Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова
Биологический факультет
Кафедра биофизики

119991, Москва, ГСП-2, Ленинские горы. Телефон (495) 939-1116, факс 939-1115.
!Поздравляем старшего научного сотрудника кафедры биофизики Надежду Александровну Браже с победой в конкурсе «For Women in Science» и премией ЮНЕСКО за 2015 год!

Учебные дисциплины

Экологическая биофизика

Погосян С.И.

Программа

Лекция 1. Экологическая биофизика в ряду экологических дисциплин. Адаптация, устойчивость и надежность биологических систем. Молекулярные механизмы адаптации живых организмов к экстремальным факторам внешней среды. Основные принципы и стратегии адаптации. Адаптация белков к изменениям температуры. Регуляция вязкости мембранных липидов. Энергетическая стоимость физиологических процессов. Сопоставление затрат энергии организмом в данных условиях среды с энергетическим ресурсом адаптации организма как количественная мера качества среды. Стресс как генетически обусловленный неспецифический синдром адаптации, приводящий к повышению устойчивости организма. Стресс и дистресс. Границы толерантности организма. Белки теплового шока, убиквитин. Мембраны как первый барьер для действия стрессовых факторов.

Лекция 2. Разнообразие ответных реакций индивидуумов в клеточных ансамблях и популяциях. Причины неоднородности биологических объектов. Генетическая и эпигенентическая гетерогенность. Диссоциации. Функциональная неоднородность клеток. Собственные ритмы активности и их влияние на функциональную неоднородность клеток Центральная предельная теорема. Структура клеточной популяции как отражение ее функционального состояния. Примеры. Связь функциональной структуры популяции с динамикой численности одноклеточных водорослей. Связь функциональной структуры популяции одноклеточных водорослей с дефицитом биогенов или присутствием токсических веществ. Влияние фотоокислительного повреждения на неоднородность клеток водорослей в популяции.

Лекция 3. Изменения параметров флуоресценции хлорофилла у двух видов водорослей при их совместном культивировании. Оценка состояния популяции и прогнозирование динамики численности природных популяций водорослей на основе неоднородности клеток. Повышение функциональной неоднородности объектов как показатель неблагоприятных условий среды обитания популяции. Задачи типизации особей в популяциях. Критерии применимости кластерного анализа для типизации особей в популяциях. Алгоритм многомерного кластерного анализа. Примеры применения типизации особей в природных популяциях.

Лекция 4. Фоновые воздействия. Трудности оценки воздействия сверхмалых доз биологически активных веществ и физических факторов на биосферу. Действие на организм сверхмалых доз биологически активных веществ. Аллелопатия. Предполагаемые механизмы действия сверхмалых доз биологически активных веществ. Действие электромагнитных полей на биологические системы. Затухание электромагнитных полей в биологических тканях. «Проблема kТ». Циклотронная частота иона. 11- летний цикл солнечной активности, число Вольфа. Спектр излучений и характеристики потоков частиц, испускаемых солнцем. Влияние солнечной активности и магнитного поля Земли на биологические системы. Атмосферное электричество. Физиологическое действие аэроионов. О дискретных состояниях в распределениях.

Лекция 5. Оптическое излучение Солнца. Поток излучения, интенсивность света, доза излучения. Характеристики отдельных участков оптического спектра. Свойства электронно-возбужденных состояний. Биологические эффекты действия оптического излучения. Фотохимическая чувствительность нуклеиновых кислот и белков. Спектр действия эритемы и загара. Иммуносупрессия, фотоалергические реакции. Природные и синтетические фотодинамические красители. Восприятие света человеком и животными. Относительная спектральная чувствительность глаза человека. Фотопериодизм. Гормон – мелатонин. Биологические часы. Фоторегуляция роста растений. Фотодвижение клеток водорослей. Биологические эффекты действия монохроматических излучений.

Лекция 6. Активные формы кислорода (АФК). Физико-химические свойства АФК. Повреждение ДНК с участием АФК. Повреждение белков с участием АФК. Перекисное окисление липидов. Продукты перекисного окисления липидов: перекиси липидов, малоновый диальдегид, шиффовы основания («пигменты старения». Оценка степени окислительного повреждения организма по накоплению продуктов перекисного окисления липидов. Хемилюминесценция как показатель интенсивности реакций с участием АФК. Защита организма от окислительного повреждения. Концентрация кислорода в клетке. Супероксиддисмутазы, каталаза, пероксидазы и глутатионпероксидаза. Антиоксиданты (?-токоферол, фенольные соединения, меланины). 

Лекция 7. Псевдоциклический электронный транспорт. Окислительное повреждение фотосинтетического аппарата растительных организмов. Перекисное окисление липидов субклеточных структур растений. Перекисное окисление липидов при действии гербицидов и старении растений. Роль АФК в реакциях иммунитета. Генерация АФК в целях защиты от инфекций фагоцитирующими клетками человека и животных. Иммунитет растений, элиситоры, реакции сверхчувствительности. Защита организма от ксенобиотиков и система цитохромов Р450. Изоформы цитохромов Р450. Дезактивация и детоксикация токсических веществ. Видовая специфичность активности монооксигеназ. Индукция активности системы цитохромов Р450.

Лекция 8. Экология фотосинтеза. Фотосинтез - энергетическая основа жизни на Земле. Особенности фотосинтеза в водных и наземных экосистемах. Олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные зоны Мирового Океана. Распределение фитопланктона в толще воды. Ослабление интенсивности и изменения спектрального состава света под водой. Зависимость эффективности фотосинтеза от интенсивности света. Первичная продукция водных экосистем. Состав и организация фотосинтетических пигментов (хлорофиллы, бактериохлорофиллы, бактериородопсин, каротиноиды, фикобилины). Спектры поглощения главных групп пигментов, ассоциированных в фотосинтетический аппарат. Размеры антенного комплекса и его пигментный состав. Роль каротиноидов в составе фотосинтетического аппарата. Деградация фотосинтетических пигментов растительных организмов. Фотозащитные пигменты растительных организмов.

Лекция 9. Общая характеристика первичных процессов фотосинтеза. Разделение зарядов в РЦ P700 и P680. Цепь электронных переносчиков фотосинтетического аппарата. Регуляция первичных процессов фотосинтеза. «Быстрая» и «медленная» регуляция состояния фотосинтетического аппарата растений. Окислительное повреждение фотосинтетического аппарата. Диссипация энергии света как механизм защиты растений. Методы определения состояния фотосинтетического аппарата. Абсорбционные методы. Флуоресценция хлорофилла фотосинтетического аппарата. Кривая индукции флуоресценции хлорофилла. Определение эффективного сечение поглощения пигментов, приходящихся на один реакционный цент фотосистемы 2. Влияние оптической плотности образца на кинетику индукции флуоресценции хлорофилла. Длительное послесвечение хлорофилла фотосинтетического аппарата. Термохемилюминесценция растительных организмов. 

Лекция 10. Определение продукционных показателей фитопланктона по параметрам флуоресценции хлорофилла. Спектры возбуждения флуоресценции хлорофилла и первичная продукция. Лимитирование первичной продукции. Фотоингибирование и фотодеструкция. Определение функционального состояния ФСА высших растений по параметрам флуоресценции хлорофилла. Примеры определения состояния природного фитопланктона по параметрам флуоресценции хлорофилла. Вклад отдельных видов водорослей в общее содержание фотосинтетических пигментов и продукцию фитопланктонного сообщества. Пример оценки физиологического состояния древесных растений по характеристикам флуоресценции хлорофилла коры однолетних побегов.

Лекция 11. Аппаратура для определения состояния ФСА растительных объектов по показателям флуоресценции хлорофилла. Различные способы (протоколы) измерения параметров флуоресценции хлорофилла. Лабораторные и бортовые приборы для измерения параметров флуоресценции хлорофилла различных объектов. Проточные флуориметры, зонды-флуориметры и автономные автоматические станции для мониторинга состояния фитопланктона в выбранной акватории. Аппаратура для микрофлуорометрического анализа параметров флуоресценции хлорофилла отдельных клеток. Перспективы использования флуоресцентных методов в экологическом мониторинге. Многоуровневая система экологического мониторинга прибрежных акваторий. Контактные и дистанционные методы. Космическое зондирование.

Лекция 12. Оптические свойства листьев высших растений in situ. Соотношение отраженного, проходящего и поглощенного света биологическим объектом. Корректированные на рассеяние спектры поглощения. Спектры отражения и поглощения ряда объектов. Экранирование видимого и УФ излучения как фотозащитный механизм растений. Микоспорин-подобные аминокислоты, меланины, беталаины, каротиноиды, фенольные соединения. Спектры поглощения некоторых каротиноидов, флавоноидов и фенольных кислот. Оптические свойства одноклеточных водорослей и фитопланктона природных вод, эффекты «упаковки». Абсорбционные методы для оценки пигментов природного фитопланктона и растворенного в воде органического вещества, примеры. 

Лекция 13. Проблема оценки состояния среды обитания. Проблема оценки состояния водной среды. Антропогенные и «природные загрязнения» загрязнения среды. Климатические и антропогенные изменения среды. Критерии оценки состояния среды обитания. Предельно допустимые концентрации, биотестирование и биоиндикация. Концепции «оценки риска» и «экологически допустимых нормативов». Методология биотестирования и биоиндикации. Современные методы битестирования и биоиндикации (биолюминесценция). Практическое использование биотестирования и биоиндикации для оценки качества среды и в системах биологического мониторинга. Перспективы развития методов биомониторинга.

Литература к курсу «Экологическая биофизика»

Статьи из Соросовского образовательного журнала


См. также: практика по биофизической экологии

! Внимание! На сайте приведена приблизительная программа курса. Используйте этот материал при подготовке к экзаменам только по согласованию с преподавателем!