Реферат: Программа дисциплины экологическая физиология животных новосибирск

Программа дисциплины


ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ


Новосибирск

2004


I. Организационно-методический раздел.

Курс «Экологическая физиология» реализуется в рамках специальности «биология – 0611Б». Относится к специальным дисциплинам вузовской компоненты.

Дисциплина «Экологическая физиология» предназначена для студентов специализации «физиология человека и животных».

Основной целью освоения дисциплины является формирование системных представлений о функционировании организма при различных воздействиях окружающей среды.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса: 1)активировать знания базовых курсов физиологии и биохимии; 2) от уровня рассмотрения функций в среднестатистическом варианте перейти на уровень их изучения при реальных разнообразных средовых воздействиях; 3) рассмотреть основные представления об адаптациях и механизмы адаптаций к конкретным средовым факторам и их комплексам.

1.3. По окончании изучения указанной дисциплины студент должен

иметь на современном уровне общее представление о целях, задачах и методах экологической физиологии, об основных подходах к исследованию адаптаций, о механизмах адаптации живых организмов к среде обитания, а также об особенностях адаптации к конкретным средовым факторам;

знать основные факты, иллюстрирующие вышеперечисленные представления;

уметь использовать полученные знания для обобщений и анализа новой информации.

1.4. Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрен экзамен.

Текущий контроль. В течение семестра принимается коллоквиум. Его сдача является обязательной для всех студентов и ориентирует их на уровень требований на экзамене и на требуемый для освоения курса объем самостоятельной работы.

^ 2. Содержание дисциплины.

2.1. Курс читается почти 40 лет, постоянно обновляясь в соответствии с развитием экологической физиологии как науки. Аналогичные курсы читаются в ряде ведущих вузов России и зарубежных университетов в связи с их актуальностью для профессиональной подготовки биологов, специализирующихся по физиологии человека и животных.

2.2. Тематический план курса (распределение часов).



Наименование разделов и тем

К о л и ч е с т в о ч а с о в


Лекции

Самостоятельная работа

Всего

часов

Предмет, задачи и методы экологической физиологии

2

1

3

Учение об адаптациях

5

4

9

Адаптации к гипоксии

4

2

6

Адаптация к мышечной деятельности

2

1

3

Адаптации к температуре

6

2

8

Адаптации к аридной зоне

2

1

3

Адаптации к водно-солевому режиму

1

1

2

Пищевые адаптации

2

1

3

Воздействия ксенобиотиков

2

2

4

Итого по курсу:

26

14

40




Содержание отдельных разделов и тем


^ Предмет, задачи и методы экологической физиологии.

Основные разделы и направления. Методы исследований. Составление эколого-физиологических характеристик. Правило оптимума. Экологическая валентность. Правило минимума и лимитирующий фактор.

^ Учение об адаптациях

Классификация адаптаций (разнообразие подходов: Слоним, Меерсон, Шилов, Эган, Харт, Хлебович и Бергер и др.). Критерии и механизмы адаптаций. Гомеостаз и адаптация. Роль ЦНС. Стресс и адаптация. Уровни адаптации. Фазность адаптационного процесса. Кросс-адаптации. Цена адаптации (в лаборатории и в природе). Обратимость адаптаций.

^ Адаптации к гипоксии.

Типы гипоксий, условия и механизмы их возникновения.

Реакция организма на высотную гипоксию. Общая схема адаптации. Фазы адаптации к гипоксии (срочная, долговременная). Реакции транспортных систем. Изменения в системе крови (адаптационные варианты). Изменения свойств эритроцитов. Изменение утилизации кислорода и субстратов. Изменение митохондриального пула. Повышение экономичности. Роль процессов гликолиза и гликогенолиза. Роль нервной и эндокринной систем в адаптации.

Критерии адаптации. Зависимость течения адаптации от исходного уровня физиологических функций и параметров. Факторы, обуславливающие течение и характер адаптации к высотной гипоксии.

^ Дефицит кислорода в водной среде. Адаптации рыб. Роль жаберного газообменника, плавательного пузыря. Дыхательная функция кожи, ротовой полости, кишечного тракта рыб, амфибий, рептилий.

^ Гипоксия при нырянии. Особенности дыхания под водой. Три основных направления при адаптации к «нырятельной» гипоксии.

Адаптация к мышечной деятельности.

Количество движения. Игровая деятельность молодняка. Неравномерность количества мышечной работы. Связь адаптивных изменений в организме с характером выполняемой мышечной работы. Адаптация к гипоксии как элемент адаптации к мышечной деятельности. Влияние тренировки на работоспособность. Энергетический оптимум работы. Утомление, его механизмы. Приспособления водных животных (на примере рыб) к выполнению мышечной работы в условиях дефицита кислорода.

^ Адаптации к температуре.

Чувствительность живых организмов к изменениям температуры окружающей среды. Температурный диапазон существования. Температурный оптимум. Экто- и энтотермы (пойкило- и гомойотермные животные).

^ Адаптации пойкилотермов: температурная компенсация, способность к разогреву у насекомых, «гомеостатичность» у рыб, рептилий. Устойчивость к перегреву. Резистентность и толерантность к замораживанию.

^ Поддержание температуры тела у гомойотермов. Терморефлекс. Схема зависимости теплопродукции от температуры среды. Интенсивность химической терморегуляции (ХТР). Механизмы теплообразования (сократительный и несократительный термогенез (СТ и НСТ)). Роль различных органов и тканей в теплообразовании. Соотношение СТ и НСТ при адаптации к холоду. Адаптация к холоду и биогенез митохондрий. Признаки холодовой акклимации. Механизмы адаптации при различных режимах холодовой экспозиции. Особенности адаптации к холоду в лаборатории и в природных условиях. Метаболический и изоляционный типы адаптации. Правило Бергмана-Аллена. Теплообменники у рыб, водных млекопитающих, полярных птиц и т.д. Использование правила Ньютона для определения теплоизоляции. Изменение критической точки при адаптации к теплу и холоду.

^ Особые формы физиологических состояний организма: оцепенение; зимний сон; зимняя спячка. Изменения физиологических функций. Двигательная активность и поведение. Впадение в спячку и пробуждение. Механизмы. Роль нервной и эндокринной систем. Теории зимней спячки.

^ Адаптация к высоким температурам среды. Основные механизмы физической терморегуляции (ФТР). Видовые особенности механизмов теплоотдачи. Акклиматизация человека к тропикам.

Развитие гомойотермии в онтогенезе. Экологические ниши и температурные адаптации.

^ Адаптация к условиям аридной зоны.

Основные направления адаптации. Поведенческие адаптации. Пути удержания воды беспозвоночными, амфибиями, рептилиями, млекопитающими. Роль почек, желудочно-кишечного тракта, легких, покровов. Примеры дублирования и замещения функций. Механизмы недонасыщения выдыхаемого воздуха. Роль метаболической воды. Величина экстраренальных потерь влаги и устойчивость к перегреву. Значение способности к перегреву.

Адаптации к избытку солей в корме и воде.

^ Адаптации водных организмов к водно-солевому режиму.

Адаптации пресноводных организмов. Адаптации морских организмов. Адаптации к периодическим изменениям солености.

^ Адаптация к питанию, пищевая специализация.

Типы питания. Регуляция количества поедаемой пищи. Кормление. Формирование пищедобывательной деятельности. Морфофункциональные особенности пищеварительного аппарата. Роль симбионтов. Адаптация пищеварительных ферментов.

^ Эколого-физиологическое изучение ксенобиотиков.

Типы токсических воздействий. Поступление токсикантов в организм. Распределение. Аккумуляция. Основные пути устранения. Реакции детоксикации. Значение реакции конъюгации. Физиологические и генетические (сравнительновидовые и индивидуальные) различия в чувствительности к токсикантам.

ПДК. Методы определения. Современные подходы.

Возможность адаптации к токсикантам. СНПС. Адаптация как фаза интоксикации.


2.4. Перечень примерных вопросов к коллоквиуму (для контроля самостоятельной работы в объеме часов, предусмотренных образовательным стандартом и рабочим учебным планом данной дисциплины):


График экологической валентности (с пояснениями).

Нарисуйте кривую диссоциации оксигемоглобина. Укажите факторы, влияющие на её форму и местоположение при адаптации к гипоксиям разного происхождения.

Чем резистентность отличается от толерантности? Приведите примеры проявлений того и другого при адаптации к гипоксии.

Чем обеспечивается экономичность долгосрочной адаптации по сравнению с краткосрочной?

Основные этапы составления эколого-физиологических характеристик.

Как связаны представления о «структурном гомеостазе» и «структурном следе»?

Каковы особенности адаптации дыхательной системы к физиологическим гипоксиям разного происхождения?

В каких формах проявляются фенотипические адаптации? Проведите сравнение разных форм.

Определение лимитирующего средового фактора (с примерами).

Как связаны стресс и формирование «структурного следа» в процессе адаптации?

Сравните представления Меерсона и Шилова об адаптациях (проанализируйте достоинства и недостатки обеих классификаций).

У кого больше коронарный кровоток и потребление кислорода на высоте 4000 м: у горца или у жителя равнин? А в случае, если горец находится на 4000 м, а житель равнин – на равнине?




Учебно-методическое обеспечение дисциплины

3.1. Образцы вопросов для подготовки к экзамену:

1. Зимняя спячка.

2. Поступление чужеродных соединений в организм.

3. Как работает плавательный пузырь рыб?

4. Черты сходства и различия адаптаций к гипоксиям разного происхождения.

5. Роль ЦНС в формировании адаптаций.

6. Схема зависимости теплопродукции от температуры окружающей среды у гомойотермов (по Слониму).

7. Какие факторы внешней среды являются лимитирующими для морских рыб и как они к ним адаптируются?

8. Сравните уровень коронарного кровотока при выполнении мышечной работы у горца и жителя равнин на высоте 4000 м.

9. Сравните адаптации к солевым нагрузкам у водных и наземных животных.

10. Особенности адаптации к холоду в природе и в лабораторных экспериментах.


3.2.1. Список основной литературы

Шилов И.А. Физиологическая экология животных: Учеб. пособие для студентов биол. спец. вузов.−М.: Высш. шк., 1985. − 328 с.

Шилов И.А. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов.−2-е изд.−М.: Высш. шк., 2000.− 512 с.

3.2.2. Список дополнительной литературы

Слоним А.Д. Экологическая физиология животных. М.: Высшая школа, 1971. − 448 с.

Парк Д.В. Биохимия чужеродных соединений. М.: Медицина, 1973. − 288 с.

Экологическая физиология животных. Ч.I. Общая экологическая физиология и физиология адаптаций. В серии: Руководство по физиологии. Л.: Наука, 1979. − 440 с.

Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. М.: Наука, 1981. − 262 с

Гомеостаз /Под ред. П.д. Горизонтова. − М.: Медицина. 1981. − 576 с.

Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга 1: Пер. с англ. − М.: Мир, 1982. − 416 с.

Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга 2: Пер. с англ. − М.: Мир, 1982. − 384 с.

Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация: Пер. с англ. −М.: Мир, 1988.−568 с.

Чернышева М.П. Гормоны животных. Введение в физиологическую эндокринологию: учебное пособие. − СПб.: «Глаголъ», 1995. − 296 с.

Организм и среда. Под ред. В.А. Труфакина и К.А. Шошенко. Новосибирск: СО РАМН, 2003. − 248 с.

Бельченко Л.А. Введение в физиологию человека и животных: Учеб. пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2003. − 236 с.