Podstawy biologii sanitarnej 8388771213 [PDF]

Zitiervorschau

^obttmy lioloąii tmit&wei

Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko

Mirosław M. Bobrowski

Białystok 2002

Recenzent dr hab. inż. Krystyna Olańczuk-Neyman profesor Politechniki Gdańskiej

'&

Gi

- £$

'H./f^O^U ® Copyright by Fundacja Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych Białystok 2002

ISBN 83-88771-21-3 Biblioteka Główna Politechniki Szczecińskiej

W. 136452

II

012-136452-00-0

Redaktor techniczny Andrzej A. Poskrobko Projektant okładki Krystyna Krakówka

Skład Pracownia Składu Komputerowego i Usług Edytorskich Druk Dział Wydawnictw i Poligrafii Politechniki Białostockiej

Przedmowa

9

1. Podstawy biologii

11

1.1.

Cechy żywej materii 1.1.1. Poziomy organizacji żywej materii 1.1.2. Metabolizm 1.1.3. Samozachowawczość organizmów żywych Struktura komórek 1.2.1. Komórki prokariotyczne 1.2.2. Komórki eukariotyczne Składniki chemiczne żywych komórek Działanie enzymów

11 11 14 16 20 20 21 24 41

2. Metabolizm organizmów heterotroficznych

46

2.1. 2.2. 2.3.

47 47 51 51 56 58 64 70 73

1.2.

1.3. 1.4.

2.4. 2.5.

Pierwszy etap procesów katabolicznych Drugi etap procesów katabolicznych - utlenianie biologiczne Przemiany węglowodanów 2.3.1. Glikoliza 2.3.2. Dalsze przemiany pirogronianu 2.3.3. Cykl Krebsa 2.3.4. Cykl fosfopentozowy Katabolizm lipidów - beta-oksydacja kwasów tłuszczowych Katabolizm białek i aminokwasów

3. Metabolizm organizmów autotroficznych

77

3.1.

77 77 85 87 89 90 93

3.2.

Fotosynteza 3.1.1. Fotosynteza w komórkach roślin wyższych i glonów 3.1.2. Fotosynteza w komórkach bakteryjnych Chemosynteza 3.2.1. Bakterie nitryfikacyjne 3.2.2. Chemolitotroficzne bakterie siarkowe 3.2.3. Bakterie żelazowe

-5-

4. Przegląd wybranych organizmów żywych 4.1. 4.2.

4.3. 4.4. 4.5.

4.6. 4.7.

Wirusy Bakterie 4.2.1. Morfologia bakterii 4.2.2. Fizjologia bakterii 4.2.3. Sinice Archeony Glony Grzyby i organizmy grzybopodobne 4.5.1. Grzyby 4.5.2. Organizmy grzybopodobne Pierwotniaki Zwierzęta wielokomórkowe

5.2.

5.3.

5.4. 5.5.

-6-

95 98 98 107 113 116 118 128 128 133 135 143

4.7.1. Gąbki

143

4.7.2. Jamochłony 4.7.3. Robaki płaskie 4.7.4. Wrotki 4.7.5. Robaki obłe 4.7.6. Pierścienice 4.7.7. Stawonogi 4.7.8. Mszywioły 4.7.9. Mięczaki 4.7.10. Kręgowce

143 144 145 146 147 148 149 150 150

5. Mikrobiologia sanitarna

5.1.

95

151

Mikrobiologia wód powierzchniowych 151 5.1.1. Przegląd autochtonicznych bakterii wodnych 151 5.1.2. Przegląd allochtonicznych bakterii wodnych 152 5.1.3. Przegląd grzybów wodnych 152 5.1.4. Sinice, glony i pierwotniaki wodne 153 5.1.5. Występowanie drobnoustrojów chorobotwórczych w wodach powierzchniowych .... 153 5.1.6. Mikrobiologiczna analiza wody 154 Mikrobiologia gleby 157

5.2.1. Bakterie glebowe 5.2.2. Grzyby glebowe

158 159

5.2.3. Sinice i glony glebowe 5.2.4. Pierwotniaki glebowe 5.2.5. Mikrobiologiczna analiza gleby Mikrobiologia powietrza 5.3.1. Skład mikroflory powietrza 5.3.2. Występowanie drobnoustrojów chorobotwórczych w powietrzu 5.3.3. Mikrobiologiczna analiza powietrza Sterylizacja Dezynfekcja 5.5.1. Mikrobiologiczna ocena związków dezynfekcyjnych 5.5.2. Krótki przegląd poszczególnych grup związków dezynfekcyjnych

160 160 161 162 164 165 165 167 170 172 172

6. Hydrobiologia

180

6.1.

180 180 181 182 182 182 186 187 188 188 191 192 194 196 198 200 200 202 209 210 218 220 220

6.2.

6.3.

6.4. 6.5. 6.6.

6.7. 6.8.

Charakterystyka wód powierzchniowych 6.1.1. Jeziora 6.1.2. Rzeki 6.1.3. Zbiorniki zaporowe Ekologiczne czynniki wód powierzchniowych 6.2.1. Czynniki fizyczne 6.2.2. Czynniki chemiczne 6.2.3. Czynniki biotyczne Zespoły organizmów wodnych i ich rozmieszczenie w masie wody 6.3.1. Zespoły organizmów w jeziorach i stawach 6.3.2. Zespoły organizmów w rzekach Produkcyjność zbiorników wodnych Charakterystyka zbiorników wodnych o różnym stopniu troficzności Eutrofizacja wód powierzchniowych 6.6.1. Przyczyny eutrofizacji 6.6.2. Przeciwdziałanie eutrofizacji wód powierzchniowych Biologia wód zanieczyszczonych - wprowadzenie Samooczyszczanie wód powierzchniowych 6.8.1. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) 6.8.2. Strefy wód zanieczyszczonych 6.8.3. Średni wskaźnik saprobowości 6.8.4. Inne systemy klasyfikacji wód zanieczyszczonych 6.8.5. Zaburzenia w procesie samooczyszczania wód powierzchniowych

7. Biologiczne oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów ściekowych

222

7.1.

224 226 227 231 233 234 237 238 239 242 245 247 250 251 253 255 256 257 263 264

7.2.

7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7.

7.8.

Zfoża biologiczne 7.1.1. Biocenoza błony biologicznej 7.1.2. Rodzaje złóż biologicznych Oczyszczanie ścieków osadem czynnym 7.2.1. Struktura kłaczków osadu czynnego 7.2.2. Biocenoza kłaczków osadu czynnego 7.2.3. Mechanizm oczyszczania ścieków osadem czynnym 7.2.4. Zalety i wady oczyszczania ścieków osadem czynnym Biologiczne złoża fluidalne System AAFEB - złoża rozprężne System UASB Oczyszczalnie hydrobotaniczne Eliminacja substancji biogennych ze ścieków 7.7.1. Biologiczne usuwanie związków azotu ze ścieków 7.7.2. Biologiczne usuwanie związków fosforu ze ścieków Przeróbka osadów ściekowych 7.8.1. Stabilizacja tlenowa osadów ściekowych 7.8.2. Fermentacja osadów ściekowych 7.8.3. Dalsza przeróbka osadów ściekowych 7.8.4. Suszenie osadów na poletkach trzcinowych

-7-

8. Drobnoustroje w urządzeniach do uzdatniania wody

266

8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5.

267 267 268 268 269

Organizmy zasiedlające otwory wlotowe w miejsca poboru wody Drobnoustroje w osadnikach wody surowej Organizmy zasiedlające filtry powolne Organizmy zasiedlające filtry pospieszne Organizmy występujące w wodzie wodociągowej

9. Procesy biologiczne zachodzące w przewodach kanalizacyjnych

270

Piśmiennictwo

273

Słownik wybranych terminów

274

-8-

fazebmom

Podręcznik „Podstawy Biologii Sanitarnej" przeznaczony jest dla studentów wyższych uczelni technicznych kształcących się na kierunkach Inżynieria Środo­ wiska oraz Ochrona Środowiska, ale może także okazać się przydatny dla osób studiujących na innych, pokrewnych kierunkach. W podręczniku zamieszczono podstawowe informacje z dziedziny biologii ogólnej, biochemii, mikrobiologii i hydrobiologii oraz opisano szczegółowo proce­ sy biologicznego oczyszczania ścieków oraz utylizacji osadów ściekowych. Za­ warty w podręczniku materiał obejmuje również problematykę związaną z wystę­ powaniem w środowisku drobnoustrojów chorobotwórczych oraz analizą sanitarną wody, gleby i powietrza. Przygotowując obecny podręcznik do druku uwzględniono zmiany w na­ zewnictwie związków chemicznych, jakie zostały zatwierdzone przez Polskie To­ warzystwo Chemiczne, jak również zmiany w nomenklaturze bakterii, zgodne z nowo wprowadzonymi zasadami taksonomii organizmów prokariotycznych.

Mirosław M. Bobrowski

1. fiodcUwt LiototjU 1.1. Cechy żywą materii Istnieją trzy podstawowe cechy żywej materii, które odróżniają ją od tak zwanej materii nieożywionej, a mianowicie: • specyficzna organizacja, • metabolizm, • samozachowawczość.

1.1.1. Poziomy organizacji żywej materii Komórka

Organelle

Cząsteczki

Atomy Cząsteczki elementarne Ryc. I. Subkomórkowe poziomy organizacji żywej materii

Analizując strukturę oraz składniki budowy organizmów żywych można stwierdzić, że istnieje bardzo wiele różnych poziomów organizacyjnych żywej materii. Obserwacje struktury materii na najniższych poziomach, czyli submolekularnym i molekularnym, dowodzą, że zarówno żywa materia, jak i materia nieożywiona, są zbudowane z cząstek elementar­ nych, takich jak protony, neutrony czy elektrony, które wchodzą w skład nieco większych jednostek, jakimi są atomy i cząsteczki związków chemicz­ nych. Podobieństwo pomiędzy materią żywą i nie­ ożywioną kończy się na poziomie molekularnym. Podstawowe elementy strukturalne materii żywej, to jest atomy i cząsteczki, łączą się w swoiste komplek­ sy, zwane organellami, których nigdy nie obserwuje się w przypadku materii nieożywionej. Każda z or­ ganelli pełni określone funkcje życiowe i stanowić jeden z elementów składowych bardziej złożonej struktury organizacyjnej, jakąjest komórka.

-//-

Organizm Układy narządowe

Narządy

Tkanki Komórki Ryc. 2. Pośrednie poziomy organizacji żywej materii

Wszystkie organizmy żywe, poza wirusami, są zbudowane z komórek, które są uważane za podsta­ wową jednostkę strukturalną i funkcjonalną żywej materii. Komórka może stanowić samodzielny organizm, jak w przypadku bakterii, sinic, pierwotniaków, nie­ których glonów, grzybów albo w przypadku organi­ zmów wielokomórkowych, wchodzi w skład więk­ szych skupisk, zwanych tkankami. Tkanką jest tkanka mięśniowa zwierząt lub drewno albo łyko, które speł­ niają funkcję tkanki przewodzącej u roślin. Uporząd­ kowane odpowiednio tkanki wchodzą w skład bardziej skomplikowanych struktur, czyli narządów. Typowy­ mi narządami są między innymi korzenie i liście u ro­ ślin lub serce i żołądek u zwierząt. U organizmów najwyżej zorganizowanych kilka tkanek i narządów współdziałających ze sobą w realizacji jednej konkretnej i zarazem ważnej funk­ cji biologicznej tworzy układ narządowy. Przykładem układu narządowego może być układ oddechowy i układ krążenia.

Jednostką biologiczną, która stanowi połączenie wielu różnych komórek, tkanek, narządów i układów narządowych jest organizm, czyli zharmonizowana pod względem funkcjonalnym i strukturalnym całość, wykazująca zdolność do prze­ miany materii i energii, rozmnażania, reagowania na bodźce zewnętrzne (fizyczne i chemiczne), przystosowana do bytowania w danym środowisku fizycznym, sta­ nowiąca samoistnąjednostkę, należącą do określonego cyklu ewolucyjnego. W zależności od stopnia strukturalnej złożoności organizmy żywe można zaszeregować do jednej z pięciu kategorii: • najprostsze formy j ednokomórkowe, • formy kolonijne, charakterystyczne dla organizmów wielokomórkowych, które jednak nie tworzą zróżnicowanych tkanek, • formy tkankowe, • formy dysponujące narządami, • formy wyposażone w układy narządowe. Pojedyncze organizmy nie żyją w całkowitej izolacji, ale bardzo często oddziaływują wzajemnie na siebie, a także współdziałają ze środowiskiem. W wyni­ ku tych oddziaływań powstają wyższe poziomy organizacji biologicznej, które na­ zywane są poziomami organizacji ekologicznej. Najprostszą jednostką na poziomie organizacji ekologicznej jest populacja, czyli zbiór osobników należących do jednego gatunku i bytujących obok siebie na

-12-

tym samym obszarze. Tworzące populację organizmy żywe muszą mieć taką samą pulę genów, dzięki czemu mogą się ze sobą kojarzyć. Kilka, a niekiedy nawet kilkaset różnych po­ pulacji zasiedlających to samo środowisko fizyczne Biosfera i powiązanych ściśle ze sobą przez najrozmaitsze czynniki ekologiczne (biotyczne i abiotyczne) nazy­ wa się biocenozą. Jako przykład biocenozy może EkOSVStemv posłużyć ugrupowania różnych zwierząt, roślin, bakterii i innych drobnoustrojów występujących w strefie przybrzeżnej jeziora lub na danym odcinku rzeki. Biocenoza wraz z jej otoczeniem fizycznym, Biocenozy czyli biotopem, tworzy tak zwany ekosystem. Eko­ systemem jest zarówno mały staw lub niewielka łąka, jak i olbrzymi las rozciągający się na powierzchni wielu tysięcy kilometrów kwadratowych.

0

0 0

Populacje

a

Organizmy Ryc. 3. Ekologiczne poziomy organizacji żywej materii

Mówiąc o ekosystemach jako jednostkach organizacji żywej materii warto podkreślić, że każdy ekosystem można rozpatrywać jako bardzo skomplikowany organizm i to organizm wyższego rzędu, o zdecydowanie wyższym stopniu zło­ żoności niż na przykład organizm ludzki. Można bez trudu udowodnić, że każdy ekosystem przejawia cechy charakterystyczne dla każdego żywego organizmu, a więc uczestniczy w przemianie materii i energii, ma własny metabolizm, odzna­ cza się swoistymi reakcjami fizjologicznymi, reaguje na bodźce zewnętrzne, wy­ kazuje zdolności adaptacyjne, jest układem samoregulującym się, utrzymującym się w stanie równowagi dynamicznej, wreszcie reprodukuje się oraz rozwija prze­ chodząc przez kolejne etapy pośrednie od stadium pionierskiego do stadium doj­ rzałego. Wszystkie ekosystemy występujące na kuli ziemskiej tworzą biosferę. W odniesieniu do jednostek strukturalnych reprezentujących poszczególne poziomy organizacji żywej materii obowiązuje w pełni zasada hierarchii. Każdy kolejny poziom zawiera jednostki niższego szczebla jako składniki, a jednocześnie sam jest składnikiem wszystkich jednostek strukturalnych znajdujących się na wyższych poziomach organizacyjnych. Na przykład, w skład tkanek wchodzą ko­ mórki, a same tkanki są składnikami narządów i układów narządowych. Podporządkowane zasadom hierarchii jednostki biologiczne tworzą łącznie pewnego rodzaju piramidę. Na samym jej szczycie znajduje się biosfera, zaś na samym dole cząstki elementarne, atomy i cząsteczki. Przesuwając się od podstawy piramidy ku górze obserwuje się wyraźny wzrost stopnia złożoności i uporządko­ wania kolejnych struktur i zwiększenie wielkości jednostek, a przesuwając się - 13-

w kierunku przeciwnym, czyli od szczytu ku podstawie - wyraźne zwiększenie liczby elementów i liczby jednostek, przykładowo liczba wszystkich atomów w cząsteczkach związków chemicznych jest zdecydowanie większa niż liczba tych cząsteczek.

1.1.2. Metabolizm Pod pojęciem metabolizm należy rozumieć zjawiska przemiany materii i energii zachodzące nieustannie w każdym żywym organizmie. Innymi słowy, jest to suma wszystkich zjawisk fizycznych i wszystkich reakcji chemicznych przebie­ gających w komórkach organizmu, podtrzymujących procesy życiowe organizmu i stanowiących jednocześnie ich istotę. W procesach metabolicznych komórki uzy­ skują potrzebną im do życia energię oraz związki chemiczne niezbędne do syntezy własnych składników strukturalnych komórki. W każdej komórce zjawiska metaboliczne obejmują dwie zasadnicze grupy procesów, a mianowicie: procesy kataboliczne i anaboliczne. Procesy kataboliczne polegają na degradacji, czyli rozpadzie złożonych związków organicznych, natomiast procesy anaboliczne stanowią zespół reakcji, w których dochodzi do syntezy złożonych substancji organicznych z substancji nieorganicznych lub prostych kilkuwęglowych związków organicznych. Procesy anaboliczne należą do procesów endoergicznych, czyli takich, które wymagają dostarczenia pewnych zasobów energii, natomiast reakcje kataboliczne należą do procesów egzoergicznych, czyli takich, w trakcie których uwalniają się znaczne ilości energii. We wszystkich komórkach procesy kataboliczne i anaboliczne, zachodzą jednocześnie, dzięki czemu komórki zawsze znajdują się w stanie równowagi dy­ namicznej. Przeważająca większość reakcji metabolicznych, zarówno katabolicznych, jak i anabolicznych, odbywa się przy współudziale swoistych białek enzymatycz­ nych, zwanych enzymami. Białka enzymatyczne katalizują poszczególne procesy metaboliczne, czyli przyspieszają pojawienie się stanu równowagi pomiędzy substratami danej reakcji metabolicznej i jej produktami. Istniejący w organizmach żywych stan równowagi przejawia się również w tym, że komórki stale pobierają ze środowiska zewnętrznego pewną ilość sub­ stancji w procesie odżywiania i jednocześnie wydalają na zewnątrz do otoczenia pewną ilość własnych metabolitów, czyli związków wytworzonych w komórkach organizmu podczas przemian metabolicznych. Odżywianie polega na pobieraniu przez organizmy żywe z otaczającego śro­ dowiska różnych substancji chemicznych, potrzebnych do budowy komórek lub tkanek, a także do uzyskania niezbędnej energii. Ze względu na sposób odżywiania i charakter pobieranych składników pokarmowych wszystkie organizmy można podzielić na dwie podstawowe grupy: autotrofy, czyli organizmy samożywne i heterotrofy, czyli organizmy cudzożywne. Ponadto można wyróżnić niewielką -14-

grupę organizmów miksotroficznych, czyli miksotrofów, które w pewnych oko­ licznościach zachowują się jak typowe organizmy autotroficzne, w innych zaś sy­ tuacjach ich sposób odżywiania się nie odbiega od typowych organizmów heterotroficznych. Autotrofy pobierają ze środowiska zewnętrznego jedynie proste związki nieorganiczne i przetwarzają je na złożone substancje organiczne potrzebne do bu­ dowy własnych składników komórkowych. Biosynteza substancji organicznych przez autotrofy odbywa się albo w procesie fotosyntezy przy udziale energii świetlnej, albo w procesie chemosyntezy, kiedy to organizmy korzystają z energii chemicznej, która uwalnia się w komórkach podczas utleniania prostych związków nieorganicznych, takich jak na przykład azan lub sulfan. Autotrofy, dla któiych źródłem potrzebnej do życia energii jest promieniowanie słoneczne, noszą nazwę fotoautotrofów lub organizmów fotosyntetyzujących, natomiast te, które zdo­ bywają niezbędną energię w wyniku utleniania prostych związków nieorganicz­ nych noszą nazwę chemoautotrofów lub organizmów chemosyntetyzujących. Do grupy autotrofów należą niektóre bakterie (a w szczególności sinice), glony oraz rośliny zielone. Podstawowymi składnikami pokarmowymi dla hcterotrofów są substancje organiczne, głównie węglowodany złożone, tłuszcze i białka, a także aminokwasy, kwasy tłuszczowe i niektóre witaminy. Są one zużytkowywane przez heterotrofy w kilku etapach. W pierwszym, który potocznie nazywany jest trawieniem, złożo­ ne związki organiczne rozpadają się na prostsze związki o niewielkiej masie mo­ lowej. W następnych etapach ulegają one dalszemu rozpadowi, połączonemu z utlenianiem. W czasie degradacji uwalniają się znaczne ilości energii, które wy­ korzystywane są w etapach anabolicznych do syntezy własnych składników ko­ mórkowych. Wyzwalająca się energia zużytkowywana jest ponadto w licznych procesach biofizycznych, takich jak na przykład ruch, a także, w wielu przypad­ kach, do utrzymywania stałej ciepłoty ciała. Do grupy heterotrofów zaliczyć należy wszystkie bez wyjątku zwierzęta, znaczną część bakterii, a także grzyby. Organizmy żywe nie tylko pobierają pewne substancje z otoczenia, ale rów­ nież usuwają ze swych komórek szereg różnorodnych związków chemicznych, z których część zużytkowywana jest przez inne komórki tego samego organizmu, zaś pozostała część jest wydalana do środowiska zewnętrznego. Pierwszy z tych procesów nosi nazwę wydzielania, drugi natomiast - wy­ dalania. Różnice pomiędzy tymi dwoma procesami są szczególnie widoczne i wy­ raźne w świecie zwierzęcym. Zdolnością wydzielania odznaczają się praktycznie wszystkie komórki zwierzęce, ale w organizmach wielokomórkowych zwierząt wyższych wyodrębniły się specjalne komórki gruczołowe, a nawet specyficzne narządy zwane gruczo­ łami. Rozróżnia się dwa podstawowe typy wydzielania: • wydzielanie zewnętrzne, w którym wydzieliny usuwane są na powierzchnię ciała lub na powierzchnię błon śluzowych; - 15-

• wydzielanie wewnętrzne, czyli dokrewne, w którym wydzieliny gruczołów zwane hormonami przedostają się najpierw do krwi lub do limfy, a następ­ nie rozprowadzane są z krwią lub limfądo różnych tkanek. Wydzielane substancje pełnią różnorakie funkcje: • w powiązaniu z układem nerwowym regulują różnorodne funkcje życiowe organizmu (hormony), • biorą udział w trawieniu (ślina, sok trzustkowy, sok jelitowy), • pełnią rolę ochronną (śluz, łzy), • ułatwiają zwierzęciu zaatakowanie zdobyczy (jad wężów). Wydalanie polega na usuwaniu z ustroju zwierzęcego zbędnych i szkodli­ wych produktów przemiany materii, a także składników przypadkowych, które do­ stają się do organizmu z wodą lub pożywieniem, a nie są przez organizm metaboli­ zowane. Ze względu na wysoki poziom przemiany materii wydalanie u zwierząt, w przeciwieństwie do roślin, jest bardzo intensywne. Głównymi produktami wydalanymi przez zwierzęta są związki powstałe w czasie katabolizmu białek i aminokwasów, następnie sole nieorganiczne, nad­ miar wody, niestrawione resztki pokarmu i ditlenek węgla. Substancje te usuwane są wraz z wieloma innymi substancjami w postaci tak zwanych wydalin. U krę­ gowców do najważniejszych wydalin należą: mocz, kał, pot, a także wydychane powietrze. W organizmach roślinnych gromadzą się bardzo często różne substancje stanowiące uboczne produkty metabolizmu, ale dotychczas uczeni nie rozstrzy­ gnęli, czy substancje te należy uznać za wydzieliny, czy za wydaliny. Wydzieliny roślinne mogą być prostymi związkami mineralnymi albo zło­ żonymi substancjami organicznymi. Przykładem pierwszych są sole wydzielane wraz z wodą glutacyjną, na przykład chlorek sodowy wydzielany przez słonorośla lub węglan wapniowy wydzielany przez liście skalnicy. Przykładami drugich mogą być liczne żywice, garbniki, gumy, śluzy, olejki eteryczne, alkaloidy. Wszystkie substancje wytwarzane są przez specjalne komórki tkanki wydzielniczej i groma­ dzą się w ich wnętrzu (na przykład lateks w rurach mlecznych), albo w zewnętrz­ nych zbiorniczkach (na przykład żywica).

1.1.3. Samozachowawczość organizmów żywych Zjawisko samozachowawczości ma złożony charakter i obejmuje szereg procesów, które z jednej strony zabezpieczają komórki przed różnymi zaburzenia­ mi i trwałymi odchyleniami od istniejącego stanu równowagi, a z drugiej strony umożliwiają przetrwanie i zachowanie gatunku. W szczególności na zjawisko sa­ mozachowawczości składają się: • procesy regulacyjne, • procesy reprodukcyjne, • procesy adaptacyjne.

-

16-

Procesy regulacyjne

Zapewnienie ciągłości reakcji metabolicznych wewnątrz żywego organizmu związane jest z koniecznością zsynchronizowania i zharmonizowania wszystkich procesów zachodzących w komórkach. W każdym organizmie żywym musi zatem istnieć specjalny system sterujący szybkością poszczególnych reakcji biochemicz­ nych i poszczególnych szlaków metabolicznych, przy czym ten sam system regula­ cyjny umożliwia komórkom trwałe utrzymywanie się w stanie równowagi dyna­ micznej. Zdolność organizmów żywych do zachowywania względnie stałego stanu równowagi i utrzymywania odpowiednich warunków w środowisku wewnętrznym organizmu, nawet wówczas, gdy zachodzą duże zmiany w środowisku zewnętrz­ nym, nosi nazwę homeostazy. Spośród licznych przykładów działania mechani­ zmów homeostatycznych można wymienić utrzymywanie się stałego składu che­ micznego i jednakowego ciśnienia osmotycznego wewnątrz komórek oraz utrzy­ mywanie się takiej samej ciepłoty ciała u zwierząt wyższych. Homeostaza jest możliwa dzięki istnieniu działających na zasadzie sprzęże­ nia zwrotnego mechanizmów dostosowawczych, które przeciwdziałają zmianom w środowisku wewnętrznym, w poważnym stopniu ograniczają odchylenia spowo­ dowane wpływem otoczenia i poprzez odpowiednią koordynację i regulację proce­ sów życiowych przywracają w organizmie stan wyjściowy. W dążeniu do zachowania struktury i funkcji, w trwałej tendencji do utrzy­ mywania stanu równowagi, komórki, a zarazem całe organizmy żywe przejawiają bardzo charakterystyczną właściwość, jaką jest pobudliwość. Tym terminem okre­ ślana jest powszechna zdolność organizmów żywych do reagowania na działanie różnych bodźców zewnętrznych, na przykład do reagowania na wszelkie zmiany chemiczne lub fizyczne zachodzące w bezpośrednio otaczającym je środowisku. Procesy reprodukcyjne

Czas życia pojedynczych osobników jest zawsze ograniczony i wcześniej czy później dochodzi do śmierci organizmu, ponieważ poszczególne elementy or­ ganizmu ulegają z czasem rozkładowi lub uszkodzeniu, a systemy kontrolne tracą swą sprawność i nie działają skutecznie. Zanim jednak organizm umrze może urzeczywistnić drugą ze swoich funkcji samozachowawczych - funkcję reprodukcyjną, a konkretnie funkcję rozrodczą. W procesach reprodukcyjnych organizmy wytwarzają kolejne generacje, kolejne pokolenia osobników. W ten sposób w każdej populacji w miejsce osobników wymierających pojawiają się nowe organizmy potomne, a tym samym reprodukcja kompensuje śmierć osobniczą. Zdolność do samoodtwarzania się, czyli zdolność do reprodukcji poprzednio istniejących struktur, związana jest nieodłącznie z obecnością w każdym żywym układzie informacji genetycznej, zawartej w kwasach nukleinowych. Jednym ze składników, bez którego nie można sobie wyobrazić funkcjonowania żywych or-

^ i§

\ GN- PJ

V