της Δήμητρας Σπανού Χημικού . καθηγήτριας στο 1ο Γυμν. Δαφνης
υπό κατασκευή
Τι σημαίνει η λέξη "ομοισταση"
Ετυμολογία :
- ομοιόσταση < λόγιο ενδογενές δάνειο: νεολατινική homeostasis < αρχαία ελληνική ὅμοιος + ἵστημι
δηλαδή στέκομαι , είμαι όρθιος (άρα υγειής)
με τρόπο όμοιο
που όμοιος, -α, -ο δηλαδή με τρόπο όχι ίδιο αλλά που
που έχει αρκετά κοινά χαρακτηριστικά με κάτι άλλο και λίγες διαφορές
Η λέξη ομοιόσταση χρησιμοποιείται γα να περιγράψει την λειτουργία στους οργανισμούς και η διατήρησή της ή μη, συνδέθηκε με την υγεία και την ασθένεια
Ομοιόσταση αποκαλείται η ικανότητα των οργανισμών να διατηρούν το εσωτερικό περιβάλλον σταθερό, παρά τις μεταβολές του εξωτερικού περιβάλλοντος. Σημαντικοί παράγοντες είναι η διατήρηση μιας σταθερής ποσότητας οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, μέσω της λειτουργίας του αναπνευστικού συστήματος, η θερμοκρασία του σώματος, η οξύτητα του αίματος, και η συγκέντρωση αλάτων του σώματος. Επίσης, σημαντική είναι η συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα, η οποία παραμένει σχετικά σταθερή με την δράση της ινσουλίνης, που εκκρίνεται από το πάγκρεας. Η όλη διαδικασία προϋποθέτει κατανάλωση ενέργειας, συντονισμό λειτουργίας διαφόρων οργάνων, και συνεργασία νευρικού και ενδοκρινικού συστήματος.
Μεταφέροντας όμως αντίστοιχα την ορολογία στην περιγραφή της ισορροπίας στο φυσικό περιβάλλον, και το γήινο οικοσύστημα είτε στους κύκλους των χημικών στοιχείων και της ανόργανης ύλης είτε σε συνθετότερους οργανικούς και βιολογικούς κύκλους διαπιστώνεται ότι η έννοια της ομοιόστασης περιγράφει εξ ίσου καλά και τους κύκλους αυτούς.
Περιγράφοντας το φυσικό περιβάλλον και στους κύκλους της ύλης
Ισορροπία των φυσικών κύκλων - Ομοιόσταση
Οι παράγοντες που αποτελούν ένα οικοσύστημα και αλληλοεπιδρούν είναι παράγοντες ύλης και ενέργειας.
Η ύλη στο γήϊνο οικοσύστημα παραμένει σχεδόν ανεπιρρέαστη εφόσον τα ποσά ύλης που δέχεται ο πλανήτης από το διάστημα ( μετεωρίτες κ.α.) είναι αναλογικά πολύ μικρά. Τα χημικά στοιχεία που επικρατουν ( άνθρακας, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, θείο, φωσφόρος κ.α.) αλλά και τα άλλα σε μικρότερες αναλογίες κυκλοφορούν σε βιοχημικούς κύκλους χημικών στοιχείων ώστε να γίνονται εκ νέου διαθέσιμα. Κύκλος του άνθρακα, κύκλος του αζώτου, κύκλος του φωσφόρου, κύκλος του οξυγόνου, κύκλος του θείου κ.λ.π.
Αντίστοιχα πιο ψηλά όπου τα χημικά στοιχεία βρίσκονται δεσμευμένα σε χημικές ενώσεις εμφανίζονται κύκλοι χημικών ουσιών όπως κύκλος του νερού, κύκλος του διοξειδίου του άνθρακα, αλλά και κύκλοι πιο σύνθετων ουσιών όπως οι ιζηματογενείς κύκλοι των πετρωμάτων, ή οι κύκλοι οργανικών θρεπτικών (αμινοξέων, υδατανθράκων κ.λ.π.)
Τέλος αντίστοιχη δυναμική εμφανίζουν οι γνωστοί βιολογικοί κύκλοι των οικοσυστημάτων με εμβιους και αβιωτικούς παράγοντες που αλληλοεπιρρεάζονται.
(Γνωστό είναι το παράδειγμα του σχολικού βιβλίου με το λιβάδι που έχει νερό, χόρτα, λαγούς και αλεπούδες σε μια αέναη κίνηση και ταυτόχρονα σε μια δυναμική μεταξύ τους ισορροπία).
Αυτή διαρκής κίνηση των παραγόντων που γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να διατηρείται μια ισορροπία δεν είναι στατική, εφόσον υπάρχει μια διαρκής ανακύκλωση της ύλης.
Παραδείγματα των κύκλων αυτών από την Βιολογία Γ Λυκείου είναι ο κύκλος του άνθρακα στον οποίο ο άνθρακας ακολουθεί την ροή της ενέργειας που περνά από το ένα επίπεδο στο άλλο σαν χημική ενέργεια δεσμευμένη στις ενώσεις του άνθρακα
Εικόνα 2.12: Ο κύκλος του άνθρακα Τα πράσινα βέλη αντιπροσωπεύουν τη φωτοσύνθεση, τα κόκκινα την κυτταρική αναπνοή, τα κυανά την κατανάλωση και τα μαύρα την αποικοδόμηση.
ή ο κύκλος του αζώτου κατά τον οποίο το ζητούμενο είναι να εισαχθεί το άφθονο αέριο άζωτο της ατμόσφαιρας στις τροφικές αλυσίδες των οικοσυστημάτων (αζωτοδέσμευση) το οποίο βέβαια απαιτεί ενέργεια. Οι αζωτοδέσμευση γίνεται στην ατμόσφαιρα 10% σε μορφή αμμωνίας ή νιτρικών ιόντων και με την ενέργεια των κεραυνών, και η βιολογική αζωτοδέσμευση 90% με τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια. Το άζωτο μέσα σε αζωτούχες ενώσεις που κατασκευάζονται στην συνέχεια κυκλοφορεί στην βιόσφαιρα σε εσωτερικούς κύκλους και σε κάποιες περιπτώσεις απονιτροποιητικά βακτήρια του εδάφους, αποδεσμεύουν το άζωτο πίσω στην ατμόσφαιρα.
Εικόνα 2.16: Ο κύκλος του αζώτου
Ισορροπία των κύκλων και ανακύκλωση
Στους κύκλους αυτούς γίνεται ανταλλαγή μεταξύ βιοτικών και αβιοτικών συστημάτων.
Αέριοι κύκλοι όπως αυτός του άνθρακα, αυτορυθμίζονται ευκολότερα των ιζηματογενών (φωσφόρου, θείου).
Ένας σημαντικός παράγοντας που επιρρεάζει την ισορροπία των συστημάτων είναι η συγκέντρωση των συστατικών.*και η δυνατότητα ανακύκλωσής τους
Τα θρεπτικά αερίων κύκλων όπως του άνθρακα και του αζώτου ανακυκλώνονται ευκολότερα από άλλους ιζηματογενείς κύκλους.
Οι διάφοροι παραγόντες ενός τέτοιου κύκλου και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους λειτουργούν σαν ρυθμιστικοί μηχανισμοί που ελέγχουν την ισορροπία του.
Ο ρυθμός ανάπτυξης φυτών και ζώων, οι ανθρώπινες δραστηριότητες, ο ρυθμός αποσύνθεσης της οργανικής ύλης είναι τέτοιοι παράγοντες, όπως και οι ιδιαιτερότητές τους. Π.χ. όταν έχουμε αλκαλικά εδάφη ευνοείται η γρήγορη αποικοδόμηση της οργανικής ύλης ενω στα όξινα όχι. Σε θερμές και υγρές περιοπχές οι αποικοδομητές αυξάνουν υπερβολικά. Αντίθετα σε κρύες περιοχές παρατηρείται συσσώρευση οργανικής ύλης που αποικοδομείται με πιο αργούς ρυθμούς.
Σε τέτοιους κύκλους οποιασδήποτε μορφής λειτουργούν νόμοι που σήμερα πλέον περιγράφονται με ακρίβεια από τις μαθηματικές επιστήμες .
Οι παράγοντες και οι μεταβλητές των συστημάτων μοντελοποιούνται
Με τον όρο μοντέλο περιγράφεται η απλοποιημένη αφιρετική αναπαράσταση ενός συστήματος ώστε να υποβοηθάται η επίλυση προβλημάτων του συστήματος
Το συμπέρασμα που βγαίνει από τις μαθηματικές αυτές προσσεγγίσεις του φυσικού κόσμου διατυπώνονται με παγκόσμιους νόμους όπως ο Νόμος του Ισοζυγίου που περιλαμβάνει
Τον Νόμος της διατήρησης της μάζας συστατικού i πολυσυστατικού μείγματος και θερμική ενέργεια
Στους Νόμους μεταφοράς περιλαμβάνονται οι εξισώσεις μεταφοράς μάζας, θερμότητας και μηχανικής ενέργειας
Αντίθετα με την ύλη η γη είναι ανοικτό σύστημα ως προς την ενέργεια. Ο ήλιος δίνει συνεχώς ενέργεια στον πλανήτη και αυτή η ενέργεια αξιοποιείται με την φωτοσύνθεση και δεσμεύεται με την μορφή χημικής ενέργειας στην γλυκόζη όπου ο άνθρακας συνδυάζεται με το οξυγόνο και το υδρογόνο.
Στην συνέχεια καταναλώνεται και χάνεται με την μορφή θερμότητας στα τροφικά επίπεδα.
Η ενέργεια μέσα στην βιόσφαιρα κυκλοφορεί με την μορφή χημικής ενέργειας που περιέχεται στην τροφή περνάει από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο. Στο σχήμα από το σχολικό βοβλίο Βιολογία Γ Γεν. Λυκείου φαίνεται η χημική ενέργεια που είναι δεσμευμένη σε διάφορους οργανισμούς .
Από την ενέργεια αυτή όμως μόνο το 10% περνάει στο επόμενο τροφικό επίπεδο ενώ το 90% χάνεται κυρίως με μορφή θερμότητας
Πολλοί από τους κύκλους αυτούς πρέπει να γίνονται με μικρές διακυμάνσεις στις τιμές παραμέτρους τους είτε όσον αφορά την ύλη ή την ενέργεια ώστε να διατηρείται μια διαρκής δυναμική ισορροπία
Έτσι λειτουργούν ρυθμιστικοί μηχανισμοί που ελέγχουν την πορεία τους και την παρουσία των συστατικών στα διάφορα στάδια, όπως και τις ενεργειακές διακυμάνσεις.
Οι συνθήκες του άβιου περιβάλλοντος (θερμοκρασία, φως κ.ά.) μεταβάλλονται διαρκώς, όπως αλλάζει και ο αριθμός των ατόμων των διάφορων πληθυσμών που ζουν σε αυτό. Όσο όμως οι μεταβολές κυμαίνονται μέσα σε κάποια όρια, η ισορροπία μπορεί να αποκαθίσταται
Ένα παράγειγμα από την βιολογία είναι η ισορροπία στοιχείων σε ένα λιβάδι.
Στο οικοσύστημα αυτό, αν αυξηθεί π.χ. υπερβολικά το διοξείδιο του άνθρακα θα επιταχυνθεί η φωτοσύνθεση θα αυξηθούν τα φυτά, θα αυξηθεί υπερβολικά ο αριθμός των λαγών. Τότε όμως στο λιβάδι θα αυξηθεί και ο αριθμός των των λύκων που θα βρίσκουν περισσότερη τροφή για να επανέλεθι εκ νέου ισορροπία.
Σε πολλές περιπτώσεις η νέα ισορροπία βρίσκει το οικοσύστημα "κατώτερο" του αρχικού με μειωμένο των αριθμό των ειδών ζωής ή των περιβαλλοντικών παραμέτρων.
Μιλάμε τότε για υποβάθμιση οικοσυστήματος
Λειτουργία των φυσικών κύκλων , ρυθμιστικοί μηχανισμοί στο φυσικό περιβάλλον
- Ομοιόσταση και ομοιοστατικοί μηχανισμοί στο εσωτερικό περιβάλλον των οργανισμών
Είναι εμφανής η αντιστοίχιση της έννοιας της λειτουργίας των ρυθμιστικών μηχανισμών και η καλή λειτουργία στους κύκλους αυτούς με τους ομοιοστατικούς μηχανισμούς και την ομοιόσταση στους οργανισμούς
όπως ορίζεται
Η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, συγκεντρώσεις διαφόρων συστατικών, πίεση κ.α.) παρά τις εξωτερικές μεταβολές ονομάζεται Ομοιόσταση και για να επιτευχθεί απαιτείται ενέργεια
Οι ρυθμιστικοί μηχανισμοί με τους οποίους επιτυγχάνεται η ομοιόσταση ονομάζονται ομοιοστατικοί μηχανισμοί.
Οι υποβαθμίσεις των οικοσυστημάτων αλλά και η ανισορρόπηση όλων των κύκλων που αναφέρθηκαν πιθανόν να είναι αποτελέσματα φυσικών παραγόντων αλλά κυρίως είναι αποτέλεσμα ανθρώπινων παρεμβάσεων και ενεργειών που συμβαίνουν
Που οφείλεται η ρύπανση του περιβάλλοντος; Ποιότητα , ποσότητα η δυναμική των ρύπων
Ρύπανση είναι η επιβάρυνση του περιβάλλοντος με κάθε παράγοντα (ρύπο) που έχει βλαπτικές επιδράσεις στους οργανισμούς. Στους ρύπους ανήκουν συγκεκριμένες χημκές ουσίες και διάφορες μορφές ενέργειας όπως η θερμότητα, ο ήχος, οι ακτινοβολίες.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, κριτήριο για την απειλή που συνιστά ένας ρύπος δεν είναι τόσο η ποιότητα, όσο ο ρυθμός με τον οποίο προστίθεται σε ένα οικοσύστημα. Για το λόγο αυτό είναι δυνατόν μια ουσία αβλαβής σε μικρές συγκεντρώσεις, να καταστεί απειλητική, αν ο ρυθμός εισαγωγής της στο οικοσύστημα είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό απομάκρυνσής ή αδρανοποίησής της από τους ειδικούς μηχανισμούς αποκατάστασης ισορροπίας που διαθέτουν όλα τα οικοσυστήματα.
ΠΗΓΕΣ
Βιολογία Γ Γενικού Λυκείου
Πέρα από τα όρια D. MEADWS...
https://el.wiktionary.org/wiki/%CE%BF%CE%BC%CE%BF%CE%B9%CF%8C%CF%83%CF%84%CE%B1%CF%83%CE%B7
https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9F%CE%BC%CE%BF%CE%B9%CF%8C%CF%83%CF%84%CE%B1%CF%83%CE%B7
https://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/10310/1/Kontogiannatou%20MSc.pdf