Исследование влияния радиоактивного излучения на живые организмы - раздел Информатика, Рабочая учебная программа Когда В 1896 Году А. Беккерель Впервые Обнаружил Наличие Ионизирующих Излучен...
Когда в 1896 году А. Беккерель впервые обнаружил наличие ионизирующих излучений у соединений урана, никто не предполагал, что они настолько опасны. Только через полстолетия, после взрывов первых атомных бомб, человечество полностью осознало разрушительную мощь ядерной энергии.
Естественная радиоактивность встречается у элементов с атомным номером более 83. Скопление положительных зарядов в атомном ядре делает ядро настолько неустойчивым, что оно испускает либо a-частицы, т.е ядра гелия (два протона и два нейтрона), либо b-частицы (электроны). При этом атомные ядра приходят в возбужденное состояние и при обратном переходе в нормальное состояние испускают рентгеновские или g-лучи.
Ядерное излучение обладает большой энергией. Энергия a- излучения лежит в пределах 4 - 9 МэВ, b-излучения – 0,5 – 2 МэВ и g-излучения – 0,1 – 2 МэВ.
Высокая энергия ядерного излучения постепенно расходуется при его прохождении через воздух, воду и другие среды при встрече с атомами среды. В воздухе длина пробега g-излучения составляет в зависимости от энергии g-лучей от нескольких метров до нескольких километров. Это излучение проходит через мягкие ткани организма, такая же картина наблюдается в случае нейтронов. Длина пробега b-частиц в воздухе составляет 150 – 850см, в мягкие ткани растений и животных они проникают всего лишь на несколько миллиметров. Длина пробега ядер гелия в воздухе равна 2,5 – 9см, в ткани они проникают всего лишь на доли миллиметров. Поскольку a- и b-излучение отдают всю энергию в тканях организма на коротком отрезке пути, то очевидно, что они наносят тяжелейшие повреждения клеткам вблизи от места их проникновения.
Устойчивость различных организмов к действию излучения колеблется в широких пределах. При этом, чем крупнее и сложнее организм, тем сильнее он подвергается воздействию радиации. Так, например, бактерии в тысячи раз устойчивее к излучению, чем человек и высокоорганизованные животные. Установлено, что наиболее восприимчивы к лучевому воздействию быстро развивающиеся клетки: развивающиеся зародыши животных гораздо чувствительнее взрослых особей, а вегетативные формы бактерий несравненно чувствительнее бактериальных спор.
Присутствие радионуклида в тканях организма тем опаснее, чем чаще происходит ядерный распад. За единицу активности радионуклида был принят беккерель (Бк), эта единица соответствует 1 акту распада в секунду.
Облучение тканей организма при ядерном распаде в первую очередь вызывает процессы ионизации и образования радикалов. Мягкие ткани состоят главным образом из воды, и основные реакции, протекающие под действием облучения, связаны с ее распадом (радиолизом). В первую очередь молекулы воды дают сольватированные электроны (е -водн. ), т.е. электроны, окруженные гидратной оболочкой. При этом образуются два радикала:
Н2О ® Н· + ОН· + е -водн.
Продолжительность существования этих продуктов распада около 1 мс; в окислительных условиях в живых клетках в дальнейшем образуются новые радикалы и гидроксид водорода:
О2 + Н · = НО2·
О2 + е -водн. = О2·-
О2·- + НО2· Н+® Н2О2 + О2
Н2О2 + О2·- ® ОН- + ОН· + О2
Наряду с этими реакциями возможно взаимодействие первичных продуктов распада воды с образованием новых молекул воды, а также Н2 и Н2О2. Вызванное облучением образование радикалов ведет к возникновению множества дальнейших реакций, которые отражаются на функциях пораженных тканей организма. Сильная склонность к кровотечению после получения больших доз облучения, например 400 рентген, позволяет сделать вывод о повреждении мембран клеток.
Особое значение приобретают реакции радикалов, образовавшихся при облучении, с нуклеиновыми кислотами. Радикалы Н· и е -водн. особенно часто реагируют с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот, при этом в свою очередь образуются разнообразные радикалы. Частично измененные основания при синтезе нуклеиновых кислот вступают в реакции с новыми партнерами, что приводит к образованию ложных нуклеотидов и возникновению мутаций. При синтезе нуклеиновых кислот наряду с нарушением нормального образования пар оснований, происходят как утрата оснований, так и разрыв мостиков в структуре ДНК. В то время как разрыв отдельных мостиков может быть скомпенсирован их восстановлением, массовое разрушение мостиков может привести к выпадению целых сегментов в молекуле ДНК. После получения высоких доз облучения, как и после взаимодействия с определенными веществами мутагенного действия, можно с помощью микроскопа наблюдать полностью разрушенные хромосомы.
Рис.1 Наверху: Фрагмент генетического кода белка. Внизу: Результат воздействия g-излучения на два ДНК-основания.
Химические превращения, происходящие в клетках после радиоактивного облучения, еще пока до конца не изучены. По-видимому, образуется ряд производных, обладающих мутагенным действием. Так, например, после облучения тимина образуются пероксидпроизводные этого основания, а после облучения 2-дезокси-D-рибозы образуются карбонильные соединения. Как показали опыты с микроорганизмами, эти соединения обладают мутагенным действием. При этом находящийся в клетках кислород, вероятно, играет роль катализатора. Считается, что в присутствии кислорода при облучении рентгеновскими или g-лучами мутагенное воздействие усиливается в 2-3 раза, а при облучении нейтронов – в полтора раза.
Биологический эффект или степень лучевого поражения растет с увеличением поглощенной дозы излучения. В результате радиоактивного облучения в организме человека могут возникать следующие виды нарушений: раковые заболевания, острый лучевой синдром и генетические изменения у потомства.
Уже при небольших дозах облучения может проявляться канцерогенное действие, при котором скрытый период болезни может длиться годами или даже десятилетиями. Причинную связь между первичным облучением и злокачественным перерождением клеток не всегда удается полностью проследить. Однако бесспорна связь между изменениями ДНК и возникновением раковых заболеваний.
В то время как раковые заболевания следует рассматривать в качестве отдаленного последствия крайне малых доз облучения, большие дозы, порядка 0.25 Гр ( 1 Гр (грей)= 1Дж/кг), могут вызывать симптомы острого лучевого поражения, а также легкой формы лучевой болезни. Признаки поражения сходны с гриппом и организм быстро восстанавливается, но однако всегда существует опасность рецидивов и отдаленных последствий.
Острый же лучевой синдром, который является последствием действия больших доз радиации, проявляется в недомогании, тошноте, общей слабости, кровотечениях, упадке сил, выпадении волос, иногда в лихорадке. Чем раньше начинают проявляться эти симптомы, тем сильнее была доза облучения и тем более неблагоприятны прогнозы по восстановлению здоровья. Трагическим примером могут служить жертвы атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.
Наиболее непредсказуем генетический ущерб, который может быть нанесен потомству людей, подвергшихся облучению. Это не в последнюю очередь связано с тем, что большинство мутаций носит рецессивный характер, т.е. они проявляются только в тех случаях, когда в организме встречаются две однородные мутации. Образование таких мутаций часто протекает в скрытой форме и остается незамеченным. Таким образом, у человечества в целом идет накопление мутаций, что представляет большую опасность, так как большинство мутаций отрицательно влияет на жизнеспособность биологического вида.
Все темы данного раздела:
Базина Инна Викторовна
Концепции современного естествознания: рабочая учебная программа. – М.: МГУТУ, 2011. – с.
Рабочая учебная программа дисциплины «Концепции современного есте
Цели и задачи дисциплины.
Учебная дисциплины «Концепции современного естествознания» - дисциплина по выбору математического и естественного цикла государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 080200
Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен приобрести знания, умения владения и профессиональные компетенции.
Знать:
· основные этапы развития естествознания
Учебно-образовательные модули дисциплины, их трудоемкость и рекомендуемые виды учебной работы
В таблице 2 дано наименование тем и рекомендованные виды учебной работы, которые в вузовской рабочей программе детализируются в зависимости от используемых технологий обучения. Трудоемкость модулей
Дидактически минимум учебно-образовательных модулей дисциплины.
Таблица 3. Обязательный дидактический минимум содержания дисциплины и её учебно-образовательных модулей.
№
п/п
Наименование модуля и темы дисциплин
Лабораторные работы
Лабораторный практикум является формой аудиторной работы в малых группах. Основная цель лабораторного практикума это приобретение инструментальных компетенций и практических навыков в области «Конц
Цели самостоятельной работы
Формирование способностей к самостоятельному познанию и обучению, поиску литературы, общению, оформлению и представлению полученных результатов, их анализу, умению принять решение, аргументированно
Дополнительная
1. Дмитриева В.Ф., Михайлов М.А., Икренникова Ю.Б. Концепции современного естествознания. УМП.-М.:МГУТУ, 2011.
2. Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б, Самсонов Г.А. Концепции совр
Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Для проведения лабораторных занятий используются специализированные лаборатории, приборы и оборудование, учебный класс для самостоятельной работы по дисциплине, оснащенный компьютерной техникой, не
Контроль знаний по дисциплине
По дисциплине «Концепции современного естествознания» проводится контроль знаний студентов: входной, текущий, рубежный и промежуточная аттестация – экзамен.
Входной контроль предназ
Оценка учебной деятельности
1. Общее количество баллов за виды учебной деятельности студента, предусмотренные основной программой освоения дисциплины, должно составлять не более 60 баллов ( зачетный балл). Так как по дисципли
Тематический план лабораторных занятий
№ п/п
Наименование
темы
Количество часов по формам обучения
Полная
Сокращенная
очн
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование
nемы
Компетенции, формируемые на занятиях
А
Б
В
Г
Изучение корпускулярно-волнового дуализма материи
Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не толь
Лабораторная работа №1А
Определение длины волны при помощи дифракционной решетки
1.Дифракция света
Развитие оптики вплоть до начала XX века базировалось в основном, на представлении
Дифракционная решетка
Для получения ярких дифракционных спектров применяются дифракционные решетки. Дифракционная решетка представляет собою совокупность большого числа узких параллельных щелей одинаковой ширины, распол
Определение постоянной дифракционной решетки
В первой части работы определяют постоянную дифракционной решетки по известной длине волны света, получаемого от монохроматического источника света,
Постоянную дифракционной решетки С опре
Определение длины волны одной из линий спектра белого света.
Во второй части работы определяют длину волны одной из линий спектра белого света. Спектр создается с помощью дифракционной решетки. Используют значение постоянной решетки С, полученное в первой ча
Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы
В работе применяется селеновый фотоэлемент.
Устанавливают фотоэлемент
Дисперсия света
Основным понятием геометрической оптики является понятие светового луча. Законы, определяющие направления световых лучей – закон прямолинейного распространения в однородной среде, законы отражения
Постоянная Планка
Свет представляет собой форму лучистой энергии, которая распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. В 1900 году ученый Макс Планк – один из основоположников квантовой механики – п
Работа может выполняться как на лабораторной установке, так и на компьютере.
3. Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы.
Для исследования видимой части спектра применяют спектроскопы. Спектроскопом называется прибор, служащи
Описание виртуальной установки и порядок выполнения работы.
Лабораторная работа является электронной моделью соответствующей лабораторной установки на кафедре физики МГУТУ.
Меню лабораторной работы содержит методические указания и виртуальную модел
Радиоактивность.
Радиоактивностью называется процесс самопроизвольного превращения неустойчивых элементов в устойчивые, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучением энергии.
a - излучени
Скорость химических реакций и факторы ее обуславливающие
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как например, коррозия железа или брожение виноградного сока, в р
Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ
Необходимым условием того, чтобы между частицами исходных веществ произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом, поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударе
Влияние температуры на скорость реакции
С ростом температуры возрастает энергия сталкивающихся частиц и повышается вероятность того, что при столкновении произойдет химическое превращение, поэтому скорость реакции должна увеличиваться. Д
Влияние катализаторов
Наиболее сильное влияние на скорость реакции оказывает присутствие в реагирующей системе катализатора – вещества, которое повышает (а иногда и уменьшает – тогда его называют ингибитором) ско
Порядок выполнения работы
При взаимодействии раствора тиосульфата натрия Na2S2O3 и серной кислоты выпадает сера, вызывающая при достижении определенной концентрации помутнение раствора:
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование темы
Компетенции, формируемые на занятиях
A
Б
В
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА
Творческая работа студентов по написанию реферата состоит из нескольких этапов:
1. Выбор темы исследования, подбор и изучение литературы по теме.
2. Составление плана и определени
Методологические основы научного познания
1.1 . Структура научного знания.
1.2 . Критерии научного знания.
1.3 . Уровни и методы научного познания.
1.4 . Общенаучные подходы.
Наука – это
Естествознание в системе научного знания. Предмет, цели и история естествознания
2.1. Предмет и иерархическая структура естествознания.
2.2. Этапы и история развития естествознания.
2.3. Основные черты современного естествознания.
&nbs
Современные концепции физической картины мира
3.1. Соотношение динамических и статистических законов.
3.2. Принципы современной физики.
3.3. Структурные уровни материи.
3.4. Виды физического взаимодей
Современные космологические концепции. Антропный принцип
4.1. Происхождение Вселенной. Концепция Большого взрыва.
4.2. Возникновение и структура Солнечной системы.
4.3. Антропный принцип в современной науке.
&nb
Концепции современной химии
5.1. Специфика химии как науки
5.2. Четыре уровня химического знания.
Одной из важнейших естественных наук является химия – наука, изучающая превращения веществ, с
Возникновение жизни на Земле и ее разнообразие
6.1. Структурные уровни организации жизни.
6.2. Основные концепции происхождения жизни на Земле.
6.3. Появление жизни на Земле.
Уровни орг
Факторы и движущие силы эволюционного процесса
7.1. Теория эволюции Ч. Дарвина.
7.2. Механизмы и законы эволюции.
7.3. Синтетическая теория эволюции.
Понятие эволюции – процесса длитель
Синергетика и естествознание XXI века
Основоположники синергетики рассматривают ее как новое междисциплинарное направление исследований, как учение о сложноорганизованных системах. Г. Хакен подчеркивает, что все основные ее понятия «от
Тест №2
Этот тест предназначен для текущего контроля знаний студентов по следующим темам: «Концепции современной химии»; «Фундаментальные свойства живой материи»; «Возникновение жизни и эволюция ее форм».
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование темы
Компетенции, формируемые на занятиях
A
Б
В
ДО НАЧАЛА 20 ВЕКА
1.1. Истоки науки: мифология, религия,
античная натурфилософия
В период зарождения человеч
Медицина в эпоху античности
Основателем научной медицины принято считать Гиппократа (около 460 – около 370 гг. до н.э.), который основал Косскую (по названию острова Кос) медицинскую школу. Основные его работы – трактаты: «О
Культура. Агон
Важнейшей характеристикой греческой культуры является ее состязательность – агональность (агон – состязательность, «игра»). М.И.Козьякова в книге «История. Культура. Повседневная Западная Европа: о
Развитие взглядов на строение Вселенной
Зарождение астрономии. Астрономия, пожалуй, является самой древней наукой. Зачатки астрономических знаний уходят в далекое прошлое: древний Египет, Вавилон, Индия, Китай и др. Одна
Наука в эпоху Средневековья
Западная средневековая наука и философия представляют собой длительный отрезок времени (примерно с I–V вв. по XV в.), когда они в большей мере основывались на христианской религии, которая возникае
Наука в эпоху Возрождения. И. Ньютон
В эпоху Возрождения – переходный период от средневековья к новому времени (XIV–XVII вв.) – на передний план выдвигается исследование природы, опыт, экспериментальный метод. Видное место завоевывает
СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Фундаментальные физические взаимодействия
Под взаимодействием понимается развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.
Все силы и
Принцип относительности
В классической механике Ньютона постулируется абсолютность пространства и времени, т.е. считается, что свойства пространства и времени не зависят от материи и ее движения; пространст
Электромагнитная концепция
Электродинамика – наука, о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрическими заряда
Концепция относительности пространства и времени. Постулаты теории относительности
После построения классической электродинамики Максвелла возникает естественный вопрос о ее соответствии с принципом относительности и выводами классической механики. Сразу заметим,
Корпускулярно-волновой дуализм вещества
Представление об атомах как мельчайших неделимых частицах вещества возникло во времена античности. Но в средние века идея атомизма не получает признания и только к началу XVIII века
Закон сохранения и превращения энергии
Открытие закона сохранения и превращения энергии явилось одним из величайших достижений науки XIX века. Его открытие непосредственно связано с предыдущем развитием всех областей физики и естествозн
И неравновесная термодинамика
Классическая термодинамика XIX века занималась изучением тепловых явлений без учета молекулярного строения тел. При этом предметом ее исследований выступали закрытые системы, т.е
Симметрия в природе. Законы сохранения и их связь с симметрией пространства и времени
Слово симметрия имеет греческое происхождение и переводится как соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей.
Симметрия предполагает
СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ
Космология – это учение о Вселенной как целом, которое включает в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части Вселенной (Метагалактика). В космологии
Модель расширяющейся Вселенной
В 1922–1924 годах на основе представлений об однородной, изотропной, бесконечной Вселенной и уравнений ОТО советским математиком А. Фридманом были получены результаты, говорящие о том, что Вселенна
Модель горячей Вселенной
Для определения того, как происходило расширение Вселенной с момента начала расширения, какие процессы при этом протекали, необходимо провести расчеты при разных предположениях о расширении, о сост
Строение и происхождение галактик
Галактики представляют собой гигантские скопления звезд, связанных между собой силами гравитации. Галактики содержат от нескольких миллионов до многих сотен миллиардов звезд. Наряду
Эволюция звезд
Все небесные тела можно разбить на две группы: 1) испускающие энергию – звезды и 2) не испускающие энергию – планеты, кометы, метеориты, космическая пыль.
Зве
Состав и строение Солнечной системы
Солнечная система представляет собой группу небесных тел, объединенных в единую систему благодаря гравитационному взаимодействию, с центральным телом – Солнце. Кроме Солнца в состав Солне
Строение и движение Земли
Радиус Земли составляет 6,38 · 106 м., ее масса 5,98 · 1024 кг, плотность 5,5 · 103 кг/м3. Скорость обращения Земли вокруг Солнца примерн
Солнечной системы и Земли
Существует несколько различных гипотез о происхождении Солнечной системы и планеты Земля. Пожалуй, здесь следует начать с гипотезы французского естествоиспытателя Жоржа Бюффона (1707–1788). В своей
В биологии
Биология до XVIII века в основном носила описательный и систематический характер. Зоология и ботаника того времени занимались преимущественно изучением и описанием видов. При этом о
Эволюционная теория Ч. Дарвина
Основы эволюционной теории были сформулированы Ч. Дарвиным в его работе "Происхождение видов" (1859) на предшедствующего эмпирического материала и своих наблюдений в ходе
Проблема живого и неживого
Одной из самых сокровенных тайн во все века была тайна происхождения человека и всего живого на Земле. Ученые разных времен и народов высказывали всевозможные гипотезы о том, когда
Концепции возникновения жизни
Среди основных гипотез возникновения жизни на Земле можно выделить следующие:
1) Креационизм – божественное сотворение жизни;
2) Концепции многократного
Структурные уровни организации материи
Жизнь, как и неживая природа, имеет ряд уровней своей материальной организации.
Выделяют следующие уровни организации живой материи:
1) Системы доклеточного уровня
Экологическая проблема
Растения и животные существуют не сами по себе, а в тесной связи, зависимости от окружающей неживой природы (климат, рельеф, почва) и от других организмов. В изоляции жизнь растений
Карта обеспеченности студентов учебной и методической литературой
№ п/п
Автор, название, место издания, издательство, год издания учебной литературы
Кол-во экз.
Кол-во студентов, изучающих дисциплин
Модульно-рейтинговая система оценки результатов обучения
Таблица. Модульно- рейтинговая карта по дисциплине «Концепции современного естествознания»
Виды учебной работы
Максимальный балл
Зачетны
Лист регистрации изменений и дополнений
Номер
изме-нения
Номера листов
Основание для внесения изменений
Подпись
Расшифровка подписи
Дата
Новости и инфо для студентов