1. Защитные свойства организма. Иммунитет. Борьба с инфекционными заболеваниями. Профилактика ВИЧ инфекции и заболевания СПИДом

Защитные свойства организма обусловлены целым рядом механизмов. К ним относятся, например, способность крови и лимфы к свертыванию, существование противосвертывающей системы, способность сердечно-сосудистой системы перераспределять кровоток в зависимости от потребности органов в доставке кислорода, способность кожи к защите внутренних органов от действия ультрафиолетового излучения, барьерная функция печени, обеспечивающая обезвреживание ядовитых продуктов распада, и т.д. Одна из важнейших задач организма – это защита от генетически чужеродных веществ. Эту функцию выполняет иммунная система организма.

Иммунитет (от латинского слова immunitas – освобождение, избавление от чего-либо) – это невосприимчивость организма к инфекционным и неинфекционным агентам, у которых есть антигенные свойства. Антигены – это чужеродные органические вещества с высоким молекулярным весом. При проникновении в организм антигены могут вызывать образование специфических белков – антител. Антигены соединяются с антителами, которые возникли в организме под их влиянием. Эта реакция называется реакция антиген–антитело. Антигенные свойства есть у бактерий, вирусов, некоторых ядовитых веществ. Антигенными свойствами может обладать донорская кровь.

Различают следующие виды иммунитета:
• Естественный врожденный иммунитет передается по наследству. Так, например, люди невосприимчивы к чуме рогатого скота, а кошки и собаки – к столбнячному токсину.
• Естественный приобретенный иммунитет – когда организм получает иммунные тела через плаценту или с материнским молоком. Такой иммунитет приобретается пассивно.
• Естественный активный приобретенный иммунитет – в этом случае антитела образуются после перенесенного заболевания.
• Искусственный активный иммунитет – этот вид иммунитета вырабатывается при введении вакцины (она содержит ослабленные или убитые возбудители или их ядовитые продукты обмена – токсины); такой иммунитет сохраняется очень долго. Вакцинация была разработана французским микробиологом Луи Пастером в 1881 г.
• Искусственный пассивный иммунитет возникает при введении лечебной сыворотки, уже содержащей готовые антитела; такой иммунитет сохраняется недолго.

Первая линия защиты организма от возбудителей инфекционных заболеваний – это кожа и слизистые оболочки. В выделениях потовых и сальных желез содержатся вещества, которые вызывают гибель возбудителей различных заболеваний, – это естественные факторы иммунитета (например, белок лизоцим, который есть в слюне). К естественным факторам относятся и интерфероны – белки, вырабатываемые клетками в ответ на проникновение вирусов и препятствующие их размножению. Воспаление – это тоже защитная реакция организма на проникшую инфекцию.

Важный фактор иммунитета – фагоцитарная активность лейкоцитов. Лейкоциты делятся на две группы: зернистые (гранулоциты) и незернистые (агранулоциты). К первой группе относятся нейтрофилы (50–79% всех лейкоцитов), эозинофилы и базофилы. Ко второй группе относятся лимфоциты (20-40% всех лейкоцитов) и моноциты. Нейтрофилы, моноциты и эозинофилы обладают наибольшей способностью к фагоцитозу; они обеспечивают клеточный иммунитет. Лимфоциты обеспечивают гуморальный иммунитет. Лимфоциты могут жить очень долго; они обладают «иммунной памятью», т.е. усиленной реакцией при повторной встрече с чужеродным агентом. Т-лимфоциты – это тимус-зависимые лейкоциты. Среди них важную роль играют T-киллеры, убивающие чужеродные клетки, а также Т-хелперы, которые участвуют в развитии иммунного ответа, взаимодействуя с В-лимфоцитами. В-лимфоциты участвуют в образовании антител. Из В-лимфоцитов образуются плазматические клетки, которые и вырабатывают антитела. При образовании комплекса антиген–антитело антигены теряют свои болезнетворные (патогенные) свойства.

Явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым в 1882 г. В 1908 г. он получил за это открытие Нобелевскую премию.

Инфекционные заболевания вызываются патогенными бактериями (сыпной тиф, чума, холера, сифилис, туберкулез, ангина и т.д.) или вирусами (грипп, СПИД, герпес, гепатит, корь, бешенство, оспа, энцефалит, многие злокачественные опухоли и т.д.).

Меры борьбы с распространением инфекционных заболеваний: химическая дезинфекция, ультрафиолетовое облучение, стерилизация (нагрев до 120°С), пастеризация (нагрев продуктов несколько раз до 60–70°С), уничтожение переносчиков, изоляция больных, соблюдение мер личной гигиены. Заболевших бактериальными инфекциями лечат антибиотиками, а вирусными инфекциями – противовирусными препаратами.

При эпидемии какого-либо инфекционного заболевания необходимо проводить вакцинацию, принимать препараты, активирующие иммунную систему человека (например, интерферон).

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) поражает Т-лимфоциты, которые относятся к группе хелперов (помощников). Это резко подавляет клеточный и гуморальный иммунитет. Развивается иммунодефицитное состояние – организм оказывается беззащитным перед возбудителями инфекционных болезней, а также перед развитием опухолей.

Заражение происходит от человека, больного СПИДом (синдромом приобретенного иммунодефицита), или от вирусоносителя (ВИЧ-инфицицированного человека). Заражение может произойти при половом контакте, переливании крови, при использовании шприцев, игл, медицинских инструментов, загрязненных кровью больных СПИДом или вирусоносителей. Основные группы риска – это наркоманы, гомосексуалисты, проститутки, люди, больные гемофилией (при этой болезни необходимо часто переливать кровь и поэтому высока опасность проникновения вируса СПИДа). Меры защиты – здоровый образ жизни, тщательный контроль за донорской кровью, обследование людей, относящихся к группам риска, а также людей, которые контактировали с ВИЧ-инфицированными или больными СПИДом, применение одноразовых шприцев, стерилизация хирургических инструментов. Необходимо также соблюдение правил личной гигиены и профилактики СПИДа.

2. Характеристика царства растений. Роль растений в биосфере

Царство растений объединяет два подцарства: Низшие растения и Высшие растения (по другой систематике – три подцарства: Багрянки, Настоящие водоросли и Высшие растения). К низшим растениям относятся водоросли и лишайники, к высшим – высшие споровые (моховидные и папоротникообразные) и семенные (голосеменные и покрытосеменные).

Начало развития растительного царства на Земле можно отнести к архейской эре (примерно 3500 млн лет назад), в которой появились синезеленые водоросли (их относят также к цианобактериям, т.к. в клетках этих водорослей еще не было оформленного ядра, т.е. они были прокариотами – доядерными организмами).

Это были одноклеточные и многоклеточные прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, что привело к обогащению атмосферы Земли кислородом, необходимым для всех аэробных организмов. В протерозойской эре (примерно 2600 млн лет назад) господствовали зеленые и красные водоросли. Водоросли – это низшие растения, тело которых не расчленено на отделы и не имеет специальных тканей (такое тело называют талломом). Водоросли продолжали господствовать и в палеозое (около 570 млн лет назад), однако в силурийском периоде палеозоя появляются древнейшие высшие растения – риниофиты (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни.

Первые сосудистые растения: риния (слева) и зостерофиллум (справа).

В девонском периоде палеозоя появляются моховидные и папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), а господствуют на Земле риниофиты и водоросли. Моховидные и папоротникообразные – это Высшие споровые растения. У мхов появляются стебли и листья (выросты стебля), однако корней еще нет; функцию корней выполняют ризоиды – корнеобразные отростки от стебля. В цикле развития мхов преобладает гаплоидное поколение (гаметофит) – это само растение мха. Диплоидное поколение (спорофит) не способно к самостоятельному существованию и питается за счет гаметофита. У папоротникообразных появляются корни; в цикле их развития преобладает спорофит (само растение), а гаметофит представлен заростком – это маленькая сердцевидная пластинка у папоротников или клубенек у плаунов и хвощей. В древности это были огромные древовидные растения. Размножение у высших споровых невозможно без воды, т.к. оплодотворение яйцеклетки у них происходит в капельках воды, в которых подвижные мужские гаметы – сперматозоиды – движутся к яйцеклеткам.
Именно поэтому вода для Высших споровых – ограничивающий фактор: если не будет капельной воды, размножение этих растений станет невозможным.

Веточка примитивного хвойного растения мезозоя – кордаита

В карбоне (каменноугольном периоде) появляются семенные папоротники, от которых в дальнейшем, как полагают ученые, произошли голосеменные растения. Господствуют на планете гигантские древовидные папоротникообразные (именно они и дали залежи каменного угля), а риниофиты в этом периоде полностью вымирают. В пермском периоде палеозоя появляются древние голосеменные растения. Господствуют в этом периоде семенные и травянистые папоротники, а древовидные папоротникообразные вымирают. Голосеменные растения относятся к семенным растениям. Размножаются они семенами, которые не защищены стенками плода (цветков и плодов у голосеменных растений нет). Появление этих растений было связано с поднятием суши и колебаниями температуры и влажности. Размножение этих растений уже не зависит от воды.

Представитель флоры позднего девона и карбона – семенной папоротник медуллоза

Среди покрытосеменных растений есть травы, кустарники, и деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Для покрытосеменных характерна высокая эволюционная пластичность. Их эволюция шла очень быстро. Большую роль в этом сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные – единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий.

В кайнозойской эре (ее возраст примерно 62–70 млн лет) на Земле господствуют современные покрытосеменные и голосеменные растения, а Высшие споровые растения подвергаются биологическому регрессу.

Что же объединяет все растения?

Для всех растений характерна способность к автотрофному питанию. Они сами создают органические вещества в процессе фотосинтеза, поглощая при этом углекислый газ и выделяя в атмосферу кислород. Обусловлено это тем, что клетки растений содержат фотосинтезирующий пигмент – хлорофилл. Запасают углеводы растения в виде крахмала.

Клетки растений имеют целый ряд характеристик, отличающих их от клеток животных. Растительная клетка имеет поверх клеточной мембраны твердую клеточную оболочку, в которой есть поры, – через них проходят цитоплазматические нити, связывающие клетки друг с другом. Большую часть растительной клетки занимает одна или несколько вакуолей, заполненных жидкостью. В цитоплазме растительной клетки есть специфические органоиды – пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты). Кроме того, есть и еще целый ряд отличий (например, комплекс Гольджи в растительной клетке организован иначе, чем в животной клетке; в клетках голосеменных и покрытосеменных растений нет центриолей; в растительных клетках не обнаружены лизосомы). Питаются растительные клетки с помощью пиноцитоза, т.е. поглощают вещества только в растворенном состоянии. Все это указывает на очень существенные отличия растений от животных.

Как правило, растения прикрепляются к субстрату (исключением является, например, подвижная одноклеточная водоросль хламидомонада), поэтому их движения ограничены. Такие движения называют тропизмами (например, положительный геотропизм у корня и отрицательный – у стебля).

В жизненном цикле всех растений происходит чередование гаплоидной (гаметофит) и диплоидной (спорофит) фаз развития, при этом в процессе эволюции растений доля фазы гаметофита в жизненном цикле постепенно уменьшалась. Так, например, у мхов само растение мха – это гаметофит, а спорофит представлен спорогоном, который не способен к самостоятельному существованию и живет за счет гаметофита. А у покрытосеменных растений спорофит – это само растение, гаметофит же уменьшается до нескольких клеток (пыльца и зародышевый мешок).

Еще одна важная особенность растений заключается в том, что они расселяются в стадии покоя, когда образуются споры или семена, тогда как животные расселяются в активной фазе своего развития.

Некоторые организмы имеют черты строения и жизнедеятельности и растений, и животных (например, эвглена зеленая, которая на свету питается как автотроф, а в темноте – как гетеротроф). Предполагают, что такой одноклеточный организм, способный к смешанному (миксотрофному) питанию, мог дать начало двум ветвям живого мира – растениям и животным.

Растения в биосфере, по выражению академика К.А. Тимирязева, выполняют космическую роль. Объясняется это тем, что в процессе фотосинтеза они способны усваивать солнечную энергию и создавать органические вещества (в биоценозах растения относятся к продуцентам; создавая органику, они обеспечивают кормом животных и пищей человека). В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород, необходимый для жизни всем организмам, дышащим кислородом (аэробным организмам). При фотосинтезе растения поглощают углекислый газ, включая его в круговорот веществ и уменьшая парниковый эффект на планете. Растительные сообщества создают среду обитания для животных. Растения значительно влияют на климат планеты, обеспечивают образование плодородного слоя почвы, предотвращают эрозию почв. Растения участвуют в формировании самых разных экологических систем, т.к. ведут и наземный, и водный образ жизни. Растения защищают нас от шума, создают тень, улавливают пыль и вредные вещества.