Ο ανθρώπινος οργανισμός προκειμένου να διατηρεί σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον είναι υποχρεωμένος να τροποποιεί συνεχώς τη λειτουργία του .Συμφωνείται με την πρόταση ; Να αιτιολογήσετε την άποψη σας παραθέτοντας επιχειρήματα που θα αντλήσετε από το σχολικό σας εγχειρίδιο.Απάντηση :Συμφωνώ με την παραπάνω πρόταση ,καθώς η πρόταση αυτή χαρακτηρίζει την Ομοιόσταση , την ικανότητα δηλαδή του οργανισμού (κι ενός συστήματος γενικότερα) να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος (θερμοκρασία , συγκεντρώσεις διαφόρων συστατικών κτλ.) παρά τις εξωτερικές μεταβολές . Η ομοιόσταση επιτυγχάνεται με συνεχείς τροποποιήσεις στην λειτουργία διαφόρων οργάνων (νεφρά,πνεύμονες ,καρδιά κτλ ),δεδομένου ότι καθένα από τα όργανα που διαθέτουμε επιτελεί μια συγκεκριμένη ομοιοστατική λειτουργία Στον ανθρώπινο οργανισμό υπάρχουν ομοιοστατικοί μηχανισμοί που ρυθμίζουν :

• τη θερμοκρασία του σώματος (δέρμα) ,•τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα ,• τη συγκέντρωση του νερού ,• το pH του αίματος , που πρέπει να είναι σταθερό στο 7,4• τα επίπεδα του CO2 στο αίμα • την εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών καθώς και την

διατήρηση των δυνητικά παθογόνων σε χαμηλά ,ανεκτά , επίπεδα συγκέντρωσης (ανοσοβιολογικό σύστημα )Παραδείγματα διαφοροποίησης της λειτουργίας του οργανισμού ,ώστε να επιτευχθεί η Ομοιόσταση , είναι :Α) η αγγειοδιαστολή των αγγείων που παρατηρείται όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι υψηλή και η αγγειοσυστολή των αγγείων όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι χαμηλή .Β) η ενεργοποίηση της Ανοσοβιολογικής Απόκρισης στην περίπτωση λοίμωξης και ο τερματισμός αυτής όταν εξουδετερωθούν τα παθογόνα μικρόβια .

Πολλοί θεωρούν το σύνολο των μικροβίων απειλητικό για την υγεία του ανθρώπου . Συμφωνείτε με την άποψη τους ; Με ποιους τρόπους ένα μικρόβιο μπορεί να πλήξει την υγεία του ανθρώπου ;Απάντηση :Δε συμφωνούμε με την άποψη αυτή . Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί όχι μόνο δεν είναι βλαβεροί για τον άνθρωπο αλλά αντίθετα είναι χρήσιμοι ή και απαραίτητοι καθώς συμμετέχουν σε σημαντικές διεργασίες (όπως η αποικοδόμηση της νεκρής οργανικής ύλης ) ή χρησιμοποιούνται για τον άνθρωπο για την παραγωγή ουσιών χρήσιμων σε διάφορους τομείς: π.χ.-βακτήρια και μύκητες για την παραγωγή αντιβιοτικών-βακτήρια και μύκητες για την παραγωγή κρασιού , μπύρας , ψωμιού , γιαουρτιού κ.α.-βακτήρια για την παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών π.χ.ινσουλίνηςΕπίσης πολλοί μικροοργανισμοί βρίσκονται πάνω στο δέρμα μας καθώς και σε πολλές κοιλότητες του σώματός μας αποτελώντας τη Φυσική Μικροχλωρίδα του οργανισμού μας . Αυτή η Φυσική Μικροχλωρίδα μας βοηθά για δύο λόγους: α) αποτελεί μέρος του Ανοσοβιολογικού συστήματος καθώς τα μικρόβια αυτά δρουν ανταγωνιστικά σε παθογόνα μικρόβια και τα εμποδίζουν να εγκατασταθούν στο σώμα μας β) παράγονται χρήσιμες χημικές ουσίες τις οποίες ο άνθρωπος δε μπορεί να συνθέσει μόνος του π.χ. το βακτήριο Escherichia coli που ζει στο παχύ έντερο και βοηθά στη σύνθεση της βιταμίνης Κ ,η οποία συμβάλλει στην πήξη του αίματος .

Βέβαια μερικά μικρόβια μας προκαλούν ασθένειες (παθογόνα) και άλλα μπορεί να μας προκαλέσουν προβλήματα αν μεταναστεύσουν σε άλλους ιστούς του σώματός μας ή αν αυξηθούν υπέρμετρα λόγω εξασθένησης του ανοσοβιολογικού μας συστήματος (Δυνητικά παθογόνα) .Τα παθογόνα μικρόβια πλήττουν την υγεία μας με τον εξής τρόπο : Εισέρχονται (μόλυνση), εγκαθίστανται και πολλαπλασιάζονται (λοίμωξη) και στη συνέχεια καταστρέφουν κύτταρα του οργανισμού μας ,προκαλώντας με αυτόν τον τρόπο διαταραχή της Ομοιόστασης άρα και την εμφάνιση της ασθένειας . Η

καταστροφή των κυττάρων μας γίνεται είτε με τις τοξίνες που διαθέτουν (εξωτοξίνες-ενδοτοξίνες) είτε με τον παρασιτικό τρόπο πολλαπλασιασμού αυτών μέσα στα κύτταρά μας ( βλέπε ιούς αλλά και άλλα ενδοκυτταρικά παράσιτα όπως πλασμώδιο) Μερικοί θεωρούν ότι η δημιουργία ενδοσπορίων στα βακτήρια δεν αποτελεί τρόπο πολλαπλασιασμού τους . Είναι βάσιμη κατά τη γνώμη σας η άποψή τους;Απάντηση :Τα ενδοσπόρια είναι αφυδατωμένα κύτταρα , με ανθεκτικά τοιχώματα και χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς που δημιουργούνται όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες για το βακτήριο είναι δυσμενείς όπως π.χ. ακραίες θερμοκρασίες , δράση ακτινοβολιών . Οι ανθεκτικές αυτές μορφές βακτηρίων δε μπορούν να διαιρεθούν λόγω παχιών τοιχωμάτων και χαμηλού μεταβολικού ρυθμού , που συνεπάγεται έλλειψη ενέργειας και ενζύμων . Άρα τα ενδοσπόρια θεωρούνται μηχανισμοί επιβίωσης και όχι τρόπος αναπαραγωγής .Βέβαια εξυπηρετούν την αναπαραγωγή γιατί βοηθούν το βακτήριο να ξεπεράσει τις αντίξοες συνθήκες και όταν αυτές γίνουν ευνοϊκές τα ενδοσπόρια βλαστάνουν ,δίνοντας το καθένα ένα βακτήριο , που στην συνέχεια θα αρχίσει να διαιρείται και να πολλαπλασιάζεται .Τρεις μέρες μετά από την αγορά και την κατανάλωση παστεριωμένου γάλατος σε κονσέρβα διαπιστώσατε ότι το υπόλοιπο του περιεχομένου της , παρά το ότι είχε τοποθετηθεί στο ψυγείο , << έκοψε >> . Τι μπορεί να συνέβη κατά τη γνώμη σας ; Απάντηση :Το παστεριωμένο γάλα έχει θερμανθεί στους 62οC για μισή ώρα , οπότε καταστρέφονται όλα τα παθογόνα αλλά και τα περισσότερα μη παθογόνα ενώ συγχρόνως διατηρείται η γεύση του . Εξακολουθούν όμως να υπάρχουν μέσα στο γάλα κάποια βακτήρια παθογόνα με τη μορφή ενδοσπορίων . Επιπρόσθετα με το άνοιγμα της κονσέρβας κάποια μικρόβια της εξωτερικής επιφάνειας της καθώς και του αέρα εισήλθαν στο εσωτερικό της . Επομένως η συντήρηση του ψυγείου (20C-8oC) δεν αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των βακτηρίων αλλά απλώς τον καθυστερεί , αυξάνοντας τον χρόνο διαίρεσης τους.Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι οι μικροοργανισμοί του γάλακτος αυξάνονται με αργό ρυθμό μέσα στη συντήρηση, και αξιοποιώντας τα θρεπτικά συστατικά του γάλακτος(δισακχαρίτης Λακτόζη) πραγματοποιείται η γαλακτική ζύμωση με αποτέλεσμα το γάλα να <<κόψει>> και να ξινίσει καθιστώντας το έτσι ακατάλληλο για την υγεία μας . Είναι πιθανό να αποτελούμε ξενιστές για παθογόνους μικροοργανισμούς χωρίς να νοσούμε ;Απάντηση :Είναι πιθανό κάποιοι άνθρωποι να αποτελούν ξενιστές για κάποια μικρόβια χωρίς όμως να νοσούν για κάποιον λόγο σύμφωνα με τα παρακάτω :◊ Ο ιός που μας μόλυνε να βρίσκετε σε λανθάνουσα κατάσταση , δηλαδή το γενετικό του υλικό να είναι ενσωματωμένο στο δικό μας αλλά αδρανοποιημένο. Έτσι τα κύτταρά μας είναι απόλυτα υγιή , αλλά ταυτόχρονα είμαστε φορείς του ιού και μπορούμε να μεταδώσουμε την ασθένεια .◊ Να έχουμε κάνει εμβόλιο για το συγκεκριμένο μικρόβιο ή να μας έχει μολύνει το ίδιο μικρόβιο ,με φυσικό ,τρόπο στο παρελθόν με αποτέλεσμα να διαθέτουμε λεμφοκύτταρα μνήμης τα οποία θυμούνται τον μικροοργανισμό και η Ανοσοβιολογική Απόκριση (Δευτερογενής) να είναι γρήγορη και αποτελεσματική ,οπότε να μη νοσούμε .◊ Να διαθέτουμε ισχυρό ανοσοβιολογικό σύστημα σε σχέση με την μικρή μολυσματική ικανότητα του μικροοργανισμού .◊ Να γίνεται χορήγηση ορού ,δηλαδή έτοιμων αντισωμάτων τα οποία εξουδετερώνουν τον παθογόνο μικροοργανισμό .◊ Ο μικροοργανισμός να είναι δυνητικά παθογόνος και να μη βρίσκεται στον ιστό εκείνο στον οποίο η ανάπτυξή του θα οδηγούσε σε λοίμωξη .Ανάμεσα στα μέλη της επιστημονικής κοινότητας υπάρχουν αρκετοί που θεωρούν τους ιούς έμβια όντα ενώ άλλοι πιστεύουν ότι οι ιοί αποτελούν απλές χημικές ενώσεις . Με ποια από τις δύο απόψεις συμφωνείτε ; Να αιτιολογήσετε την άποψη σας .Απάντηση :

Πολλοί επιστήμονες θεωρούν τους ιούς απλές χημικές ενώσεις , αποκαλώντας τους << παθογόνους παράγοντες >> και όχι ζωντανούς μικροοργανισμούς . Την άποψή τους αυτή τη στηρίζουν στο γεγονός ότι ο ιός δεν έχει κανένα οργανίδιο και δεν μπορεί να επιτελέσει από μόνος του τις λειτουργίες που πραγματοποιούνται σε ένα ζωντανό κύτταρο, όπως : μεταβολισμός , κίνηση , ομοιόσταση , αναπαραγωγή , αντίδραση στα διάφορα εξωτερικά ερεθίσματα . Τα παραπάνω αποτελούν χαρακτηριστικά της ζωής και επειδή ο ιός λόγω της ακυτταρικής του δομής δε τα διαθέτει , δε θεωρείται από πολλούς επιστήμονες έμβιο ον .Κάποιοι όμως επιστήμονες , στηριζόμενοι στο γεγονός ότι ο ιός διαθέτει γενετικό υλικό και μπορεί να αναπαραχθεί, έστω και με τη βοήθεια του κυττάρου ξενιστή , θεωρούν έχει ιστορική συνέχεια και εξελικτική ανεξαρτησία άρα είναι ζωντανός οργανισμός .Η δυσκολία αυτή να προσδιορίσουμε το τι είναι ζωντανό και τι όχι , μας αναγκάζει να κατατάξουμε τους ιούς σε μια ξεχωριστή κατηγορία : τις ακυτταρικές μη αυτοτελείς μορφές ζωής .

Να συγκρίνετε , όσον αφορά τη δομή και τη λειτουργία , τους προκαρυωτικούς οργανισμούς και τους ιούς . Απάντηση :ΔΟΜΙΚΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣΒΑΚΤΗΡΙΑ ΙΟΙ1 Έχουν μεγαλύτερο μέγεθος,

τάξης μεγέθους 1 μm(10-6m) και είναι ορατά με το οπτικό μικροσκόπιο .

Έχουν μικρότερο μέγεθος , 20 έως 250 nm(10-9m) και είναι ορατά μόνο με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο .

2 Έχουν ως κύριο γενετικό υλικό ένα κυκλικό δίκλωνο μόριο DNA.

Το γενετικό τους υλικό μπορεί να είναι είτε DNA είτε RNA( όλες οι πιθανές μορφές κυκλικό – γραμμικό ,δίκλωνο –μονόκλωνο) .

3 Έχουν ως δευτερεύον γενετικό υλικό τα πλασμίδια (μικρότερα κυκλικά μόρια DNA ) .

Δεν περιέχουν πλασμίδια .

4 Έχουν κυτταρικό τοίχωμα . Δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα .5 Μερικά βακτήρια έχουν κάψα. Όλοι οι ιοί έχουν καψίδιο

(πρωτεϊνικής φύσεως περίβλημα , με χαρακτηριστική γεωμετρία ).

6 Κάποια βακτήρια έχουν βλεφαρίδες ή μαστίγια -για την κίνησή τους .

Δεν εμφανίζουν τέτοιες δομές .

7 Τα μοναδικά οργανίδια που περιέχουν είναι τα ριβοσώματα .

Δεν περιέχουν κανένα οργανίδιο .

8 Σε δυσμενείς συνθήκες σχηματίζουν ενδοσπόρια (αφυδατωμένα κύτταρα με ανθεκτικά τοιχώματα και χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς )

Δεν σχηματίζουν ενδοσπόρια .

9 Παρουσιάζουν γενικότερα κυτταρική δομή .

Ακυτταρικοί σχηματισμοί .

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΙΟΙ10 Έχουν πρωτεϊνοσύνθεση

(σύνθεση πρωτεϊνών με την Δεν έχουν πρωτεϊνοσύνθεση .

βοήθεια των ριβοσωμάτων ) 11 Έχουν κυτταρική αναπνοή

(οξείδωση γλυκόζης για την παραγωγή ενέργειας με την μορφή ΑΤΡ –τριφωσφορική αδενοσίνη -)

Δεν παρουσιάζουν κυτταρική αναπνοή .

12 Σαν συνέπεια των 10 και 11 μπορούμε να πούμε ότι τα βακτήρια έχουν γενικά μεταβολισμό δηλαδή αναβολισμό(σύνθεση βιομορίων) και καταβολισμό (διάσπαση βιομορίων ) .

Δεν επιτελούν μεταβολικές διαδικασίες .

13 Μπορούν να κινηθούν αυτοτελώς .

Δεν μπορούν να κινηθούν από μόνοι τους (αφού δεν διαθέτουν ενέργεια).

14 Μπορούν να αναπαραχθούν από μόνοι τους(μονογονικά με εγκάρσια διχοτόμηση ).

Δεν μπορούν να αναπαραχθούν από μόνοι τους παρά μόνο με την βοήθεια του κυττάρου ξενιστή .

15 Δεν είναι υποχρεωτικά παράσιτα .

Είναι υποχρεωτικά παράσιτα .

16 Δεν είναι όλα τα βακτήρια παθογόνα .

Όλοι οι ιοί είναι βλαβεροί ,καταστρέφουν το κύτταρο ξενιστή .

ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ -ΙΩΝΕίναι και οι δύο μικροοργανισμοί(διάμετρος μικρότερη του 0.1 mm) , προκαλούν ασθένειες , έχουν γενετικό υλικό , διαθέτουν πρωτεϊνικά περιβλήματα , μπορούν και αναπαράγονται με τη βοήθεια του γενετικού υλικού που διαθέτουν , διαθέτουν ένζυμα που καταλύουν κάποιες λειτουργίες τους .

Ένας ερευνητής μπέρδεψε τα τρία δείγματα μικροβίων ( Α, Β, Γ) με τα οποία εργαζόταν . Αν το μικρόβιο Α διαθέτει μια κεντρική περιοχή όπου είναι συγκεντρωμένο το γενετικό υλικό , το μικρόβιο Β διαθέτει πολυάριθμους πυρήνες και το μικρόβιο Γ δεν έχει καθόλου πυρήνα , μπορείτε να τον βοηθήσετε να διαπιστώσει ποιο μικρόβιο είναι μύκητας , ποιο ιός και ποιο βακτήριο ;Απάντηση :Το μικρόβιο Α όπου το γενετικό του υλικό βρίσκεται συγκεντρωμένο σε μια κεντρική περιοχή είναι βακτήριο και η περιοχή αυτή είναι η πυρηνική περιοχή ή αλλιώς πυρηνοειδές .Το μικρόβιο Β είναι ο μύκητας , επειδή γνωρίζουμε ότι ο μύκητας είναι ευκαρυωτικός οργανισμός και επομένως διαθέτει πυρήνα . Το μικρόβιο Γ είναι ο ιός αφού οι ιοί δε διαθέτουν πυρήνα και δε μπορεί να είναι και κάτι από τα προηγούμενα . Ένα ποτήρι με παστεριωμένο γάλα στο οποίο περιέχονται δύο ενδοσπόρια βακτηρίων ξεχάστηκε έξω από το ψυγείο . Αν οι συνθήκες που επικρατούν στο δωμάτιο είναι κατάλληλες για τη βλάστηση και των πολλαπλασιασμό των ενδοσπορίων , ποιος είναι ο μεγαλύτερος αριθμός βακτηρίων που θα υπάρχουν στο ποτήρι μετά από 8 ώρες ;(Να υπολογισθεί ότι τα βακτήρια διαιρούνται κάθε 20 λεπτά)Απάντηση :Ισχύει ο τύπος: Ν=Ν0*2ν (βλέπε απόδειξη προηγούμενης άσκησης)Το κάθε ενδοσπόριο βλαστάνει και δίνει ένα βακτήριο ,άρα Ν0=2 .

Σε 20 λεπτά γίνεται 1 διαίρεση Σε 8*60 λεπτά γίνονται Χ; διαιρέσεις

_________________________________________

Χ=8*60/20=24 διαιρέσειςΆρα έχουμε : Ν=2*224=225 βακτήρια

Μια βακτηριακή καλλιέργεια που ξεκίνησε από δύο βακτήρια μέσα σε χρόνο 60 λεπτών οκταπλασίασε τον πληθυσμό της . Κάθε πόσα λεπτά αναπαράγονται τα βακτήρια που την αποτελούν ;Απάντηση :Τα βακτήρια αναπαράγονται μονογονικά με απλή διχοτόμηση . Επομένως το ένα βακτήριο (20) μετά από μια βακτηριακή διαίρεση μας δίνει δυο(21) νέα βακτήρια , τα δύο μετά τη δεύτερη διαίρεση μας δίνουν τέσσερα (22) νέα βακτήρια ,τα οποία με τη σειρά τους θα μας δώσουν οκτώ(23)κ.ο.κΠαρατηρώ ότι τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται με γεωμετρική πρόοδο με λόγο δύο .Άρα ισχύει ο τύπος: Ν=Ν0*2ν Όπου Ν0 ο αρχικός πληθυσμός των βακτηρίων

Ν ο τελικός πληθυσμός των βακτηρίωνν ο αριθμός των βακτηριακών διαιρέσεων

Επειδή ο πληθυσμός των βακτηρίων οκταπλασιάστηκε θα έχουμε Ν=2*8=16Άρα προκύπτει 16=2*2ν 2ν=82ν=23ν=3 βακτηριακές διαιρέσεις .

Οι 3 διαιρέσεις γίνονται σε 60 λεπτάΗ 1 διαίρεση γίνεται σε Χ; λεπτά_______________________________________

Χ=60*1/3=20 λεπτά Άρα τα βακτήρια αναπαράγονται κάθε 20 λεπτά .

Ένα βακτήριο κατόρθωσε να εισδύσει στον οργανισμό μας μέσω του δέρματος και να εισέλθει στην κυκλοφορία του αίματος . Ποιοι αμυντικοί μηχανισμοί παρακάμφθηκαν , ποιοι και με ποια σειρά πρόκειται να ενεργοποιηθούν ;Απάντηση :Παρέκαμψε το δέρμα ,που αποτελεί ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΜΗ ΕΙΔΙΚΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΑΜΥΝΑΣ. Το δέρμα εμποδίζει αποτελεσματικά την είσοδο των μικροβίων με τους επιμέρους μηχανισμούς άμυνας που διαθέτει :α) κεράτινη στιβάδαβ) γαλακτικό οξύ και λυσοζύμη που περιέχονται στον ιδρώταγ) λιπαρά οξέα που περιέχονται στο σμήγμα δ) φυσιολογική μικροχλωρίδα

Στο εσωτερικό του οργανισμού μας , το βακτήριο , έχει να αντιμετωπίσει;Α . ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΜΗ ΕΙΔΙΚΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥΣ ΑΜΥΝΑΣ όπως:

α) φαγοκυττάρωσηβ) φλεγμονώδης αντίδρασηγ) πυρετόςδ) αντιμικροβιακές ουσίες όπως συμπλήρωμα και προπερδίνη

Β . ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΕΙΔΙΚΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥΣ ΑΜΥΝΑΣ όπως;α) χυμική ανοσία , με την δράση των αντισωμάτωνβ) κυτταρική ανοσία , με τη δράση των Τ-κυτταροτοξικών λεμφοκυττάρων

Ένας ιός κατόρθωσε να εισδύσει στον οργανισμό μας μέσω του δέρματος και να εισέλθει στην κυκλοφορία του αίματος . Ποιοι αμυντικοί μηχανισμοί παρακάμφθηκαν , ποιοι και με ποια σειρά πρόκειται να ενεργοποιηθούν ;

Απάντηση :

Η ίδια απάντηση με την προηγούμενη , με τις εξής όμως διαφορές :α) δε θα αναφερθεί η Λυσοζύμη ,γιατί η δράση της οφείλεται στην καταστροφή του κυτταρικού τοιχώματος ,δομή που δε διαθέτουν όμως οι ιοί . β) θα προσθέσουμε τις Ιντερφερόνες στις αντιμικροβιακές ουσίες των Εσωτερικών Μη ειδικών Μηχανισμών Άμυνας επειδή δρουν αποκλειστικά σε περίπτωση ιώσεων .Ποιο είδος ανοσίας μας προστατεύει γρηγορότερα , η τεχνητή παθητική ανοσία ή φυσική ενεργητική : Αιτιολογείστε την απάντησή σας .Απάντηση :

Η τεχνητή παθητική ανοσία , δηλαδή η ανοσία που επιτυγχάνεται με τη χορήγηση Ορού , γιατί χορηγούνται έτοιμα αντισώματα τα οποία ενώνονται με τα αντιγόνα και το εξουδετερώνουν άμεσα .Στη φυσική ενεργητική ανοσία τα αντισώματα τα παράγει ο ίδιος ο οργανισμός μας και για αυτό το λόγο καθυστερεί η παραγωγή τους και επομένως και η δράση τους .

Ποιο είδος ανοσίας μας προστατεύει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από ένα μικροοργανισμό , η παθητική ή η ενεργητική ; Αιτιολογήστε την απάντησή σας .Απάντηση :Η ενεργητική γιατί σε αυτήν δραστηριοποιείται το ανοσοβιολογικό μας σύστημα και παράγονται Β- και Τ-λεμφοκύτταρα μνήμης που << θυμούνται>> τον συγκεκριμένο μικροοργανισμό για μεγάλο χρονικό διάστημα .Στην παθητική ανοσία δεν αντιδρά το ανοσοβιολογικό μας σύστημα και δε παράγονται λεμφοκύτταρα μνήμης .

Το διάγραμμα παρουσιάζει τη μεταβολή της συγκέντρωσης των αντισωμάτων στο αίμα ενός ανθρώπου που μολύνθηκε ταυτόχρονα από δύο διαφορετικά μικρόβια (Α και Β) . Να επισημάνετε δύο διαφορές στη γραφική παράσταση της μεταβολής της συγκέντρωσης κάθε αντισώματος και να τις αιτιολογήσετε .

ΣυγκέντρωσηΑντισωμάτων

Μικρόβιο Α

Μικρόβιο β

ΗμέρεςΜόλυνση

Απάντηση :Αν συγκρίνουμε τις δύο καμπύλες παραγωγής αντισωμάτων παρατηρούμε δύο σημαντικές διαφορές :α) όταν ο άνθρωπος μολύνεται από το μικρόβιο β η παραγωγή αντισωμάτων καθυστερεί περισσότερο , ενώ όταν μολύνεται από το μικρόβιο α αρχίζει γρηγορότερα η αντίδραση του ανοσοβιολογικού συστήματος και η παραγωγή των αντισωμάτων .β) Το ανοσοβιολογικό σύστημα αντιδρά εντονότερα-μεγαλύτερη παραγωγή αντισωμάτων-ύστερα από την μόλυνση με το μικρόβιο α , ενώ όταν μολύνεται από το μικρόβιο β η ποσότητα των αντισωμάτων που παράγονται είναι μικρότερη .Οι διαφορές αυτές αιτιολογούνται από το γεγονός ότι η Ανοσοβιολογική Απόκριση είναι Δευτερογενής στην περίπτωση του μικροβίου Α και επομένως ο άνθρωπος διαθέτει Β- και Τ-Λεμφοκύτταρα μνήμης που ενεργοποιούνται πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά . Πιθανόν ο άνθρωπος αυτός να έχει περάσει την ασθένεια που προκαλεί το μικρόβιο β στο παρελθόν ή να έχει κάνει εμβόλιο για αυτήν την ασθένεια .

Να τοποθετήσετε το σύμβολο + στα ορθογώνια στα οποία πιστεύετε ότι υπάρχει αντιστοίχιση ανάμεσα στους όρους της κατακόρυφης και της οριζόντιας στήλης :Απάντηση :

ορός αντιβιοτικό Τ-λεμφοκύτταροιός + +βακτήριο + + +τοξίνη + + +καρκινικό κύτταρο + Να εξηγήσετε γιατί :α) Μπορούμε να νοσήσουμε από ερυθρά ή παρωτίτιδα μία φορά , ενώ από γρίπη επανειλημμένα .β) Τα μωρά που θηλάζουν έχουν μικρότερη πιθανότητα να νοσήσουν από μια μολυσματική ασθένεια από εκείνα που δε θηλάζουν .γ) Δε χρησιμοποιούμε αντιβιοτικά για την αντιμετώπιση του κρυολογήματος . Απάντηση :α) Ο ιός της γρίπης μεταλλάσσεται πολύ γρήγορα και δημιουργούνται συνεχώς νέα στελέχη με διαφορετική μορφή από το αρχικό . Προφανές είναι ότι το ανοσοβιολογικό μας σύστημα διαθέτει λεμφοκύτταρα μνήμης που θυμούνται το αρχικό στέλεχος του ιού με το οποίο ήρθαμε σε επαφή και όχι με το νέο μεταλλαγμένο στέλεχος (βλέπε δύο χαρακτηριστικά των ειδικών μηχανισμών άμυνας , την εξειδίκευση και την μνήμη ).Αντίθετα οι ιοί της ερυθράς και της παρωτίτιδας παρουσιάζουν σταθερότερη μορφή στον χρόνο και τα λεμφοκύτταρα μνήμης που τυχών αναπτύξαμε αναγνωρίζουν τον ιό και τον εξουδετερώνουν ταχύτατα , παρέχοντάς μας αποτελεσματική προστασία για μεγάλο χρονικό διάστημα , σχεδόν για όλη μας την ζωή .

β) Στα παιδιά που θηλάζουν μεταφέρονται έτοιμα αντισώματα από τη μητέρα τους , μέσω του μητρικού γάλακτος , παρέχοντας τους αποτελεσματική προστασία . Πρέπει να τονιστεί ότι το ανοσοβιολογικό σύστημα στα πρώτα χρόνια της ζωής μας δεν είναι αναπτυγμένο πλήρως και γι΄ αυτό το λόγο επιβεβλημένος ο μητρικός θηλασμός .

γ) Το κρυολόγημα οφείλεται σε ιό και τα αντιβιοτικά δεν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιώσεων . Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ιοί είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα και αφού εισέλθουν στα κύτταρά μας χρησιμοποιούν τους δικούς μας μεταβολικούς μηχανισμούς . Γι αυτό το λόγω τα αντιβιοτικά δε μπορούν να εξουδετερώσουν τους ιούς , γιατί θα έπρεπε πρώτα να καταστρέψουν και τα δικά μας κύτταρα , γεγονός μη επιθυμητό .

Το διάγραμμα που ακολουθεί δείχνει τη διακύμανση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια μιας ασθένειας που προκλήθηκε από βακτήρια.α. Ποιο τμήμα του διαγράμματος αντιστοιχεί στην περίοδο των συμπτωμάτων της ασθένειας;β. Ποια είναι η περίοδος επώασης του βακτηρίου;γ. Ποια είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που μετρήθηκε και πόσες ημέρες κράτησε ο πυρετός;δ. Ποιο δεδομένο του διαγράμματος υποδηλώνει την εμφάνιση και τη δράση αντισωμάτων;

0 5 10 15 20 Μόλυνση

ημέρες

Απάντηση :a) Το τμήμα του διαγράμματος από την δέκατη έως την εικοστή μέρα όπου έχουμε άνοδο της θερμοκρασίας , πάνω από τη φυσιολογική τιμή των 36,60C, δηλαδή πυρετό . Ο πυρετός όπως γνωρίζουμε είναι ένας μη ειδικός μηχανισμός του ανοσοβιολογικού μας συστήματος και ταυτίζεται χρονικά με τα συμπτώματα της ασθένειας .β) Η περίοδος επώασης του βακτηρίου είναι από 0 έως 10 μέρες .γ) Η υψηλότερη θερμοκρασία που μετρήθηκε είναι 40 οC και ο πυρετός κράτησε 10 μέρες ( από την δέκατη έως την εικοστή μέρα ) .δ) Η συνεχόμενη μείωση της θερμοκρασίας και η επαναφορά στα φυσιολογικά επίπεδα θερμοκρασίας (36,60C) .

Με ποιες μεθόδους μπορεί να γίνει η διάγνωση του AIDS ;

Απάντηση :

Η διάγνωση της νόσου γίνεται με δύο τρόπους ;α) με την ανίχνευση των ειδικών για τον ιό αντισωμάτων στο αίμα του ασθενούς καιβ) με την ανίχνευση του RNA του ιού .

Πρέπει να τονιστεί όμως ότι η μέθοδος που ανιχνεύει τα αντισώματα έχει κάποιο ποσοστό λάθους ,γιατί τα αντισώματα παράγονται μετά την παρέλευση 6 βδομάδων έως 6 μηνών από την εισβολή του ιού .

Ο Γιάννης και η Ελένη χτύπησαν παίζοντας . Ο Γιάννης είχε κάνει αντιτετανικό εμβόλιο , ενώ η Ελένη όχι , γι΄ αυτό της χορήγησαν αντιτετανικό ορό .α. Τι σημαίνει εμβόλιο και τι ορός ;β. Ποιο είδος ανοσίας έχει ο Γιάννης και ποιο η Ελένη ;γ. Να περιγράψετε με ποιον τρόπο εξουδετερώθηκε πιθανώς το βακτήριο του τετάνου στο Γιάννη και στην Ελένη ;Απάντηση :α. Το εμβόλιο περιέχει νεκρούς ή εξασθενισμένους μικροοργανισμούς ή τμήματά τους , με σκοπό να ενεργοποιηθεί το ανοσοβιολογικό σύστημα και να παραχθούν λεμφοκύτταρα μνήμης Ο ορός περιέχει έτοιμα αντισώματα που έχουν παραχθεί σε κάποιο άλλο άτομο ή ζώο με σκοπό την άμεση εξουδετέρωση του αντιγόνου .β. Ο Γιάννης έχει τεχνητή ενεργητική ανοσία , ενώ η Ελένη έχει τεχνητή παθητική ανοσία .

390

C

380

C

370

C

360

C

350

C

Δημήτρης Μαρία

γ. Ο Γιάννης είχε κάνει εμβόλιο , γι΄αυτό διέθετε Β και Τ λεμφοκύτταρα μνήμης . Ποιο συγκεκριμένα με την είσοδο του αντιγόνου στον οργανισμό ενεργοποιούνται τα Τ-βοηθητικά λεμφοκύτταρα και αυτά με την σειρά τους ενεργοποιούν τα Β-λεμφοκύτταρα μνήμης που τα αναγκάζουν να μετατραπούν σε πλασματοκύτταρα και να αρχίσει , σχεδόν αμέσως , η παραγωγή αντισωμάτων σε πολύ μεγάλες ποσότητες τα οποία θα ενωθούν με την τοξίνη του βακτηρίου και θα την αδρανοποιήσουν . Στην περίπτωση της Ελένης χορηγούνται , ενέσιμα, έτοιμα αντισώματα σε μεγάλες ποσότητες τα οποία μπαίνουν στην κυκλοφορία του αίματος , ενώνονται με την τοξίνη του τετάνου και την αδρανοποιούν ,χωρίς καν να προλάβει να αντιδράσει το ανοσοβιολογικό της σύστημα .Σε μια περιοχή έχει παρουσιαστεί επιδημία ιλαράς . Μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις αντισωμάτων σε δύο αδέρφια , το Δημήτρη και την Μαρία ,όπως απεικονίζονται στα παρακάτω διαγράμματα ( σε συνάρτηση με τον χρόνο t ).Α. Να συγκρίνετε και να αιτιολογήσετε τα διαγράμματα .Β. Να περιγράψετε την ανοσοβιολογική απόκριση που έλαβε χώρα :

α) στο ανοσοβιολογικό σύστημα της Μαρίας και β) στο ανοσοβιολογικό σύστημα του Δημήτρη .

Απάντηση :Α. Παρατηρώ ότι το ανοσοβιολογικό σύστημα της Μαρίας αντιδρά στον ιό πιο γρήγορα , πιο έντονα και επομένως και πιο αποτελεσματικά σε σχέση την αντίδραση του αδερφού της . Αυτό δικαιολογείται με το γεγονός ότι η Μαρία διαθέτει λεμφοκύτταρα μνήμης τα οποία τα είχε δημιουργήσει το ανοσοβιολογικό της σύστημα σε προηγούμενη μόλυνση με τον ίδιο ιό .

αντιγόνοαντιγόνοΧρόνος(t)Χρόνος(t)

Συγ

κέν

τρ

ωσ

η

αντ

ισω

μά

τω

ν σ

τον

ορ

ό

Β. Στην Μαρία λαμβάνει χώρα η Δευτερογενής ανοσοβιολογική απόκριση με την οποία ενεργοποιούνται τα λεμφοκύτταρα μνήμης με τα οποία ξεκινά αμέσως η έκκριση αντισωμάτων και και δεν προλαβαίνουν να εμφανιστούν τα συμπτώματα της ασθένειας .ΣτονΔημήτρη λαμβάνει χώρα η Πρωτογενής ανοσοβιολογική απόκριση με τα εξής τρία στάδια : 1ο Ενεργοποίηση των βοηθητικών Τ- λεμφοκυττάρων ,2ο Ενεργοποίηση των Β- λεμφοκυττάρων ( χυμική ανοσία ) καθώς και ενεργοποίηση των κυτταροτοξικών Τ- λεμφοκυττάρων (κυτταρική ανοσία)30 Τερματισμός της ανοσοβιολογικής αντίδρασης .Να περιγράψετε τον τρόπο πολλαπλασιασμού του ιού HIV .Απάντηση :Αρχικά ο ιός προσκολλάται στα κύτταρα που διαθέτουν τους κατάλληλους υποδοχείς για τις γλυκοπρωτεΐνες του ελύτρου του . Τέτοια κύτταρα είναι τα Τ-βοηθητικά λεμφοκύτταρα , τα Τ-κυτταροτοξικά λεμφοκύτταρα καθώς και τα νευρικά κύτταρα . Στη συνέχεια το έλυτρο του ιού ενσωματώνεται στην πλασματική μεμβράνη του κυττάρου ξενιστή και τα δύο μονόκλωνα μόρια RNA που διαθέτει για γενετικό υλικό απελευθερώνονται στο κυτταρόπλασμα. Καθένα από αυτά τα μόρια μετατρέπονται σε μονόκλωνα συμπληρωματικά DNA , με τη βοήθεια ενός ενζύμου που διαθέτει ο ιός της αντίστροφης μεταγραφάσης . Κατόπιν με ένζυμα του κυττάρου ξενιστή τα μονόκλωνα μόρια DNA γίνονται δίκλωνα , εισέρχονται στον πυρήνα και ενσωματώνονται DNA του κυττάρου ξενιστή . Στην συνέχεια στις περισσότερες των περιπτώσεων (2/3) ο ιός περνά σε λανθάνουσα κατάσταση και κάθε φορά που το κύτταρο αντιγράφει το γενετικό του υλικό προκειμένου να αναπαραχθεί αντιγράφεται και το γενετικό υλικό του ιού που έχει ενσωματωθεί σε αυτό . Σε αυτή τη φάση ο ιός δε καταστρέφει τα κύτταρά μας , δε νοσούμε , αλλά μπορούμε να μεταδώσουμε τον ιό . Είμαστε δηλαδή φορείς του ιού .Μετά από αρκετά χρόνια (7 έως 10) , αλλά και αμέσως σε κάποιες περιπτώσεις , ο ιός ενεργοποιείται και αρχίζουν τα συμπτώματα της ασθένειας . Στην περίπτωση αυτή το γενετικό υλικό του ιού μεταγράφεται και μεταφράζεται και παράγονται νέα ιικά μόρια RNA και πρωτεΐνες . Από τον συνδυασμό τους παράγονται νέοι ιοί ,οι οποίοι εγκαταλείπουν το προσβεβλημένο κύτταρο καταστρέφοντάς το , έτοιμοι να μολύνουν με τον ίδιο τρόπο νέα κύτταρα .

Ποιος πιστεύετε ότι είναι ο λόγος που δυσκολεύει τους επιστήμονές να παράγουν ένα εμβόλιο για τον ιό του AIDS . Απάντηση :Οι επιστήμονες δυσκολεύονται να παρασκευάσουν ένα αποτελεσματικό εμβόλιο γιατί ο ιός αλλάζει συνεχώς την μορφή του , εξαιτίας των συνεχών μεταλλάξεων στο γενετικό του υλικό Να αναφέρετε τα στάδια της νόσου από τη στιγμή που ένα άτομο προσβληθεί από τον ιό HIV .Απάντηση :Από τη στιγμή της μόλυνσης του οργανισμού από τον ιό πρέπει να περάσουν 6 βδομάδες με 6 μήνες για να εμφανιστούν τα πρώτα συμπτώματα , λοιμώξεις οι οποίες όμως παρέρχονται γρήγορα και δεν οδηγούν στην υποψία για την ύπαρξη της συγκεκριμένης νόσου . Το άτομο όμως είναι φορέας και μπορεί να μεταδώσει τον ιό .Μετά από 7 έως 10 χρόνια εκδηλώνεται η τυπική συμπτωματολογία της ασθένειας , όπως υψηλός πυρετός έντονες λοιμώξεις και διάρροιες . Σ΄αυτό το στάδιο ο ιός μολύνει όλο και περισσότερα βοηθητικά Τ-λεμφοκύτταρα , με αποτέλεσμα το ανοσοβιολογικό μας σύστημα να εξασθενίζει όλο και πιο πολύ και τα συμπτώματα να γίνονται όλο και πιο έντονα , μέχρι το άτομο να οδηγηθεί τελικά στον θάνατο .

Ποια είναι τα συστατικά από τα οποία αποτελείται ένα οικοσύστημα ;Για ποιο λόγο είναι απαραίτητο να τα μελετούμε στην αλληλεπίδρασή τους και όχι ανεξάρτητα το ένα από το άλλο ;Το οικοσύστημα είναι ένα σύστημα μελέτης που περιλαμβάνει τους βιοτικούς παράγοντες μια περιοχής , δηλαδή το σύνολο των οργανισμών που ζουν σ΄αυτήν , τους αβιοτικούς παράγοντες της περιοχής (κλίμα ,έδαφος κ.α.)καθώς και το σύνολο των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ τους . Καθώς οι παράγοντες αυτοί έχουν στενές σχέσεις αλληλεξάρτησης η μεμονωμένη μελέτη τους δε θα είχε νόημα και η <<προσέγγιση>>στην έννοια του οικοσυστήματος θα ήταν ελλιπής . Π.χ. Αν μπει φωτιά σ’ένα οικοσύστημα τότε θα επηρεαστούν όλοι οι βιοτικοί παράγοντες που το αποτελούν (παραγωγοί ,καταναλωτές , αποικοδομητές )Η πόλη στην οποία ζείτε , όπως και κάθε άλλη πόλη , αποτελεί ένα ετερότροφο οικοσύστημα . Να προσδιορίσετε ποιες είναι οι εισροές και ποιες οι εκροές της , ώστε να εξασφαλίζεται η επιβίωση των οργανισμών που ζουν σ΄αυτήν και η ισορροπία του οικοσυστήματος. Η πόλη θεωρείται ετερότροφο οικοσύστημα γιατί εισάγει ενέργεια που χρειάζεται για την επιβίωση των κατοίκων της με την μορφή των τροφίμων που δεν έχουν παραχθεί σ’ αυτήν αλλά σε άλλα αυτότροφα οικοσυστήματα . Άρα οι εισροές της πόλης είναι φυτική και ζωική βιομάζα προερχόμενη από άλλα οικοσυστήματα . Επίσης επειδή το νερό ,που είναι απαραίτητο συστατικό της ζωής , δεν επαρκεί για όλους τους οργανισμούς της πόλης απαιτείται να κάνουμε και εισαγωγή νερού . Στις εκροές θα συμπεριλάβουμε τα απεκκρίματα και τα αστικά λύματα ,τα οποία μεταφέρονται για να αποικοδομηθούν σε άλλα οικοσυστήματα (χωματερές ,υδάτινα οικοσυστήματα ) Ποιοι από τους οργανισμούς (παραγωγούς ,καταναλωτές , αποικοδομητές) ενός οικοσυστήματος δεν είναι τελείως απαραίτητοι για την ύπαρξη του ; Αιτιολογήστε την απαντησή σας .Αν το οικοσύστημα είναι αυτότροφο:Οι παραγωγοί είναι τελείως απαραίτητοι γιατί τροφοδοτούν το οικοσύστημα με ενέργεια ,με τις οργανικές ενώσεις που παράγουν με την διαδικασία της φωτοσύνθεσης . Αν δεν υπήρχαν οι παραγωγοί τότε δεν θα υπήρχαν φυτοφάγα λόγω έλλειψης φυτικής βιομάζας ,ούτε σαρκοφάγα λόγω έλλειψης φυτοφάγων αλλά ούτε και αποικοδομητές γιατί δε θα υπήρχε νεκρή οργανική ύλη για να αποικοδομήσουν .Άρα το οικοσύστημα θα κατέρρεε λόγω έλλειψης βιοτικών παραγόντων .Οι αποικοδομητές είναι και αυτοί τελείως απαραίτητοι, γιατί με την διαδικασία της αποικοδόμησης μετατρέπουν την νεκρή οργανική ύλη σε απλά ανόργανα συστατικά κάνοντας το έδαφος πλούσιο σε θρεπτικά . Αν δεν υπήρχαν οι αποικοδομητές θα εξαντλούνταν κάποτε τα θρεπτικά από το έδαφος και οι παραγωγοί δε θα μπορούσαν να συνθέσουν καινούργια φυτική βιομάζα με αποτέλεσμα το οικοσύστημα να καταρρεύσει. Οι καταναλωτές θα μπορούσαν να λείψουν γιατί το οικοσύστημα θα λειτουργούσε με τους παραγωγούς και τους αποικοδομητές. Η ενέργεια θα προσφέρονταν από τους παραγωγούς και οι αποικοδομητές θα βοηθούσαν ώστε να λειτουργούν οι βιογεοχημικοί κύκλοι .Βέβαια σ΄αυτήν την περίπτωση το οικοσύστημα ,λόγω μικρής βιοποικιλότητας , θα ήταν λιγότερο σταθερό . Αν το οικοσύστημα είναι ετερότροφο(π.χ.σπηλιά ,πόλη) :Οι παραγωγοί μπορεί να εκλείψουν αφού η ενέργεια εισρέει από άλλα οικοσυστήματα με την μορφή χημικών ενώσεων.Οι αποικοδομητές μπορεί να εκλείψουν(πόλη) αν μεταφέρετε η νεκρή οργανική ύλη σε άλλα οικοσυστήματα για αποικοδόμηση .Οι καταναλωτές πρέπει να υφίστανται αφού για να νοείται οικοσύστημα απαραίτητοι είναι οι βιοτικοί παράγοντες .

Οι γεωργικές καλλιέργειες αποτελούν συνήθως λιγότερο σταθερά οικοσυστήματα από τα φυσικά. Για ποιους κατά τη γνώμη σας λόγους συμβαίνει αυτό;

Όσο μεγαλύτερη ποικιλότητα έχει ένα οικοσύστημα,  τόσο πιο ισορροπημένο είναι.  Αυτό συμβαίνει,  γιατί τα οικοσυστήματα με μεγαλύτερη ποικιλότητα παρουσιάζουν και μεγαλύτερη ποικιλία σχέσεων μεταξύ των βιοτικών παραγόντων τους. Έτσι, όποτε μια μεταβολή διαταράσσει την ισορροπία τους, υπάρχουν αρκετοί διαθέσιμοι μηχανισμοί αυτορρύθμισης που την αποκαθιστούν. Αν,  για παράδειγμα, σε ένα οικοσύστημα είναι περιορισμένος ο αριθμός των διαφορετικών ειδών που ζουν σ' αυτό,  περιορίζεται αναλογικά και το πλήθος των τροφικών σχέσεων που αναπτύσσονται μεταξύ τους.  Έτσι κάθε διαταραχή της ισορροπίας του οικοσυστήματος που θα προκαλούσε την εξαφάνιση ενός είδους θα απειλούσε άμεσα και την εξαφάνιση του είδους που εξαρτάται τροφικά από αυτό.  Αν αντίθετα υπάρχει μεγάλη ποικιλία οργανισμών, οι εναλλακτικές λύσεις στη διατροφή τους είναι περισσότερες και επομένως η εξαφάνιση ή η μείωση του πληθυσμού ενός είδους δεν απειλεί άμεσα τα είδη που τρέφονται από αυτό. Για το λόγο αυτό τα φυσικά οικοσυστήματα (δάση, λίμνες κτλ.), που έχουν μεγαλύτερη ποικιλότητα από τα τεχνητά (καλλιεργούμενοι αγροί, τεχνητές λίμνες κτλ.), είναι και περισσότερο σταθερά.  

Έστω ότι σε μια λίμνη ισχύει η τροφική αλυσίδα: φυτοπλαγκτόν ζωοπλαγκτόνμικρά ψάριαμεγάλα ψάριαυδρόβια πτηνά. Όλοι οι οργανισμοί κάθε τροφικού επιπέδου τρέφονται αποκλειστικά με οργανισμούς του προηγούμενου τροφικού επιπέδου. Εάν η βιομάζα των μικρών ψαριών είναι 5x104 Kg και η ενέργεια που εμπεριέχεται στο φυτοπλαγκτόν είναι 40 KJoules/Kg φυτοπλαγκτού:Να υπολογιστεί η βιομάζα των υπόλοιπων τροφικών επιπέδων και να σχεδιαστεί η αντίστοιχη τροφική πυραμίδα.Να υπολογιστεί η ενέργεια που εμπεριέχεται σε κάθε τροφικό επίπεδο και να σχεδιαστεί η αντίστοιχη τροφική πυραμίδα.Με δεδομένο ότι το μέσο βάρος ενός πτηνού είναι 2,5 Kg, να υπολογιστεί ο αριθμός των υδρόβιων πτηνών που μπορούν να εξασφαλίσουν την τροφή τους μέσω αυτής της τροφικής αλυσίδας.

Η ενέργεια, με τη μορφή της χημικής ενέργειας που εμπεριέχεται στην τροφή των οργανισμών, περνάει από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (των παραγωγών) στο ανώτερο. Έχει υπολογιστεί ότι μόνο το 10% περίπου της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο, καθώς το 90% της ενέργειας χάνεται. Σε γενικές γραμμές, η ίδια πτωτική τάση (της τάξης του 90%) που παρουσιάζεται στις τροφικές πυραμίδες ενέργειας εμφανίζεται και στις τροφικές πυραμίδες βιομάζας, καθώς, όταν μειώνεται η ενέργεια που προσλαμβάνει κάθε τροφικό επίπεδο από το προηγούμενό του, είναι λογικό να μειώνεται και η ποσότητα της οργανικής ύλης που μπορούν να συνθέσουν οι οργανισμοί του και συνεπώς μειώνεται η βιομάζα του. Επομένως: Η ενέργεια των μεγάλων ψαριών (ανήκουν στο επόμενο από τα μικρά ψάρια τροφικό επίπεδο) θα είναι 5x104 Kg/10=5x103 Kg και η ενέργεια του τροφικού επιπέδου των υδρόβιων πτηνών 5x103 Kg /10=5x102

Kg Σκεπτόμενοι ανάλογα υπολογίζουμε την ενέργεια του τροφικού επιπέδου του ζωοπλαγκτού που θα είναι δεκαπλάσια της ενέργειας των μικρών ψαριών δηλαδή 5x105 Kg και του τροφικού επιπέδου του φυτοπλαγκτού που θα είναι δεκαπλάσια του τροφικού επιπέδου του ζωοπλαγκτού δηλαδή 5x106 Kg. Με τα στοιχεία αυτά σχηματίζουμε την τροφική πυραμίδα ενέργειας του οικοσυστήματος.

  

Επειδή η ενέργεια σε 1 Kg φυτοπλαγκτού είναι 40 Kjoules και η βιομάζα του φυτοπλαγκτού 5x106 Kg, η ενέργεια του 1ου τροφικού επιπέδου θα είναι 40Χ5x106 Kj = 2Χ108Kj.   Επειδή το 10% της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου μεταφέρεται στο επόμενο η ενέργεια του 2ου τροφικού επιπέδου θα είναι 2Χ107Kj, του 3ου 2Χ106Kj, του 4ου 2Χ105Kj και του 5ου 2Χ104Kj. Σύμφωνα με τα στοιχεία αυτά η τροφική πυραμίδα ενέργειας του οικοσυστήματος είναι:

Η βιομάζα ενός υδρόβιου πτηνού είναι 2,5Kg και η συνολική βιομάζα του αντίστοιχου τροφικού επιπέδου είναι 5x102 Kg. Επομένως ο αριθμός των υδρόβιων πτηνών του οικοσυστήματος θα είναι: 5x102 Kg/2,5Kg=200 πτηνά.

Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες του διαγράμματος να απαντήσετε στις ερωτήσεις:Τι ποσοστό της ενέργειας που παίρνουν τα φυτά από τον ήλιο το δεσμεύουν με τη φωτοσύνθεση;Ποια είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά επιστρέφουν στο περιβάλλον  2.000 KJ/m2Τι ποσοστό της ενέργειας που παίρνουν τα φυτοφάγα πτηνά από τα φυτά το επιστρέφουν στο περιβάλλον τους;Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο ενσωματώνεται στους ιστούς των φυτοφάγων πτηνών;Τι ποσοστό της ενέργειας που προέρχεται από τον ήλιο τα φυτοφάγα αρθρόποδα το επιστρέφουν στο περιβάλλον;Πώς μπορεί να εξηγηθεί η διαφορά του ποσοστού της επιστρεφόμενης ενέργειας ανάμεσα στα πτηνά και τα αρθρόποδα;

 Η ποσότητα της ενέργειας που δεσμεύουν συνολικά τα φυτά είναι αυτή που

αντιστοιχεί στην ενέργεια που επιστρέφουν στο περιβάλλον και αυτή που

ενσωματώνουν στη βιομάζα τους δηλαδή 8000+2000Kj/m2=10000Kj/m2.

Η διαδικασία με την οποία επιστρέφουν τα φυτά ενέργεια στο περιβάλλον τους

είναι η κυτταρική αναπνοή (η λειτουργία οξείδωσης γλυκόζης για την

απελευθέρωση ενέργειας ώστε να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες των

οργανισμών).

Τα φυτοφάγα πτηνά παίρνουν με την τροφή τους 300 Kj/m2 και επιστρέφουν στο

περιβάλλον 297 Kj/m2, επομένως το ποσοστό της επιστρεφόμενης από αυτά

ενέργειας θα είναι: 100Χ297/300%=0,16%.

Ο ήλιος προσφέρει στο οικοσύστημα 6,3Χ106 Kj/m2. Από αυτά τα φυτοφάγα

πτηνά ενσωματώνουν τα 3 Kj/m2. Επομένως το ποσοστό της ενέργειας που

ενσωματώνουν τα φυτοφάγα πτηνά από την ενέργεια που φτάνει στη γη από τον

ήλιο είναι: 100Χ3/6.3Χ106 %=0,47.10-4 %.

Τα φυτοφάγα αρθρόποδα επιστρέφουν 1010 Kj/m2 από τα 6,3.106 Kj/m2 που

προσφέρει ο ήλιος. Άρα το επιστρεφόμενο ποσοστό θα είναι:

100Χ1010/6,3.106%=16.10-3%.

Το ποσοστό της επιστρεφόμενης ενέργειας από τα φυτοφάγα πτηνά όπως

υπολογίστηκε στο ερώτημα c είναι 100-0,16= 99,84%.

Υπολογίζοντας με τον ίδιο τρόπο το ποσοστό της επιστρεφόμενης από τα

φυτοφάγα αρθρόποδα ενέργειας βρίσκουμε ότι είναι:100Χ190/300=63,33%.

Διαπιστώνουμε δηλαδή ότι το ποσοστό της επιστρεφόμενης από τα φυτοφάγα

πτηνά ενέργειας είναι πολύ μεγαλύτερο της αντίστοιχης που επιστρέφεται από

τα αρθρόποδα. Αυτό σημαίνει ότι τα πτηνά έχουν περισσότερες ανάγκες σε

ενέργεια από τα αρθρόποδα. Αυτό εξηγείται από το μεγαλύτερο μέγεθος των

πτηνών που όταν κινούνται έχουν να υπερνικήσουν την βαρύτητα αλλά και την

αντίσταση του αέρα, αλλά και από το γεγονός ότι τα πτηνά είναι ομοιόθερμοι

οργανισμοί που αναγκάζονται να συντηρούν ενεργειακά έναν ομοιοστατικό

μηχανισμό τον οποίο δεν διαθέτουν τα αρθρόποδα.

Ο καλλιεργητής ενός αγροκτήματος ασχολείται με την καλλιέργεια δύο φυτικών ειδών και την εκτροφή ενός ζωικού είδους που είναι φυτοφάγο. Ποιος από τους εικονιζόμενους τρόπους διατροφής είναι ο λιγότερο και ποιος ο περισσότερο αποδοτικός από ενεργειακή άποψη και γιατί;

Ο πιο αποδοτικός για τον καλλιεργητή, αυτός δηλαδή που μεταφέρει στον καλλιεργητή τη μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας από αυτή που ενσωματώνεται στο οικοσύστημα είναι ο τρίτος γιατί:

Αν ονομάσουμε α = την ενέργεια που ενσωματώνεται στο φυτό α και β = ενέργεια που ενσωματώνεται στο φυτό β έχουμε:

Α΄ ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: στα φυτοφάγα ζώα α/10+β/10 ενέργειας και στον καλλιεργητή (α/10+β/10)/10= α/100+β/100 ενέργεια.

Β΄ ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: στα φυτοφάγα ζώα α/10 ενέργειας και στον καλλιεργητή (α/10)/10+β/10= α/100+β/10 ενέργεια.

Γ΄ ΤΡΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ: στον καλλιεργητή α/10+β/10= α/10+β/10 ενέργεια καθώς επίσης και το 1/10 της ενέργειας της βιομάζας των φυτοφάγων ζώων.

Στην εικόνα παρουσιάζονται οι τροφικές σχέσεις σε ένα οικοσύστημα. Αν οι οργανισμοί 1, 2, 3, 4 αντιπροσωπεύουν παραγωγούς και όλοι οι υπόλοιποι καταναλωτές, να απαντήσετε στις ερωτήσεις:Τι ονομάζουμε τροφική αλυσίδα, τι τροφικό πλέγμα και τι τροφικό επίπεδο;Πόσες διαφορετικές τροφικές αλυσίδες διαπιστώνετε ότι υπάρχουν στο οικοσύστημα;Ποιος είναι ο κορυφαίος καταναλωτής του οικοσυστήματος;Ποιος από τους οργανισμούς του οικοσυστήματος συμπεριφέρεται ταυτόχρονα και ως καταναλωτής 2ης και ως καταναλωτής 1ης τάξης; Ποιος οργανισμός είναι η τροφή του σε κάθε περίπτωση;Ποιοι από τους καταναλωτές του οικοσυστήματος αναμένετε να είναι οι μεγαλύτεροι σε βιομάζα και γιατί;Ποιος από τους οργανισμούς του οικοσυστήματος συμπεριφέρεται ταυτόχρονα και ως καταναλωτής 3ης και ως καταναλωτής 2ης τάξης; Ποιος οργανισμός είναι η τροφή του σε κάθε περίπτωση;Με ποιους άλλους οργανισμούς ο οργανισμός της ερώτησης (στ) ανήκει στο ίδιο τροφικό επίπεδο, όταν συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 2ης τάξης;Ποια από τις έννοιες, η τροφική αλυσίδα ή το τροφικό πλέγμα, είναι πλησιέστερη προς την πραγματικότητα που υπάρχει στα φυσικά οικοσυστήματα και γιατί;Αν εξαφανιστεί ο οργανισμός 2 ποιοι οργανισμοί θα επηρεαστούν τροφικά και γιατί;Ποιοι από τους οργανισμούς της ερώτησης (θ) θα επηρεαστούν περισσότερο και γιατί;

 Τροφική αλυσίδα κάποιων οργανισμών ενός οικοσυστήματος είναι η  απεικόνιση

των οργανισμών αυτών με τέτοια σειρά ώστε ο πρώτος να τρώγεται από τον

δεύτερο, ο δεύτερος από τον τρίτο κ.ο.κ.. Τα βέλη που συνδέουν τους

οργανισμούς της τροφικής αλυσίδας δείχνουν τη ροή ενέργειας ανάμεσα στους

οργανισμούς που έχουν σχέση καταναλισκόμενου -καταναλωτή.

Το τροφικό πλέγμα αποτελεί ένα δίκτυο που απεικονίζει το σύνολο των τροφικών σχέσεων μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος. Φαίνεται έτσι ότι οι τροφικές αλυσίδες αποτελούν μέρος των πολύπλοκων τροφικών σχέσεων που παρουσιάζει ένα τροφικό πλέγμα.

Οι τροφικές αλυσίδες είναι : 1>5>9>12, 2>6>10>12, 2>11>12, 3>7>12, 4>8>11>12. Πέντε συνολικά τροφικές αλυσίδες.

Ο κορυφαίο καταναλωτής του οικοσυστήματος είναι ο 12 που δεν αποτελεί τροφή για άλλον καταναλωτή.

Ταυτόχρονα ως καταναλωτής 1ης και 2ης τάξης συμπεριφέρεται ο 11. Στην τροφική αλυσίδα 2>11>12 όταν τρώει τον 2 που είναι παραγωγός συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 1ης τάξης και στην αλυσίδα 4>8>11>12 όταν τρώει τον 8 που είναι καταναλωτής 1ης τάξης, συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 2ης τάξης.

Οι καταναλωτές 1ης τάξης, δηλαδή οι 5,6,7,8 γιατί αυτοί απέχουν ένα μόνο βήμα από τους παραγωγούς και επομένως έχουν στη διάθεσή τους μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας.

Ταυτόχρονα ως καταναλωτής 2ης και 3ης τάξης συμπεριφέρεται ο 12. Στην τροφική αλυσίδα 2>11>12 όταν τρώει τον 11 που είναι καταναλωτής 1ης τάξης και στην αλυσίδα 3>7>12 όταν τρώει τον 7 που είναι καταναλωτής 1ης τάξης, συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 2ης τάξης ενώ στις αλυσίδες

1>5>9>12, 4>8>11>12, 2>6>10>12, 4>8>11>12 όταν τρώει τους 9,11,10 και 11 αντίστοιχα που είναι καταναλωτές 2ης τάξης, συμπεριφέρεται ως καταναλωτής 3ης τάξης.

Ανήκει στο ίδιο τροφικό επίπεδο με τους 9,10 και 11.

Τα τροφικά πλέγματα περιγράφουν καλύτερα τις τροφικές σχέσεις των οργανισμών ενός οικοσυστήματος γιατί κατά κανόνα ένα είδος δεν τρώει ένα μόνο είδος τροφής και ούτε αποτελεί τροφή για μόνο ένα είδος. Ένα είδος δηλαδή αποτελεί κρίκο πολλών διαφορετικών αλυσίδων.

Αν εξαφανιστεί ο οργανισμός 2 θα επηρεαστούν τόσο οι οργανισμοί 6 και 11 που τον τρώνε αλλά και οι 10 και 12 που τρώνε τους προηγούμενους. Συγκεκριμένα αν εξαφανιστεί ο 2 θα εξαφανιστεί ο 6 γιατί ο 2 αποτελεί τη μοναδική τροφή γι αυτόν. Ομοίως τα εξαφανιστεί  10 που τρώει μόνο 6 που θα έχει εξαφανιστεί. Ο11 προκειμένου να διατηρήσει τον πληθυσμό του θα καταναλώνει περισσότερο 8 που θα μειωθεί και αυτό θα προκαλέσει αύξηση στον 4. Ο 12 γα να διατηρήσει τον πληθυσμό του θα καταναλώνει περισσότερο 9, 7 και 11. Επομένως το 9 θα μειωθεί , θα αυξηθεί το 5 και θα μειωθεί το 1. Επίσης θα μειωθεί το  7 και θα αυξηθεί το 3. Η εξαφάνιση δηλαδή ενός είδους του οικοσυστήματος προκαλεί διαταραχή όχι μόνο στους οργανισμούς που έχουν άμεση τροφική σχέση με αυτόν αλλά κι και σε όλους τους οργανισμούς του τροφικού πλέγματος.

Περισσότερο θα επηρεαστούν οι 6 και 10 που με τη σειρά τους θα εξαφανιστούν από το οικοσύστημα.

ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ (2.3.1.,2.3.2.,2.3.3.)

Το άζωτο βρίσκεται σε τεράστια ποσότητα στην ατμόσφαιρα (78%). Καθώς η μεγάλη πλειονότητα των αυτότροφων οργανισμών είναι ανίκανη να το χρησιμοποιήσει σ' αυτή την αέρια μοριακή μορφή (Ν2), απαιτείται η μετατροπή του σε εύληπτη μορφή. Να περιγράψετε τη διαδικασία με την οποία γίνεται αυτή η μετατροπή.

Το άζωτο αποτελεί ένα σημαντικό χημικό στοιχείο για τη ζωή, καθώς είναι συστατικό πολλών βιομορίων όπως των νουκλεϊκών οξέων και των πρωτεϊνών. Αν και το άζωτο αφθονεί στην ατμόσφαιρα, όπου αποτελεί το 78% κ. ό. , δεν μπορεί να αξιοποιηθεί από τους παραγωγούς στη μορφή με την οποία βρίσκεται σ' αυτή (μοριακό άζωτο). Για το λόγο αυτό η εισαγωγή του ατμοσφαιρικού αζώτου στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων γίνεται με τη διαδικασία της αζωτοδέσμευσης, η οποία μετατρέπει το ατμοσφαιρικό άζωτο σε μορφές αξιοποιήσιμες από τους παραγωγούς.

Η αζωτοδέσμευση διακρίνεται σε ατμοσφαιρική και βιολογική. Κατά την ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση το άζωτο της ατμόσφαιρας αντιδρά είτε με τους υδρατμούς, σχηματίζοντας αμμωνία, είτε με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, σχηματίζοντας νιτρικά ιόντα. Η απαραίτητη ενέργεια προσφέρεται από τις ηλεκτρικές εκκενώσεις (αστραπές, κεραυνοί).  Η αμμωνία και τα νιτρικά ιόντα μεταφέρονται με τη βροχή στο έδαφος. Η ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση κατέχει το 10%της συνολικής αζωτοδέσμευσης.

Η βιολογική αζωτοδέσμευση πραγματοποιείται από ελεύθερους ή συμβιωτικούς μικροοργανισμούς. Σημαντικότερα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια είναι αυτά που ζουν συμβιωτικά στις ρίζες των ψυχανθών (όπως είναι το τριφύλλι, η μπιζελιά, η φασολιά, η φακή, η σόγια) σε ειδικά εξογκώματα (φυμάτια ).

Αυτά τα βακτήρια έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και να το μετατρέπουν σε νιτρικά ιόντα, τα οποία μπορούν να απορροφηθούν

από τα ψυχανθή. Γι ’αυτό το λόγο άλλωστε τα όσπρια είναι πλούσια σε πρωτεΐνες. Η βιολογική αζωτοδέσμευση κατέχει το 90%της συνολικής αζωτοδέσμευσης.

Περιγράψτε συνοπτικά τον κύκλο του νερού. Είναι πιο πολύπλοκος επάνω από τους ωκεανούς ή επάνω από την ξηρά και γιατί;

Η κυκλοφορία του νερού στηρίζεται κυρίως στην εξάτμιση, στη διαπνοή των φυτών και στις κατακρημνίσεις. Με την εξάτμιση το νερό απομακρύνεται με τη μορφή υδρατμών από οποιαδήποτε επιφάνεια. Η εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια των φύλλων ονομάζεται επιδερμική εξάτμιση και διακρίνεται από τη διαπνοή, που είναι η απομάκρυνση του νερού μέσω των στομάτων, των πόρων δηλαδή της επιδερμίδας των φύλλων.

Το νερό του εδάφους, που είναι πλούσιο σε θρεπτικά στοιχεία, απορροφάται από τις ρίζες των φυτών και κυκλοφορεί στο εσωτερικό τους. Φθάνοντας το νερό στα φύλλα απομακρύνεται με τη διαπνοή από τα στόματά τους, μέσω των οποίων γίνεται επίσης η ανταλλαγή των αερίων μεταξύ των φυτών και της ατμόσφαιρας (είσοδος διοξειδίου του άνθρακα και αποβολή οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση, αντίστροφα κατά την αναπνοή). Η διαπνοή, αποτελώντας την «κινητήρια δύναμη» για τη μεταφορά των θρεπτικών στοιχείων στο εσωτερικό των φυτικών οργανισμών, συνδέεται αναπόσπαστα με τους βιογεωχημικούς κύκλους των στοιχείων που εισέρχονται στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων με πύλη εισόδου τα φυτά.

Με τις κατακρημνίσεις (δηλαδή τη βροχή, το χιόνι, το χαλάζι) το νερό απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα και γίνεται διαθέσιμο στα υδάτινα και στα χερσαία οικοσυστήματα.

Η ανταλλαγή του νερού μεταξύ των ωκεανών και της ατμόσφαιρας αποτελεί ένα σχετικά απλό μηχανισμό, καθώς περιλαμβάνει μόνο τις διαδικασίες της εξάτμισης και των κατακρημνίσεων. Αντιθέτως, το τμήμα του κύκλου που αφορά την ξηρά είναι περισσότερο πολύπλοκο, διότι σ' αυτήν οι πιθανές πορείες του νερού είναι περισσότερες. Το νερό που πέφτει στην ξηρά μπορεί:

Να εξατμιστεί.

Να εισχωρήσει στο υπέδαφος και στο σύστημα των υπόγειων υδάτων.

Να προσληφθεί από τα φυτά και να απομακρυνθεί με τη διαπνοή.

Να απομακρυνθεί με την επιφανειακή απορροή από το χερσαίο περιβάλλον.

Τα φυτά παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απορρόφηση του νερού από το έδαφος. Σε μικρές λεκάνες απορροής, όπου αφαιρέθηκαν όλα τα δέντρα, ο όγκος του επιφανειακού νερού αυξήθηκε πάνω από 200%. Το νερό αυτό κατέληξε στη θάλασσα, ενώ, αν είχε διεισδύσει στο έδαφος, θα είχε αποδοθεί πίσω στην ατμόσφαιρα με τη διαπνοή.

Τα επιφανειακά ρέοντα ύδατα απομακρύνουν και τα θρεπτικά συστατικά τα οποία με μακροχρόνιες διαδικασίες γίνονται διαθέσιμα στους οργανισμούς. Αυτά τα συστατικά θα καταλήξουν τελικά στους υδάτινους αποδέκτες. Γι ’αυτό το λόγο τα δέλτα των ποταμών εμφανίζουν πολύ υψηλή παραγωγικότητα.

Η βόσκηση αποτελεί ανασταλτικό παράγοντα της αναγεννητικής διαδικασίας που συμβαίνει στα μεσογειακά οικοσυστήματα μετά το κάψιμο τους. Για ποιο λόγο προτιμούνται για βόσκηση τα καμένα οικοσυστήματα;

Η στάχτη που δημιουργείται μετά τη φωτιά, δεν είναι παρά θρεπτικά στοιχεία σε ανοργανοποιημένη μορφή. Όμως με τη φωτιά μερικά  μετατρέπονται σε πτητικές μορφές και χάνονται με τον καπνό. Αυτό ισχύει κυρίως για το άζωτο. Τα πρώτα χρόνια μετά τη φωτιά, τα ποώδη φυτά αφθονούν σε ένα σύστημα. Κυρίαρχα ανάμεσά τους είναι τα ψυχανθή, που όπως είναι γνωστό φιλοξενούν στις ρίζες τους μικροοργανισμούς που δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και εύκολα αναπτύσσονται στο φτωχό σε άζωτο έδαφος. Έτσι εμπλουτίζουν το έδαφος σε άζωτο. Τα ψυχανθή όμως με το υψηλό περιεχόμενό τους σε άζωτο (μεγάλη περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες), είναι άριστη ζωοτροφή. Και αυτός είναι ο λόγος που μετά τη φωτιά ακολουθεί βόσκηση.

ΡΥΠΑΝΣΗ (2.4.)

Από μετρήσεις που έγιναν σε λίμνη βρέθηκε μικρή συγκέντρωση εντομοκτόνου DDT στο φυτοπλαγκτόν και πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση του ίδιου εντομοκτόνου στα ψαροπούλια της λίμνης. Με δεδομένο ότι η τροφική αλυσίδα του λιμναίου οικοσυστήματος περιλαμβάνει φυτοπλαγκτόν, ψάρια, ψαροπούλια και ζωοπλαγκτόν:Να γράψετε την τροφική αλυσίδα της λίμνης.Αν η ενέργεια στο τροφικό επίπεδο των ψαριών είναι 3χ102 KJ, να υπολογίσετε την ενέργεια των άλλων τροφικών επιπέδων.Ποια είναι η συγκέντρωση του DDT στα ψαροπούλια με δεδομένο ότι η βιομάζα στο φυτοπλαγκτόν είναι 5x106 Kg και η συγκέντρωση του εντομοκτόνου στο επίπεδο των ψαριών 20 mg/Kg;

Η τροφική αλυσίδα είναι: φυτοπλαγκτόν>ζωοπλαγκτόν>ψάρια>ψαροπούλια.

Η ενέργεια, με τη μορφή της χημικής ενέργειας που εμπεριέχεται στην τροφή των οργανισμών, περνάει από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (των παραγωγών) στο ανώτερο.

Έχει υπολογιστεί ότι μόνο το 10% περίπου της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο, καθώς το 90% της ενέργειας χάνεται. Δίνεται ότι στο οικοσύστημα η ενέργεια στο τροφικό επίπεδο των ψαριών είναι 3Χ102 KJ. Επομένως η ενέργεια στο τροφικό επίπεδο των πουλιών, που είναι το αμέσως επόμενο θα είναι 3Χ102 KJ/10=3Χ10 KJ. Ομοίως υπολογίζουμε την ενέργεια του τροφικού επιπέδου του ζωοπλαγκτού που θα είναι 10Χ3Χ102 KJ=3Χ103 KJ κι του τροφικού επιπέδου του φυτοπλαγκτού που θα είναι δεκαπλάσια αυτής του ζωοπλαγκτού δηλαδή 10Χ3Χ103 KJ=3Χ104 KJ.

Επειδή η ίδια πτωτική τάση που παρουσιάζεται στις τροφικές πυραμίδες ενέργειας εμφανίζεται και στις τροφικές πυραμίδες βιομάζας μπορούμε να υπολογίσουμε τη βιομάζα σε κάθε τροφικό επίπεδο. Έτσι επειδή η βιομάζα του φυτοπλαγκτού δίνεται 5x106 Kg, η βιομάζα του τροφικου επιπέδου του ζωοπλαγκτού θα είναι 5x106 Kg /10=5x105 Kg, των ψαριών 5x104 Kg και των πουλιών 5x103 Kg. Από τη συγκέντρωση του DDT στο επίπεδο των ψαριών και γνωρίζοντας τη βιομάζα του αντίστοιχου τροφικού επιπέδου μπορούμε να υπολογίσουμε την συνολική ποσότητα του DDT στο επίπεδο αυτό. Η ποσότητα του DDT είναι: 20Χ5x104 mg=106 mg. Το δε διασπάται (μη βιοδιασπώμενες ουσίες) από τους οργανισμούς, δεν μεταβολίζεται και δεν απεκκρίνεται με αποτέλεσμα, να μεταφέρεται αναλλοίωτο μέσω της τροφής από τον ένα οργανισμό στον άλλο, ακόμη και αν βρίσκονται σε χαμηλές συγκεντρώσεις, και να συσσωρεύονται στους κορυφαίους καταναλωτές. Επομένως η ίδια ποσότητα DDT που υπάρχει στο επίπεδο των ψαριών θα μεταφερθεί και στο επόμενο τροφικό επίπεδο των πουλιών. Η βιομάζα των πουλιών όμως είναι μικρότερη από αυτή των ψαριών και επομένως η συγκέντρωση του DDT σε αυτό το τροφικό επίπεδο θα είναι : 106/5x103=20020 mg/Kg.

Ποια είναι τα αίτια και ποιες οι πιθανές συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου; Τι θα μπορούσε να κάνει ο σύγχρονος άνθρωπος για να τις περιορίσει;

Η ηλιακή ακτινοβολία που πέφτει στην επιφάνεια της Γης απορροφάται κατά ένα μέρος από αυτήν, ενώ κατά ένα άλλο μέρος εκπέμπεται πίσω στην ατμόσφαιρα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Από το σύνολο της ακτινοβολίας αυτής ένα μέρος δεσμεύεται από το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα, γεγονός που οδηγεί στην ήπια αύξηση της θερμοκρασίας της. (Σημειώνεται ότι, αν δε δεσμευόταν η υπέρυθρη ακτινοβολία, η μέση θερμοκρασία της Γης θα ήταν -20°C αντί για τη μέση θερμοκρασία των 15 °C που είναι ευνοϊκή για τη ζωή). Το υπόλοιπο διαπερνά την ατμόσφαιρα και διαφεύγει στο διάστημα, με αποτέλεσμα να αποτρέπεται η υπερθέρμανση του πλανήτη μας.

Ωστόσο εξαιτίας της υπέρμετρης καύσης ορυκτών καυσίμων η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί. Έτσι όμως αυξάνεται και το ποσοστό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που δεσμεύεται από το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας της. Επειδή η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που προστίθεται στην ατμόσφαιρα αυξάνεται με ρυθμό 0, 3% το χρόνο, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι το 2040 η μέση θερμοκρασία του πλανήτη μας θα έχει αυξηθεί κατά 5 °C. Αν η πρόβλεψη αυτή επιβεβαιωθεί, τότε οι σοβαρές κλιματικές μεταβολές που θα προκύψουν θα έχουν δραματικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η τήξη των πολικών πάγων θα οδηγήσει σε ανύψωση της στάθμης της θάλασσας και επομένως στην απώλεια μεγάλων χερσαίων εκτάσεων οι οποίες θα καλυφθούν από το νερό. Είναι επίσης πιθανό πολλές γόνιμες περιοχές να μετατραπούν σε άγονες και αντίστροφα.

Για να περιορίσει τις συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου ο άνθρωπος θα πρέπει να περιορίσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και επίσης να περιορίσει την καταστροφή των τροπικών δασών που συμβάλλουν σημαντικά στην απορρόφηση μεγάλων ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα με τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να περιοριστούν με τον περιορισμό της χρήσης ορυκτών καυσίμων και την αναζήτηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας που δεν ρυπαίνουν και δεν αλλοιώνουν τη σύσταση της ατμόσφαιρας. Επίσης θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες ειδικά φίλτρα που συγκρατούν το διοξείδιο του άνθρακα και άλλους ρύπους.

Το διοξείδιο του θείου και τα οξείδια του αζώτου συμβάλλουν στη δημιουργία όξινης βροχής. Ποιες είναι οι συνέπειες αυτού του φαινομένου ρύπανσης και τι θα μπορούσε να κάνει ο σύγχρονος άνθρωπος για να τις περιορίσει;

Η ηφαιστειακή δραστηριότητα, οι διεργασίες αποικοδόμησης των οργανικών ουσιών από τα βακτήρια του εδάφους και κυρίως η καύση υγρών καυσίμων απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα διάφορα οξείδια του αζώτου και διοξείδιο του θείου. Τα αέρια αυτά, αφού πρώτα μετατραπούν, με την επίδραση των υδρατμών της ατμόσφαιρας, σε νιτρικό και θειώδες οξύ αντίστοιχα, επιστρέφουν στην επιφάνεια της Γης διαλυμένα στο νερό της βροχής, στο χιόνι, στην ομίχλη ή στο χαλάζι.

Όταν οι συγκεντρώσεις των οξειδίων αυτών δεν είναι αυξημένες, το νιτρικό και το θειώδες οξύ που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό της βροχής την καθιστούν ελαφρά όξινη, καθώς έχει τιμή γύρω στο 5, 6 pH.

Στις περιοχές όμως στις οποίες η ατμόσφαιρα έχει επιβαρυνθεί με μεγάλες συγκεντρώσεις των οξειδίων αυτών, είτε διότι γίνεται εντατική καύση υγρών καυσίμων είτε διότι οι ρύποι αυτοί έχουν μεταφερθεί με τον άνεμο, μεγαλώνει

και η ποσότητα του νιτρικού και του θειώδους οξέος που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό της βροχής.

Έτσι όμως η βροχή γίνεται περισσότερο όξινη, καθώς η τιμή του pH της μπορεί να πέσει αρκετά κάτω από το 5. Εξαιτίας του φαινομένου της όξινης βροχής καταστρέφεται το φύλλωμα των δέντρων, ελαττώνεται η γονιμότητα του εδάφους και θανατώνονται οι φυτικοί και ζωικοί οργανισμοί των υδάτινων οικοσυστημάτων.

Το ίδιο όμως φαινόμενο προκαλεί καταστροφές και στα ιστορικά αρχιτεκτονικά μνημεία και στα έργα τέχνης που είναι κατασκευασμένα από μάρμαρο, γιατί τα οξέα που περιέχονται στη βροχή διαβρώνουν τις εξωτερικές επιφάνειές τους. Δεδομένου ότι και η όξινη βροχή οφείλεται σε μεγάλο ποσοστό στη ρύπανση της ατμόσφαιρας είναι απαραίτητος ο περιορισμός της χρήσης των ορυκτών καυσίμων και η αναζήτηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας που δεν ρυπαίνουν και δεν αλλοιώνουν τη σύσταση της ατμόσφαιρας. Επίσης θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες ειδικά φίλτρα που συγκρατούν το διοξείδιο του άνθρακα και άλλους ρύπους.

Σε μια λίμνη που περιβάλλεται από χωράφια τα οποία καλλιεργούνται συστηματικά με χρήση λιπασμάτων διοχετεύονται πολλά από τα νερά της βροχής που δέχεται η περιοχή αυτή. Να θεωρήσετε ότι στη λίμνη ζουν υδρόβιοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, ζωοπλαγκτόν και ψάρια, που αποτελούν τροφική αλυσίδα. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή στον πληθυσμό των οργανισμών αυτών μετά το τέλος της περιόδου των βροχοπτώσεων.Να ερμηνεύσετε τη μορφή των καμπυλών του διαγράμματος.Να περιγράψετε το φαινόμενο το οποίο προκαλεί τις μεταβολές στις καμπύλες του διαγράμματος.Να εξηγήσετε πώς μεταβάλλεται ο πληθυσμός των αποικοδομητών σ' αυτή τη λίμνη.

Λόγω των βροχοπτώσεων τα λιπάσματα που χρησιμοποιούνται στα γύρω χωράφια μεταφέρονται με το νερό της βροχής στη λίμνη. Τα λιπάσματα αυτά αποτελούν θρεπτικό υλικό όχι μόνο για τους χερσαίους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς αλλά και για τους υδρόβιους (φυτοπλαγκτόν). Εξαιτίας της αφθονίας λοιπόν μετά την περίοδο τω βροχοπτώσεων θρεπτικών υλικών στο νερό αυξάνεται ο πληθυσμός των παραγωγών του οικοσυστήματος που με τη σειρά του ευνοεί την αύξηση του πληθυσμού του ζωοπλαγκτού που τρέφεται από φυτοπλαγκτόν και βρίσκει τώρα αφθονία τροφής. Τα ψάρια με τη σειρά τους βρίσκουν άφθονη τροφή και αυξάνονται και αυτά. Όμως ταυτόχρονα και λόγω της σταδιακής εξάντλησης των θρεπτικών υλικών αυξάνεται και νεκρή οργανική ύλη που προέρχεται από τους νεκρούς οργανισμούς του φυτοπλαγκτού και ζωοπλαγκτού. Η άφθονη νεκρή οργανική ύλη προκαλεί αύξηση και των αποικοδομητών του οικοσυστήματος. Όλοι όμως οι οργανισμοί του οικοσυστήματος χρειάζονται οξυγόνο για την επιβίωσή τους. Το οξυγόνο που είναι διαλυμένο στο νερό είναι λίγο και η μεγάλη κατανάλωσή του από τους αυξανόμενους πληθυσμούς προκαλεί την έλλειψή του με αποτέλεσμα τα ψάρια να αρχίσουν να νεκρώνονται από ασφυξία. Για το λόγο αυτό και η αντίστοιχη καμπύλη του διαγράμματος παρουσιάζει τον πιο γρήγορο ρυθμό μείωσης.

Το υδάτινο οικοσύστημα, αφού δεχτεί τα λιπάσματα που αποπλένονται από το νερό της βροχής, εμπλουτίζεται με τα νιτρικά και τα φωσφορικά άλατα που αυτά περιέχουν. Επειδή όμως οι ουσίες αυτές αποτελούν θρεπτικά συστατικά για τους υδρόβιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς (φυτοπλαγκτόν), προκαλείται υπέρμετρη αύξηση του πληθυσμού τους. Έτσι αυξάνεται και ο πληθυσμός των μονοκύτταρων ζωικών οργανισμών (ζωοπλαγκτόν)που εξαρτώνται τροφικά από το φυτοπλαγκτόν. Με το θάνατο των πλαγκτονικών οργανισμών συσσωρεύεται νεκρή οργανική ύλη, η οποία με τη σειρά της

πυροδοτεί την αύξηση των αποικοδομητών, δηλαδή των βακτηρίων που την καταναλώνουν. Με την αύξηση όμως των μικροοργανισμών ο ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου γίνεται πολύ μεγαλύτερος από το ρυθμό παραγωγής του. Έτσι η ποσότητα του οξυγόνου που βρίσκεται διαλυμένη στο νερό γίνεται ολοένα μικρότερη, γεγονός που πλήττει τους ανώτερους οργανισμούς του οικοσυστήματος, όπως τα ψάρια, που πεθαίνουν από ασφυξία.