معلومة

ما مدى تأثير التضخم الأحيائي على البشر؟

ما مدى تأثير التضخم الأحيائي على البشر؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من المعروف أن تأثير التكبير البيولوجي يزداد مع زيادة المستويات الغذائية. بما أننا في قمة السلسلة الغذائية ، ما مدى تأثرنا بها؟ هل هناك أي دليل على تأثر البشر بالتضخم الأحيائي؟ وهل يجب أن نقلق؟ شكرا لاهتمامكم!

يحرر: قبل النشر هنا ، بحثت في Google Scholar عن "تأثير التكبير البيولوجي على البشر". ليس فقط أنني لم أتمكن من العثور على أي شيء على وجه التحديد عن البشر ، فكل ما وجدته معقدًا جدًا بالنسبة لي لفهمه. (أنا لست طالبة في علم الأحياء). ومع ذلك ، فإن بعض تلك التي فهمتها ذكرت أن تراكم المواد يصل إلى مستويات خطرة يطرح مخاطر صحية. ما أحاول معرفته هو أنه ، هل كانت هناك حالات نعلم فيها أن التضخم الأحيائي قد أضر بالبشر؟

شكرا مرة اخرى!


  1. ما هو التضخم الأحيائي؟

التضخم الأحيائي هو العملية التي من خلالها تزداد الملوثات الكيميائية بمعدل أكبر بكثير مما تتوقعه الديناميكا الحرارية. النظر على وجه التحديد في المركبات العضوية / الدهنية القابلة للذوبان. التفسير الأساسي للغاية هو أنه مع هضم الطعام وامتصاص الدهون ، يزداد التركيز الكيميائي (انظر الزوال) داخل الطعام أثناء انتقاله على طول القناة الهضمية. نظرًا لأننا نستهلك المزيد من الطعام الملوث ، فإنه يتراكم في أجسامنا ، وإذا تم تجاوز الحد الأدنى ، فقد يؤدي ذلك إلى آثار جسدية سلبية في أجسامنا.

  1. هل تأثر البشر؟

العامل البرتقالي - قامت الولايات المتحدة برش كمية كبيرة من فيتنام مع العامل البرتقالي ، الذي يحتوي على الديوكسين. تسببت الطبيعة الثابتة للمركب في تراكمه في التربة والغطاء النباتي ، وفي النهاية تم استهلاك النباتات الملوثة إما مباشرة من قبل الناس ، أو عن طريق الحياة البرية التي يمكن أن تؤكل بدورها. كانت النتيجة أنه على الرغم من أن المركب نفسه كان غير ضار نسبيًا للإنسان ، أثناء انتقاله عبر الشبكة الغذائية ، زاد التركيز عبر الآلية الموضحة أعلاه. نفس الآلية هي التي أدت إلى حظر مبيدات الآفات مثل الـ دي.دي.تي في السبعينيات.

  1. هل يجب أن نقلق؟ (رأي)

بالطبع هذا شيء يجب أن نكون على دراية به ، وهناك بعض الإرشادات المتعلقة بتناول المأكولات البحرية / الأسماك. يمكن للأنظمة المائية والبحرية عادةً أن تدعم عددًا أكبر من المستويات الغذائية ، وبالتالي يجب أن نولي اهتمامًا أكبر بكثير للمأكولات البحرية. على سبيل المثال ، حول المكان الذي أعيش فيه ، لدينا إرشادات حول استهلاك الأسماك) تشجع الناس على الحد من عدد وجبات الأسماك شهريًا ، خاصةً للنساء الحوامل أو اللواتي يخططن للحمل. يتيح هذا الوقت لأجسامنا لإزالة المركبات المتراكمة قبل أن تصل إلى مستويات خطيرة. لذلك ، لا تحتاج إلى التخلص من الكائنات الغذائية الأعلى من نظامك الغذائي ، فقط استمتع بها باعتدال وليس بإفراط. تساعد معرفة مصدر طعامك أيضًا في اتخاذ هذه القرارات.


علم السموم | علم سموم المعادن في الأسماك

الزئبق (Hg)

توجد إمكانية عالية للتركيز الأحيائي والتضخم الأحيائي للزئبق (في شكل عضوي) ، حيث تصل عوامل التركيز الأحيائي إلى 100000. وتُمتص مركبات الزئبق العضوية بسهولة أكبر وتُفرز بشكل سيئ مقارنة بالأشكال غير العضوية.

LC الحاد50 وتتراوح قيم الزئبق غير العضوي من 150 إلى 900 ميكروغرام لتر -1 في كل من الماء والغرب والجنوب. تتراوح تركيزات السمية الحادة لميثيل الزئبق من 24 إلى 125 ميكروغرام لتر -1. على عكس معظم المعادن السامة الأخرى ، فإن عسر الماء له تأثير ضئيل على سمية الزئبق.

يتسبب الزئبق في تغيير التنظيم التناضحي في كل من أسماك الحياكة البرية وأسماك جنوب غرب ، على الرغم من أنه على عكس المعادن الأخرى ، لا تتضاءل التأثيرات في جنوب غرب. يبدو أن ميثيل الزئبق ينتج اضطرابات تنظيم تناضحي بتركيزات أقل بحوالي 10-20 مرة من الزئبق غير العضوي في أسماك الحذاء الأبيض.

الأهداف الأساسية للزئبق هي الجهاز العصبي المركزي (CNS) والكلى في الأسماك. عند تركيزات أقل من 1 ميكروغرام لتر -1 ، يمكن للزئبق أن يسبب تأثيرات عصبية بما في ذلك فقدان الشهية ، وآفات الدماغ ، وإعتام عدسة العين ، والتنسيق الحركي غير الطبيعي ، والتغيرات السلوكية. يحدث فقر الدم بشكل كبير وانخفاض امتصاص الأكسجين في الأسماك المعرضة للزئبق غير العضوي ، ربما من خلال التراكم في الكلى وتثبيط uroporphyrinogen I synthetase (إنزيم تخليقي حيوي الهيم) وكذلك من خلال التقليل من تشوه كريات الدم الحمراء والتدمير المبكر. تشمل الآثار الضائرة غير المميتة الأخرى التي يتم الإبلاغ عنها بشكل شائع ضعف النمو والتكاثر والنمو. يتم التوسط جزئيًا في التأثيرات الإنجابية عن طريق المستويات المكبوتة من المنشطات الجنسية بالبلازما ، وتثبيط نمو الغدد التناسلية ، وتغيير السلوك التناسلي ، وتقليل إنتاج البيض ، وتقليل التبويض.


ما مدى تأثير التضخم الأحيائي على البشر؟ - مادة الاحياء

التضخم الأحيائي ، المعروف أيضًا باسم التضخيم البيولوجي أو التكبير البيولوجي ، هو التركيز المتزايد لمادة ، مثل مادة كيميائية سامة ، في أنسجة الكائنات الحية عند مستويات أعلى متتالية في السلسلة الغذائية. يمكن أن تحدث هذه الزيادة نتيجة لما يلي:

* الثبات - حيث لا يمكن تفكيك المادة بالعمليات البيئية

* علم الطاقة في السلسلة الغذائية - حيث يزداد تركيز المادة تدريجيًا أثناء انتقالها إلى أعلى السلسلة الغذائية

* معدل منخفض أو معدوم من التدهور الداخلي أو إفراز المادة - غالبًا بسبب عدم الذوبان في الماء

غالبًا ما يشير التكبير البيولوجي إلى العملية التي تتحرك فيها مواد معينة مثل المبيدات الحشرية أو المعادن الثقيلة في السلسلة الغذائية ، وتشق طريقها إلى الأنهار أو البحيرات ، وتؤكلها الكائنات المائية مثل الأسماك ، والتي بدورها تأكلها الطيور الكبيرة والحيوانات. أو البشر. تتركز المواد في الأنسجة أو الأعضاء الداخلية أثناء تحركها لأعلى في السلسلة. المواد التراكمية هي المواد التي يزيد تركيزها في الكائنات الحية لأنها تمتص الهواء أو الماء أو الطعام الملوث لأن المواد يتم استقلابها أو إفرازها ببطء شديد.

فيما يلي مثال يوضح كيفية حدوث التكبير الحيوي في الطبيعة:

تتغذى الأنشوجة على عوالق الحيوانات التي تحتوي على كميات ضئيلة من الزئبق الذي التقطته عوالق حديقة الحيوان من الماء طوال فترة حياة الأنشوجة. تأكل التونة العديد من هذه الأنشوجة على مدار حياتها ، مما يؤدي إلى تراكم الزئبق في كل من تلك الأنشوجة في جسمها. إذا كان الزئبق يعيق نمو الأنشوجة ، فإن تلك التونة مطلوبة لتناول المزيد من الأسماك الصغيرة للبقاء على قيد الحياة. نظرًا لوجود القليل من الأسماك التي يتم تناولها ، يتم تضخيم محتوى الزئبق.

علم الأحياء - حدث أحد الأمثلة الكلاسيكية للتراكم الأحيائي الذي أدى إلى التضخم الأحيائي باستخدام مبيد حشري يسمى ثنائي كلورو ثنائي الفينيل ثلاثي كلورو الإيثان (DDT).

تي هو مبيد حشري تم رشه في مزرعة ABC للمساعدة في مكافحة البعوض والحشرات الأخرى لأن المبيد الحشري رخيص وفعال للغاية ضد البعوض الذي ينشر الملاريا. خلال الأيام الممطرة ، جرفت مياه الأمطار مادة الـ دي.دي.تي ، وتسللت الحالة السائلة وراشح الـ دي.دي.تي إلى الجداول ، حيث وجدت طريقها في النهاية إلى البحيرات والمحيطات.

تتراكم الملوثات السامة بيولوجياً داخل كل كائن حي ثم تتضخم بيولوجياً من خلال الشبكة الغذائية إلى مستويات عالية للغاية في الطيور المفترسة مثل النسور الصلعاء والعقاب والصقور الشاهين والبنيبيليكان التي أكلت الأسماك.

كانت مستويات الـ دي.دي.تي عالية بما يكفي لدرجة أن قشر بيض الطيور أصبح رقيقًا بشكل غير طبيعي. ونتيجة لذلك ، كسرت الطيور البالغة قذائف نسلها الذي لم يقشر وماتت الطيور الصغيرة. انخفض عدد هذه الطيور.

غالبًا ما تحتوي الأسماك البحرية مثل سمك أبو سيف وسمك القرش والتونة على مستويات متراكمة بيولوجيًا من الملوثات السامة الناتجة عن مادة الـ دي.دي.تي ، والتي يصطادها البشر في النهاية كمصادر بروتينية. من المرجح أن تلد النساء الحوامل المعرضات لمبيد DDT قبل الأوان ، أو أطفال مكتمل المدة ولكن منخفضي الوزن عند الولادة. لقد وجدت الدراسات التي أجريت على الفئران أن مادة DDE تمنع ارتباط هرمون البروجسترون بمستقبلاته ، ومن الناحية النظرية ، يمكن أن يتسبب هذا في كل من الولادة المبكرة وانخفاض الوزن عند الولادة. تراكيز الـ دي.دي.تي مرتفعة بشكل خاص في لبن الأم. يعتمد إنتاج الحليب بشكل كبير على استخدام دهون الجسم المخزنة ، وهذا هو المكان الذي يميل فيه الـ دي.دي.تي إلى البقاء في أجسامنا. عند التركيز الذي يزيد عن 236 مجم من مادة الـ دي.دي.تي لكل كيلوجرام من وزن الجسم ، سوف تموت. تركيز 6-10 مجم / كجم يؤدي إلى أعراض مثل الصداع والغثيان والقيء والارتباك.

تم رش مادة الـ دي.دي.تي في الولايات المتحدة قبل عام 1972 للمساعدة في مكافحة البعوض والحشرات الأخرى. لأن عدد هذه الطيور انخفض. تم أخيرًا حظر مادة الـ دي.دي.تي في الولايات المتحدة في عام 1972 ، ومنذ ذلك الوقت حدثت زيادات كبيرة في أعداد العديد من الطيور المفترسة.

على سبيل المثال ، على الرغم من وجود الزئبق بكميات صغيرة فقط في مياه البحر ، إلا أنه تمتصه الطحالب (بشكل عام مثل ميثيل الزئبق). يتم امتصاصه بكفاءة ، ولكن ببطء شديد تفرزه الكائنات الحية. يؤدي التراكم البيولوجي والتركيز الحيوي إلى تراكم المستويات الغذائية المتتالية في الأنسجة الدهنية: العوالق الحيوانية ، والنيكتون الصغيرة ، والأسماك الكبيرة ، وما إلى ذلك. وأي شيء يأكل هذه الأسماك يستهلك أيضًا مستوى أعلى من الزئبق المتراكم في الأسماك. تشرح هذه العملية سبب احتواء الأسماك المفترسة مثل سمك أبو سيف وأسماك القرش أو الطيور مثل العقاب والنسور على تركيزات أعلى من الزئبق في أنسجتها مما يمكن تفسيره بالتعرض المباشر وحده. على سبيل المثال ، تحتوي الرنجة على الزئبق عند حوالي 0.01 جزء في المليون (جزء في المليون) ويحتوي سمك القرش على الزئبق بنسبة تزيد عن 1 جزء في المليون.

يُعتقد أن مادة الـ دي.دي.تي تتضخم بيولوجيًا وأن التضخم الأحيائي هو أحد أهم الأسباب التي اعتبرتها وكالة حماية البيئة ومنظمات أخرى ضارة بالبيئة. تخزن مادة الـ دي.دي.تي في دهون الحيوانات وتستغرق سنوات عديدة لتتحلل ، وبما أن الدهون تستهلكها الحيوانات المفترسة ، فإن كميات الـ دي.دي.تي تتضخم بيولوجياً. تي الآن مادة محظورة في أجزاء كثيرة من العالم.

اليوم ، يتم معظم الإنتاج الزراعي بمساعدة المواد الكيميائية. هذه المواد الكيميائية هي مواد غير عضوية تضاف إلى استقلاب الكائن الحي كمواد مغذية لزيادة إنتاجه. ومع ذلك ، فإن كل كائن حي له حدود يمكنه من خلالها الاستفادة من العناصر الغذائية. أي شيء إضافي يبقى هناك. يتم تركها.

عندما تبدأ هذه المواد الكيميائية في التراكم في جسم الكائن الحي ، يطلق عليه التراكم الحيوي. هذا سيء بما فيه الكفاية ، أليس كذلك؟ من يريد مواد كيميائية في أجسادهم؟ لكنها لا تتوقف عند هذا الحد.

يؤدي التراكم الحيوي إلى التكثير الحيوي

عندما تتراكم المواد الكيميائية في الكائن الحي ، فإنها تصبح جزءًا من الأجزاء التي يتم تناولها عمومًا من قبل المستوى التالي أو الكائنات الحية على طول السلسلة الغذائية. ذكرنا أن الطاقة المنقولة إلى المستوى التالي هي دائمًا جزء صغير مما هو متاح في المستوى السابق. هذا لأن كائنات المستوى السابق تستخدم الطاقة التي لديها. ومع ذلك ، فإن العناصر الغذائية الزائدة (أو المواد الكيميائية) لا تفيد الكائنات الحية هناك. لذلك ، يتم نقل كل ذلك إلى المستوى التالي بجزء بسيط من الطاقة المتاحة السابقة. في المجموع ، لدينا الآن طاقة أقل ونسبة أكبر من المواد الكيميائية في المستوى التالي. تسمى عملية الزيادة في تركيز المواد الكيميائية أو أي مادة سامة من مستوى غذائي إلى المستوى التالي بالتضخم الأحيائي.

مشكلة النفايات العالمية - تُظهر لنا المناظر أعلاه لكوكب الأرض كآراء عالمية مناظر المحيط الأطلسي والهندي والمحيط الهادئ وتقديرات النفايات البلاستيكية (بآلاف) عدد القطع من النفايات البلاستيكية لكل كيلومتر مربع من البحر. تعتبر دوامات المحيط الهادئ هي الأسوأ في الوقت الحالي.


التكبير البيولوجي مقابل التراكم البيولوجي

من المهم ملاحظة أن هناك فرقًا كبيرًا بين التضخم الأحيائي والتراكم الأحيائي. على الرغم من أن البعض قد يستخدم الكلمات بالتبادل ، إلا أنها في الواقع تصف سيناريوهات مختلفة في كائن حي.

يشير التكبير البيولوجي على وجه التحديد إلى زيادة تركيز المواد في كل رابط أعلى في السلسلة الغذائية. ومع ذلك ، فإن التراكم الأحيائي يفحص الوجود المتزايد لمادة معينة داخل كائن حي واحد.

في حين أن العمليتين قد تكونا مترابطتين ، فإنه لغرض هذه المقالة من المهم التمييز بين المصطلحات لفهم أمثلة الحياة الواقعية والممارسات.


ما مدى تأثير التضخم الأحيائي على البشر؟ - مادة الاحياء

الجزء الرابع. التطور وعلم البيئة

16. التفاعل المجتمعي

16.7. تأثير الأعمال البشرية على المجتمعات

هناك القليل جدًا من سطح الأرض الذي لم يتغير بفعل النشاط البشري. غالبًا ما يكون للتغييرات التي نتسبب فيها تأثير أكبر بكثير مما نعتقد (كيف يعمل العلم 16.1). جميع الكائنات الحية مترابطة في شبكة معقدة من العلاقات. لذلك ، قبل تغيير المجتمع ، من الحكمة تحليل كيفية ترابط الكائنات الحية. هذا ليس بالأمر السهل دائمًا ، لأننا ما زلنا لا نعرف الكثير عن كيفية تفاعل الكائنات الحية وكيفية استخدامها للجزيئات من بيئتها. يمكن تعلم العديد من الدروس من دراسة آثار النشاط البشري على المجتمعات.

تجارب نظام بيئي كامل

يصعب حل العديد من القضايا البيئية لأنه على الرغم من وجود فرضيات حول سبب المشكلة ، لم يتم اختبار صحة الفرضيات عن طريق التجارب. لذلك ، عندما تسعى الحكومات إلى وضع السياسة ، هناك دائمًا أولئك الذين يجادلون بأن هناك القليل من الأدلة القوية على أن المشكلة حقيقية أو أن سبب المشكلة لم يتم تحديده. تشمل العديد من الأمثلة ما يلي: ما الذي يسبب التخثث في البحيرات؟ ما الذي يسبب تحمض البحيرات والأنهار؟ ما هي أسباب تغير المناخ العالمي؟ ما هو احتمال أن تتسبب الانبعاثات من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم في زيادة الزئبق في الأسماك؟ أقوى اختبارات الفرضيات المتعلقة بهذه المشكلات هي التجارب التي تجري على نطاق واسع في البيئات الطبيعية. كانت العديد من هذه التجارب حاسمة في تحديد أسباب المشاكل البيئية وأدت إلى تغييرات في السياسات خففت من المشاكل البيئية.

ابتداءً من عام 1966 ، أنشأت الحكومة الكندية منطقة البحيرات التجريبية في غرب أونتاريو. تم تخصيص العديد من البحيرات لإجراء تجارب من شأنها أن تساعد في الإجابة عن الأسئلة المتعلقة بالقضايا البيئية. اختبرت إحدى التجارب الفرضية القائلة بأن الفوسفور كان مسؤولاً عن التخثث (النمو المفرط للطحالب والنباتات) في البحيرات. اقترحت الدراسات المعملية أن الكربون أو النيتروجين أو الفوسفور يمكن أن يكون مسؤولاً. للمساعدة في الإجابة عن أي من هذه العناصر الغذائية الثلاثة كان سبب زيادة المغذيات ، تم تقسيم بحيرة على شكل جرس غبي إلى قسمين عند حدها الضيق & quot؛ عن طريق وضع ستارة بلاستيكية عبر البحيرة. جزء واحد يضاف إليه الكربون والنيتروجين والفوسفور والجزء الآخر يضاف إليه الكربون والنيتروجين فقط. كانت النتائج واضحة. كان الجزء من البحيرة المضاف إليه الفوسفور ينمو بغزارة من الطحالب وتحول إلى اللون الأخضر. الجزء الآخر من البحيرة يحتوي على الكربون والنيتروجين ولكن لا يحتوي على الفوسفور (انظر الصورة). نتيجة لهذه التجربة ، كان للحكومات ما يبرر مطالبة مصنعي المنظفات بإزالة مركبات الفوسفور من منتجاتهم والمطالبة بمحطات معالجة مياه الصرف الصحي لإزالة الفوسفور من النفايات السائلة.

حققت تجارب أخرى على بحيرات كاملة:

• آثار الترسب الحمضي على شبكات الغذاء في البحيرات - تتضور الأسماك المفترسة جوعًا حيث تختفي فرائسها.

• آثار إغراق الأرض بالسدود - هناك زيادة في محتوى الزئبق في الأسماك وانبعاث ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي.

• آثار إزالة الغطاء النباتي المائي - تناقص تعداد البايك الشمالي.

بعد كل تجربة ، تطلب الحكومة الكندية إعادة البحيرة إلى حالتها الأصلية.

من أكثر التأثيرات بعيدة المدى التي تركها الإنسان على المجتمعات الطبيعية إدخال أنواع غريبة. العديد من هذه المقدمات كانت قرارات واعية. تقريبا جميع النباتات والحيوانات المستأنسة في أمريكا الشمالية هي مقدمات من أماكن أخرى. تعتبر الذرة والفاصوليا وعباد الشمس والكوسا والديك الرومي استثناءات. لقد غيرت الماشية والخيول والخنازير والماعز والعديد من الأعشاب التي تم إدخالها بشكل كبير المجتمعات الأصلية الموجودة في الأمريكتين. حلت الماشية محل الرعاة الأصليين في الأراضي العشبية. أصبحت الخنازير مشكلة رئيسية في هاواي والعديد من الأماكن الأخرى في العالم ، حيث تدمر المجتمع الطبيعي عن طريق حفر الجذور ومنع تكاثر النباتات المحلية. أدى إدخال الأعشاب كغذاء للماشية إلى تدهور العديد من الأنواع المحلية من الأعشاب والنباتات الأخرى التي كانت في الأصل جزءًا من مجتمعات الأراضي العشبية. في أستراليا ، أدى إدخال النباتات والحيوانات المستأنسة - وكذلك الحيوانات البرية ، مثل الأرانب والثعالب - إلى انخفاض شديد في أعداد العديد من الثدييات الجرابية المحلية.

كما أدت عمليات الإدخال العرضية إلى تغيير المجتمعات بشكل كبير. لقد قضت آفة الكستناء بشكل أساسي على الكستناء الأمريكي من غابات شرق أمريكا الشمالية. وبالمثل ، أدى مرض فطري (مرض الدردار الهولندي) إلى انخفاض شديد في عدد الدردار. أدى الإدخال العرضي لبلح البحر الوحشي إلى إحداث تغيير كبير في مجتمعات المياه العذبة في شرق أمريكا الشمالية ، كما أدى إلى انخفاض شديد في أعداد المحار الأصلي. يوضح الشكل 16.34 نوعين تم إدخالهما غيرا بشكل كبير المجتمعات في أمريكا الشمالية.

الشكل 16.34. الأنواع المدخلة

العديد من الأنواع التي تم إدخالها تصبح آفات. الهندباء والبجع البكم مثالان.

تم تدمير أنواع كثيرة من الحيوانات المفترسة الكبيرة بنشاط لحماية الماشية. كان يعتقد أيضًا أن التحكم في الحيوانات المفترسة مهم في إدارة أنواع اللعبة. خلال السنوات التكوينية لإدارة الحياة البرية ، كان يُعتقد أنه يمكن زيادة أعداد أنواع اللعبة إذا تم تقليل أعداد الحيوانات المفترسة. لهذه الأسباب ، أصدرت العديد من الولايات قوانين لتشجيع قتل الثعالب ، والنسور ، والصقور ، والبوم ، والذئاب ، والكوغار ، والحيوانات المفترسة الأخرى التي قد تقتل الماشية أو تستخدم حيوانات الصيد كمصدر للغذاء. في كثير من الأحيان ، تُدفع المكافآت للأشخاص الذين قتلوا هذه الحيوانات المفترسة (الشكل 16.35).

الشكل 16.35. تحكم المفترس

في وقت ما ، كان الناس يدفعون لقتل أنواع مختلفة من الحيوانات المفترسة. (أ) يتلقى هؤلاء الرجال 35 دولارًا عن كل ذئب يُقتل. (ب) قتل هذا الذئب وعلق على السياج لأنه كان يعتبر تهديدا للماشية.

يمكن أن يؤدي عدم وجود الحيوانات المفترسة إلى العديد من المشاكل. في العديد من المناطق الحضرية ، أصبحت الغزلان آفات. هذا يرجع إلى عدة أسباب ، بما في ذلك حقيقة عدم وجود مفترسات ، والصيد (الافتراس من قبل البشر) إما غير مسموح به أو غير عملي بسبب الطبيعة الحضرية العالية للمنطقة. وضعت بعض البلديات برامج لتحديد النسل الكيميائي لتجمعات الغزلان.

قبل بضع سنوات فقط ، كان التمساح مدرجًا في قائمة الأنواع المهددة بالانقراض وتم تعليق جميع عمليات الصيد. ومع ذلك ، فإن أعدادًا متزايدة من التمساح اليوم تشكل خطرًا ، لا سيما على الحيوانات الأليفة والأطفال. يُسمح بالصيد الآن في محاولة للسيطرة على أعداد التمساح ، لأن البشر هم المفترسون الوحيدون الفعالون للتماسيح الكبيرة.

وبالمثل ، في منتزه يلوستون الوطني ، أصبحت أعداد الأيائل والبيسون والموظ كبيرة جدًا ، لأن الصيد غير مسموح به وكانت أعداد الحيوانات المفترسة صغيرة. في عام 1995 ، تم إعادة الذئاب إلى الحديقة على أمل أن تساعد في السيطرة على مجموعات الأيائل والموز (الشكل 16.36). كان هذا قرارًا مثيرًا للجدل ، لأن مربي الماشية في المنطقة المجاورة لم يرغبوا في عودة الحيوانات المفترسة الكبيرة التي قد تفترس ماشيتهم. كما أنهم يعارضون وجود البيسون ، وكثير منها يحمل مرضًا يمكن أن يصيب الماشية ، وقد ضل طريقه إلى أراضيهم. زاد عدد الذئاب بشكل ملحوظ في يلوستون وله تأثير على تجمعات البيسون والأيائل والموظ. بغض النظر عن السياسة التي ينطوي عليها القرار ، فإن يلوستون في حالة طبيعية أكثر اليوم ، مع وجود الذئاب ، مما كانت عليه قبل عام 1995.

الشكل 16.36. إعادة تقديم الذئاب إلى يلوستون

في عام 1995 ، تم القبض على الذئاب في كندا وانتقلت إلى متنزه يلوستون الوطني لإعادة تكوين مجموعة من الذئاب. الآن ، هناك عدد كبير من الذئاب يتمتع بصحة جيدة في يلوستون.

على النقيض من ذلك ، تسمح ولاية ألاسكا بصيد الذئاب لأن العديد من سكان ألاسكا يعتقدون أن الذئاب تقلل أعداد الوعل إلى ما دون المستويات المثلى. يعتبر صيد كاريبو مصدرًا مهمًا للغذاء لسكان ألاسكا الأصليين ، ويوفر الصيادون الذين يزورون الولاية مصدرًا مهمًا للدخل. لكن العديد من الجماعات تعارض قتل الذئاب في ألاسكا. إنهم يعتبرون السياسة مضللة ويعتقدون أنها لن يكون لها تأثير إيجابي على سكان الوعل.

نظرًا لزيادة أعداد الذئاب في أجزاء من جبال روكي الشمالية ومنطقة البحيرات العظمى ، فقد تم حذفها من قائمة الأنواع المهددة بالانقراض الفيدرالية. أعادت عدة ولايات تأسيس مواسم صيد الذئاب. المبرر الأساسي هو تقليل تأثير افتراس الذئب على الثروة الحيوانية.

بعض المجتمعات هشة ويمكن تدميرها بسهولة من خلال النشاط البشري ، بينما يبدو البعض الآخر قادرًا على مقاومة التدخل البشري. المجتمعات التي بها مجموعة متنوعة من الكائنات الحية التي تظهر مستوى عالٍ من التفاعل تكون أكثر مقاومة من تلك التي بها عدد قليل من الكائنات الحية وقليل التفاعل. بشكل عام ، كلما كان المجتمع أكثر تعقيدًا ، زادت احتمالية تعافيه بعد الاضطراب. تعد منطقة التندرا الأحيائية مثالاً على مجتمع به عدد قليل نسبيًا من الكائنات الحية والتفاعلات. إنه ليس شديد المقاومة للتغيير ، وبسبب معدل الإصلاح البطيء ، قد يستمر الضرر الناجم عن النشاط البشري لمئات السنين.

بعض الأنواع أكثر مقاومة للنشاط البشري من غيرها. الأرانب والزرزور والظربان وأنواع كثيرة من الحشرات والنباتات قادرة على الحفاظ على أعداد كبيرة من السكان على الرغم من النشاط البشري. في الواقع ، قد يتم تشجيع البعض من خلال النشاط البشري. على النقيض من ذلك ، فإن الحيتان والكوندور والنسور والعديد من أنواع النباتات والحشرات غير قادرة على مقاومة التدخل البشري بشكل جيد للغاية. بالنسبة لمعظم هذه الأنواع المهددة بالانقراض ، ليس تصرف البشر مباشرة مع الكائنات الحية هو الذي يتسبب في تعرضهم للخطر. تم دفع عدد قليل جدًا من الكائنات الحية إلى الانقراض عن طريق الصيد أو الاستغلال المباشر. عادةً ما يكون سبب الانقراض أو التعرض للخطر هو تأثير غير مباشر لتدمير الموائل حيث يستغل البشر المجتمعات الطبيعية. عندما يحول البشر الأرض إلى الزراعة والرعي والغابات التجارية والتنمية ومناطق خاصة لإدارة الحياة البرية ، تتعطل المجتمعات الطبيعية ، وتميل النباتات والحيوانات ذات المنافذ الضيقة إلى القضاء عليها ، لأنها تفقد الموارد الحرجة في بيئتها. يوضح الشكل 16.37 أنواعًا مختلفة من تدمير الموائل ، ويسرد الجدول 16.3 ثمانية أنواع مهددة بالانقراض والأسباب المحتملة لصعوباتها.

الشكل 16.37. تدمير الموائل

تدمير الموائل من خلال بناء المدن ، وتحويل الأراضي إلى الزراعة ، والممارسات الحرجية التجارية له تأثير كبير على أنواع الكائنات الحية التي يمكن أن تعيش في عالمنا.

16.3 الجدول. الأنواع المهددة بالانقراض

غراب هاواي (Corvis hawaiinsis)

الافتراس عن طريق إدخال القط والنمس والمرض وتدمير الموائل

Sonora chub (Gila ditaenia)

التنافس مع الأنواع المدخلة في الجداول في أريزونا والمكسيك

نمس أسود القدمين (موستيلا نيجريبس)

تسمم كلاب البراري (طعامهم الأساسي)

طائرة ورقية الحلزون (Rostrhamus sociabilis)

عادات الأكل المتخصصة (يأكلون حلزون التفاح فقط) ، تجفيف الأهوار في فلوريدا

دب أشيب (Ursus arctos)

فقدان المناطق البرية

كوندور كاليفورنيا (Gymnogyps californianus)

التكاثر البطيء والتسمم بالرصاص

سلحفاة المنشار الحلقية (Graptemys oculifera)

تعديل الموائل عن طريق بناء خزان في ولاية ميسيسيبي قلل من مصدر الغذاء الأساسي

فرك النعناع (Dicerandra frutescens)

تحويل موطنها إلى بساتين حمضيات ومساكن في فلوريدا

طور البشر مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية للسيطرة على آفات معينة. هذه المواد الكيميائية لها أسماء متنوعة. تستخدم مبيدات الأعشاب لقتل النباتات. تستخدم المبيدات الحشرية لقتل الحشرات. تستخدم مبيدات الفطريات لقتل الفطريات. غالبًا ما يتم تجميع كل هذه الأنواع من المواد الكيميائية معًا في فئة واحدة كبيرة - مبيدات الآفات - لأنها تستخدم للسيطرة على أنواع مختلفة من الآفات. على الرغم من أن الأنواع المختلفة من مبيدات الآفات ذات قيمة في مكافحة الأمراض التي تصيب البشر والحيوانات الأليفة وفي مكافحة الآفات في الزراعة ، إلا أن لها بعض الآثار السلبية على المجتمع أيضًا.

تتمثل إحدى المشكلات المرتبطة بالاستخدام المستمر لمبيدات الآفات في أن الآفات تصبح مقاومة لهذه المواد الكيميائية. عند استخدام مبيد الآفات ، يتم قتل معظم الآفات. ومع ذلك ، قد يكون البعض قادرًا على مقاومة آثاره. عندما يتكاثر هؤلاء الناجون ، فإنهم ينقلون جيناتهم لمقاومة نسلهم ، ويكون الجيل التالي أقل عرضة للمبيدات. في النهاية ، تتطور مجموعات سكانية مقاومة ولم يعد المبيد مفيدًا.

مشكلة أخرى مرتبطة باستخدام مبيدات الآفات هي آثارها على الكائنات الحية القيمة غير المستهدفة. تقتل المبيدات الحشرية عادة مجموعة متنوعة من الكائنات الحية بخلاف أنواع الآفات المستهدفة. غالبًا ما يكون للأنواع الأخرى في المجتمع دور في مكافحة الآفات. تقتل الحيوانات المفترسة الآفات وتستخدمها الطفيليات كمضيفين. بشكل عام ، تتكاثر الحيوانات المفترسة والطفيليات بشكل أبطأ من فرائسها أو الأنواع المضيفة. لهذا السبب ، فإن استخدام مبيد حشري غير محدد قد يجعل مكافحة الآفات بشكل غير مباشر أكثر صعوبة. إذا تم تطبيق مثل هذا المبيد الحشري على منطقة ما ، فإن الآفة تقتل ، وكذلك الحيوانات المفترسة والطفيليات. نظرًا لأن الآفة العاشبة تتكاثر بشكل أسرع من الحيوانات المفترسة والطفيليات ، فإن تعداد الآفات ينتعش بسرعة ، دون رادع بالافتراس الطبيعي والتطفل (الشكل 16.38).

الشكل 16.38. استخدام مبيدات الآفات

تستخدم مبيدات الآفات لمكافحة الآفات التي تضر أو ​​تنافس المحاصيل والحيوانات الأليفة. لاستخدامها تأثيرات عديدة على مجتمعات النباتات والحيوانات حيث يتم استخدامها.

واليوم ، يتمثل النهج الأكثر استنارة لمكافحة الآفات في الإدارة المتكاملة للآفات ، والتي تستخدم مجموعة متنوعة من الأساليب لتقليل أعداد الآفات. تشمل الإدارة المتكاملة للآفات استخدام مبيدات الآفات كجزء من برنامج مكافحة الآفات ، ولكنها تشمل أيضًا استراتيجيات مثل تشجيع الأعداء الطبيعيين للآفات ، وتغيير الممارسات الزراعية لتثبيط الآفات ، وتغيير مزيج المحاصيل المزروعة ، وقبول مستويات منخفضة من المحاصيل كبديل لتطبيقات مبيدات الآفات المكلفة.

استخدام المواد الكيميائية الثابتة له تأثير على السلسلة الغذائية. تنتقل المواد الكيميائية التي لا تتحلل من كائن حي إلى آخر ، وتميل الكائنات الحية ذات المستويات الغذائية الأعلى إلى تراكم كميات أكبر من الكائنات التي تتغذى عليها. يُعرف هذا الوضع بالتضخم الأحيائي.

يوضح تاريخ استخدام الـ دي.دي.تي المشاكل المرتبطة بالجزيئات العضوية الثابتة. تي مبيد حشري فعال للغاية لأنه كان شديد السمية للحشرات ولكنه ليس شديد السمية للطيور والثدييات. كما أنه مركب مستقر للغاية ، مما يعني أنه بمجرد تطبيقه ، ظل فعالاً لفترة طويلة. ومع ذلك ، عندما تم رش منطقة مائية بتركيز صغير من الـ دي.دي.تي ، يمكن أن تتراكم أنواع كثيرة من الكائنات الحية في المنطقة بكميات صغيرة في أجسامها. نظرًا لأن المستنقعات والأماكن الرطبة الأخرى تعتبر موائل جيدة للبعوض ، فقد تم رش هذه المناطق غالبًا للسيطرة على هذه الآفات. حتى الطحالب والأوليات الموجودة في النظم الإيكولوجية المائية تتراكم مبيدات الآفات الثابتة. قد تتراكم تركيزات في خلاياهم تزيد بمقدار 250 مرة عن الكمية التي يتم رشها في النظام البيئي. تتغذى الحشرات على الطحالب والأوليات ، والتي بدورها تأكلها الضفادع والأسماك والحيوانات آكلة اللحوم الأخرى.

قد يكون التركيز في الضفادع والأسماك 2000 ضعف التركيز الذي يتم رشه. قد تتراكم الطيور التي تتغذى على الضفادع والأسماك تركيزات تصل إلى 80000 ضعف الكمية الأصلية. نظرًا لأن مادة الـ دي.دي.تي مستقرة نسبيًا ويتم تخزينها في رواسب الدهون للكائنات التي تأخذه ، فإن ما كان في الأصل تركيزًا مخففًا يصبح أكثر تركيزًا أثناء تحركه لأعلى في السلسلة الغذائية (الشكل 16.39).

الشكل 16.39. التضخم الأحيائي للـ دي.دي.تي

جميع الأرقام المعروضة هي أجزاء في المليون (جزء في المليون). يعني التركيز بمقدار جزء واحد في المليون أنه في مليون جزء متساوٍ من الكائن الحي ، سيكون أحد الأجزاء هو الـ دي.دي.تي. لاحظ كيف تزداد كمية الـ دي.دي.تي في أجسام الكائنات الحية من المنتجين إلى الحيوانات العاشبة إلى آكلات اللحوم. نظرًا لأن مادة الـ دي.دي.تي ثابتة ، فإنها تتراكم في أعلى المستويات الغذائية في السلسلة الغذائية.

قبل حظر استخدام الـ دي.دي.تي في الولايات المتحدة في عام 1972 ، مات العديد من الحيوانات ذات المستويات الغذائية الأعلى نتيجة للتركيزات المميتة للمبيدات الحشرية المتراكمة من الطعام الذي تناولته. كل خطوة في السلسلة الغذائية تراكمت بعض مادة الـ دي.دي.تي ، وبالتالي ، فإن المستويات الغذائية الأعلى تحتوي على تركيزات أعلى. حتى لو لم يتم قتلهم مباشرة بواسطة الـ دي.دي.تي ، فإن العديد من الطيور ذات المستويات الغذائية الأعلى ، مثل النسور والبجع والعقاب ، عانت من انخفاض أعدادها. حدث هذا بسبب تدخل مادة الـ دي.دي.تي في قدرة إناث الطيور على إنتاج قشر البيض. يتم كسر قشر البيض الرقيق بسهولة ، وبالتالي لا يفقس أي شاب حي. تم وضع كل من النسر الأصلع والبجع البني على قائمة الأنواع المهددة بالانقراض لأن أعدادهم انخفضت بشكل كبير نتيجة للتسمم بالـ دي.دي.تي. أدى الحظر المفروض على استخدام مادة الـ دي.دي.تي في الولايات المتحدة وكندا إلى زيادة أعداد كلا النوعين من الطيور. نظرًا لتعافي السكان ، تمت إزالة النسر الأصلع من قائمة الأنواع المهددة بالانقراض في عام 2007 والبجع البني في عام 2009.

العديد من المركبات الكيميائية الأخرى تثير القلق اليوم أيضًا لأنها تتضخم بيولوجيًا في سلاسل الغذاء. وتشمل هذه المركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) والديوكسينات وميثيل الزئبق والعديد من المركبات الأخرى. نظرًا لأن هذه المركبات يمكن أن تصل إلى تركيزات عالية في الأسماك التي تقع في أعلى السلسلة الغذائية ، فإن العديد من الدول والبلدان تنشر إرشادات تحذر الناس من تناول كميات كبيرة من هذه الأسماك. عندما توقف إنتاج مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في عام 1979 ، انخفض مستوى التلوث في الأسماك.

20. لماذا يزيد تركيز الـ دي.دي.تي وثنائي الفينيل متعدد الكلور في أجسام الكائنات الحية عند المستويات الغذائية الأعلى؟

21. ما هو الشكل الأكثر شيوعًا لتدمير الموائل الذي يمارسه البشر؟

22- ضع قائمة بثلاثة أنواع تم إدخالها وأصبحت آفات ، واشرح سبب تحولها إلى آفات.

23. ماذا يحدث لمجتمع الكائنات الحية عندما يتم القضاء على الحيوانات المفترسة؟

24. وصف نتيجتين سلبيتين لاستخدام مبيدات الآفات.

يحتل كل كائن حي في مجتمع ما مساحة محددة ، تُعرف باسم موطنه ، وله دور وظيفي محدد يلعبه ، يُعرف باسم مكانه المناسب. عادة ما يتم وصف موطن الكائن الحي من حيث عنصر واضح من محيطه. من الصعب وصف المكانة المتخصصة ، لأنها تنطوي على تفاعلات كثيرة مع البيئة المادية والكائنات الحية الأخرى.

تندرج التفاعلات بين الكائنات الحية في عدة فئات. الافتراس هو كائن حي واحد يستفيد (مفترس) على حساب الكائن الحي المقتول والمأكول (الفريسة). التطفل هو كائن حي يستفيد (طفيلي) من العيش في أو على كائن حي آخر (مضيف) واشتقاق الغذاء منه. تسمى الكائنات الحية التي تحمل الطفيليات من مضيف إلى آخر نواقل. توجد العلاقات التبادلية عندما يتم مساعدة كائن حي ولكن الآخر لا يتأثر. Mutualistic relationships benefit both organisms. Symbiosis is any interaction in which two organisms live together in a close physical relationship. Competition causes harm to both of the organisms involved, although one may be harmed more than the other and may become extinct, evolve into a different niche, or be forced to migrate.

A community consists of the interacting populations of organisms in an area. The organisms are interrelated in many ways in food chains, which interlock to create food webs. Because of this interlocking, changes in one part of the community can have effects elsewhere.

Major land-based regional communities are known as biomes. The temperate deciduous forest, boreal coniferous forest, tropical rainforest, temperate grassland, desert, savanna, temperate rainforest, and tundra are biomes.

Aquatic ecosystems can be divided into marine and freshwater systems. Several kinds of marine ecosystems are: pelagic, benthic, coral reef, abyssal, and shoreline ecosystems. Freshwater ecosystems are generally separated into streams and rivers in which the water is running downhill and lakes and ponds in which it is not.

Communities go through a series of predictable changes that lead to a relatively stable collection of plants and animals. This process of change is called succession, and the resulting stable unit is called a climax community.

Organisms within a community are interrelated in sensitive ways thus, changing one part of a community can lead to unexpected consequences. The introduction of foreign species, predator-control practices, habitat destruction, pesticide use, and biomagnification of persistent toxic chemicals all have caused unanticipated changes in communities.

1. The role an organism plays in its surroundings is its

2. The kind of interrelationship between two organisms in which both are harmed is _____.

3. A desert is always characterized by

ب. low amounts of precipitation.

ج. few kinds of plants and animals.

4. When a community is naturally changing with the addition of new species of organisms and the loss of others, _____ is occurring.

5. When two organisms cooperate and both derive benefit from the relationship, it is known as commensalism. (T/F)

6. Most of the plants and animals involved in agriculture are introduced from other parts of the world. (T/F)

7. A biome that has trees adapted to long winters is known as a

ب. temperate deciduous forest.

ج. boreal coniferous forest.

8. If a forest is destroyed by a fire, it will eventually return to being a forest. This process is known as _____ succession.

9. A collection of organisms that interact with one another in an area is known as a

10. The idea that no two organisms can occupy the same niche is known as the competitive exclusion principle. (T/F)

11. The tundra biome has permafrost. (T/F)

12. Plankton organisms are strong swimmers. (T/F)

13. Which of the following organisms are common in freshwater ecosystems and rare in marine ecosystems?

14. Which of the following have resulted in reductions in species native to an ecosystem?

15. In marine ecosystems, pelagic organisms are located on the bottom. (T/F)

1. a 2. competition 3. b 4. succession 5. F 6. T 7. c 8. secondary 9. a 10. T 11. T 12. F 13. d 14. d 15. F

Natural and Managed Ecosystems

Farmers are managers of ecosystems. Consider a cornfield in Iowa. Describe five ways in which the cornfield ecosystem differs from the original prairie it replaced. At what trophic level does the farmer exist?

إذا كنت مالك حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


Biodegradability

B.R. Zaidi , S.H. Imam , in Encyclopedia of Ecology , 2008

Threshold Concentration

In aquatic environments, chemicals that are accumulated through biomagnification may eventually become toxic to higher organisms as well. The lowest substrate concentration that is required to sustain growth of a species is generally referred to as ‘threshold’ concentration. In biodegradation, it is the lowest toxic substrate concentration below which a microorganism cannot degrade the toxic substrate any further. Definitive proof of existence of threshold substrate concentration was obtained from biodegradation studies where one bacterium isolated from environmental samples was capable of degrading a toxic substrate at certain concentration, but failed to degrade the same substrate in quantities below their threshold concentration. However, the other bacterium isolated from same environment degraded the same chemical at considerably lower concentrations, indicating that different bacteria have different threshold values.


تعليمات

Feed the bird by dragging clams and fish into it until it is full. First, feed the bird clams only, then just fish, and finally feed it a mixed diet. Try each feeding strategy several times.

Only after you understand how diet affects the seabird, click on the "show toxins" button to reveal the relative environmental distribution of mercury, represented by the orange dots. [The "reset" button on the "show toxins" screen will return you to the activity if you want to try feeding the duck again.] Then, answer the questions that follow.


الاستنتاجات

Bioaccumulation and biomagnification of MPs, and associated chemical additives, in marine environments are often inferred in the literature on marine MP contamination. This review demonstrates that MP contamination occurs across all five main trophic levels in a general marine food web. Moreover, bioaccumulation of MPs occurs in numerous individual marine species across four main trophic levels representing consumers. The relative importance of different exposure pathways contributing to MP bioaccumulation, however, is not necessarily clear and needs further examination. While chemical additives have been detected in a few marine species collected فى الموقع, results from laboratory exposures indicate that environmental exposure to chemical additives في حد ذاته affects bioaccumulation more strongly than exposure to chemical additives associated with MPs. In contrast to MP bioaccumulation, this meta-analysis of فى الموقع studies does not support biomagnification of MPs from lower to higher trophic levels in a general marine food web, even though trophic transfer of MPs has been reported in a few laboratory studies. Indeed, MP bioaccumulation appears to be more strongly linked with feeding strategies, rather than trophic levels, of marine species. Finally, bioaccumulation and biomagnification are two critical concepts used in ecological risk assessments to determine the extent of pollutant transport within food webs. This review highlights the need for targeted field-based and experimental studies to elucidate the possible routes of uptake of MPs (and associated chemicals) and provide confidence in the use of these endpoints in the MP literature.


Classic example: DDT

DDT stands for دichloro, دiphenyl رrichloroethane. إنها chlorinated hydrocarbon, a class of chemicals which often fit the characteristics necessary for biomagnification. DDT has a half-life of 15 years, which means if you use 100 kg of DDT, it will break down as follows:

This means that after 100 years, there will still be over a pound of DDT in the environment. If it does bioaccumulate and biomagnify, much of the DDT will be in the bodies of organisms. DDT actually has rather low toxicity to humans (but high toxicity to insects, hence its use as an insecticide). Because it could be safely handled by humans, it was extensively used shortly after its discovery just before WW II. During the war, it was used to reduce mosquito populations and thus control malaria in areas where US troops were fighting (particularly in the tropics). It was also used on civilian populations in Europe, to prevent the spread of lice and the diseases they carried. Refugee populations and those living in destroyed cities would have otherwise faced epidemics of louse-born diseases. After the war, DDT became popular not only to protect humans from insect-borne diseases, but to protect crops as well. As the first of the modern pesticides, it was overused, and soon led to the discovery of the phenomena of insect resistance to pesticides, bioaccumulation, and biomagnification.

One of the most bizarre events to accompany this early use of DDT occurred when it became necessary to parachute cats into remote jungle villages in what was then Burma. The following account was taken from a source at Cornell University:

In the early 1950s, the Dayak people in Borneo suffered from malaria. The World Health Organization had a solution: they sprayed large amounts of DDT to kill the mosquitoes which carried the malaria. The mosquitoes died, the malaria declined so far, so good. But there were side-effects. Among the first was that the roofs of people's houses began to fall down on their heads. It seemed that the DDT was also killing a parasitic wasp which had previously controlled thatch-eating caterpillars. Worse, the DDT-poisoned insects were eaten by geckoes, which were eaten by cats. The cats started to die, the rats flourished, and the people were threatened by outbreaks of sylvatic plague and typhus. To cope with these problems, which it had itself created, the World Health Organization was obliged to parachute live cats into Borneo.

By the 1960's, global problems with DDT and other pesticides were becoming so pervasive that they began to attract much attention. Credit for sounding the warning about DDT and biomagnification usually goes to the scientist Rachel Carson (biography), who wrote the influential book Silent Spring (1962). The silent spring alluded to in the title describes a world in which all the songbirds have been poisoned. Her book of course was attacked by many with vested interests.

I recently came across an essay from Jonathan Tolman at the Competitive Enterprises Institute which completely misses the main point we get from Silent Spring. I guess the fact that people are still scared of the book 35 years later says something about its message. Sure, scientific discoveries have shown weaknesses in some of Carson's positions, but the basic message that indiscriminate use of pesticides will have lasting and detrimental effects remains strong. The author's point in the CEI essay seems to be that if nature makes dangerous chemicals, why should we be concerned when humans make more dangerous chemicals and in huge quantities, then spread them around out of airplanes so everyone gets a dose? It's amazing what people will say to make a buck. I note that his on-line resume lists a bachelor's degree in Political Science, presumably that degree qualified him for work as an environmental and chemical analyst. Anyway, back to science:


Urine: Concentration, Dilution & Formation | Excretory System | مادة الاحياء

The normal kidney has tremendous capability to vary the relative proportions of solutes and water in the urine. They can excrete urine with an osmolarity as low as 50 mOsm/L, when there is excess water in the body and ECF osmolarity low. They can also excrete urine with a concentration of 1200-1400 mOsm/L, when there is a deficit of water and extracellular fluid osmolarity high.

Obligatory Urine Volume (OUV):

The maximal concentrating ability of the kidney depends on how much urine volume must be excreted each day, to void the body of waste products of metabolism and ions that are ingested. A normal 70 kg human must excrete about 600 mOsm of solute each day.

If maximum urine concentrating ability is 1200 mOsm/L, the minimal volume of urine is OUV can be calculated as:

(600 mOsm/day)/(1200 mOsm/L) = 0.5 L/day

Requirements for Excreting Concentrated Urine:

2. Hyperosmotic renal medulla.

When osmolarity of the body fluids increases above normal the posterior pituitary secretes more ADH.

This increases the permeability of the distal tubule and collecting duct to water. So, more water is reabsorbed and concentrated urine is formed.

When there is excess water and ECF osmolarity is reduced, ADH from posterior pituitary decreases, thereby reducing permeability of distal tubule and collecting duct to water causing dilute urine.

Hyperosmotic Renal Medulla:

Hyperosmotic renal medulla is produced by counter-current mechanism and urea.

The renal medullary interstitium surrounding the collecting duct is very hyperosmotic. So, when ADH levels are high, the water moves through the tubular membrane by osmosis into the renal interstitium, from there into vasa recta back into blood.

The countercurrent mechanism depends on the special anatomical arrangement of the long loops of Henle of juxtamedullary nephrons and the vasa recta, the specialized peritubular capillaries of the renal medulla. Loop of Henle is called as countercurrent multiplier and vasa recta as countercurrent exchanger.

The corrected osmolar activity which accounts for intermolecular attraction and repulsion is about 282 mOsm/L. The osmolarity of renal interstitium is about 1200 to 1400 mOsm/L in the tip of medulla.

The major factors that contribute to high solute concentration into the renal medulla are:

1. Active transport of sodium ions and cotransport of potassium chloride out of the thick ascending limb of LOH into medullary interstitium.

2. Active transport of ions from the collecting ducts into the medullary interstitium.

3. Passive diffusion of large amounts of urea from inner medullary CD into the medullary interstitium.

4. Diffusion of only small amounts of water from tubules into interstitium.

Countercurrent Multiplier System in the Loop of Henle (Fig. 8.24):

Assume the loop of Henle (LOH) is filled with fluid with a concentration of 300 mOsm/L, the same concentration as in proximal tubule.

The active transport of Na + and other ions out of thick ascending limb of LOH reduces the concentra­tion of solute inside tubule but raising in interstitium.

The tubular fluid in the descending limb of LOH and interstitium reaches osmotic equilibrium because of osmosis of water out of descending limb. The osmolarity in interstitium maintained at 400 mOsm/L.

It is additional flow of fluid into LOH from proximal tubule which causes hyperosmotic fluid in descending limb to move into ascending limb.

When fluid is in ascending limb, additional ions are pumped into interstitium with water remaining behind until a 200 mOsm/L osmotic gradient is reached, with interstitium fluid osmolarity raising to 500 mOsm/L.

Once again the fluid in descending limb reaches equilibrium with hyperosmotic interstitial fluid. This fluid moves from descending limb to ascending limb so more solute is pumped out of the tubules and deposited in interstitium. These steps are repeated again and again till interstitium osmolarity reaches 1200-1400 mOsm/L.

Urea Contribution to Hyperosmotic Renal Medullary Interstitium (Fig. 8.25):

Urea contributes about 40% (500 mOsm/L) of osmolarity of the renal medullary interstitium. When there is water deficit and ADH levels in blood are high, large amounts of urea are passively released from inner medullary collecting duct into interstitium which is highly permeable to urea.

Urea can also be re-circulated from collecting duct into interstitium. The thick ascending limb of LOH, distal tubule and cortical collecting duct are imper­meable to urea. A person usually excretes 40-60% of filtered urea.

Excretion depends on two factors:

أ. Concentration of urea in plasma.

Countercurrent Exchange in the Vasa Recta Preserves Hyperosmolarity (Fig. 8.26):

The vasa recta are highly permeable to solutes in the blood, except for the plasma proteins. Plasma flowing down the descending limb of vasa recta becomes more hyperosmotic because of diffusion of solutes from interstitial fluid into blood. In the ascending limb LOH, solutes diffuse back into interstitial fluid and water diffuses back into vasa recta.

Osmolar Clearance (Cosm):

It is the volume of plasma cleared of solutes each minute. It is expressed in ml/min.

يوosm is urine osmalarity. V is urine flow rate. صosm is plasma osmolarity.

Free Water Clearance (CH2O):

The rate at which solute-free water is excreted by the kidneys. It is expressed in ml/min.

It is calculated as the difference between urine flow rate and osmolar clearance. When CH2O is positive, excess water is being excreted by kidney. When CH2O is negative excess solutes are being removed from the blood by kidneys.

Disorders of Urine Concentrating Ability:

1. Inappropriate secretion of ADH as in central diabetes insipidus, cause being congenital infections or head injuries.

2. Impairment of countercurrent mechanisms.

3. Inability of DT, CD to respond to ADH. In conditions like nephrogenic diabetes insipidus and in usage of various drugs like lithium and tetracyclines, even if ADH is produced in normal amounts, abnormality of kidneys makes them to fail to respond to ADH.

Formation of Urine—Glomerular Filtration:

The rate at which different subs the urine represents the sum of three renal processes:

2. Tubular reabsorption of substances from the renal tubules into the blood.

3. Tubular secretion of substances from the blood into renal tubules.

Excretion = Filtration – Reabsorption + Secretion

Urine Formation Renal Handling of Substances:

Four classes of substances:

أ. Filtered, not reabsorbed (creatinine, inulin, uric acid).

ب. Filtered, partly reabsorbed (Na + , CI – , bicarbonate).

ج. Filtered, totally reabsorbed (amino acids, glucose).

د. Filtered, totally secreted (organic acids and bases).

Glomerular Filtration (Fig. 8.13):

It is the first step in urine formation.

Glomerular filtrate is produced from blood plasma. It must pass through the glomerular membrane which is relatively impermeable to proteins. So the filtrate is similar to plasma in terms of concentrations of salts and of organic molecules (e.g., glucose, amino acids) except it is essentially protein-free and devoid of cellular elements including red blood cells.

Formation of Urine—Tubular Reabsorption and Tubular Secretion:

Tubular reabsorption and tubular secretion are selective and quantitatively large. It includes both passive and active transport mechanisms. Water and solutes can be transported through all membranes themselves (transcellular route) or through the junctional spaces between the cells (paracellular route). From the cells into interstitial fluid, water and solutes are transported by ultrafiltration (bulk flow) mediated by hydrostatic and colloid osmotic forces.

Potassium ATPase, hydrogen ATPase, hydrogen-potassium ATPase and calcium ATPase are examples of primary active transport. It moves solutes against an electrochemical gradient. The energy is provided by the membrane bound ATPase.

In secondary active co-transport of glucose and amino acids, sodium diffuses down its electrochemical gradient the energy released is used to drive another substance that is glucose/amino acid.

2. Secondary Active Counter Transport:

Sodium hydrogen counters transport. The energy liberated from the downhill of one of the substances (e.g., sodium) enables uphill of a second substance (hydrogen) in the opposite direction.

Reabsorption of proteins occurs by this process. In this, protein gets attached to the brush border of the luminal membrane which invaginates into the interior of the cell until it completely pinches off and a vesicle is formed.

As water moves across the tight junctions by osmosis, it can also carry with it some of the solutes a process called solvent drag.

Transport maximum (Tm) for substances that are actively reabsorbed or secreted. There is a limit to the rate at which the solute can be transported, termed as transport maximum. This is due to the saturation of the specific transport systems involved when the tubular load of solutes exceed the capacity of the carrier proteins involved in the transport process.

There is a relation between tubular load of glucose, Tm for glucose and rate of glucose loss in the urine, when tubular load is 125 mg/min, there is no loss of glucose in urine. When tubular load rises above 180 mg/min, a small amount appears in the urine that is called renal threshold for glucose. This appearance of glucose occurs even before Tm is reached. The reason being not all nephrons have same Tm for glucose.

The ideal curve shown in this diagram (Fig. 8.18) is obtained if the Tmجي in all the tubules was identical. This is not the case in humans, the actual curve is rounded and deviates from the ideal curve. This deviation is called splay. The magnitude of the splay is inversely proportionate to the avidity with which the transport mechanism binds the substance it transports. Tm for actively secreted substances.

Gradient Time Transport:

It is for passively reabsorbed substances which depend on the electrochemical gradient and the time that the substance is in the tubule which in turn depends on the tubular flow rate.

Regulation of Tubular Reabsorption:

Sympathetic nervous system stimulation decreases.

أ. Sodium and water excretion by constricting the renal arterioles.

ب. Increase Na reabsorption in proximal tubule and thick ascending limb of LOH.

ج. Increases renin and angiotensin II release.

Hormones that regulate tubular reabsorption:

Site of action ― Collecting duct.

Effects ― Increases NaCl, H2O reabsorption increases K + secrection.

Site of action ― Proximal convoluted tubule, thick ascending limb of loop of Henle.

Effects ― Increases Nacl, H2O reabsorption and H + secrection

Site of action ― Distal tubule/Collecting duct

Effects ― Increases H2O reabsorption

Site of action ― Distal tubule/Collecting duct

Effects ― Increases NaCl reabsorption

Site of action ― Proximal tubule, thick ascending limb, distal tubule

Effects ― Decrease PO4 – reabsorption in proximal tubule

Increases Ca ++ release in loop of Henle

Increases Mg + reabsorption in loop of Henle

أ. Glomerulotubular balance: Increased GFR increases the tubular load thereby increasing tubular reabsorption.

ب. Peritubular capillary and renal interstitial forces. Reabsorption = KF × Net reabsorption force (NRF).

The NRF represents the sum of hydrostatic and colloid osmotic forces which favor or oppose reabsorption across peritubular capillaries.

These forces are (Fig. 8.19):

أ. Peritubular hydrostatic (Pج) pressures oppose RA = 13 mm Hg.

ب. Renal interstitial hydrostatic (Pلو) favoring RA = 6 mm Hg.

ج. Colloid osmotic pressure in peritubular capillaries favors RA (ج) = 32 mm Hg.

د. Colloid osmotic pressure in renal interstitium opposes RA (لو) = 15 mm Hg.

Proximal Convoluted Tubules:

أنا. Reabsorbs 65% of glomerular filtrate by active transport.

ثانيا. Reabsorbs Na + , CP, HCO3, K + , Ca + , H2O, glucose, amino acids, vitamins, uric acid and phosphates. Pars recta secretes substances like creatinine, phenolphthalein dyes, PAH, acids, bases, drugs like penicillin, sulphonamides.

Descending thin segment is highly permeable to water. Water moves out of nephron reducing the volume of filtrate and increasing its osmolarity.

Ascending thick segment is not permeable to water but is permeable to solutes. 25% of filtered solutes are reabsorbed.

Distal Tubule (Fig. 8.20):

The very first portion of the distal tubule forms part of JG apparatus. The next early part is highly convoluted and has same re-absorptive characteristics as that of ascending limb of loop of Henle. Na + , Cl – H2O, HCO3, Ca + and K + are reabsorbed but impermeable to water and urea. This is also known as diluting segment because it dilutes the tubular fluid.

The second part of the distal tubule is the late distal tubule continues as cortical collecting tubule having principal cells and intercalated cells. The tubular membranes are impermeable to urea is concerned with Na + , CI – reabsorption, HCO3 secretion, HCO3 reabsorption, secretion of K + and H + secretion. The permeability of the tubules to water is controlled by antidiuretic hormone (ADH) (Fig. 8.21).

Medullary Collecting Duct:

They are the final site for processing urine. The permeability to water depends on presence of ADH. They are permeable to urea and secrete H + against a large concentration gradient. 15% of solutes are reabsorbed in distal tubule and collecting duct.

Sodium and Chloride Reabsorption:

Na + is reabsorbed in PCT, thick segment of LOH and distal nephron except in thin segment.

Unidirectional Na Transport:

Movement of Na + against concentration gradient-glucose, amino acids and phosphate are transported with it.

Na + — H + exchange (antiport)

In thick ascending limb-25%:

1 Na + — 1 K + — 2 CI – symporter.

Unidirectional Na + transport but under the influence of aldosterone.

Glucose and Amino Acid Reabsorption:

ثانيا. Na + cotransport mechanism.

Sodium dependent glucose transporter (SGLT) on luminal (apical) membrane and glucose transporter on the basolateral membrane (GLUT).

Passive transport by osmosis (couples to Na re­absorption).

Solvent drag through paracellular route—water takes Na + , CI – , K + , Ca + , Mg + along with it. As the substances are absorbed proportionally, the fluid remains isotonic at the end of PCT. This passive reabsorption of water is called obligatory type of reabsorption.

ADH introduces water channels called aquaporins which allows water absorption. Water is absorbed from collecting duct only in the presence of ADH. This is called facultative type of reabsorption.

Potassium and Reabsorption Secretion (Fig. 8.21):

In PCT- Solvent drag through paracellular route causes K + reabsorption.

Minimal secretion of K + occurs through the luminal membrane.

In Thick Ascending Limb:

1 Na + — 1 K + 2 Cl – co-transporter causes reabsorption.

In late distal tubule and collecting duct, P cells, reabsorb Na + and secrete K + . I cells reabsorb K + and HCO3, secretes H + ions.


شاهد الفيديو: التضخم الاقتصادي.. ما أبرز أسبابه ومتى يكون مدمرا للدول (ديسمبر 2022).