ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ
ΝΟΤΑ ΛΑΖΑΡΑΚΗ - ΙΟΡΔΑΝΗΣ ΣΑΡΑΝΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Αθήνα 2007 3
4
Π Ρ Ο Λ Ο Γ Ο Σ Η μελέτη των αλληλεπιδράσεων του ανθρώπινου οργανισμού με τον περιβάλλοντα μικρόκοσμο και μακρόκοσμο παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον για την επιστήμη της βιολογίας. Απαραίτητες προϋποθέσεις για την εφαρμογή της επιστημονικής μεθόδου και την επιτυχή προσέγγιση των βιολογικών φαινομένων αποτελούν ο άρτιος σχεδιασμός, η ακρίβεια και η κριτική σκέψη. Ως εκ τούτου, βασικό προαπαιτούμενο της δημιουργίας του παρόντος εκπαιδευτικού βοηθήματος αποτέλεσε η κατά το δυνατό εποικοδομητική επεξεργασία, οργάνωση και παρουσίαση της ύλης του σχολικού βιβλίου με σκοπό την αποτελεσματική υποστήριξη της μελέτης του μαθητή. Με την ελπίδα ότι το βιβλίο αυτό θα αποδειχθεί πολύτιμος αρωγός στις απαιτήσεις της επίπονης προσπάθειας σας, ευχόμαστε κάθε επιτυχία! Οι συγγραφείς 5
6
Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία του ανθρώπου...σελ. 11 1.2 Μικροοργανισμοί...σελ. 14 1.3 Μηχανισμοί άμυνας του ανθρώπινου οργανισμού - Βασικές αρχές ανοσίας...σελ. 45 Κεφάλαιο 2 2.1 Η έννοια του οικοσυστήματος...σελ. 116 2.2 Ροή ενέργειας...σελ. 120 2.3 Βιογεωχημικοί κύκλοι...σελ. 169 2.4 Ο ανθρώπινος πληθυσμός...σελ. 192 Απαντήσεις στις ερωτήσεις του βιβλίου...σελ. 234 7
8
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο Άνθρωπος και Υγεία Αντίσωμα 9
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ 10
1.1 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ Ανάλυση θεωρίας Ομοιόσταση Το περιβάλλον στο οποίο ζει ο άνθρωπος μεταβάλλεται διαρκώς. Ο ανθρώπινος οργανισμός διαθέτει μηχανισμούς με τους οποίους διατηρεί σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον. Οι μηχανισμοί αυτοί εξασφαλίζουν την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού και την επιβίωσή του. Ομοιόσταση ονομάζεται η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος, όπως η θερμοκρασία και η συγκέντρωση διαφόρων συστατικών, παρά τις εξωτερικές μεταβολές. Ομοιοστατικοί μηχανισμοί Οι ομοιοστατικοί μηχανισμοί του ανθρώπινου οργανισμού μεταξύ άλλων ρυθμίζουν: τη θερμοκρασία του σώματος (στη ρύθμιση της θερμοκρασίας συμβάλλει σημαντικά το δέρμα), τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα, το ph του αίματος, το οποίο πρέπει να παραμένει σταθερό στην τιμή 7,4, τα επίπεδα του CO 2 στο αίμα, το ανοσοβιολογικό σύστημα που αποτελεί ιδιαίτερο ομοιστατικό μηχανισμό για την αναγνώριση και εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών. Ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος Χαρακτηριστικό παράδειγμα ομοιοστατικού μηχανισμού του ανθρώπινου οργανισμού αποτελεί ο μηχανισμός ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος στους 36,6 ο C όταν το άτομο εκτίθεται σε θερμοκρασία μεγαλύτερη ή μικρότερη από αυτήν του σώματός του. Ουφ! Κάνει ζέστη! Όταν το άτομο βρίσκεται σε χώρο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από τους 36,6 ο C, η θερμότητα που φτάνει συνεχώς από το περιβάλλον τείνει να αυξήσει τη θερμοκρασία του σώματός του. Όμως μία σειρά από διαδοχικές αντιδράσεις, στις οποίες κύριο ρόλο παίζει ο εγκέφαλος, αποτρέπουν την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος. 11
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ Η διαδοχή αυτών των αντιδράσεων είναι: Οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος, που είναι ειδικά νευρικά σωμάτια, ανιχνεύουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Μέσω των θερμοϋποδοχέων ειδοποιείται ο εγκέφαλος με ειδικά μηνύματα που αποστέλλονται στο κέντρο γενικών αισθήσεων του. Στη συνέχεια το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας αποστέλλει μηνύματα: στους ιδρωτοποιούς αδένες, οπότε και προκαλείται έκκριση ιδρώτα. στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, τα οποία διαστέλλονται. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος ως εξής: Τα αγγεία που έχουν διασταλεί φέρουν μεγάλες ποσότητες αίματος προς την επιφάνεια του δέρματος, η οποία ταυτόχρονα ψύχεται λόγω της εξάτμισης του ιδρώτα. Το αίμα που φθάνει στα αιμοφόρα αγγεία του δέρματος ψύχεται και καθώς επιστρέφει με την κυκλοφορία στο εσωτερικό του οργανισμού, αποτρέπει την αύξηση της θερμοκρασίας του. 12
1.1 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ Όταν το άτομο βρίσκεται σε ψυχρό περιβάλλον συμβαίνουν μία σειρά από διαδοχικές αντιδράσεις που αποτρέπουν την πτώση της θερμοκρασίας του σώματος. Μπρρ! Κάνει κρύο! Οι αντιδράσεις που αποτρέπουν τη μείωση της θερμοκρασίας του σώματος είναι: Μέσω των θερμοϋποδοχέων ειδοποιείται ο εγκέφαλος με μηνύματα που αποστέλλονται στο κέντρο γενικών αισθήσεων του. Το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας αποστέλλει μηνύματα: στους μύες, οι οποίοι συστέλλονται (ρίγος ή τρέμουλο). στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, τα οποία συστέλλονται. Από τη συστολή των μυών παράγεται θερμότητα και αυξάνεται η θερμοκρασία του σώματος. Η συστολή των αγγείων προς το εσωτερικό του σώματος μειώνει τις απώλειες θερμότητας. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος. Η ομοιόσταση διαταράσσεται... Κάθε διαταραχή της ομοιόστασης είναι δυνατό να προκαλέσει την εκδήλωση διαφόρων ασθενειών. Οι διαταραχές της ομοιόστασης μπορεί να οφείλονται: σε παθογόνους μικροοργανισμούς, σε ακραίες μεταβολές των περιβαλλοντικών συνθηκών (θερμοκρασία, ακτινοβολίες, διαθεσιμότητα οξυγόνου), στον τρόπο ζωής (κάπνισμα, αλκοόλ κ.τ.λ.). Όταν διαταράσσεται η ομοιόσταση ο οργανισμός αντιδρά για να την αποκαταστήσει. Η αδυναμία αποκατάστασης της ομοιόστασης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπανόρθωτη βλάβη του οργανισμού, ακόμη και στο θάνατο. 13
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ 1. 2 ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Ποιοι οργανισμοί χαρακτηρίζονται ως μικροοργανισμοί Μικροοργανισμοί ή μικρόβια ονομάζονται οι οργανισμοί που δε διακρίνονται με γυμνό μάτι διότι έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,1mm. Οι μικροοργανισμοί ζουν στο φυσικό περιβάλλον. Παράδειγμα μικροοργανισμών που περνούν όλη τη ζωή τους στο φυσικό περιβάλλον είναι τα νιτροποιητικά βακτήρια. στο εσωτερικό ενός άλλου οργανισμού είτε καθόλη τη διάρκεια της ζωής τους είτε ένα μέρος από αυτήν. Οι μικροοργανισμοί αυτοί ονομάζονται παράσιτα και ο οργανισμός που τους φιλοξενεί λέγεται ξενιστής. Ένας τρόπος διάκρισης των μικροοργανισμών Οι μικροοργανισμοί ανάλογα με το αν προκαλούν ή όχι διαταραχές στην υγεία του ανθρώπου διακρίνονται σε: παθογόνους, μη παθογόνους, δυνητικά παθογόνους. Παθογόνοι είναι οι μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούν τον άνθρωπο ως ξενιστή τους και είναι δυνατό να προκαλέσουν διαταραχές στην υγεία του. Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί είναι μη παθογόνοι, δηλαδή δεν είναι βλαβεροί για τον άνθρωπο, ενώ μερικοί είναι χρήσιμοι και απαραίτητοι διότι συμμετέχουν σε σημαντικές διεργασίες, όπως η αποικοδόμηση της νεκρής οργανικής ύλης. Επιπλέον κάποιοι άλλοι χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο για την παραγωγή ουσιών χρήσιμων σε διάφορους τομείς, όπως στην υγεία, στη διατροφή κ.τ.λ. Οι δυνητικά παθογόνοι μικροοργανισμοί, όπως το βακτήριο E.coli που ζει στο έντερο, είναι μικροοργανισμοί που συμβιώνουν με τον άνθρωπο. Όταν βρίσκονται σε μικρό αριθμό και δε μεταναστεύουν σε άλλους ιστούς και όργανα, αποτελούν τη φυσιολογική μικροχλωρίδα του ανθρώπου. Οι μικροοργανισμοί αυτοί είναι ωφέλιμοι είτε διότι παράγουν χρήσιμες χημικές ουσίες τις οποίες δεν μπορεί να συνθέσει μόνος του ο οργανισμός (π.χ. βιταμίνη Κ από την E.coli) είτε διότι συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού. Αν όμως για κάποιο λόγο αυξηθούν, όπως συμβαίνει όταν ο ξενιστής παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση, ή βρεθούν σε άλλους ιστούς, τότε προκαλούν την εκδήλωση ασθενειών. 14