Promienna energia ze słońca. Działanie energii promieniowania Wykorzystanie energii promieniowania

Energia promienista to ogół wszystkich fal elektromagnetycznych, które powstają i rozchodzą się w przestrzeni kosmicznej z prędkością dochodzącą do 300 tys. km/s. Patologiczny wpływ na organizm wywiera przede wszystkim promieniowanie, które może powodować jonizację w tkankach. Co więcej, patogenne działanie promieni jest odwrotnie proporcjonalne do ich długości fali.

Różne rodzaje energii promienistej mają różne skutki. W niektórych przypadkach energia promieniowania pochłonięta przez tkanki zamienia się w ciepło, co powoduje przegrzanie zwierząt; w innych działa chemicznie na tkanki, powoduje szereg przemian chemicznych w organizmie i daje tzw. efekt fotochemiczny.

W występowaniu procesów patologicznych w organizmie pewną rolę mogą odgrywać promienie słoneczne, a przede wszystkim promieniowanie ultrafioletowe z widma słonecznego. Promienie te mają działanie chemiczne i im krótsza długość fali, tym są intensywniejsze. Wpływ promieni na organizm zależy od czasu działania, kąta ich padania, grubości warstwy atmosferycznej, przez którą przechodzą promienie, a także od przepuszczalności tkanek i ogólnej reaktywności organizmu. Przy długotrwałej ekspozycji na promienie ultrafioletowe naczynia krwionośne zwierzęcia rozszerzają się, spada ciśnienie krwi, zaburza się metabolizm (głównie białka) i nasilają się procesy rozpadu tkanek.

Przy intensywnym i długotrwałym naświetlaniu dużych części ciała zwierzę może doświadczyć poważnych zaburzeń hemodynamicznych - np. wstrząsu, który czasami prowadzi nawet do śmierci. Patogenne działanie promieni ultrafioletowych na ośrodkowy układ nerwowy rozwija się w dwóch kierunkach: z jednej strony jego działanie jest hamowane z powodu podrażnienia aparatu receptorowego (promienie i toksyczne produkty rozpadu tkanek); z drugiej strony działa na nią toksyczny (humoralnie) napromieniowany cholesterol i kompleksy białkowo-lipidowe krwi.

Długie fale widma słonecznego, promienie czerwone i podczerwone działają termicznie na organizm. Z powodu nadmiernego działania tych promieni ciało się przegrzewa lub dochodzi do oparzeń w różnym stopniu.

Jeżeli pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego spadną na niechronioną głowę zwierzęcia, może dojść do udaru słonecznego. W tym przypadku naczynia krwionośne ośrodkowego układu nerwowego (opony mózgowe) rozszerzają się, a naczynioruchy ulegają uszkodzeniu. Czasami dochodzi do pęknięć naczyń włosowatych i krwotoków do tkanki nerwowej. Początkowo zwierzęta stają się bardzo podekscytowane, ich oddech i puls przyspieszają, zaczynają się drgawki, potem rozpoczyna się faza depresji. Zwierzęta często umierają z powodu paraliżu ośrodków oddechowych lub krążeniowych. Wpływ światła słonecznego na organizm może nie nastąpić natychmiast, ale po kilku godzinach, to znaczy, gdy chemiczna część widma ultrafioletu zaczyna działać. W przeciwieństwie do udaru cieplnego, udar słoneczny niekoniecznie wymaga wstępnego przegrzania organizmu: wzrost temperatury ciała podczas udaru słonecznego jest uważany za czynnik wtórny w wyniku podrażnienia ośrodków nerwowych regulujących ciepło. Dysfunkcja wyższych ośrodków nerwowych i pobudzenie kory mózgowej podczas udaru słonecznego są bardziej zmienne i trwałe niż podczas udaru cieplnego.

Promieniowanie laserowe. Laser może emitować monochromatyczne wiązki światła o małym kącie rozbieżności. Promienie działają na tkankę przez bardzo krótki czas (sto tysięcznych sekundy), są pochłaniane przez tkanki barwnikowe, czerwone krwinki, czerniaki itp. Promienie lasera niszczą żywą tkankę, nowotwory są na nie szczególnie wrażliwe. Uszkodzenie obiektu biologicznego następuje w wyniku oddziaływania termicznego wiązki światła na tkankę i pochłaniania przez nią energii cieplnej. W tkankach i komórkach jednocześnie powstają substancje toksyczne i zmienia się działanie enzymów tkankowych. Ponadto działanie mechaniczne jest możliwe dzięki natychmiastowemu przejściu substancji stałych i ciekłych w stan gazowy oraz wzrostowi ciśnienia wewnątrzkomórkowego (do kilkudziesięciu i setek atmosfer).

Wpływ promieniowania jonizującego. Głównym źródłem promieniowania jonizującego jest promieniowanie rentgenowskie i radioaktywne. Efekt biologiczny tego promieniowania zależy od wielu czynników: rodzaju promieniowania, dawki narażenia ogólnego lub miejscowego, narażenia zewnętrznego lub wewnętrznego, jednorazowego lub powtarzanego, a także od indywidualnej i gatunkowej wrażliwości organizmu.

Różne tkanki mają różną wrażliwość na ekspozycję na promieniowanie. Według stopnia uszkodzenia można je podzielić na: narządy krwiotwórcze, gruczoły jelitowe, nabłonek narządów płciowych, nabłonek skóry i soczewki, śródbłonek, tkanka włóknista, nabłonek wewnętrzny, chrząstka, kości, mięśnie, tkanka nerwowa Zmiany funkcjonalne i strukturalne w układzie nerwowym, obserwowane podczas narażenia na promieniowanie, prowadzą do zakłócenia regulacji czynności całego organizmu, do zmniejszenia jego odporności na choroby zakaźne.

Choroba popromienna to ogólne uszkodzenie organizmu w wyniku działania dużych dawek promieni jonizujących. Występuje zarówno w wyniku narażenia zewnętrznego na promieniowanie (w wypadku podczas pracy z generatorami zdolnymi do wytwarzania promieniowania jonizującego, podczas wybuchu atomowego, podczas niewłaściwego stosowania radioterapii), jak i podczas narażenia wewnętrznego (kiedy różne substancje radioaktywne dostają się do organizmu wraz z pożywieniem lub wdychane powietrze). - substancje).

Przebieg choroby popromiennej może być ostry (kiedy organizm jest narażony na działanie dużych dawek promieniowania jonizującego) i przewlekły (na organizm działają małe dawki, ale długotrwałe).

Długoterminowymi konsekwencjami promieniowania jonizującego są jego działanie rakotwórcze i uszkodzenie aparatu chromosomowego komórek rozrodczych. W przypadku ciężkich obrażeń popromiennych, w wyniku spadku odporności organizmu, dochodzi do autoinfekcji, a w przypadku nagromadzenia się substancji toksycznych we krwi, obserwuje się zjawisko toksyczności.

Działanie prądu.

Patologiczny wpływ energii elektrycznej na organizm zwierzęcia wystąpi w przypadku bezpośredniego kontaktu zwierzęcia z przedmiotem przewodzącym prąd lub gdy ciało zostało poddane wyładowaniom prądu atmosferycznego (podczas uderzenia pioruna). Zmiany patologiczne w organizmie zależą od właściwości prądu elektrycznego, reaktywności organizmu i jego tkanek, a także od szeregu szczególnych czynników towarzyszących. Wpływ prądu elektrycznego na organizm zależy od jego napięcia i siły, czasu trwania ekspozycji, charakteru prądu (stały, przemienny), oporu tkanek, kierunku prądu i indywidualnych cech zwierzęcia. natężenie prądu zależy również od czasu jego przepływu przez ciało; wraz ze wzrostem czasu trwania prądu wzrasta również jego szkodliwość.

Działanie prądu elektrycznego zależy od żywotnego znaczenia narządów, przez które przepływał. Najbardziej niebezpieczne dla życia jest, gdy prąd przepływa przez serce.Następuje powolny i nieodwracalny paraliż, rozwijają się zjawiska migotania przedsionków komór, a w rozkurczu następuje zatrzymanie akcji serca. Ośrodki nerwowe niektórych gatunków zwierząt są mniej wrażliwe na prąd elektryczny w porównaniu do serca.

Istnieją lokalne i ogólne skutki działania prądu elektrycznego. Dzięki działaniu lokalnemu uzyskuje się oparzenie, czasami mające kształt przewodnika, który miał wpływ. W miejscu, w którym prąd wpływa i wychodzi z ciała, powstają rany, a wokół nich, z powodu paraliżu naczyń skórnych, pojawiają się rozgałęzione czerwone postacie. Po pewnym czasie (kilka dni, tygodni) po ekspozycji na prąd elektryczny w miejscu zmiany często obserwuje się martwicę zewnętrznej powłoki i leżących pod nią tkanek. Czasami na skórze pozostają małe, szarawo-białe, owalne lub okrągłe obszary, otoczone wzniesieniami przypominającymi rolki. Są to tak zwane znaki elektryczne; Histologicznie mają wygląd palisadowatych komórek warstwy malpighowskiej skóry. Te same tkanki charakteryzują się budową komórkową, a w niektórych komórkach występuje gaz, powstały najwyraźniej w wyniku elektrochemicznego działania prądu.

Ogólny wpływ prądu elektrycznego wpływa przede wszystkim na układ nerwowy i sercowo-naczyniowy. Zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym zachodzą w dwóch fazach: w postaci krótkotrwałego pobudzenia i długotrwałej depresji, czyli hamowania. Faza wzbudzenia wyraża się ostro pod wpływem małego prądu.Przy przepływie prądu o natężeniu 100 A i wyższym faza wzbudzenia jest bardzo krótka, ale szybko po niej następuje faza hamowania, często objawiająca się spadkiem ciśnienia krwi i ustanie oddychania. W efekcie dochodzi do tzw. śmierci urojonej.

Naruszenie krążenia krwi i oddychania podczas urazu elektrycznego występuje również w dwóch fazach. W pierwszej fazie wzrasta ciśnienie tętnicze i żylne, oddech przyspiesza. Zmiany w hemodynamice i rytmie oddychania spowodowane są elektryczną stymulacją żelu receptorowego, a także konwulsyjnym skurczem mięśni poprzecznie prążkowanych. Kiedy ciśnienie krwi wzrasta, skurcze serca stają się wolniejsze z powodu podrażnienia nerwu błędnego przez prąd. W drugiej fazie, która następuje dość szybko, ciśnienie krwi gwałtownie spada, a oddech ustaje.

U zwierząt, które doznały urazu elektrycznego, obserwuje się poważne uszkodzenie układu nerwowego, porażenie mięśni prążkowanych, uszkodzenie jelit, pęcherza moczowego, nerek, obrzęki i opuchliznę stawów. Skutki urazu elektrycznego zależą także od początkowego stanu funkcjonalnego ośrodkowego układu nerwowego, o czym świadczy fakt, że u znieczulonych zwierząt działanie prądu elektrycznego jest zmniejszone. Silny prąd elektryczny może powodować stan parabiozy tkanek; Najprawdopodobniej wynika to z braku bólu w dotkniętych tkankach.

Mechanizm działania prądu elektrycznego. Prąd elektryczny działa na organizm w trzech kierunkach: elektrochemicznym, elektrotermicznym i elektromechanicznym.

Działanie elektrochemiczne wyraża się w występowaniu procesu elektrolizy w tkankach, w rozerwaniu ich struktur koloidalnych; W szczególności kwasy tłuszczowe powstają w wyniku rozkładu sebum. Proces elektrochemiczny powoduje powstawanie śladów elektrycznych na wejściu i wyjściu prądu elektrycznego.

Działanie elektrotermiczne Dzieje się tak dlatego, że energia elektryczna przechodząc przez tkanki ciała zamienia się w energię cieplną (ciepło Joule'a). Szczególnie dużo ciepła wytwarza się, gdy przez tkankę kostną przepływa prąd o wysokim napięciu, dlatego na kościach pojawiają się tzw. perełki kostne; są białe, kuliste lub jajowate, wielkości ziarna prosa lub grochu, składają się z fosforanu wapna, który po zatrzymaniu przepływu i ochłodzeniu masy ulega jego przemianie w ciało stałe. Wzrost temperatury tkanek jest szczególnie zauważalny w miejscach wejścia i wyjścia prądu; powoduje podrażnienie receptorów nerwowych, co skutkuje bólem i zaburzeniami odruchów różnych narządów. W przypadku porażenia prądem elektrycznym wzrasta również temperatura ciała.

Działanie elektromechaniczne spowodowane bezpośrednim przejściem energii elektrycznej na energię mechaniczną, a także działaniem gazu i pary powstającej w miejscu urazu; Czynniki te powodują zmiany strukturalne w tkankach takie jak rany nacięte, złamania, beleczki kostne itp.

Działanie elektryczności atmosferycznej (błyskawica). Uderzenie pioruna w głowę zwykle kończy się śmiercią w wyniku porażenia układu oddechowego. Do miejscowych zmian wywołanych uderzeniem pioruna zaliczają się oparzenia z pęknięciem tkanki, na zewnętrznej skórze pojawiają się czerwone zygzaki na skutek porażenia nerwów naczyniowych i samych naczyń. Wrzody spowodowane uderzeniem pioruna nie goją się dobrze. Uderzenia pioruna, które nie powodują śmierci, obejmują utratę przytomności, drgawki, a czasami trwały paraliż.

Powiązana informacja.

To nie przypadek, że zaczynamy przegląd od tego czynnika środowiskowego. Energia promienista słońca, czyli promieniowanie słoneczne, jest głównym źródłem ciepła i życia na naszej planecie. Tylko dzięki temu w odległej przeszłości na Ziemi mogła powstać materia organiczna i w procesie ewolucji osiągnąć takie stopnie doskonałości, jakie obserwujemy obecnie w przyrodzie. Główne właściwości energii promieniowania jako czynnika środowiskowego są określone przez długość fali. Na tej podstawie w całym widmie światła wyróżnia się część światła widzialnego, ultrafioletu i podczerwieni (ryc. 10). Promienie ultrafioletowe mają działanie chemiczne na organizmy żywe, natomiast promienie podczerwone mają działanie termiczne.

Ryż. 10. Widma promieniowania słonecznego różnych warunkach (za: Odum, 1975).
1 - niezmieniony przez atmosferę; 2 - na poziomie morza w pogodny dzień; 3 - przeszedł przez chmury ciągłe; 4 - przeszedł przez baldachim roślinny.

Do głównych parametrów oddziaływania tego czynnika na środowisko zalicza się: 1) fotoperiodyzm – naturalna zmiana pory dnia na jasną i ciemną (w godzinach); 2) natężenie oświetlenia (w luksach); 3) napięcie promieniowania bezpośredniego i rozproszonego (w kaloriach na jednostkę powierzchni w jednostce czasu); 4) działanie chemiczne energii świetlnej (długość fali).

Słońce nieustannie emituje ogromne ilości energii promieniowania. Jego moc, czyli intensywność promieniowania, w górnej granicy atmosfery waha się od 1,98 do 2,0 cal/cm 2 -min. Wskaźnik ten nazywany jest stałą słoneczną. Jednak stała słoneczna najwyraźniej może się nieco różnić. Należy zauważyć, że w ostatnich latach jasność Słońca wzrosła o około 2%. W miarę zbliżania się do powierzchni Ziemi energia słoneczna ulega głębokim przemianom, a większość z niej jest zatrzymywana w atmosferze. Ponadto roślinność przeszkadza falom świetlnym, a jeśli jest to wielopoziomowa, zamknięta plantacja drzew, wówczas bardzo mała część początkowej energii słonecznej dociera do powierzchni gleby. Pod okapem gęstego lasu bukowego ilość ta jest 20-25 razy mniejsza niż na otwartej przestrzeni. Ale nie chodzi tylko o gwałtowny spadek ilości światła, ale o to, że w procesie wnikania w głąb lasu zmienia się skład widmowy światła. W konsekwencji ulega zmianom jakościowym, które są bardzo istotne dla roślin i zwierząt.

Mówiąc o ekologicznym znaczeniu światła, trzeba podkreślić, że najważniejsza jest tutaj jego rola w procesie fotosyntezy roślin zielonych, w wyniku czego powstaje materia organiczna, biomasa roślinna. Ta ostatnia reprezentuje pierwotną produkcję biologiczną, od której wykorzystania i transformacji zależy wszystko inne, co żyje na Ziemi. Intensywność fotosyntezy jest bardzo zróżnicowana w różnych obszarach geograficznych i zależy od pory roku, a także od lokalnych warunków środowiskowych. Dodatkowe oświetlenie może znacznie przyspieszyć wzrost nawet gatunków drzew i krzewów, nie mówiąc już o roślinach zielnych. I. I. Nikitin kiełkował żołędzie przez 10 dni w ciągłym świetle, a następnie 5 miesięcy. Sadzonki uprawiałem w świetle o jasności 4 tys. luksów. W rezultacie dęby osiągnęły wysokość 2,1 m. Po przesadzeniu do gruntu 8-letni dąb doświadczalny dał roczny przyrost wysokości 82 cm, natomiast drzewa kontrolne - tylko 18 cm.

Warto zauważyć, że chociaż aktywność życiowa i produktywność zwierząt są bezpośrednio (w przypadku fitofagów) lub pośrednio (w przypadku zoofagów) zależne od pierwotnej produkcji roślin, to jednak związek między tą ostatnią a zwierzętami nie jest jednostronny. Ustalono, że zwierzęta fitofagiczne, takie jak łoś, zjadając zieloną materię roślinną i uszkadzając narządy fotosyntetyczne, są w stanie
znacznie zmniejszają intensywność fotosyntezy i produktywność roślin. Tak więc w Centralnym Rezerwacie Czarnoziemu (obwód Kurska) łosie zjadły tylko 1-2% fitomasy młodych lasów dębowych, ale ich produktywność spadła o 46%. Zatem w systemie rośliny spożywczej - fitofagu występuje zarówno bezpośredni, jak i sprzężenie zwrotne.

Fotoperiodyzm odgrywa ogromną rolę w życiu wszystkich żywych istot. Po zbadaniu tego czynnika staje się jasne, że reakcja fotoperiodyczna leży u podstaw wielu zjawisk biologicznych, będąc bezpośrednim czynnikiem je determinującym lub pełniącym funkcje sygnalizacyjne. Niezwykłe znaczenie reakcji fotoperiodycznej wynika w dużej mierze z jej astronomicznego pochodzenia, a co za tym idzie z wysokiego stopnia stabilności, czego na przykład nie można powiedzieć o temperaturze otoczenia, która również jest niezwykle ważna, ale wyjątkowo niestabilna.

Już sam fakt podziału zwierząt na dwie duże grupy ze względu na porę aktywności – dzienną i nocną – wyraźnie wskazuje na ich głęboką zależność od warunków fotoperiodycznych. O tym samym świadczy wzór ustalony w 1920 roku przez amerykańskich naukowców W. Garnera i G. Allarda, według którego rośliny ze względu na światło i temperaturę dzielą się na gatunki o dniu długim i krótkim. Później odkryto, że podobna reakcja fotoperiodyczna jest również charakterystyczna dla zwierząt i dlatego ma ogólnoekologiczny charakter.

Regularna zmiana długości dnia dziennego w zależności od pory roku wyznacza moment rozpoczęcia diapauzy u wielu gatunków owadów i innych stawonogów, zwłaszcza roztoczy. Poprzez subtelne eksperymenty A. S. Danilevsky i jego współpracownicy udowodnili, że diapauza jest stymulowana właśnie przez skrócenie dnia, a nie, jak wcześniej sądzono, spadek temperatury powietrza (ryc. 11). W związku z tym naturalne wydłużenie godzin dziennych na wiosnę stanowi wyraźny sygnał do zakończenia stanu diapauzy. Jednocześnie populacje gatunków żyjących na różnych szerokościach geograficznych różnią się specyficznymi wymaganiami fotoperiodycznymi. Na przykład w przypadku motyla portowego (A crony eta rumicis) w Abchazji wymagana jest długość dnia co najmniej 14 godzin 30 minut, w obwodzie Biełgorodu - 16 godzin 30 minut, w obwodzie witebskim - 18 godzin i w pobliżu Leningradu - Innymi słowy, wraz z przesuwaniem się na północ co 5° szerokości geograficznej długość dnia potrzebna do wyjścia tego gatunku z diapauzy wydłuża się o około półtorej godziny.

Ryż. 11. Reakcja fotoperiodyczna typu dnia długiego – motyla kapuścianego (1) i typu dnia krótkiego – jedwabnika (2) (za: Danilevsky, 1961).

Zatem fotoperiodyzm jest głównym czynnikiem sezonowej aktywności stawonogów. Co więcej, podobne badania botaników wykazały, że wiele zjawisk w sezonowym życiu roślin, dynamice ich wzrostu i rozwoju ma również związek z reakcjami fotoperiodycznymi. Na przykład czynnik fotoperiodyczny służy jako sygnał do wczesnego przygotowania roślin na zimę, niezależnie od warunków pogodowych. Wszystko to sprawia, że ​​fotoperiodyzm jest bardzo istotnym czynnikiem przy wprowadzaniu roślin rolniczych na nowe tereny, przy ich uprawie w szklarniach itp.

Wreszcie porównanie wyników doświadczeń nad fotoperiodyzmem owadów fitofagicznych i ich roślin spożywczych ujawniło istniejącą między nimi głęboką współzależność. Obydwa w podobny sposób reagują na wpływ tego samego czynnika środowiskowego, dlatego ich powiązania troficzne mają głębokie podłoże ekologiczne i fizjologiczne.

Niezwykle interesujące wyniki przyniosły także badania reakcji fotoperiodycznych kręgowców wyższych. W związku z tym jesienią u zwierząt futerkowych pojawia się coraz gęstsza i bujniejsza sierść. Zimą osiąga swój największy rozwój i maksymalne właściwości termoizolacyjne. Te ochronne funkcje futra są wzmocnione przez grubą warstwę tłuszczu, która tworzy się pod skórą późnym latem i jesienią. Zimą wspomniane adaptacje morfofizjologiczne funkcjonują w pełni. Od dawna uważa się, że głównym czynnikiem determinującym sezonowy rozwój sierści i tłuszczu jest temperatura powietrza, czyli jej spadek w miesiącach jesienno-zimowych. Jednak eksperymenty wykazały, że mechanizm wyzwalający ten proces jest związany nie tyle z temperaturą, co z fotoperiodyzmem. W wiwarium laboratoryjnym, a nawet na fermie futerkowej, można umieścić norek amerykańskich lub inne zwierzęta w klatkach z kontrolowanym oświetleniem i od połowy lata sztucznie ograniczać godziny dzienne. W rezultacie proces linienia u zwierząt doświadczalnych rozpoczyna się znacznie wcześniej niż w naturze, będzie przebiegał intensywniej i odpowiednio zakończy się nie zimą, ale na początku jesieni.

Na podłożu fotoperiodycznym leży także najważniejsze zjawisko sezonowe w życiu ptaków wędrownych – ich migracja i ściśle z nimi związane procesy linienia upierzenia, gromadzenia się tłuszczu pod skórą i na narządach wewnętrznych itp. Wszystko to oczywiście jest przystosowaniem do znosić niekorzystne temperatury i warunki żywienia, „unikając ich”. Jednak w tym przypadku główną rolę sygnalizacyjną odgrywają nie zmiany temperatury, ale warunki oświetleniowe - skrócenie długości dnia, co można udowodnić eksperymentalnie. W laboratorium, działając na reakcję fotoperiodyczną ptaków, nie jest zbyt trudno wprowadzić je w specyficzny stan przedmigracyjny, a następnie w podniecenie migracyjne, choć warunki temperaturowe pozostaną stabilne.

Okazuje się, że cykliczność aktywności seksualnej zwierząt i cykliczność ich rozmnażania mają również charakter fotoperiodyczny. Być może jest to szczególnie zaskakujące, ponieważ biologia reprodukcji należy do właściwości organizmu, które są najlepiej uformowane i mają najbardziej złożoną koordynację relacji.

Eksperymenty na wielu gatunkach ptaków i ssaków dowiodły, że zwiększając długość dnia, można aktywować gonady (ryc. 12), wprowadzać zwierzęta w stan podniecenia seksualnego i osiągać produktywne krycie nawet w okresie jesienno-zimowym miesięcy, jeśli oczywiście wystąpi pozytywna reakcja na światło, obie płcie odczują wpływ. Tymczasem samice niektórych gatunków (np. wróbli) okazują się pod tym względem znacznie bardziej obojętne niż samce i wymagają dodatkowej stymulacji etologicznej.

Ryż. 12. Wpływ światła na rozwój gonad u samców i samic wróbli domowych zabitych w wyniku przetrzymywania w różnych warunkach (za: Polikarpova, 1941).
a - z wolności 31 stycznia; b - z komory o temperaturze pokojowej w dniu 29 stycznia; c - z komory z dodatkowym światłem w dniu 28 stycznia.

Niektóre ssaki - sable, kuna, szereg innych gatunków łasicowatych, a także sarna - mają interesującą cechę biologii reprodukcyjnej. W nich zapłodnione jajo nie jest najpierw wszczepiane w ścianę macicy, ale<в течение длительного времени находится в состоянии покоя, так называемой латентной стадии. У соболя эта стадия продолжается несколько месяцев и лишь приблизительно за полтора месяца до рождения щенков происходит имплантация яйца и очень быстрое эмбриональное развитие. Таким образом, беременность распадается как бы на длительный период предбеременности, или латентный, и короткий, порядка 35-45 дней, период вынашивания, т. е. собственно эмбрионального развития. Благодаря этому замечательному приспособлению животные получают возможность с минимальными энергетическими затратами переживать тяжелое зимнее время. Оказывается, что продолжительность латентного периода также регулируется фотопериодической реакцией и, если воспользоваться последней, может быть существенно сокращена.

Wpływ stosunku okresów światła i ciemności oraz zmian natężenia światła w ciągu doby na aktywność zwierząt jest bardzo duży. Na przykład ptaki dzienne budzą się o świcie przy „oświetleniu na jawie” o określonej intensywności, zależnej od wysokości słońca nad horyzontem. Początek odpowiedniego „oświecenia budzącego” służy jako sygnał stymulujący ptaki do większej aktywności. Kosy zaczynają dawać oznaki życia przy 0,1 luksa, kiedy w lesie jest jeszcze prawie całkowicie ciemno; Kukułka do przebudzenia potrzebuje 1 luksa, gajówka czarnogłowa – 4, zięba – 12, wróbel domowy – 20 luksów. Zgodnie z tym, przy dobrej pogodzie ptaki na danym obszarze budzą się o określonej godzinie i w określonej kolejności, co sugeruje istnienie „ptasiego zegara”. Na przykład w gospodarstwie leśnym „Las na Worskli” obwodu Biełgorodskiego w maju-czerwcu pierwsze głosy ptaków słychać średnio w następujących godzinach: słowik - o 2 godzinach 31 minut, kosy i ptaki śpiewające - 2 godziny 31 minuty, kukułka – 3 godziny 00 minut, gajówka – 3 godziny 30 minut, bogatka – 3 godziny 36 minut, wróbel drzewny – 3 godziny 50 minut.

Codzienne zmiany warunków świetlnych mają ogromny wpływ na życie roślin, a przede wszystkim na rytm i intensywność fotosyntezy, która zatrzymuje się w ciemnych porach dnia, przy złej pogodzie i zimą (ryc. 13).

Wreszcie energia słoneczna może odgrywać bardzo ważną rolę jako źródło ciepła, wpływając bezpośrednio na organizmy żywe lub głęboko wpływając na ich środowisko w skali lokalnej lub globalnej.

Ogólnie rzecz biorąc, z powyższych fragmentarycznych informacji jasno wynika, że ​​czynnik świetlny odgrywa niezwykle ważną i wszechstronną rolę w życiu organizmów.

Ryż. 13. Zależność fotosyntezy od energii świetlnej u różnych populacji roślin (za: Odum, 1975).
1 - drzewa w lesie; 2 - liście oświetlone słońcem; 3 - zacienione liście.

Znaczna część promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi obejmuje zakres fal w granicach 0,15 – 4,0 mmk. Ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi pod kątem prostym nazywana jest stałą słoneczną. Jest ona równa 1,4·10-3 J (m2/s).

Większość promieniowania w widzialnym obszarze widma dociera do powierzchni Ziemi, 30

% - podczerwień i ultrafiolet długofalowy. Powierzchnia Ziemi sięga:

Promienie podczerwone (f - 3·10v11 Hz, - 3,10v12, λ od 710 - 3000 nm) – 45% (IR-

promieniowanie stanowi 50% promieniowania słonecznego).

Promienie widzialne (3 10v12 – 7,5 10v 16, λ 400 – 710 nm) – 48%

Promienie ultrafioletowe (7,5 10v 16-10v17, λ 400-10 nm) -7%.

Niewielka część promieniowania słonecznego ucieka z powrotem do atmosfery. Ilość odbitego promieniowania zależy od współczynnika odbicia (albedo) powierzchni. Dzięki temu śnieg może odbijać 80% promieniowania słonecznego, przez co nagrzewa się powoli. Trawiasta powierzchnia odbija 20%, a ciemne gleby tylko 105 przychodzącego promieniowania.

Większość energii słonecznej pochłoniętej przez glebę i zbiorniki jest zużywana na parowanie wody. Kiedy woda się skrapla, wydziela się ciepło, które ogrzewa atmosferę. Ogrzewanie atmosfery następuje również w wyniku absorpcji 20-25% promieniowania słonecznego.

Promieniowanie podczerwone.

Promieniowanie podczerwone (promieniowanie IR) to promieniowanie elektromagnetyczne niewidoczne dla ludzkiego oka. Właściwości optyczne materii w promieniowaniu IR znacznie różnią się od właściwości optycznych widma widzialnego. Przykładowo kilkucentymetrowa warstwa wody jest nieprzepuszczalna dla promieniowania podczerwonego o λ >1 µm.

Około 20% promieniowania podczerwonego widma słonecznego jest pochłaniane przez pył, dwutlenek węgla i parę wodną w 10-kilometrowej warstwie atmosfery przylegającej do powierzchni Ziemi. W tym przypadku pochłonięta energia zamieniana jest na ciepło.

Promieniowanie podczerwone stanowi większość promieniowania emitowanego przez lampy żarowe (nieznośne ciepło podczas filmowania w scenach dźwiękowych) i lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone emitowane jest przez lasery rubinowe.

Długofalowa część promieniowania podczerwonego (> 1,4 µm) jest zatrzymywana głównie przez powierzchniowe warstwy skóry, powodując uczucie pieczenia (promienie cieplne). Średnio- i krótkofalowa część promieni podczerwonych oraz czerwona część promieniowania optycznego wnikają na głębokość do 3 cm i przy dużej ilości energii mogą powodować dojrzewanie. Udar słoneczny jest skutkiem miejscowego przegrzania mózgu.

Promieniowanie widzialne to światło.

Około połowa promieniowania pochodzi z fal o długości fali od 0,38 do 0,87 mmk. Jest to widmo widoczne dla ludzkiego oka i odbierane jako światło.

Jednym z widocznych aspektów oddziaływania energii promienistej jest oświetlenie. Wiadomo, że światło leczy środowisko (w tym ma działanie bakteriobójcze). Połowa całkowitej energii cieplnej słońca zawarta jest w części optycznej energii promieniowania słonecznego. Światło jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania procesów fizjologicznych.

Wpływ na organizm:

Stymuluje aktywność życiową;

Wzmacnia metabolizm;

Poprawia ogólne samopoczucie;

Poprawia nastrój;

Zwiększa wydajność.

Brak światła:

Negatywny wpływ na funkcje analizatora nerwów (wzrasta jego zmęczenie):

Zwiększone zmęczenie centralnego układu nerwowego;

Wydajność pracy spada;

Wzrasta liczba wypadków przy pracy;

Rozwijają się stany depresyjne.

Z Niewystarczające oświetlenie jest obecnie kojarzone z chorobą, która ma kilka nazw:„depresja jesienno-zimowa”, „sezonowa choroba emocjonalna”, „sezonowe zaburzenie afektywne” (SAD). Im niższe naturalne oświetlenie obszaru, tym częściej występuje to zaburzenie. Według statystyk 5-10% osób ma objawy tego zespołu objawów (75% to kobiety).

Ciemność prowadzi do syntezy melatoniny, która u zdrowych ludzi reguluje czas cykli nocnego snu, dzięki czemu działa leczniczo i sprzyja długiemu życiu. Jeśli jednak produkcja melatoniny nie zakończy się rano pod wpływem działania światła na szyszynkę, w ciągu dnia na skutek nieodpowiednio wysokiego poziomu tego hormonu w ciągu dnia rozwinie się letarg i depresja.

Objawy SAD:

Oznaki depresji;

Trudności z przebudzeniem;

Zmniejszona produktywność w pracy;

Ograniczone kontakty społeczne;

Zwiększone zapotrzebowanie na węglowodany;

Przybranie na wadze.

Może wystąpić spadek aktywności układu odpornościowego, co objawia się wzrostem podatności na choroby zakaźne (wirusowe i bakteryjne).

Objawy te znikają wiosną i latem, kiedy długość dnia znacznie się wydłuża.

Depresję jesienno-zimową obecnie leczy się światłem. Dobry efekt daje terapia światłem o natężeniu 10 000 luksów o poranku. Jest to około 20 razy więcej niż normalne oświetlenie wewnętrzne. Wybór czasu trwania terapii jest indywidualny dla każdej osoby. Najczęściej zabieg trwa 15 minut. W tym czasie możesz wykonywać dowolną aktywność (czytać, jeść, sprzątać mieszkanie itp.). Pozytywny efekt obserwuje się w ciągu kilku dni. Wszystkie objawy całkowicie ustępują po kilku tygodniach. Skutki uboczne mogą obejmować bóle głowy.

Efekt zabiegu związany jest z regulacją aktywności szyszynki, która moduluje produkcję melatoniny i serotoniny. Melatonina odpowiada za zasypianie, a serotonina za budzenie się.

Pokazano również:

Psychoterapia;

Leki przeciwdepresyjne.

W Jednocześnie można obecnie zaobserwować inny rodzaj zaburzenia rytmów biologicznych, jaki wiąże się ze współczesnym stylem życia. Długotrwałe sztuczne światło prowadzi do zmniejszenia hamującego działania melatoniny na czynność gonad. Pomaga to przyspieszyć dojrzewanie.

Promieniowanie ultrafioletowe (UV).

Promieniowanie ultrafioletowe należy do krótkofalowej części widma słonecznego. Z jednej strony graniczy z najmiększą częścią promieniowania jonizującego (promieniami X), z drugiej zaś z widzialną częścią widma. Stanowi 9% całej energii emitowanej przez Słońce. Na granicy z atmosferą pochłaniane jest 5% naturalnego światła słonecznego, z czego 1% dociera do powierzchni Ziemi.

Promieniowanie ultrafioletowe Słońca jonizuje gazy w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, co prowadzi do powstania jonosfery. Krótkie promienie UV są blokowane przez warstwę ozonu na wysokości około 200 km. Dlatego do powierzchni ziemi docierają jedynie promienie o długości fali 400-290 nm. Dziury ozonowe umożliwiają penetrację krótkofalowej części widma UV.

Intensywność działania zależy od:

Położenie geograficzne (szerokość geograficzna);

Pora dnia,

Warunki pogodowe.

Właściwości biologiczne promieniowania UV zależą od długości fali. Wyróżnia się 3 zakresy promieniowania UV:

1. Region A (400-320 nm) - fluorescencyjny, opalający.Jest to promieniowanie długofalowe, które stanowi jego dominującą część.Praktycznie nie jest pochłaniane przez atmosferę, dlatego dociera do powierzchni Ziemi. Emitują go także specjalne lampy stosowane w solariach.

Działanie:

Powoduje świecenie niektórych substancji (luminofory, niektóre witaminy);

Słaby ogólny efekt stymulujący;

Przekształcenie tyrozyny w melaninę (ochrona organizmu przed nadmiernym promieniowaniem UV).

Konwersja tyrozyny do melaniny zachodzi w melanocytach. Komórki te znajdują się w warstwie podstawnej naskórka. Melanocyty to komórki barwnikowe pochodzenia neuroektodermalnego. Są one rozmieszczone nierównomiernie w całym organizmie. Przykładowo w skórze czoła jest ich 3 razy więcej niż w skórze kończyn górnych. Osoby blade i osoby o ciemnej karnacji zawierają tę samą liczbę komórek pigmentowych, ale zawartość melaniny w nich jest inna. Melanocyty zawierają enzym tyrozynazę, który bierze udział w przekształcaniu tyrozyny w melaninę.

2. Region B (320 – 280 nm) – średniofalowe, opalające promieniowanie UV. Znaczna część tego zakresu jest pochłaniana przez ozon stratosferyczny.

Działanie:

Poprawa wydajności fizycznej i psychicznej;

Zwiększona odporność nieswoista;

Zwiększenie odporności organizmu na działanie czynników zakaźnych, toksycznych, rakotwórczych.

Wzmocnienie regeneracji tkanek;

Zwiększony wzrost.

Dzieje się tak na skutek stymulacji aminokwasów (tyrozyna, tryptofan, fenyloalanina itp.), pryrymidyny i zasad purynowych (tymina, cytozyna itp.). Prowadzi to do rozkładu cząsteczek białka (fotolizy) z utworzeniem substancji biologicznie czynnych (choliny, acetylocholiny, histaminy itp.). BAS aktywują procesy metaboliczne i troficzne.

3. Region C (280 – 200 nm) – promieniowanie krótkofalowe, bakteriobójcze. Jest aktywnie absorbowany przez warstwę ozonową atmosfery.

Działanie:

Synteza witaminy D;

Działanie bakteriobójcze.

Inne rodzaje promieniowania UV, a także promieniowanie widzialne, mają działanie bakteriobójcze, choć mniej wyraźne.

Uwaga! Średnio- i krótkofalowe promienie UV w dużych dawkach mogą powodować zmiany w kwasach nukleinowych i prowadzić do mutacji komórkowych. Jednocześnie promieniowanie długofalowe sprzyja odbudowie kwasów nukleinowych.

4. Wyróżniono także obszar D (315 – 265 nm), który ma wyraźną antyrachi-

tikowa akcja.

Wykazano, że do pokrycia dziennego zapotrzebowania na witaminę D potrzeba około 60 minimalnych dawek rumieniowych (MED) na odsłonięte partie ciała (twarz, szyja, ramiona). Aby to zrobić, musisz codziennie przebywać na słońcu przez 15 minut.

Brak promieniowania UV powoduje:

Krzywica;

Zmniejszenie ogólnego oporu;

Zaburzenia metaboliczne (w tym osteoporoza?).

Nadmiar promieniowania UV powoduje:

Zwiększone zapotrzebowanie organizmu na niezbędne aminokwasy, witaminy, sole Ca itp.;

Inaktywacja witaminy D (przekształcenie cholekalceferolu w substancje obojętne i toksyczne);

Tworzenie się związków nadtlenkowych i substancji epoksydowych, które mogą powodować aberracje chromosomowe, działanie mutagenne i rakotwórcze.

Zaostrzenie niektórych chorób przewlekłych (gruźlica, przewód pokarmowy, reumatyzm, kłębuszkowe zapalenie nerek itp.);

Rozwój fotoftalmii (zapalenie spojówek i zapalenie rogówki) 2–14 godzin po napromienianiu. Do rozwoju fotoftalmii może dojść na skutek działania: A – bezpośredniego światła słonecznego, B – światła rozproszonego i odbitego (śnieg, piasek na pustyni), C

– podczas pracy ze sztucznymi źródłami;

Dimeryzacja krystaliny białka (krystaliny), która powoduje rozwój zaćmy;

U osób z usuniętą soczewką (nawet w obszarze A) istnieje zwiększone ryzyko uszkodzenia siatkówki.

U osób z fermentopatią do zapalenia skóry;

Rozwój złośliwych nowotworów skóry (czerniak, rak podstawnokomórkowy, rak kolczystokomórkowy),

Immunosupresja (zmiany w stosunku subpopulacji limfocytów, zmniejszenie liczby komórek Langerhansa w skórze i zmniejszenie ich aktywności funkcjonalnej) → spadek odporności na choroby zakaźne,

Przyspieszone starzenie się skóry.

Naturalna ochrona organizmu przed promieniowaniem ultrafioletowym:

1. Powstawanie opalenizny związanej z pojawieniem się melaniny, która:

zdolny do pochłaniania fotonów i tym samym osłabiania działania promieniowania;

to pułapka na wolne rodniki powstające podczas naświetlania skóry.

2. Keratyzacja górnej warstwy skóry, a następnie peeling.

3. Tworzenie formy trans-cis kwasu urokowego (urokainowego). Związek ten jest w stanie wychwytywać kwanty promieniowania UV. Jest wydalany z ludzkim potem. W ciemności następuje odwrotna reakcja z uwolnieniem ciepła.

Kryterium wrażliwości skóry na promieniowanie UV jest próg oparzenia opalającego. Charakteryzuje się czasem początkowej ekspozycji na promieniowanie UV (czyli przed powstaniem przebarwień), po którym możliwa jest bezbłędna naprawa DNA.

W wyróżnia się średnie szerokości geograficzne 4 rodzaje skóry:

5. Szczególnie wrażliwa jasna skóra. Szybko robi się czerwony i nie opala się dobrze. Osobniki wyróżniają się niebieskimi lub zielonymi oczami, obecnością piegów, a czasem rudych włosów. Próg oparzenia opalania – 5-10 minut.

6. Wrażliwa skóra. Osoby tego typu mają oczy niebieskie, zielone lub szare, jasnobrązowe lub brązowe włosy. Próg spalania dla opalania wynosi 10-20 minut.

7. Skóra normalna (20-30 min.). Osoby o szarych lub jasnobrązowych oczach i ciemnobrązowych lub brązowych włosach.

8. Niewrażliwa skóra(30-45 minut). Osoby o ciemnych oczach, ciemnej skórze i ciemnym kolorze włosów.

Możliwa jest modyfikacja nadwrażliwości skóry. Substancje zwiększające wrażliwość skóry na światło nazywane są fotouczulaczami.

Fotouczulacze: aspiryna, brufen, indocid, librium, bactrim, lasix, penicylina, furanokumaryny roślinne (seler).

Grupy ryzyka rozwoju nowotworów skóry:

jasna, lekko przebarwiona skóra,

oparzenia słoneczne powstałe przed 15. rokiem życia,

obecność dużej liczby znamion,

obecność znamion o średnicy większej niż 1,5 cm.

Chociaż promieniowanie ultrafioletowe ma pierwszorzędne znaczenie w rozwoju nowotworów złośliwych,

skóry, istotnym czynnikiem ryzyka jest kontakt z substancjami rakotwórczymi -

mi, takie jak nikiel zawarty w pyle atmosferycznym i jego mobilne formy w glebie.

Ochrona przed nadmierną ekspozycją na promieniowanie UV:

1. Należy ograniczać czas przebywania w warunkach intensywnego nasłonecznienia, szczególnie w godzinach 10.00 – 14.00, czyli w godzinach szczytu aktywności UVR. Im krótszy cień, tym bardziej destrukcyjna aktywność UVR.

2. Należy nosić okulary przeciwsłoneczne (szklane lub plastikowe z ochroną UV).

3. Zastosowanie fotoprotektorów.

4. Stosowanie filtrów przeciwsłonecznych.

5. Dieta bogata w niezbędne aminokwasy, witaminy, makro- i mikroelementy (przede wszystkim składniki odżywcze o działaniu przeciwutleniającym).

6. Regularne badania przez dermatologa u osób z ryzykiem zachorowania na raka skóry. Sygnałami do natychmiastowego kontaktu z lekarzem jest pojawienie się nowego

ciemne plamy, utrata wyraźnych granic, zmiana pigmentacji, swędzenie i krwawienie.

Należy pamiętać, że promieniowanie UV intensywnie odbija się od piasku, śniegu, lodu, betonu, co może zwiększyć intensywność ekspozycji na promieniowanie UV o 10-50%. Należy pamiętać, że promienie UV, a szczególnie UVA, działają na człowieka nawet w pochmurne dni.

Fotoprotektory to substancje o działaniu ochronnym przed szkodliwym promieniowaniem UV. Efekt ochronny związany jest z absorpcją lub rozpraszaniem energii fotonów.

Fotoprotektory;

Kwas paraaminobenzoesowy i jego estry;

Melanina pozyskiwana ze źródeł naturalnych (takich jak grzyby). Fotoprotektory dodawane są do filtrów przeciwsłonecznych i balsamów.

Filtry przeciwsłoneczne.

Istnieją 2 rodzaje - z efektem fizycznym i efektem chemicznym. Krem należy nakładać 15-30 minut przed opalaniem i ponownie co 2 kolejne godziny.

Fizyczne filtry przeciwsłoneczne zawierają związki takie jak dwutlenek tytanu, tlenek cynku i talk. Ich obecność powoduje odbicie promieni UVA i UVB.

Do filtrów przeciwsłonecznych o działaniu chemicznym zaliczamy produkty zawierające 2-5% benzofenonu lub jego pochodnych (oksybenzon, benzofenon-3). Związki te absorbują promieniowanie UV i w efekcie rozpadają się na 2 części, co prowadzi do absorpcji energii UVR. Skutkiem ubocznym jest powstawanie dwóch fragmentów wolnych rodników, które mogą uszkadzać komórki.

Filtr przeciwsłoneczny SPF-15 odfiltrowuje około 94% promieni UVR, SPF-30 blokuje 97% promieni UVR, głównie UVB. Filtracja UVA w chemicznych filtrach przeciwsłonecznych jest niska i odpowiada za 10% absorpcji UVB.

Promieniowanie. Energia promieniująca ma poważny wpływ na mikroorganizmy. Światło słoneczne wspomaga żywotną aktywność grupy drobnoustrojów fototroficznych, w których pod wpływem energii słonecznej zachodzą reakcje biochemiczne. Większość mikroorganizmów jest fotofobiczna, to znaczy boi się światła. Bezpośrednie światło słoneczne ma szkodliwy wpływ na drobnoustroje, o czym świadczą doświadczenia Buchnera. Polega na zaszczepieniu kultury bakteryjnej na płytkę agarową, umieszczeniu kawałków ciemnego papieru na dnie kubka i naświetleniu kubka bezpośrednim światłem słonecznym przez 1-2 godziny od dna, po czym następuje inkubacja. Wzrost bakterii obserwuje się jedynie w obszarach odpowiadających kawałkom papieru. Niszczycielskie działanie światła słonecznego wiąże się przede wszystkim z ekspozycją na promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 234 – 300 nm, które jest absorbowane przez DNA i powoduje dimeryzację tyminy. To działanie promieni ultrafioletowych służy do neutralizacji powietrza w różnych pomieszczeniach, szpitalach, salach operacyjnych, oddziałach itp.

Promieniowanie jonizujące działa szkodliwie także na mikroorganizmy, jednakże drobnoustroje są na ten czynnik wysoce odporne i radioodporne (ich śmierć następuje po napromieniowaniu w dawkach 10 000 – 100 000 R). Jest to związane z niewielkimi rozmiarami celu ze względu na niską zawartość kwasów nukleinowych w mikroorganizmach. Do sterylizacji niektórych substancji biologicznie czynnych i produktów spożywczych wykorzystuje się promieniowanie jonizujące. Zaletą tej metody jest to, że podczas takiej obróbki właściwości obrabianego przedmiotu nie ulegają zmianie.

Suszenie jest jednym z czynników regulujących zawartość mikroorganizmów w środowisku zewnętrznym. Stosunek drobnoustrojów do tego efektu zależy w dużej mierze od warunków, w jakich on występuje. W warunkach naturalnych suszenie ma szkodliwy wpływ na formy wegetatywne bakterii, ale praktycznie nie ma wpływu na zarodniki, które mogą przetrwać w stanie suchym przez dziesięciolecia. Podczas procesu suszenia komórki wegetatywne tracą wolną wodę i następuje denaturacja białek cytoplazmatycznych. Jednak wiele bakterii, zwłaszcza patogennych, można dobrze zachować w stanie wysuszonym, będąc w materiale patologicznym, na przykład w plwocinie, która tworzy coś w rodzaju osłony wokół komórek bakteryjnych.

Po wysuszeniu ze stanu zamrożonego w próżni mikroorganizmy dobrze zachowują swoją żywotność, co wiąże się z przejściem do stanu zawieszonej animacji. Ta metoda liofilizacji jest szeroko stosowana do konserwacji kultur muzealnych mikroorganizmów.

Ciśnienie. Mikroorganizmy są odporne na wysokie ciśnienie atmosferyczne, dzięki czemu mogą istnieć i rozwijać się na dużych głębokościach - do 10 000 m. Mikroorganizmy dobrze tolerują wysokie ciśnienie hydrostatyczne - do 5000 atm.

Ultradźwięk. Kiedy mikroorganizmy poddaje się działaniu ultradźwięków, obserwuje się śmierć komórek w wyniku ich rozpadu. Uważa się, że pod wpływem ultradźwięków w komórce tworzą się wnęki kawitacyjne, w których wytwarza się wysokie ciśnienie, co prowadzi do zniszczenia struktur komórkowych.

Wpływ różnych form energii promienistej na mikroorganizmy objawia się na różne sposoby. Działanie opiera się na określonych zmianach chemicznych lub fizycznych zachodzących w komórkach mikroorganizmów i w środowisku.

Działanie energii promienistej podlega ogólnym prawom fotochemii - zmiany mogą być spowodowane jedynie promieniami pochłoniętymi. W związku z tym zdolność penetracji promieni ma ogromne znaczenie dla skuteczności napromieniania.

Światło. W naturze mikroorganizmy są stale narażone na działanie promieniowania słonecznego. Światło jest niezbędne do życia jedynie mikroorganizmom fotosyntetycznym, które wykorzystują energię świetlną w procesie asymilacji dwutlenku węgla. Mikroorganizmy niezdolne do fotosyntezy dobrze rosną w ciemności. Bezpośrednie światło słoneczne jest szkodliwe dla mikroorganizmów; nawet rozproszone światło w pewnym stopniu hamuje ich wzrost. Jednak rozwój wielu pleśni w ciemności przebiega nienormalnie: przy ciągłym braku światła tylko grzybnia rozwija się dobrze, a zarodnikowanie jest hamowane.

Bakterie chorobotwórcze (z nielicznymi wyjątkami) są mniej odporne na światło niż bakterie saprofityczne.

Wiadomo, że energia promieniowania przekazywana jest „porcjami” – kwantami. Działanie kwantu zależy od zawartej w nim energii. Ilość energii zmienia się w zależności od długości fali: im dłuższa, tym niższa energia kwantu.

Promienie podczerwone (promienie IR) mają stosunkowo długą długość fali. Energia tych promieni nie jest wystarczająca, aby wywołać zmiany fotochemiczne w substancjach je pochłaniających. Zasadniczo zamienia się w ciepło, które ma szkodliwy wpływ na mikroorganizmy podczas stosowania promieniowania IR do obróbki cieplnej produktów.

Promienie ultrafioletowe. Promienie te stanowią najbardziej aktywną część widma słonecznego, powodując jego działanie bakteriobójcze. Mają wysoką energię, to wystarczy

precyzyjne, aby wywołać zmiany fotochemiczne w cząsteczkach podłoża i komórce, która je absorbuje.

Największe działanie bakteriobójcze mają promienie o długości fali 250–260 nm.

Skuteczność ekspozycji promieni UV na mikroorganizmy zależy od dawki promieniowania, czyli od ilości pochłoniętej energii. Ponadto znaczenie ma charakter napromienianego podłoża: jego pH, stopień zanieczyszczenia drobnoustrojami, a także temperatura.

Już bardzo małe dawki promieniowania działają stymulująco na poszczególne funkcje mikroorganizmów. Wyższe

ale dawki, które nie prowadzą do śmierci, powodują zahamowanie poszczególnych procesów metabolicznych, zmianę właściwości mikroorganizmów, aż do zmian dziedzicznych. W praktyce wykorzystuje się to do otrzymywania odmian mikroorganizmów o dużej zdolności do wytwarzania antybiotyków, enzymów i innych substancji biologicznie czynnych. Dalsze zwiększanie dawki” prowadzi do śmierci. Przy dawce poniżej dawki śmiertelnej możliwe jest przywrócenie (reaktywacja) normalnego życia.

Różne mikroorganizmy nie są jednakowo wrażliwe na tę samą dawkę promieniowania (ryc. 24, 25).

Spośród bakterii bezzarodnikowych szczególnie wrażliwe na promieniowanie są bakterie pigmentowe, które wydzielają pigment w otaczającym obszarze.

środowisko życia. Bakterie pigmentowe zawierające pigmenty karotenoidowe są niezwykle trwałe, ponieważ pigmenty karotenoidowe mają właściwości ochronne przed promieniami UV.

Zarodniki bakterii są znacznie bardziej odporne na działanie promieni UV niż komórki wegetatywne. Zabicie zarodników wymaga 4–5 razy więcej energii (patrz Tabela 9). Zarodniki grzybów są bardziej odporne niż grzybnia.

Śmierć mikroorganizmów może być konsekwencją zarówno bezpośredniego działania promieni UV na komórki, jak i niekorzystnych dla nich zmian w napromienianym podłożu.

Promienie UV dezaktywują enzymy, są adsorbowane przez niezbędne substancje

komórek (białka, kwasy nukleinowe) i powodować zmiany - uszkodzenia ich cząsteczek. W napromieniowanym środowisku mogą powstawać substancje (nadtlenek wodoru, ozon itp.) mające szkodliwy wpływ na mikroorganizmy.

Obecnie w praktyce szeroko wykorzystuje się promienie UV. Sztucznym źródłem promieniowania ultrafioletowego są często niskoprężne lampy argonowo-rtęciowe, zwane lampami bakteriobójczymi (BUV-15,

Promienie ultrafioletowe służą do dezynfekcji powietrza w komorach chłodniczych, pomieszczeniach medycznych i przemysłowych. Leczenie promieniami UV przez 6 godzin niszczy do 80% bakterii i pleśni w powietrzu. Promienie takie można stosować w celu zapobiegania zakażeniom z zewnątrz podczas butelkowania, konfekcjonowania i konfekcjonowania produktów spożywczych, preparatów leczniczych, a także do dezynfekcji pojemników, materiałów opakowaniowych, sprzętu i przyborów (w placówkach gastronomii).

W ostatnim czasie z powodzeniem wykorzystuje się bakteriobójcze właściwości promieni UV do dezynfekcji wody pitnej.

Sterylizację produktów spożywczych promieniami UV utrudnia ich niska zdolność przenikania, dlatego też działanie tych promieni pojawia się jedynie na powierzchni lub w bardzo cienkiej warstwie. Wiadomo jednak, że napromienianie schłodzonego mięsa i przetworów mięsnych wydłuża ich trwałość o 2–3 razy.