ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 8 BIOLOGICZNA NATURA CZŁOWIEKA CZEGO NAM TRZEBA?

Transkrypt

1 ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 8 BIOLOGICZNA NATURA CZŁOWIEKA CZEGO NAM TRZEBA?

2 POZYCJA TAKSONOMICZNA CZŁOWIEKA Królestwo zwierzęta Animalia Typ strunowce Chordata Podtyp kręgowce Vertebrata Gromada ssaki Mammalia Podgromada łożyskowce Placentalia Rząd naczelne Primates Podrząd Haplorrhini Nadrodzina małpy człekokształtne Homininoidea Rodzina człowiekowate Hominidae Homo sapiens Lucas Cranach (ok. 1510) Wzrost 1,21-2,00 m Średnio: 1,65 m; 1,54 m Masa śr. 62,0 kg

3 ZASIĘG GEOGRAFICZNY Homo sapiens

4 ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ

5 Natężenie strumienia energii (mocy) układów technicznych i organizmów (wartości przybliżone). Natężenie strumienia energii (moc, tempo metabolizmu) 10 µw ( W) 1 W 10 W Układy techniczne Zegarek elektroniczny Latarka kieszonkowa Mikrokomputer (bez monitora) 100 W Żarówka, telewizor Larwa Tribolium Układy żywe Średni dobowy metabolizm sikory bogatki Metabolizm kota Metabolizm człowieka przy lekkiej pacy 1000 W Żelazko, czajnik Metabolizm człowieka przy ciężkiej pracy 10 kw Średnie tempo zużycia energii przez jednego mieszkańca W. Brytanii 50 kw Samochód osobowy Respiracja 5 ha lasu MW Produkcja pierwotna netto całej biosfery

6 CAŁOŻYCIOWY BILANS ENERGII OSOBNIKA KONSUMPCJA C RESPIRACJA R PRODUKCJA P C = A + FU = (P + R) + FU ODCHODY FU

7 WYDAJNOŚĆ PRODUKCJI I ASYMILACJI ORGANIZMY P/A P/C A/C ,3 2,2 96 5,2 4,2 81 1,5 0,48 32

8 KALORYMETR LAVOISIERA POMIARY METABOLIZMU 1. KALORYMETRYCZNE 2. RESPIROMETRYCZNE 3. IZOTOPOWE 4. ŻYWIENIOWE C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O + energia

9 ZALEŻNOŚĆ METABOLIZMU OD CIĘŻARU CIAŁA (TU: SSAKÓW)

10 ZALEŻNOŚĆ METABOLIZMU OD MASY CIAŁA

11 WYMIANA CIEPŁA MIĘDZY ORGANIZMEM A OTOCZENIEM

12 TERMOERGULACJA U STAŁOCIEPLNYCH

13 TERMOERGULACJA U STAŁOCIEPLNYCH WYSOKA PRZEWODNOŚĆ (GORSZA IZOLACYJNOŚĆ) NISKA PRZEWODNOŚĆ (DOBRA IZOLACJA)

14 TERMOREGULACJA

15 TERMOREGULACJA

16 METABOLIZM WYSIŁKOWY

17 ZUŻYCIE ENERGII PRZEZ CZŁOWIEKA Świat (średnio) < 2 kw/osobę Polska ok. 5 kw/osobę U.S.A. > 10 kw/osobę Organizm ludzki w spoczynku: W przy pracy: W

18 POBRANIE ENERGII PRZEZ CZŁOWIEKA W SPOCZYNKU I PRZY PRACY 1000 W

19 Tempo zużycia energii, W Metabolizm maksymalny Maks. asymilacja energii z pokarmu Metabolizm minimalny Zużycie energii przez człowieka ( ) na tle fizjologicznego zapotrzebowania na energię ( ) u ssaków (wg Weiner 1989)

20 żerowanie trawienie wchłanianie ciepło praca tkanka OGRANICZENIA BUDŻETU ENERGETYCZNEGO

21 Weiner 1992 A max FMR ptaki FMR ssaki

22 ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ Cywilizacyjne ekstrawagancje

23 Zużycie energii na głowę, kw kraje swiata Fizjologiczne zapotrzebowanie człowieka: w spoczynku: W przy pracy: W kw

24 Zużycie energii na głowę (średnie dla regionów) Świat OECD Śr. Wschód Były ZSRR Eur. Nie-OECD Chiny Azja Am. Łac. Afryka Polska Regiony kw

25 WZROST CAŁKOWITEJ PODAŻY ENERGII NA ŚWIECIE 2003: Mtoe = GW Mtoe = Million Tonnes of Oil Equivalent

26 PRZEWIDYWANY WZROST PODAŻY ENERGII NA ŚWIECIE (DO 2030 WZROST O OK. 60%) GW GW

27 Udział różnych źródeł energii w Polsce Łączna podaż: 3516 PJ/rok (2003); 111,5 GW = ok. 3 kw/głowę 11% 2% 0% 21% 51% Węgiel kamienny Węgiel brunatny Ropa itd. Gaz wysokometan Gaz zaaztotowany elektr. Wodne 15%

28 tzw. ENERGETYCZNE ZASOBY ODNAWIALNE Biomasa Opał, biogaz, etanol, biodiesel itd. Energia wiatru Energia rzek i pływów Energia słoneczna Panele cieplne, ogniwa fotowoltaiczne Energia geotermalna

29

30 ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ POKARM Przystosowania przewodu pokarmowego

31 2005

32 O: 35 kg; C: 17.5 kg; H: 6.25 kg; N: 1.5 kg; P: 0.5 kg; S: 0.1 kg Na: 70g; K: 120g; Cl: 74g; Mg: 16g; Si: 18g Fe, Zn, Cu, I, Mn, F, Cr, Se, Mo, Co... Co: 1mg Tycjan, 1538 Homo sapiens, ok. 61 kg

33 Michał Anioł, 1535 Homo sapiens Wzór stechiometryczny organizmu ssaka C:N:P = 84:6:1 H O C N Ca P S Na K C l Mg Si Fe 2680 Zn 2110 Cu 76 I 14 Mn 13 F 13 Cr 7 Se 4 Mo 3 Co 1

34 Wzór stechiometryczny ciała ludzkiego H O C N Ca P S Na K C l Mg Si Fe 2680 Zn 2110 Cu 76 I 14 Mn 13 F 13 Cr 7 Se 4 Mo 3 Co 1 C:N:P = 84:6:1

35 C, O Autotrof pobiera C i O (CO 2 ) niezależnie od innych pierwiastków H, O N, P, K, Ca... Pobieranie biogenów (N, P, K, Ca...) z roztworu glebowego zależy od ilości transpirowanej wody SELEKTYWNE PRZYSWAJANIE ROLA GRZYBÓW (MIKORYZA)

36 C, H, O, N, P, K, Ca, Na, S... Heterotrof pobiera wszystkie pierwiastki naraz, w takich proporcjach, w jakich są w pokarmie. SELEKTYWNA ASYMILACJA SELEKTYWNE ŻEROWANIE ROLA GRZYBÓW

37 STRATEGIA MONOFAGA żerowanie w nadmiarze wydalanie nadmiaru NADMIAR DO WYDALENIA SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

38 STRATEGIA POLIFAGA pobieranie różnych pokarmów dla skompensowania składu SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

39 WYBIÓRCZE ŻEROWANIE STRATEGIA PASOŻYTA pobieranie wybranych tkanek, części ciała, produktów SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

40 FUNKCJE PRZEWODU POPKARMOWEGO MIKROKOSMKI KOSMKI ŻOŁĄDEK STOMACH JELITO CIENKIE JELITO GRUBE WOLE PRZEDŻOŁĄDEK JELITO ŚLEPE Weiner 1992

41 PRZEWODY POKARMOWE A.PSA B.ANTYLOPY C.KRÓLIKA D.CZŁOWIEKA

42 PRZEWODY POKARMOWE A. PSA B. ANTYLOPY C. KONIA D. CZŁOWIEKA E. ŚWINI

43 POKARM OBJĘTOŚCIOWY NISKOSTRAWNY OBFICIE DOSTĘPNY

44

45 PIERWOTNA DIETA LUDZI Australopiteki: pokarm roślinny białko roślinożerców (np. termity) padlina Współcześni łowcy-zbieracze: 1/3 energii z pokarmu roślinnego 2/3 energii z pokarmu zwierzęcego (m.in. bezkręgowce - owady)

46 Adaptacje kudzkiego przewodu pokarmowego do pokarmów zwierzęcych Struktura przewodu pokarmowego Brak celulazy Brak syntezy witaminy B12 Ograniczona synteza tauryny Enzymy: elastaza i kolagenoza Zdolność wchłaniania hemu roślinnych Enzymy: amylaza ślinowa, trzustkowa Brak syntezy witaminy C

47 OGIEŃ Pierwsze (dyskusyjne) ślady użytkowania ognia: lat temu (dolny paleolit) Pewne ślady kontrolowanego użytkowania ognia: tys. lat temu Homo erectus

48 Hipoteza kulinarna Ogień poszerzył niszę pokarmową: Niejadalne (trujące) podziemne bulwy* Mięso skażone patogenami *np. ziemniak solanina, niestrawne węglowodany

49 ROLNICTWO Uprawa traw wielkonasiennych (zbóż); Początki: ok. 10 tys lat temu; rozwój od 6 tys. lat korzyści Obfitość pokarmu Przewidywalność wady Pokarm trudnostrawny Ogień, żarna Pokarm skrajnie mało urozmaicony Nagła zmiana obyczajów pokarmowych Obecność glutenu, kwasu fitynowego Celiakia, anemia, krzywica

50 Uprawa soi korzysci Ziarno zawiera do 50% białka wady Trucizny (0brona roślin) Inhibitory trypsyny Gotowanie nie wystarcza fermentacja

51 PRZETWARZANIE ŻYWNOŚCI w celu dostosowania do ograniczeń fizjologicznych człowieka: mechaniczne termiczne z udziałem innych organizmów

52