Панагушина Елена Аркадьевна

Урок экологии в 9–10 классах на тему «Этапы развития радиоэкологии»

Материал опубликован 7 February 2018 в группе

Учебный фильм - окружающий мир, естествознание, краеведение

1056

4464

Методическое пособие разработки уроков 10-11класс

Тип урока- комбинированный

Методы: личностно-ориентированного подхода, частично-поисковый, проблемного изложения, репродуктивный, объяснительно-иллюстративный

Цель: формирование у человека системы практико-ориентированных знаний и умений и на их основе развития природосообразного поведения в окружающем мире.

Задачи:

Образовательные: освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.

Развивающие: развитие ключевых компетентностей учащихся на примере содержания экологического образования;развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.

Воспитательные:.формирование экологически грамотного поведения человека в окружающей среде, перевод знаний человека об окружающей среде в стиль его жизни (уклад жизни, образ жизни).

УУД

Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.

Коммуникативные: участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товарищей по классу; слушать и понимать речь других; работать в малой группе.

Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости ;

Планируемые результаты

Предметные

влияние человека на отдельные компоненты природы и влияние природы на все стороны человеческой деятельности;

подготовку школьников к практической деятельности в области биологии, экологии и медицины;

- установление гармоничных отношений с природой, со всем живым, как главной ценностью на Земле.

Личностные:

- формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;

-создание таких педагогических условий, которые обеспечат право каждого школьника на индивидуальное развитие, которое соответствует его психологическому статусу, склонностям, потребностям, интересам, возможностям.

Метапредметные: связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география - будут способствовать более высокому уровню владения навыками по данному курсу и реализации задач предпрофильной подготовки школьников.

Форма организации учебной деятельности – индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой и учебником, с ЦОР.

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение

Развития таких ключевых понятий как «качество человека» (ценности, мировоззрение, сознание, мышление), «качество жизни» (уровень жизни, стиль жизни, уклад жизни), «качество окружающей среды» (состояние атмосферы, гидросферы, литосферы (педосферы), животного и растительного мира, вида Homo sapiens sapiens, культуры, образования).

Информация

Этапы развития радиоэкологии

Первый этап

Огромные возможности рентгеновских лучей были оценены буквально в считанные месяцы, и рентгеновская техника стала развиваться очень быстро. Рентгеновские аппараты начали широко использовать медицинской практике. Так, уже летом 1898 года Британскую армию в Судане сопровождала передвижная рентгеновская установка, предназначенная для определения локализации пуль и осколков у раненых солдат.

Сразу же после открытия Рентгена, начались интенсивные исследования действия рентгеновских лучей на живые организмы.

Одним из первых исследователей в этой области является наш соотечественник И.Ф. Тарханов. Он показал, что рентгеновские лучи изменяют различные физиологические показатели животных и насекомых.

Он же выдвинул предположение, что рентгеновские лучи можно использовать для лечения различных заболеваний.

Уже 1896 году появились первые сообщения о различных поражениях кожи у лиц, облученных

рентгеновскими аппаратами. Немецкий ученый - врач Г. Фрибен описал первый случай рака кожи, вызванный облучением. Американец Дж. Джилман впервые использовал рентгенотерапию для лечения рака. К нему обратился ученый-физик И. Груббе, получивший сильные ожоги рук при повторении опытов К. Рентгена. Врача сильно заинтересовало поражающее действие рентгеновских лучей на человеческие ткани и клетки. Он предположил, что рентгеновские лучи могут подавлять и развитие опухолевых клеток. Дж. Джилман отправил к физику безнадежную больную раком женщину для облучения рентгеновскими лучами. Этот сеанс лечения был проведен 29 декабря 1896 года, т.е. через год после открытия рентгеновского излучения.

Эффект лечения, по-видимому, был положительным, так как И. Груббе прекратил свои исследования в области физики и начал заниматься рентгенотерапией раковых заболеваний.

Поражение кожных покровов возникали и после воздействия лучами радия. Пьер Кюри, желая выяснить их влияние на кожу, специально облучил радием свою руку. В сообщении, сделанном им в Парижской Академии наук, он подробно описал процесс поражения кожи.

Долгое время объектом наблюдения и экспериментов были покровные ткани животных и человека (кожа), так никто не знал, что излучение влияет и на более глубоко расположенные ткани.

Одним из первых ученых, исследовавших действие ионизирующих излучений на различные органы животных, был Е.С. Лондон. Он впервые обнаружил летальный эффект радия на мышей при исследовании его действия на различные органы этих животных. Результаты своих исследований Е. Лондон обобщил в работе «Радий в биологии и медицине», которая была опубликована 1911 году. Эта книга является первой в мире монографией по радиобиологии. В 1918 г. в Петрограде был открыт первый в стране научный центр в области рентгенологии, радиологии и радиобиологии - Государственный институт рентгенологии и радиологии, организатором и директором которого стал известный рентгенолог М.И. Неменов. С первых лет существования важное место в деятельности Института занимали фундаментальные исследования в области радиационной генетики, радиационной биохимии и других радиобиологических направлений.

Многочисленные исследования позволили радиобиологам прийти к выводу о том, что лучевое поражение представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных изменений в организме, появление которых зависит от величины дозы, характера облучения, от времени, прошедшего после лучевого воздействия, биологических особенностей организма, интенсивности метаболических процессов. Было обнаружено, что в облученном организме происходят изменения различных биохимических процессов: нарушения активности ферментов в различных органах и тканях, появление токсических веществ в крови (лейкотоксинов). Изучение динамики и механизмов формирования биохимических нарушений при лучевых поражениях стало одним из важнейших компонентов радиобиологических исследований и позволило собрать ценнейший материал для характеристики и классификации клинических проявлений радиационного эффекта.

Однако попытки найти какое-либо действующее начало, специфическое только для лучевого поражения, так и не увенчались успехом. Поиски в облученном организме радиационно-индуцированных токсических веществ (радиотоксинов) показали, что последние представляют собой не что иное, как результат избыточного накопления продуктов нормально протекающих процессов, усиленного действием облучения.

К началу 1920-х годов первый этап развития радиобиологии, характеризующийся в основном первоначальным накоплением описательных, качественных сведений об основных биологических эффектах ионизирующего излучения, заканчивается.

Тем не менее, на этом этапе развития, были обнаружены два очень важных факта.

Первый факт - торможение клеточного деления при облучении (М.Корнике, 1905 год), второй - различные реакции (по степени выраженности) различных клеток на облучение. Этот факт обнаружили французские ученые И. Бергонье и Л. Трибондо в 1906 году.

В современной радиобиологии их выводы называют законом (правилом) Бергонье и Трибондо. Суть этого правила заключается в том, что клетки обладающие способностью к делению (менее дифференцированные), более радиочувствительны, чем созревшие, дифференцированные клетки. Или говоря иначе, развитые дифференцированные клетки тканей более устойчивы к действию радиации, чем молодые, делящиеся клетки.

Второй этап развития радиобиологии связан с разработкой и становлением количественных методов исследований.

Этот период характеризуются массовыми экспериментами на популяциях клеток и организмов, с количественным представлением результатов на специальных кривых, отражающих зависимость радиобиологического эффекта от дозы излучения. Такой способ анализа результатов радиобиологических экспериментов и в настоящее время является одним из основных методов радиобиологии. На этом этапе развития радиобиологии начались исследования механизмов радиобиологического эффекта.

В 20-х годах была предложена гипотеза, объясняющая радиобиологический эффект дискретными событиями: актами ионизации атомов и молекул в дискретном объеме (С. Дессауэр, К. Блау, Е. Алтенбургер). Большое значение для развертывания радиобиологических исследований в России имело создание Общества рентгенологов и радиологов и созыв 1 Всероссийского съезда этого общества в 1916 году. Были созданы институты в Киеве: Украинский центральный рентгенорадиологический и онкологический институт (1919 г.) и в Москве: Центральный НИИ рентгенологии и радиологии (1924 г.). В 1925-26 годы российские исследователи Г.А. Надсон и Г.Ф. Филлипов исследовали действие ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки и обнаружили мутагенное действие радиации.

Впоследствии эти опыты были повторены американцем Г. Меллером, который показал мутагенный эффект ионизирующих излучений на дрозофилах.

Открытие мутагенного эффекта ионизирующих излучений послужили толчком бурному развитию радиационной генетики. Мутагенное действие рентгеновских лучей на растения впервые показал в 1928 году Л. Стадлер. Возможность использования радиационного мутагенеза в селекции растений было показано в работах Л.Н. Делоне (1932) и Л.А. Сапегина (1934). Результативные эксперименты по радиационной генетике животных были выполнены в 1933-35 годах под руководством П.Ф.Рокицкого. Как это ни парадоксально, бурному развитию радиобиологии в значительной степени способствовала и способствует наличие ядерного оружия и угроза его использования.

Особенно интенсивное развитие радиобиологии началось после использования США атомного оружия в конце II мировой войны. Неотложной задачей правительств многих стран стала разработка способов противолучевой защиты, лечения радиационных поражений. Поэтому в 50-ые годы XX века во всем мире начали создавать крупные радиобиологические центры. В России и других странах, входивших в состав СССР, такие центры были созданы в Москве, Ленинграде, Киеве, Минске, Новосибирске, Алма-Ате и других регионах.

В 50-ых годы начинается третий этап развития радиобиологии. Начиная с этого времени, происходит непрерывное возрастание уровня радиационного фона вследствие многочисленных испытаний ядерного оружия в атмосфере, на поверхности земли под водой и под землей.

По данным НКДАР ООН, при испытаниях ядерного оружия, проведенных до 1963 года, суммарная мощность взорванных бомб составила 511 мегатонн. Суммарное выпадение радионуклидов от этих взрывов на поверхность Земли составило более 7000 МКи.

Третий этап развития радиобиологии характеризуется большим количеством целенаправленных экспериментальных работ по действию ионизирующих излучений на живые системы различных уровней организации. На этом этапе развертываются исследования по использованию ионизирующих излучений в различных областях биологии, медицины, сельского хозяйства, поиску способов защиты от поражающего действия радиации.

В первую очередь, необходимо отметить вклад сотрудников Окриджской национальной лаборатории (США), где была реализована крупная программа исследований по оценке радиочувствительности сельскохозяйственных животных различных видов, по изучению воспроизводительной способности животных в ранние и поздние сроки после облучения, возможность использования продукции животноводства после облучения. В 60-70 -ые годы в Калифорнийской военно-морской лаборатории США был проведен цикл крупномасштабных исследований на домашних животных по изучению их радио - устойчивости, механизмов репарации клеток и тканей после радиационного поражения. Результаты этих экспериментов имеют большое общебиологическое значение.

В нашей стране наиболее крупные работы о влиянии радиации на животных проводились во Всероссийском институте экспериментальной ветеринарии, в ВНИИ ветеринарной вирусологии и микробиологии, Московской ветеринарной академии.

Начиная с 50-х годов, интенсивные исследования действия ионизирующей радиации на метаболические процессы, на регуляторные системы клеток проводятся в Институте биофизики РАН под руководством А.М. Кузина. Фундаментальные работы по радиочувствительности растений в онтогенезе и возможности использования ионизирующей радиации в регуляции физиолого-биохимических процессов проведены Н.Ф.Батыгиным и другими сотрудниками Агрофизического института РАСХН.

Быстрыми темпами увеличивалась зараженность поверхности Земли радионуклидами. Так, плотность загрязнения почвы 90Sr в районе г. Токио в конце 1954 года составляла 1 мКи/км2, в 1955 увеличилась до 2, в 1956 году повысилась до 5,5, а в 1957 году достигла 8 мКи/км2. Кроме проведения ядерных и термоядерных взрывов, сильному загрязнению больших территорий способствовали аварии на атомных электростанциях и в производствах военного назначения.

В связи с этим, стали актуальными исследования закономерности загрязнения продуктов питания, миграции радионуклидов в цепи «почва - растения - животные - продукция животноводства - человек». Работы в этом направлении начались в нашей стране и за рубежом, положив начало появлению нового раздела радиобиологии - радиоэкологии. В 1948 году была создана биофизическая лаборатория под руководством проф. В.М.Клечковского в Тимирязевской сельскохозяйственной академии.

В этой лаборатории, впервые в нашей стране, начались работы о закономерностях поведения радионуклидов в звене «почва - растение - животное». Ученые лаборатории выполнили фундаментальные исследования о сорбции и трансформации продуктов ядерных делений в почвах, о поступлении радионуклидов в культурные растения. Благодаря работам этих исследователей была начата разработка методов и способов снижения поступления нуклидов в корма и продукты питания.

В дальнейшем исследования аналогичного характера были начаты в Агрофизическом НИИ, Почвенном институте им. В.В. Докучаева, в институте геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского, МГУ им. М.В.Ломоносова, в Институте биологии Уральского филиала АН СССР и т.д. Большой вклад в оценку радиационно-гигиенической значимости продуктов питания как источников поступления в организм человека радионуклидов искусственного и естественного происхождения внесли ученые Ленинградского НИИ радиационной гигиены.

Важное направление в радиобиологии - использование радиоактивных (меченых) индикаторов в различных областях биологической, медицинской, ветеринарной науки и практики.

Первые работы по использованию меченых атомов в сельскохозяйственной биологии нашей стране были начаты в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева под руководством Д.Н.Прянишникова.

Ученые академии ( Е.Н.Гапон, Д.Д.Иваненко, А.Г.Шестаков, В.В.Рачинский) внесли большой вклад в разработку и использование метода радиоактивных индикаторов в агрохимии и растениеводстве.

Четвертый этап развития радиобиологии (с 1986 г. по настоящее время)

Казалось бы, в почти вековой истории радиобиологии фундаментальные исследования в основном завершились. Однако, как это бывало и ранее, социальные проблемы внезапно поставили перед радиобиологами принципиально новые задачи. Так, можно считать, что авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г., снятие секретов с информации о ее последствиях, а также последствиях других радиационных аварий и ядерных испытаний, открыли новый, четвертый этап в истории радиобиологических исследований.

Как известно, на ЧАЭС произошла крупнейшая техногенная катастрофа глобального масштаба: следы ее фиксировались от Филиппин до Канады и Южной Америки. Миллионы кюри искусственных радионуклидов, поступивших в биосферу за короткое время, практически впервые после запрета, введенного в начале 1960-х гг. на проведения ядерных испытаний в атмосфере, явились тем фактором, с которым нельзя не считаться и в настоящее время. Формы поступления, характер миграции, пути накопления и рассеивания чернобыльских радионуклидов, особенности их хронического действия в малых дозах на живые организмы и человека - все это потребовало незамедлительного и тщательного изучения.

Стало очевидно, что для решения проблем, возникших после Чернобыльской катастрофы, накопленные знания и имеющийся опыт традиционной радиобиологии и медицины оказываются явно недостаточными, и поэтому в современной радиобиологии стали быстро развиваться новые направления, к которым, в первую очередь, следует отнести:

· изучение биологического действия малых доз ионизирующих излучений и отдаленных последствий облучения;

· исследование комбинированных эффектов различных радионуклидов с химическими загрязнителями среды;

· поиск принципиально новых средств защиты от хронического облучения.

Наиболее важными оказались фундаментальные исследования механизмов радиобиологических эффектов, вызываемых слабыми воздействиями, поскольку оказалось, что эффекты, вызываемые ионизирующими излучениями в малых дозах, нельзя оценивать путем простой экстраполяции данных, полученных при больших дозах, в область малых доз. Действительно, открылись принципиально новые явления при изучении эффектов малых доз. Это и повышенная чувствительность биообъектов к воздействию радиации в сверхмалых дозах, переходящая к повышенной радиорезистентности - адаптивному ответу - при более высоких нелетальных дозах. Это и стимулирующее действие излучений на рост, развитие и другие физиологические показатели (эффект гормезиса).

Вместо априорно принятой ранее концепции линейной зависимости «доза-эффект», радиобиологи пришли к выводу, о том, что в диапазоне малых доз эта зависимость имеет немонотонный, синусоидальный характер. При этом в качестве мишени при действии малых доз ионизирующего излучения некоторые исследователи стали рассматривать не только ДНК, но и биологические мембраны.

На рубеже двух столетий внимание радиобиологов привлекло еще одно принципиально важное радиобиологическое явление - способность облученной клетки передавать сигналы (путем контактов или секреции в межклеточное пространство цито - и генотоксических веществ), действующие на соседние необлученные клетки подобно облучению. Это явление, получившее название «эффекта свидетеля», давно было замечено при исследовании радиотоксинов, экстрагированных из органов и тканей тотально или локально облученных животных и растений, а также из одиночных клеток. В настоящее время ведутся интенсивные исследования химической природы секретируемых веществ и механизма их действия.

Новый импульс получили исследования в области разработки биологических препаратов, обладающих противолучевыми свойствами. Появилась необходимость в препаратах природного происхождения (в частности, в виде пищевых добавок), способных, не оказывая побочного токсического действия на организм, снижать или предотвращать эффекты хронического низкоинтенсивного облучения. Исследуются также средства, способствующие выведению радионуклидов из организма.

Не менее актуальны и остры задачи проведения программ медицинской реабилитации облученного населения. Огромное внимание уделяется вопросам совершенствования гигиенического нормирования ионизирующих излучений. За период после аварии на Чернобыльской АЭС в России четырежды вводились в действие новые Нормы радиационной безопасности (НРБ), разработанные на основе рекомендаций МКРЗ, ВОЗ и стандартов МАГАТЭ. В настоящее время (с 1 сентября 2009 г.) действуют НРБ-99/2009.

Современный период, связанный с проблемами радиоэкологического кризиса, диктует также необходимость осуществления постоянного мониторинга и широкомасштабных исследований в области радиоэкологии.

В настоящее время неуклонно растет использование ионизирующего излучения в медицине для лечения опухолевых заболеваний. Поэтому радиобиология опухолей постоянно развивается и является очень важной областью применения основных экспериментальных подходов и принципов, сформулированных общей радиобиологией. Разрабатываются средства и способы как усиления поражающего действия излучения на опухолевые клетки, так и его ослабления в отношении нормальных клеток.

Радиоэкология: основы, задачи, решаемые проблемы