств, изменение социально-экономических отношений все более усугубляли противоречия между человеком и природой. Человек долго не осознавал масштабов изменений в природе, возникших в результате его жизнедеятельности. Зачастую, эти изменения оказывают негативное влияние на наследственные системы человека. В настоящее время расширяется спектр мутагенных факторов с возрастанием загрязнения окружающей среды, особенно связанных с радиационным загрязнением целых регионов в результате Чернобыльской аварии, ядерных взрывов на полигонах и деятельностью предприятий ядерного топливного цикла; с большим количеством и употреблением лекарственных препаратов и многого другого.

В связи с этим актуальным является анализ мутагенных факторов окружающей среды, оценка их влияние на наследственные системы человека, выявление ядерных и митохондриальных патологий, а также принципы их наследования и проявления.

1. Экологическая ситуация России

Анализ экологической ситуации в России свидетельствует о том, что кризисные тенденции, с полной отчетливостью проявившиеся в предшествующие 15 лет, не преодолены, а в отдельных аспектах даже углубляются, несмотря на принимаемые меры.

Россия, где на сохранившиеся сплошные массивы ненарушенных экосистем приходится почти 65% площади страны (11 млн. км2), имеет ключевое значение для глобальной экодинамики. Вместе с некоторыми прилегающими территориями этот массив образует крупнейший в мире Северный Евразийский центр стабилизации окружающей среды, значение которого для восстановления биосферы Земли будет все больше возрастать.

Однако 15% территории России (по площади больше, чем Западная и Центральная Европа, вместе взятые), на которой сосредоточена основная часть населения и производства, находится в неудовлетворительном экологическом состоянии, экологическая безопасность здесь не гарантирована. При этом удельные показатели негативных воздействий на окружающую среду в расчете на душу населения и единицу валового внутреннего продукта в России являются одними из самых высоких в мире.

Превышение допустимых концентраций вредных веществ отмечается в атмосферном воздухе 185 городов и промышленных центров с населением свыше 61 млн. человек (40% всего населения страны). Случаи пятикратного превышения предельно допустимых концентраций загрязнителей воздуха отмечены более чем в 120 городах. Основными источниками загрязнения воздуха по-прежнему являются предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, строительной индустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а также автотранспорт.

Особенно неблагоприятное положение наблюдается в городах Архангельске, Липецке, Москве, Норильске, Братске, Екатеринбурге, Каменске-Уральском, Кемерово, Красноярске, Нижнем Тагиле, Уфе, Стерлитамаке, Челябинске, Магнитогорске, Новокузнецке, Омске, Череповце.

Оценки специалистов говорят, что доля влияния загрязнения атмосферного воздуха на общую заболеваемость у детей составляет в среднем 17%, у взрослых - 10%. Загрязнение воздуха порождает 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц в возрасте 30-34 года и 11% - у лиц 55-59 лет.

На лесные и озерные экосистемы, а также на агроценозы существенное влияние оказывают вредные выбросы не только местных источников, но и удаленных на большие расстояния, в том числе зарубежных. На европейской части территории России ежегодно выпадает свыше 1 млн. т окисленной серы трансграничного происхождения, что больше, чем от российских источников. Весьма существенный вклад в загрязнение природной среды России окислами серы и азота вносят Украина, Польша и Германия.

Не отвечает санитарно-гигиеническим и рыбохозяйственным нормативам качество воды большинства водных объектов Российской Федерации, так как почти 40% сбрасываемых в них сточных вод относится к категории загрязненных. Почти половина населения страны вынуждена пользоваться водой, не соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям из-за плохой водоочистки и неудовлетворительного состояния коммунальных водопроводов. За последние годы качество питьевой воды не улучшилось.

Из-за нестабильной работы большинства предприятий, их тяжелого финансового положения, недостаточности бюджетного финансирования выполнение водоохранных мероприятий осуществляется в совершенно недостаточных объемах.

Неудовлетворительным остается экологическое состояние значительной части используемых в сельском хозяйстве земель, сохраняется тенденция деградации почвенного покрова. На 43% площади пашни отмечается понижение содержания гумуса, а в Нечерноземной зоне доля таких почв достигла 45%. Не сокращаются площади земель, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Огромный вред состоянию растительного мира наносят неконтролируемые заготовки ягод, грибов, ценных видов лекарственных растений. Велик ущерб в лесах от вредителей и болезней, пожаров, незаконных вырубок. Ежегодно от этих причин погибает до 300 тыс. га лесных насаждений. экологический концентрация мутация металл

Однако можно отметить положительные тенденции в изменении численности охотничьих животных. Процесс стабилизации и роста численности млекопитающих, отнесенных к объектам охоты, - лося, кабана, косули, объясняется возросшей эффективностью борьбы с браконьерством, улучшением состояния кормовой базы охотничьих животных. Неблагоприятен прогноз численности осетровых, здесь необходимы самые жесткие меры против браконьеров.

Острыми остаются проблемы переработки бытовых и промышленных отходов, уничтожения химического, биологического и ядерного оружия. Сохраняется угроза импорта в Россию опасных отходов. Серьезная опасность исходит от переполненных, физически и морально устаревших хранилищ жидких радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива, выведенных из эксплуатации атомных подводных лодок. Высокая степень износа технологического оборудования на предприятиях химической, нефтехимической, микробиологической промышленности чревата техногенными авариями с последующим химическим заражением территории.

Общество весьма тревожит низкая изученность проблемы загрязнения окружающей природной среды диоксинами и другими супертоксикантами, а также появление в производстве новых веществ, последствия применения которых недостаточно изучены.

2. Мутации и их типы

Мутации (от лат. mutatio -- перемена) -- это изменение генов и хромосом, фенотипически проявляющиеся в изменении свойств и признаков организмов. Впервые их описал в 1901 г. голландский ученый Г. Де Фриз (1848-1935). Он же заложил основы и теории мутаций. Процесс образования мутаций во времени и пространстве называют мутагенезом. Мутации характерны для всех живых существ, включая человека. Определяя мутации и мутагенез, следует также определить и такие понятия, как дикий тип организма или гена и мутантный организм (мутант). Под диким типом понимают организмы со свойствами, находимыми в природе. Диким типом обозначают также наборы генов или отдельные гены, также являющиеся природными для организма. Образно говоря, дикий тип -- это «справочный» тип, своего рода эталон, с которым сравнивают мутантные организмы и мутантные гены. мутаген загрязнение

Основы понимания роли мутаций в эволюции были заложены в 20-х гг. 20 в. работами советского генетика С. С. Четверикова, английских учёных Дж. Холдейна и Р. Фишера и американского учёного С. Райта, положивших начало развитию эволюционной генетики. Было показано, что все наследственные изменения, служащие материалом для эволюции, обязаны мутациям (комбинативная изменчивость, возникающая путём образования новых сочетаний генов при скрещивании, в конечном счёте, тоже есть следствие мутаций, обусловливающих генетические различия скрещивающихся особей).

В отличие от модификаций, мутации не являются однозначной реакцией на вызывающее их воздействие: один и тот же мутагенный фактор приводит к возникновению разнообразных мутаций, затрагивающих те или иные признаки организма и изменяющих их в разных направлениях. Поэтому сами по себе мутации не имеют адаптивного характера. Однако постоянно возникающие у любого вида живых существ мутации, многие из которых к тому же длительно сохраняются в популяции в скрытом виде (рецессивные М.), служат резервом наследственной изменчивости, который позволяет естественному отбору перестраивать наследственные признаки вида, приспосабливая его к меняющимся условиям среды (изменению климата или биоценоза, переселению в новый ареал и т. п.).

3. Мутагены и их влияние на человека

Мутагены -- физические и химические факторы воздействие которых на живые организмы вызывает изменения наследственных свойств (генотипа). Мутагены разделяются на: физические (рентгеновские и гамма-лучи. радионуклиды, протоны, нейтроны и пр.), физико-химические (волокна, асбест), химические (пестициды, минеральные удобрения, тяжелые металлы и др.). биологические (некоторые вирусы, бактерии).

За всю историю своего развития человечество накопило (главным образом за счет естественного мутационного процесса) так называемый генетический груз, проявляющийся в наследственных, генетически обусловленных заболеваниях. Здоровье нынешних будущих поколений людей в значительной степени зависит от того, какой генетический груз получен в наследство от предыдущих, какое количество мутаций накоплено человечеством.

На данный момент известно около 2 тысяч генетических дефектов, затрагивающих только часть общего числа локусов в геноме, а так как считается, что за поколение естест-венно возникает немногим более одной генной мутации (в геноме), частота их в среднем мала (на ло-кус за поколение) и не может угрожать существованию популяций, При этом примерно четверть общего объема мутаций обусловлена энергией естественного фона ра-диации. Вместе с тем генные мутации, обусловливающие небольшие биохимические аномалии в организме, воз-можно, более часты.

Проблема заключается в том, что ускорение частоты мутаций ведет к увеличению числа особей с врожденными дефектами и вредными отклонениями, передающимися по наследству, причем мутации в неполовых (соматических) клетках, как правило, могут вызывать рост злокачественных новообразований (спонтанный рак). Расчеты показывают (Н. Дубинин, 1958), что удвоение частоты мутаций настолько увеличивает объем генетического груза, что это может стать опасным для существования популяций.

Существует выход из такого кризисного состояния -- это путь эволюционных изменений, однако приспособление к мутагенам в процессе отбора требует от популяции огромного числа генетических жертв и времени. В особенности видам, представленным сравнитель-но малым числом особей, с медленной сменяемостью поколений, труднее было бы приспособиться к высокому мутагенному фону среды,

Больше шансов на выход из генетического кризиса, обусловленного ростом мутагенных загрязнений (повышением темпа мутаций), имеют биологические виды с высокой численностью особей, с быстрой сменяемостью поколений, например микроорганизмы, Хорошо известно явление резистентности их к широко распространенным антибиотикам, сульфаниламидным препаратам, так же как и появление устойчивых к пестицидам рас бактерий, грибов, насекомых.

Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не «переработанные» эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. И если поражение зародышевых клеток может привести к росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при повреждении генов соматических клеток возможно возрастание числа раковых заболеваний. Более того, существует глубокая связь различных на первый взгляд биологических эффектов.

Например, мутагены окружающей среды влияют на величины рекомбинаций наследственных молекул, являющихся также источником наследственных изменений. Возможно и влияние на функционирование генов, что может быть причиной, например, тератологических отклонений (уродств), наконец, вероятны поражения ферментных систем, что изменяет различные физиологические особенности организма, вплоть до деятельности нервной системы, а, следовательно, сказывается и на психике. Генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна.

В отличие от грубых хромосомных повреждений наследственного материала точковые генные мутации, обладающие способностью накапливаться в поколениях, представляют основную трудность для обнаружения в популяциях. Выявление их важно именно потому, что такие мутации будут в значительной мере ответственны за проявления генетического груза в ближайших поколениях.

Определенные перспективы прямой регистрации генных точковых мутаций создает возможность слежения за изменениями в строении редких и мономорфных белков (Н. Дубинин, Ю. Алтухов, 1975). Как показано Ю. Алтуховым, спонтанные мутации приводят к изменению таких белков, и метод улавливает скрытые (в гетерозиготе) вновь возникшие мутации у особей. А это необходимо как для выявления новых мутаций, вызванных загрязнением окружающей среды, так и для оценки изменений темпов мутирования, объема генетического груза, а тем самым и генетических последствий.

Прежде всего необходимо оценить мутагенность различных загрязнений на высокочувствительных биологических тест-системах, в том числе и тех, которые могут поступить в биосферу, и если риск для человека доказан, то принимать меры для борьбы с ними.

Формируется задача скрининга -- просеивания загрязнений с целью выявления мутагенов и выработки специального законодательства для регулирования их поступления в окружающую среду. И таким образом, контроль генетических последствий загрязнения в комплексе содержит в себе две задачи: испытание на мутагенность факторов среды различной природы и мониторинг популяций.

На данный момент в мире уже имеется большое число квалифицированных лабораторий, в которых проводятся достаточно точные испытания. Только за последнее десятилетие предложено свыше трех десятков тест-систем, часть которых предназначена для выявления точковых мутаций. Задача состоит в разработке комплексных тест-систем, которые могли бы давать ответ на вопрос, в каких условиях потенциально мутагенные факторы могут стать действующими -- в зависимости от каких путей попадания в организм и особенностей внутриклеточного обмена веществ, активирующего или, наоборот, подавляющего мутагенный эффект. Комплексные наборы биологических тест-систем для массового скрининга предназначены для выявления всех типов мутационных повреждений хромосом и генов и должны быть чувствительны к малым дозам мутагенов. Ведь последствия суммарного и длительного воздействия низких доз мутагенов создают наибольший вклад в увеличение генетического груза: достаточные для индукции точковых мутаций, способных накапливаться в поколениях, они к тому же наиболее распространены в окружающей среде.

4. Исследования влияния солей тяжелых металлов на организм человека

В 2013 году в Региональном конкурсе учебно-исследовательских работ школьников, проводились исследования влияния солей тяжелых металлов на организм человека

Среди разнообразных загрязняющих веществ ионы тяжёлых металлов и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них способностью к накоплению в живых организмах. Ионы тяжелых металлов поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с промышленными сточными водами. По оценке западных экспертов, до 70% заболеваний связаны с наличием ионов солей металлов в организме человека. Некоторые заболевания приводят к необратимым мутациям. Цель исследования: обосновать разрушающее воздействие ионов солей металлов на белки. Для достижения цели изучена теоретическая сторона вопроса, исследована реакция осаждения белка куриного яйца под действием ионов солей металлов; экспериментально доказано влияние ионов солей металлов на куриный белок, а также предложены меры борьбы с ионами металлов в окружающей среде.

Анализ теоретической литературы позволил сделать следующие выводы: многие ионы металлов находятся в живом веществе планеты и являются совершенно необходимыми для нормального функционирования организмов; при их избыточном количестве в организме, они оказываются ядами и начинают быть опасными для здоровья. Заключение по экспериментальной части исследования: в результате внедрения ионов свинца и меди глубоко в структуру белков происходит их необратимая денатурация и выпадения в осадок.

Размещено на Allbest.ru