معلومة

44.2C: درجة الحرارة والماء - علم الأحياء

44.2C: درجة الحرارة والماء - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تعتبر درجة الحرارة والماء من العوامل اللاأحيائية الهامة التي تؤثر على توزيع الأنواع.

أهداف التعلم

  • وصف تكيفات الأنواع مع تقلبات درجات الحرارة وتوافر المياه

النقاط الرئيسية

  • تعتبر درجة الحرارة عاملاً يؤثر على توزيع الأنواع لأن الكائنات الحية يجب أن تحافظ إما على درجة حرارة داخلية معينة أو تعيش في بيئة تحافظ على الجسم ضمن نطاق درجة الحرارة الذي يدعم عملية التمثيل الغذائي.
  • طورت العديد من الأنواع تكيفات ، مثل الهجرة ، والسبات ، والإنبات ، للتعامل مع تقلبات درجات الحرارة في البيئات التي تعيش فيها.
  • يعتبر الاحتفاظ بالمياه أمرًا حيويًا لجميع الكائنات الحية ؛ تطورت التكيفات داخل الأنواع البرية والمائية على حد سواء لتقليل فقد المياه.

الشروط الاساسية

  • التنافذ: الحركة الصافية لجزيئات المذيب من منطقة ذات قدرة مذيب عالية إلى منطقة ذات جهد مذيب أقل من خلال غشاء منفذ جزئيًا
  • خصب: الدخول في حالة ركود أو سبات في أشهر الصيف
  • مغرم: كائن يعيش تحت ظروف شديدة الحرارة ، والملوحة ، وما إلى ذلك ؛ ذات أهمية تجارية كمصدر للإنزيمات التي تعمل في ظل ظروف مماثلة
  • سبات: حالة من الخمول أو الذهول
  • السبات الشتوي: حالة من الخمول والاكتئاب الأيضي عند الحيوانات خلال فصل الشتاء

درجة الحرارة والماء كتأثيرات غير حيوية

درجة حرارة

تؤثر درجة الحرارة على فسيولوجيا الكائنات الحية وكذلك على كثافة الماء وحالته. إنه يمارس تأثيرًا مهمًا على الكائنات الحية لأن القليل منها يمكنه البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) بسبب قيود التمثيل الغذائي. من النادر أيضًا أن يعيشوا في درجات حرارة تتجاوز 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت). هذا انعكاس للاستجابة التطورية لدرجات الحرارة النموذجية. تكون الإنزيمات أكثر فاعلية في نطاق ضيق ومحدد من درجات الحرارة ؛ يمكن أن يحدث تدهور الإنزيم في درجات حرارة أعلى. لذلك ، يجب أن تحافظ الكائنات الحية على درجة حرارة داخلية أو تعيش في بيئة تحافظ على الجسم ضمن نطاق درجة حرارة يدعم عملية التمثيل الغذائي. تكيفت بعض الحيوانات لتمكين أجسامها من تحمل التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة ، كما يظهر في السبات أو سبات الزواحف. وبالمثل ، تكيفت بعض البكتيريا لتعيش في درجات حرارة شديدة الحرارة توجد في أماكن مثل السخانات. هذه البكتيريا هي أمثلة على الكائنات الحية المتطرفة: الكائنات الحية التي تزدهر في البيئات القاسية.

يمكن أن تحد درجة الحرارة من توزيع الكائنات الحية. قد تستجيب الحيوانات التي تواجه تقلبات درجات الحرارة مع التكيفات ، مثل الهجرة ، من أجل البقاء على قيد الحياة. الهجرة ، وهي التنقل من مكان إلى آخر ، شائعة في الحيوانات ، بما في ذلك العديد من الحيوانات التي تعيش في المناخات الباردة الموسمية. الهجرة تحل المشاكل المتعلقة بالحرارة وتحديد مكان الطعام والعثور على رفيقة. في الهجرة ، على سبيل المثال ، الخرشنة القطبية الشمالية (الجنة ستيرنا) تقوم برحلة ذهابًا وإيابًا تبلغ 40.000 كم (24000 ميل) كل عام بين مناطق التغذية في نصف الكرة الجنوبي ومناطق تكاثرها في المحيط المتجمد الشمالي. فراشات العاهل (Danaus plexippus) تعيش في شرق الولايات المتحدة في الأشهر الأكثر دفئًا ، لكنها تهاجر إلى المكسيك وجنوب الولايات المتحدة في فصل الشتاء. تقوم بعض أنواع الثدييات أيضًا بغزوات مهاجرة: الرنة (رينجيفر تاراندوس) السفر حوالي 5000 كيلومتر (3100 ميل) كل عام للعثور على الطعام. البرمائيات والزواحف أكثر محدودية في توزيعها لأنها تفتقر إلى القدرة على الهجرة. ليست كل الحيوانات التي تستطيع الهجرة تفعل ذلك لأن الهجرة تنطوي على مخاطر وتأتي بتكلفة طاقة عالية.

بعض الحيوانات تسبت أو تستسلم لتعيش في درجات حرارة معادية. يُمكِّن السبات الحيوانات من البقاء في ظروف البرد ، في حين يسمح التزاوج للحيوانات بالبقاء على قيد الحياة في الظروف المعادية للمناخ الحار والجاف. تدخل الحيوانات التي تدخل في حالة سبات أو استزراع في حالة تعرف باسم السبات ، وهي حالة ينخفض ​​فيها معدل الأيض بشكل كبير. وهذا يمكن الحيوان من الانتظار حتى تدعم بيئته بقائه بشكل أفضل. بعض البرمائيات مثل ضفدع الخشب (رنا سيلفاتيكا) تحتوي على مادة كيميائية شبيهة بمضاد التجمد في خلاياها ، والتي تحافظ على سلامة الخلايا وتمنعها من الانفجار.

ماء

المياه مطلوبة من قبل جميع الكائنات الحية لأنها ضرورية للعمليات الخلوية. نظرًا لأن الكائنات الأرضية تفقد الماء في البيئة عن طريق الانتشار البسيط ، فقد طورت العديد من التكيفات للاحتفاظ بالمياه.

تتضمن أمثلة التعديلات التي تستخدمها الأنواع البرية والمائية ما يلي:

  • تحتوي النباتات على عدد من الميزات المثيرة للاهتمام على أوراقها ، مثل شعر الأوراق والقشرة الشمعية ، والتي تعمل على تقليل معدل فقدان الماء عن طريق النتح.
  • كائنات المياه العذبة ، المحاطة بالمياه ، معرضة باستمرار لخطر اندفاع المياه إلى خلاياها بسبب التناضح. تطورت العديد من تكيفات الكائنات الحية التي تعيش في بيئات المياه العذبة لضمان بقاء تركيزات الذائبة في أجسامها ضمن المستويات المناسبة. أحد هذه التكيفات هو إفراز البول المخفف.
  • الكائنات البحرية محاطة بالماء بتركيز ذائب أعلى من الكائن الحي ، وبالتالي فهي معرضة لخطر فقدان الماء في البيئة بسبب التناضح. تمتلك هذه الكائنات تكيفات مورفولوجية وفسيولوجية للاحتفاظ بالمياه وإطلاق المواد المذابة في البيئة. على سبيل المثال ، الإغوانا البحرية (Amblyrhynchus cristatus) يعطس بخار الماء الذي يحتوي على نسبة عالية من الملح من أجل الحفاظ على تركيزات الذائبة ضمن نطاق مقبول أثناء السباحة في المحيط وأكل النباتات البحرية.

منطقة شديدة الخطورة

دخول موسوعي. المناطق الميتة هي مناطق منخفضة الأكسجين أو ناقصة الأكسجين في محيطات وبحيرات العالم. نظرًا لأن معظم الكائنات الحية تحتاج إلى الأكسجين لتعيش ، يمكن لعدد قليل من الكائنات الحية أن تعيش في ظروف نقص الأكسجين.

علم الأحياء ، علم البيئة ، الجغرافيا ، الجغرافيا الطبيعية

يسرد هذا شعارات البرامج أو شركاء NG Education الذين قدموا أو ساهموا في المحتوى على هذه الصفحة. مشغل بواسطة

المناطق الميتة هي مناطق منخفضة الأكسجين أو ناقصة التأكسج في العالم والمحيطات والبحيرات. نظرًا لأن معظم الكائنات الحية تحتاج إلى الأكسجين لتعيش ، يمكن لعدد قليل من الكائنات الحية أن تعيش في ظروف نقص الأكسجين. هذا هو السبب في أن هذه المناطق تسمى المناطق الميتة.

تحدث المناطق الميتة بسبب عملية تسمى التخثث ، والتي تحدث عندما يحصل جسم من الماء على الكثير من العناصر الغذائية ، مثل الفوسفور والنيتروجين. في المستويات الطبيعية ، تغذي هذه العناصر الغذائية نمو كائن حي يسمى البكتيريا الزرقاء ، أو الطحالب الخضراء المزرقة. ومع ذلك ، مع وجود الكثير من العناصر الغذائية ، تنمو البكتيريا الزرقاء عن نطاق السيطرة ، مما قد يكون ضارًا. الأنشطة البشرية هي السبب الرئيسي لهذه المغذيات الزائدة التي يتم غسلها في المحيط. لهذا السبب ، غالبًا ما تقع المناطق الميتة بالقرب من السواحل المأهولة.

يوفر فهم عملية التخثث أوضح صورة لكيفية ولماذا تتطور المناطق الميتة.

أسباب التخثث

ازدادت أحداث التخثث بسبب الارتفاع السريع في الممارسات الزراعية المكثفة والأنشطة الصناعية والنمو السكاني. هذه العمليات الثلاث تنبعث منها كميات كبيرة من النيتروجين والفوسفور. تدخل هذه العناصر الغذائية إلى الهواء والتربة والماء. تسببت الأنشطة البشرية في انبعاث ما يقرب من ضعف كمية النيتروجين وثلاثة أضعاف الفوسفور من الانبعاثات الطبيعية.

تنبعث من مناطق مختلفة من العالم مستويات مختلفة من هذه العناصر الغذائية. في البلدان المتقدمة ، مثل الولايات المتحدة ودول الاتحاد الأوروبي ، يعد الاستخدام المكثف للسماد الحيواني والأسمدة التجارية في الزراعة المساهمين الرئيسيين في التخثث. الجريان السطحي من الحقول الزراعية الكبيرة يدخل الجداول والخلجان بسبب الأمطار أو ممارسات الري.

في البلدان النامية في أمريكا اللاتينية وآسيا وأفريقيا ، تساهم مياه الصرف الصحي غير المعالجة من مياه الصرف الصحي والصناعة بشكل رئيسي في زيادة المغذيات. المصانع ومرافق الصرف الصحي أقل تنظيمًا مما هي عليه في البلدان المتقدمة ، وفي بعض الأحيان يتم إلقاء مياه الصرف الصحي ببساطة في الجداول أو الأنهار أو البحيرات أو المحيط.

تساهم مصادر النيتروجين في الغلاف الجوي أيضًا في زيادة المغذيات في بعض مناطق العالم. يطلق الوقود الأحفوري والأسمدة النيتروجين في الغلاف الجوي. ثم يتم إعادة ترسيب هذا النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي على الأرض والمياه من خلال دورة المياه & # 8212 التكتل والثلج.

خليج تشيسابيك ، على الساحل الشرقي للولايات المتحدة ، به واحدة من أولى المناطق الميتة التي تم تحديدها على الإطلاق ، في السبعينيات. تنجم المستويات العالية من النيتروجين في تشيسابيك & # 8217 عن عاملين: التحضر والزراعة. الجزء الغربي من الخليج مليء بالمصانع والمراكز الحضرية التي تنبعث منها النيتروجين في الهواء. يمثل النيتروجين في الغلاف الجوي حوالي ثلث النيتروجين الذي يدخل الخليج. الجزء الشرقي من الخليج هو مركز لتربية الدواجن التي تنتج كميات كبيرة من السماد الطبيعي.

منذ عام 1967 ، قادت مؤسسة خليج تشيسابيك عددًا من البرامج التي تهدف إلى تحسين جودة مياه الخليج والحد من تدفق التلوث. لا يزال تشيسابيك به منطقة ميتة ، يختلف حجمها باختلاف الموسم والطقس.

التخثث والبيئة

لعملية التخثث آثار بيئية شديدة. تنتج المناطق الميتة عن هذه التأثيرات ، والتي تشمل تكاثر الطحالب ونقص الأكسجة.

أزهار الطحالب
يزيد الفوسفور والنيتروجين والعناصر الغذائية الأخرى من إنتاجية أو خصوبة النظم البيئية البحرية. سوف تنمو الكائنات الحية مثل العوالق النباتية والطحالب والأعشاب البحرية بسرعة وبشكل مفرط على سطح الماء & # 8217s. يسمى هذا التطور السريع للطحالب والعوالق النباتية بازدهار الطحالب. يمكن أن تخلق أزهار الطحالب مناطق ميتة تحتها.

تمنع أزهار الطحالب الضوء من اختراق سطح الماء. كما أنها تمنع امتصاص الأكسجين من قبل الكائنات الموجودة تحتها. ضوء الشمس ضروري للنباتات والكائنات الحية مثل العوالق النباتية والطحالب ، التي تصنع مغذياتها من ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون. الأكسجين ضروري لجميع الأحياء المائية تقريبًا ، من أعشاب البحر إلى الأسماك.

من خلال حرمان الكائنات الحية من ضوء الشمس والأكسجين ، تؤثر تكاثر الطحالب سلبًا على مجموعة متنوعة من الأنواع التي تعيش تحت سطح الماء & # 8217s. عدد وتنوع الأنواع القاعية أو التي تعيش في القاع ينخفض ​​بشكل خاص.

نظرًا لأن الطحالب تهيمن على النظام البيئي المائي ، يُشار أحيانًا إلى تكاثر الطحالب باسم & # 8220red tides & # 8221 أو & # 8220 Brown tides ، & # 8221 اعتمادًا على لون الطحالب. المد الأحمر في الواقع ليس له علاقة بالمد والجزر. هم أيضا لا علاقة لهم بالطحالب. الكائن الحي الذي يسبب المد الأحمر هو بكتيريا تسمى البكتيريا الزرقاء.

تتسبب تكاثر الطحالب أيضًا في مشاكل واسعة النطاق ، مثل الأمراض التي تصيب الإنسان. المحار ، مثل المحار ، هي مغذيات بالترشيح. أثناء ترشيح المياه ، تمتص الميكروبات المرتبطة بتكاثر الطحالب. العديد من هذه الميكروبات سامة للإنسان. قد يمرض الناس أو يموتون من تسمم المحار.

يمكن أن تؤدي تكاثر الطحالب أيضًا إلى موت الثدييات البحرية وطيور الشاطئ التي تعتمد على النظام البيئي البحري في الغذاء. تعتمد الطيور الخواضة ، مثل مالك الحزين ، والثدييات ، مثل أسود البحر ، على الأسماك للبقاء على قيد الحياة. مع وجود عدد أقل من الأسماك تحت تكاثر الطحالب ، تفقد هذه الحيوانات مصدرًا غذائيًا مهمًا.

يمكن أن تؤثر تكاثر الطحالب أيضًا على تربية الأحياء المائية ، أو تربية الحياة البحرية. قضى أحد المد والجزر الأحمر على 90 في المائة من مخزون المزارع السمكية في هونغ كونغ و 8217 في عام 1998 ، مما أدى إلى خسارة اقتصادية تقدر بنحو 40 مليون دولار.

عادة ما تموت تكاثر الطحالب بعد وقت قصير من ظهورها. لا يمكن للنظام البيئي ببساطة أن يدعم العدد الهائل من البكتيريا الزرقاء. تتنافس الكائنات الحية مع بعضها البعض على الأكسجين والمواد المغذية المتبقية.

نقص الأكسجة
يحدث نقص الأكسجة عندما تموت الطحالب والكائنات الحية الأخرى بسبب نقص الأكسجين والعناصر الغذائية المتاحة. غالبًا ما تتبع أحداث نقص الأكسجة تكاثر الطحالب. تغرق البكتيريا الزرقاء والطحالب والعوالق النباتية في قاع البحر وتتحلل بفعل البكتيريا. على الرغم من أن الأكسجين يمكن أن يتدفق الآن بحرية عبر النظام البيئي المائي ، إلا أن عملية التحلل تستهلك معظمه تقريبًا. هذا النقص في الأكسجين يخلق مناطق ميتة لا تستطيع معظم الأنواع المائية البقاء فيها.

يوجد في خليج المكسيك منطقة نقص الأكسجة الموسمية التي تتكون كل عام في أواخر الصيف. يتراوح حجمها من أقل من 5000 كيلومتر مربع (1931 ميلاً مربعاً) إلى ما يقرب من 22000 كيلومتر مربع (8494 ميلاً مربعاً ، أو حجم ماساتشوستس). أدى القلق بشأن حجمها المتزايد إلى تشكيل فريق عمل مغذيات مستجمعات المياه في خليج المكسيك لنهر المسيسيبي / خليج المكسيك في عام 1997. وتتمثل مهمتها في تقليل متوسط ​​الخمس سنوات الجارية للمنطقة الميتة في خليج المكسيك إلى أقل من 5000 كيلومتر مربع.

بحر البلطيق هو موطن لسبع من أكبر 10 مناطق بحرية ميتة في العالم. أدى زيادة الجريان السطحي من الأسمدة الزراعية ومياه الصرف الصحي إلى تسريع عملية التخثث. أدى الصيد الجائر لسمك القد البلطيقي إلى تفاقم المشكلة. يأكل سمك القد اسبراتس ، وهو نوع صغير يشبه الرنجة يأكل العوالق الحيوانية الدقيقة ، والتي بدورها تأكل الطحالب. قلة سمك القد والمزيد من اسبراتس يعني المزيد من الطحالب وأكسجين أقل. بدأت المناطق الميتة المنتشرة في الوصول إلى مناطق تكاثر سمك القد & # 8217 في المياه العميقة ، مما يعرض الأنواع للخطر.

أصبح بحر البلطيق أول & # 8220macro-region & # 8221 المستهدفة من قبل الاتحاد الأوروبي لمكافحة التلوث ، والمناطق الميتة ، والصيد الجائر ، والنزاعات الإقليمية. ينسق الاتحاد الأوروبي استراتيجية بحر البلطيق مع ثماني دول أعضاء في الاتحاد الأوروبي على حدود بحر البلطيق: الدنمارك وإستونيا وفنلندا وألمانيا ولاتفيا وليتوانيا وبولندا والسويد.

تصنيف أنظمة التخثث

حدد العلماء 415 منطقة ميتة في جميع أنحاء العالم. زادت المناطق التي تعاني من نقص الأكسجين بشكل كبير خلال الخمسين عامًا الماضية ، من حوالي 10 حالات موثقة في عام 1960 إلى 169 على الأقل في عام 2007. وتقع غالبية المناطق الميتة في العالم على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة ، والسواحل في الولايات المتحدة. دول البلطيق واليابان وشبه الجزيرة الكورية.

نتيجة للزيادة الهائلة في المناطق الميتة ، صنف العلماء الأنظمة الساحلية التي تعاني من أي أعراض لزيادة المغذيات.

ان مجال الاهتمام هو نظام ساحلي يظهر آثار التخثث ، مثل ارتفاع مستويات المغذيات ، وتكاثر الطحالب الضارة ، والتغيرات السلبية في المجتمع القاعي. مجالات القلق هي الأكثر عرضة للإصابة بنقص الأكسجة. توجد التركيزات الرئيسية لمناطق الاهتمام على طول الساحل الغربي لأمريكا الوسطى والجنوبية ، والسواحل لبريطانيا العظمى وأستراليا. هناك 233 مجال اهتمام حول العالم.

أ النظام في الاسترداد هو الذي أظهر ذات يوم مستويات منخفضة من الأكسجين ونقص الأكسجة ، ولكنه يتحسن الآن. على سبيل المثال ، شهد البحر الأسود ذات مرة أحداث نقص الأكسجين السنوية ، ولكنه الآن في حالة انتعاش. كما قام آخرون ، مثل ميناء بوسطن في الولايات المتحدة ومصب ميرسي في المملكة المتحدة ، بتحسين جودة المياه. هذه هي نتائج أفضل الضوابط الصناعية ومياه الصرف الصحي. لا يوجد سوى 13 نظامًا ساحليًا قيد الانتعاش حول العالم.

المناطق الميتة الطبيعية
ليست كل المناطق الميتة ناتجة عن التلوث. أكبر منطقة ميتة في العالم ، الجزء السفلي من البحر الأسود ، تحدث بشكل طبيعي. توجد المياه المؤكسدة فقط في الجزء العلوي من البحر ، حيث تختلط مياه البحر الأسود مع البحر الأبيض المتوسط ​​الذي يتدفق عبر مضيق البوسفور الضحل.


محتويات

تحرير محركات الصواريخ

يمكن استخدام أكسيد النيتروز كعامل مؤكسد في محرك صاروخي. هذا مفيد على المؤكسدات الأخرى من حيث أنه أقل سمية بكثير ، وبسبب ثباته في درجة حرارة الغرفة يسهل تخزينه وآمن نسبيًا لمواصلة الرحلة. كميزة ثانوية ، يمكن أن تتحلل بسهولة لتكوين هواء التنفس. إن كثافته العالية وضغط تخزينه المنخفض (عند الحفاظ عليه في درجة حرارة منخفضة) تمكنه من المنافسة بشكل كبير مع أنظمة الغاز عالية الضغط المخزنة. [12]

في براءة اختراع عام 1914 ، اقترح رائد الصواريخ الأمريكي روبرت جودارد أكسيد النيتروز والبنزين كوقود دفع محتمل لصاروخ يعمل بالوقود السائل. [13] كان أكسيد النيتروز هو العامل المؤكسد المفضل في العديد من تصميمات الصواريخ الهجينة (باستخدام الوقود الصلب مع عامل مؤكسد سائل أو غازي). تم استخدام مزيج أكسيد النيتروز مع وقود متعدد البوتادين المنتهي بالهيدروكسيل بواسطة SpaceShipOne وغيرها. كما أنه يستخدم بشكل خاص في صناعة الصواريخ للهواة وعالية الطاقة باستخدام أنواع مختلفة من البلاستيك كوقود.

يمكن أيضًا استخدام أكسيد النيتروز في صاروخ أحادي الاتجاه. في وجود محفز ساخن ، N
2 سوف يتحلل O بشكل طارد للحرارة إلى نيتروجين وأكسجين ، عند درجة حرارة حوالي 1،070 درجة فهرنهايت (577 درجة مئوية). [14] بسبب إطلاق الحرارة الكبير ، يصبح الفعل التحفيزي سريعًا ثانويًا ، حيث يصبح التحلل الذاتي الحراري هو السائد. في الدافع الفراغي ، قد يوفر هذا دافعًا خاصًا أحادي الاتجاه (أناص) بحد أقصى 180 ثانية. بينما أقل بشكل ملحوظ من أناص متوفر من دافعات الهيدرازين (مادة أحادية البروبيلانت أو بيبروبيلانت مع رباعي أكسيد النيتروجين) ، السمية المنخفضة تجعل أكسيد النيتروز خيارًا يستحق التحقيق.

تحرير محرك الاحتراق الداخلي

في سباق السيارات ، يسمح أكسيد النيتروز (يشار إليه غالبًا باسم "النيتروز") للمحرك بحرق المزيد من الوقود من خلال توفير المزيد من الأكسجين أثناء الاحتراق. تسمح الزيادة في الأكسجين بزيادة حقن الوقود ، مما يسمح للمحرك بإنتاج المزيد من قوة المحرك. الغاز غير قابل للاشتعال عند ضغط / درجة حرارة منخفضة ، ولكنه يوفر كمية من الأكسجين أكثر من الهواء الجوي عن طريق التكسير عند درجات حرارة مرتفعة ، حوالي 570 درجة فهرنهايت (

300 ج). لذلك ، غالبًا ما يتم مزجه مع وقود آخر يسهل حرقه. أكسيد النيتروز عامل مؤكسد قوي ، مكافئ تقريبًا لبيروكسيد الهيدروجين ، وأقوى بكثير من غاز الأكسجين.

يتم تخزين أكسيد النيتروز كسائل مضغوط ، يؤدي تبخر وتمدد أكسيد النيتروز السائل في مشعب السحب إلى انخفاض كبير في درجة حرارة شحنة السحب ، مما يؤدي إلى شحنة أكثر كثافة ، مما يسمح لمزيد من خليط الهواء / الوقود بدخول الأسطوانة. في بعض الأحيان يتم حقن أكسيد النيتروز في (أو قبل) مشعب السحب ، في حين أن الأنظمة الأخرى تحقن مباشرة ، مباشرة قبل الأسطوانة (حقن المنفذ المباشر) لزيادة الطاقة.

تم استخدام هذه التقنية خلال الحرب العالمية الثانية بواسطة طائرات Luftwaffe مع نظام GM-1 لتعزيز إنتاج الطاقة لمحركات الطائرات. كان المقصود في الأصل تزويد طائرات Luftwaffe القياسية بأداء متفوق على ارتفاعات عالية ، وقد اقتصرت الاعتبارات التكنولوجية على استخدامها على ارتفاعات عالية للغاية. وفقًا لذلك ، تم استخدامه فقط من قبل الطائرات المتخصصة مثل طائرات الاستطلاع عالية السرعة والقاذفات عالية السرعة والطائرات الاعتراضية على ارتفاعات عالية. يمكن العثور عليه أحيانًا على طائرات Luftwaffe المزودة أيضًا بنظام تعزيز محرك آخر ، MW 50 ، وهو شكل من أشكال حقن الماء لمحركات الطيران التي تستخدم الميثانول لقدراتها التعزيزية.

تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية لاستخدام أكسيد النيتروز في المحرك الترددي في أنه يمكن أن ينتج طاقة كافية لإتلاف أو تدمير المحرك. من الممكن حدوث زيادات كبيرة في الطاقة ، وإذا لم يتم تعزيز الهيكل الميكانيكي للمحرك بشكل صحيح ، فقد يتضرر المحرك بشدة أو يتلف أثناء هذا النوع من التشغيل. من المهم جدًا مع زيادة أكسيد النيتروز لمحركات البنزين الحفاظ على درجات حرارة التشغيل المناسبة ومستويات الوقود لمنع "الاشتعال المسبق" ، [18] أو "التفجير" (يشار إليه أحيانًا باسم "الضربة القاضية"). معظم المشاكل المرتبطة بأكسيد النيتروز لا تأتي من عطل ميكانيكي بسبب زيادة الطاقة. نظرًا لأن أكسيد النيتروز يسمح بشحنة أكثر كثافة في الأسطوانة ، فإنه يزيد من ضغط الأسطوانة بشكل كبير. يمكن أن تتسبب زيادة الضغط ودرجة الحرارة في حدوث مشكلات مثل ذوبان المكبس أو الصمامات. كما أنها قد تتشقق أو تشوه المكبس أو الرأس وتتسبب في الاشتعال المسبق بسبب التسخين غير المتكافئ.

يختلف أكسيد النيتروز السائل في السيارات قليلاً عن أكسيد النيتروز الطبي. كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكبريت (SO
2 ) لمنع تعاطي المخدرات. [19] يمكن أن تزيل الغسلات المتعددة من خلال قاعدة (مثل هيدروكسيد الصوديوم) ، مما يقلل من خصائص التآكل التي لوحظت عندما
2 يتأكسد بشكل أكبر أثناء الاحتراق في حمض الكبريتيك ، مما يجعل الانبعاثات أكثر نظافة. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير الهباء الجوي

تمت الموافقة على استخدام الغاز كمادة مضافة للغذاء (رقم E: E942) ، على وجه التحديد كوقود دفع بخاخ. استخداماته الأكثر شيوعًا في هذا السياق هي في عبوات الكريمة المخفوقة بالهباء الجوي وبخاخات الطهي.

الغاز قابل للذوبان للغاية في المركبات الدهنية. في الكريما المخفوقة بالهباء الجوي ، تذوب في الكريمة الدهنية حتى تترك العلبة ، عندما تصبح غازية وبالتالي تكوّن رغوة. عند استخدامه بهذه الطريقة ، ينتج كريمة مخفوقة تعادل أربعة أضعاف حجم السائل ، في حين أن خفق الهواء في الكريمة ينتج ضعف الحجم فقط. إذا تم استخدام الهواء كوقود دافع ، فإن الأكسجين سيسرع من تكسير دهن الزبدة ، لكن أكسيد النيتروز يمنع مثل هذا التحلل. لا يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون مع الكريمة المخفوقة لأنه حامضي في الماء ، مما قد يخثّر الكريمة ويمنحها إحساسًا "فوارًا" مثل مادة الكبريت.

ومع ذلك ، فإن الكريمة المخفوقة التي يتم إنتاجها من أكسيد النيتروز غير مستقرة ، وتعود إلى حالة أكثر سائلة خلال نصف ساعة إلى ساعة واحدة. [20] وبالتالي ، فإن الطريقة ليست مناسبة لتزيين الطعام الذي لن يتم تقديمه على الفور.

خلال شهر ديسمبر 2016 ، أبلغت بعض الشركات المصنعة عن نقص في الكريمات المخفوقة بالهباء الجوي في الولايات المتحدة بسبب انفجار في منشأة أكسيد النيتروز Air Liquide في فلوريدا في أواخر أغسطس. مع وجود منشأة رئيسية غير متصلة بالإنترنت ، تسبب الاضطراب في نقص مما أدى إلى تحويل الشركة لتوريد أكسيد النيتروز إلى العملاء الطبيين بدلاً من تصنيع الأغذية. جاء النقص خلال موسم الكريسماس والأعياد عندما يكون استخدام الكريمة المخفوقة المعلبة في أعلى مستوياته عادة. [21]

وبالمثل ، فإن رذاذ الطهي ، المصنوع من أنواع مختلفة من الزيوت الممزوجة مع الليسيثين (مستحلب) ، قد يستخدم أكسيد النيتروز كمادة دافعة. تشمل المواد الدافعة الأخرى المستخدمة في رذاذ الطهي كحول الطعام والبروبان.

تحرير الطب

تم استخدام أكسيد النيتروز في طب الأسنان والجراحة ، كمخدر ومسكن ، منذ عام 1844. [22] في الأيام الأولى ، كان الغاز يُعطى من خلال أجهزة استنشاق بسيطة تتكون من كيس تنفس مصنوع من القماش المطاطي. [23] اليوم ، يُعطى الغاز في المستشفيات عن طريق آلة أوتوماتيكية للتسكين النسبي ، مع مبخر مخدر وجهاز تنفس طبي ، والذي يوفر تدفقًا محددًا بجرعات ويتم تنشيطه عن طريق التنفس من أكسيد النيتروز الممزوج بالأكسجين في 2: 1 نسبة.

أكسيد النيتروز هو مخدر عام ضعيف ، لذلك لا يستخدم بشكل عام وحده في التخدير العام ، ولكنه يستخدم كغاز ناقل (ممزوج بالأكسجين) لعقاقير التخدير العام الأكثر قوة مثل سيفوفلوران أو ديسفلوران. يحتوي على تركيز حويصلي أدنى بنسبة 105٪ ومعامل تقسيم الدم / الغاز يبلغ 0.46. ومع ذلك ، فإن استخدام أكسيد النيتروز في التخدير يمكن أن يزيد من خطر الغثيان والقيء بعد الجراحة. [24] [25] [26]

يستخدم أطباء الأسنان آلة أبسط توفر فقط حرف N.
2 س / س
2 خليط ليستنشقه المريض وهو واعي. يظل المريض واعيًا طوال العملية ، ويحتفظ بقدرات عقلية كافية للرد على أسئلة وتعليمات طبيب الأسنان. [27]

يستخدم استنشاق أكسيد النيتروز بشكل متكرر لتخفيف الألم المصاحب للولادة والصدمات وجراحة الفم ومتلازمة الشريان التاجي الحادة (بما في ذلك النوبات القلبية). ثبت أن استخدامه أثناء المخاض هو وسيلة مساعدة آمنة وفعالة للولادة. [28] استخدامه لمتلازمة الشريان التاجي الحادة غير معروف. [29]

في بريطانيا وكندا ، يتم استخدام Entonox و Nitronox بشكل شائع من قبل أطقم سيارات الإسعاف (بما في ذلك الممارسين غير المسجلين) كغاز مسكن سريع وفعال للغاية.

يمكن اعتبار خمسين بالمائة من أكسيد النيتروز للاستخدام من قبل مستجيبي الإسعافات الأولية غير المحترفين المدربين في ظروف ما قبل دخول المستشفى ، نظرًا للسهولة والأمان النسبيين لإعطاء 50 ٪ من أكسيد النيتروز كمسكن. إن الانعكاس السريع لتأثيره سيمنعه أيضًا من منع التشخيص. [30]

تحرير الاستخدام الترفيهي

بدأ الاستنشاق الترفيهي لأكسيد النيتروز ، بغرض التسبب في النشوة و / أو الهلوسة الطفيفة ، كظاهرة للطبقة العليا البريطانية في عام 1799 ، والمعروفة باسم "حفلات الغاز الضاحك".

ابتداءً من القرن التاسع عشر ، أتاح التوافر الواسع للغاز للأغراض الطبية والطهوية أن يتوسع الاستخدام الترفيهي بشكل كبير في جميع أنحاء العالم. في المملكة المتحدة ، اعتبارًا من عام 2014 ، قدر استخدام أكسيد النيتروز من قبل ما يقرب من نصف مليون شاب في الملاهي الليلية والمهرجانات والحفلات. [31] تختلف شرعية هذا الاستخدام اختلافًا كبيرًا من بلد إلى آخر ، وحتى من مدينة إلى مدينة في بعض البلدان.

ظهر الاستخدام الترفيهي واسع النطاق للعقار في جميع أنحاء المملكة المتحدة في الفيلم الوثائقي نائب عام 2017 داخل السوق السوداء للغاز الضاحك، حيث التقى الصحفي مات شيا بتجار العقار الذين سرقوه من المستشفيات ، [32] على الرغم من توفر عبوات أكسيد النيتروز بسهولة عبر الإنترنت ، فمن المتوقع أن تكون حوادث سرقة المستشفيات نادرة للغاية.

من القضايا المهمة التي تم الاستشهاد بها في صحافة لندن تأثير رمي عبوات أكسيد النيتروز ، وهو أمر مرئي للغاية ويسبب شكوى كبيرة من المجتمعات. [33]

تأتي مخاطر السلامة الرئيسية لأكسيد النيتروز من حقيقة أنه غاز مسال مضغوط وخطر الاختناق ومخدر فصامي.

على الرغم من أن أكسيد النيتروز غير سام نسبيًا ، إلا أن له عددًا من الآثار السيئة المعروفة على صحة الإنسان ، سواء من خلال استنشاقه أو عن طريق ملامسة السائل للجلد أو العينين.

أكسيد النيتروز خطر مهني كبير للجراحين وأطباء الأسنان والممرضات. نظرًا لأن أكسيد النيتروز يتم استقلابه إلى الحد الأدنى في البشر (بمعدل 0.004٪) ، فإنه يحتفظ بفعاليته عند الزفير في الغرفة من قبل المريض ، ويمكن أن يشكل خطر التعرض المسكر والمطول لموظفي العيادة إذا كانت الغرفة سيئة التهوية. عند استخدام أكسيد النيتروز ، نظام تهوية للهواء النقي بالتدفق المستمر أو N
2 يستخدم نظام الزبال O لمنع تراكم الغازات العادمة.

يوصي المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية بضرورة التحكم في تعرض العمال لأكسيد النيتروز أثناء إعطاء غاز التخدير في المشغلين الطبيين وطب الأسنان والطب البيطري. [34] وضع حد التعرض الموصى به (REL) 25 جزء في المليون (46 مجم / م 3) للتخدير الهارب. [35]

تحرير الإعاقة العقلية واليدوية

يؤدي التعرض لأكسيد النيتروز إلى انخفاض قصير المدى في الأداء العقلي والقدرة السمعية والبصرية والبراعة اليدوية. [36] هذه الآثار مقرونة بالارتباك المكاني والزماني المستحث يمكن أن يؤدي إلى ضرر جسدي للمستخدم من المخاطر البيئية. [37]

تحرير السمية العصبية والحماية العصبية

مثل مضادات مستقبلات NMDA الأخرى ، فإن N.
2 تم اقتراح O لإنتاج السمية العصبية في شكل آفات Olney في القوارض عند التعرض لفترات طويلة (عدة ساعات). [38] [39] [40] [41] ظهر بحث جديد يشير إلى أن آفات أولني لا تحدث عند البشر ، ويعتقد الآن أن العقاقير المماثلة مثل الكيتامين ليست سامة للأعصاب بشكل حاد. [42] [43] لقد قيل أن ، لأن N.
2 O له مدة قصيرة جدًا في ظل الظروف العادية ، ومن غير المرجح أن يكون سامًا للأعصاب من مضادات NMDAR الأخرى. [44] في الواقع ، في القوارض ، ينتج عن التعرض قصير المدى إصابة خفيفة فقط يمكن عكسها بسرعة ، ولا يحدث موت الخلايا العصبية إلا بعد التعرض المستمر والمستمر. [38] قد يتسبب أكسيد النيتروز أيضًا في تسمم عصبي بعد التعرض الطويل بسبب نقص الأكسجة. هذا ينطبق بشكل خاص على التركيبات غير الطبية مثل أجهزة شحن الكريمة المخفوقة (المعروفة أيضًا باسم "whippets" أو "nangs") ، [45] والتي لا تحتوي أبدًا على الأكسجين ، لأن الأكسجين يجعل القشدة زنخة. [46]

بالإضافة إلى ذلك ، فإن أكسيد النيتروز يستنفد فيتامين ب12 المستويات. يمكن أن يسبب هذا سمية عصبية خطيرة إذا كان لدى المستخدم فيتامين ب الموجود مسبقًا12 نقص. [47]

يقلل أكسيد النيتروز بنسبة 75 ٪ من حيث الحجم من موت الخلايا العصبية الناجم عن نقص التروية الناجم عن انسداد الشريان الدماغي الأوسط في القوارض ، ويقلل من تدفق Ca 2+ الناجم عن NMDA في مزارع الخلايا العصبية ، وهو حدث حاسم ينطوي على السمية. [44]

تحرير تلف الحمض النووي

ارتبط التعرض المهني لأكسيد النيتروز المحيط بتلف الحمض النووي ، بسبب الانقطاعات في تخليق الحمض النووي. [48] ​​هذا الارتباط يعتمد على الجرعة [49] [50] ولا يبدو أنه يمتد إلى الاستخدام الترفيهي العرضي ، ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتأكيد مدة وكمية التعرض اللازمة لإحداث الضرر.

تحرير الحرمان من الأكسجين

إذا تم استنشاق أكسيد النيتروز النقي دون اختلاط الأكسجين ، فقد يؤدي ذلك في النهاية إلى الحرمان من الأكسجين مما يؤدي إلى فقدان ضغط الدم والإغماء وحتى النوبات القلبية. يمكن أن يحدث هذا إذا استنشق المستخدم كميات كبيرة باستمرار ، كما هو الحال مع قناع حزام متصل بعلبة غاز. يمكن أن يحدث أيضًا إذا قام المستخدم بحبس أنفاس مفرط أو استخدم أي نظام استنشاق آخر يقطع إمدادات الهواء النقي. [51] وهناك خطر آخر يتمثل في أن أعراض عضة الصقيع يمكن أن تظهر على الشفاه والحنجرة والشعب الهوائية إذا تم استنشاق الغاز مباشرة من حاوية الغاز. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدام الواقي الذكري أو البالونات لاستنشاق أكسيد النيتروز. [52]

فيتامين ب12 نقص تحرير

قد يؤدي التعرض لأكسيد النيتروز لفترات طويلة إلى ظهور فيتامين ب12 نقص. يثبط نشاط فيتامين ب من فيتامين ب12 عن طريق الأكسدة. أعراض فيتامين ب12 قد يحدث النقص ، بما في ذلك الاعتلال العصبي الحسي ، والاعتلال النخاعي ، والاعتلال الدماغي ، في غضون أيام أو أسابيع من التعرض لتخدير أكسيد النيتروز لدى الأشخاص المصابين بفيتامين ب تحت الإكلينيكي.12 نقص.

تعالج الأعراض بجرعات عالية من فيتامين ب12، لكن التعافي يمكن أن يكون بطيئًا وغير مكتمل. [53]

الأشخاص الذين لديهم فيتامين ب طبيعي12 تحتوي المستويات على مخازن تجعل تأثيرات أكسيد النيتروز ضئيلة ، ما لم يتكرر التعرض لفترات طويلة (تعاطي أكسيد النيتروز). فيتامين ب12 يجب فحص المستويات لدى الأشخاص الذين لديهم عوامل خطر لفيتامين ب12 نقص قبل استخدام التخدير بأكسيد النيتروز. [54]

تحرير التنمية قبل الولادة

تشير العديد من الدراسات التجريبية التي أجريت على الفئران إلى أن التعرض المزمن للإناث الحوامل لأكسيد النيتروز قد يكون له آثار ضارة على نمو الجنين. [55] [56] [57]

تعديل المخاطر الكيميائية / الفيزيائية

في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية [68 درجة فهرنهايت]) ضغط البخار المشبع هو 50.525 بار ، يرتفع إلى 72.45 بار عند 36.4 درجة مئوية (97.5 درجة فهرنهايت) - درجة الحرارة الحرجة. ومن ثم فإن منحنى الضغط حساس بدرجة غير عادية لدرجة الحرارة. [58]

كما هو الحال مع العديد من المؤكسدات القوية ، كان تلوث الأجزاء بالوقود متورطًا في حوادث الصواريخ ، حيث تنفجر كميات صغيرة من مخاليط النيتروز / الوقود بسبب التأثيرات الشبيهة بـ "المطرقة المائية" (تسمى أحيانًا "الديزل" - التسخين بسبب الضغط الثابت للغازات يمكن أن تصل إلى درجات حرارة التحلل). [59] بعض مواد البناء الشائعة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم يمكن أن تعمل كوقود مع مؤكسدات قوية مثل أكسيد النيتروز ، مثل الملوثات التي قد تشتعل بسبب ضغط ثابت الحرارة. [60]

كانت هناك أيضًا حوادث أدى فيها تحلل أكسيد النيتروز في السباكة إلى انفجار صهاريج كبيرة. [15]

الآلية الدوائية لعمل N.
2 O في الطب غير معروف بالكامل. ومع ذلك ، فقد ثبت أنه يعدل بشكل مباشر مجموعة واسعة من القنوات الأيونية المترابطة ، ومن المحتمل أن يلعب هذا دورًا رئيسيًا في العديد من آثاره. يحجب NMDAR و β بشكل معتدل2- قنوات nACh التي تحتوي على وحدات فرعية ، تمنع بشكل ضعيف AMPA ، kainate ، GABAج و 5-HT3 مستقبلات ، ويقوي قليلا GABAأ ومستقبلات الجليسين. [61] [62] كما ثبت أنه ينشط المجال ثنائي المسام K +
القنوات. [63] بينما كان ن
2 يؤثر O على عدد غير قليل من القنوات الأيونية ، ومن المحتمل أن تكون آثاره المخدرة والهلوسة والبهجة ناتجة في الغالب أو بشكل كامل عن طريق تثبيط التيارات بوساطة مستقبلات NMDA. [61] [64] بالإضافة إلى تأثيره على القنوات الأيونية ، ن
2 قد يعمل O لتقليد أكسيد النيتريك (NO) في الجهاز العصبي المركزي ، وقد يكون هذا مرتبطًا بخصائصه المسكنة ومزيل القلق. [٦٤] أكسيد النيتروز قابل للذوبان أكثر من النيتروجين بحوالي 30 إلى 40 مرة.

من المعروف أن تأثيرات استنشاق جرعات مخدرة من أكسيد النيتروز تختلف بناءً على عدة عوامل ، بما في ذلك الإعدادات والاختلافات الفردية [65] [66] ومع ذلك ، من مناقشته ، يشير جاي (2008) [37] إلى أنه يحتوي على من المعروف بشكل موثوق أنه يحفز الحالات والأحاسيس التالية:

  • تسمم
  • النشوة / ديسفوريا
  • الارتباك المكاني
  • الارتباك الزمني
  • انخفاض حساسية الألم

ستظهر أيضًا أقلية من المستخدمين بأصوات غير منضبطة وتشنجات عضلية. تختفي هذه التأثيرات عمومًا بعد دقائق من إزالة مصدر أكسيد النيتروز. [37]

تأثير النشوة تحرير

في الفئران ، ن
2 يحفز O مسار المكافأة المتوسطة الحوفية عن طريق تحفيز إطلاق الدوبامين وتنشيط الخلايا العصبية الدوبامينية في منطقة السقيفة البطنية والنواة المتكئة ، ويفترض من خلال استعداء مستقبلات NMDA المترجمة في النظام. [67] [68] [69] [70] وقد تورط هذا الإجراء في آثاره البهيجة ، وعلى وجه الخصوص ، يبدو أنه يزيد من خصائصه المسكنة أيضًا. [67] [68] [69] [70]

من اللافت للنظر ، مع ذلك ، أنه في الفئران ، ن
2 يمنع O إفراز الدوبامين الناجم عن الأمفيتامين في النواة المتكئة والتوعية السلوكية ، ويلغي تفضيل المكان المشروط (CPP) للكوكايين والمورفين ، ولا ينتج عنه تأثيرات معززة (أو مكرهة) خاصة به. [71] [72] تأثيرات CPP لـ N
2 يتم خلط O في الفئران ، ويتكون من التعزيز والنفور وعدم التغيير. [73] على النقيض من ذلك ، فهو معزز إيجابي في قرود السنجاب ، [74] ومعروف جيدًا بأنه عقار يسيء إلى البشر. [75] هذه التناقضات في الرد على N
2 قد يعكس O اختلاف الأنواع أو الاختلافات المنهجية. [72] في الدراسات السريرية البشرية ، ن
2 تم العثور على O لإنتاج استجابات مختلطة ، على غرار الفئران ، مما يعكس التباين الفردي الذاتي العالي. [76] [77]

تحرير تأثير مزيل القلق

في الاختبارات السلوكية للقلق ، جرعة منخفضة من N
2 O هو مزيل قلق فعال ، ويرتبط هذا التأثير المضاد للقلق بالنشاط المعزز لـ GABAأ المستقبلات ، حيث يتم عكسها جزئيًا بواسطة مضادات مستقبلات البنزوديازيبين. انعكاسًا لذلك ، فإن الحيوانات التي طورت تحمل التأثيرات المزيلة للقلق للبنزوديازيبينات تتحمل جزئيًا N
2 ا. [78] في الواقع ، في البشر أعطيت 30٪ N
2 قللت مضادات مستقبلات البنزوديازيبين O ، من التقارير الذاتية للشعور "بالارتفاع" ، لكنها لم تغير الأداء النفسي الحركي ، في الدراسات السريرية البشرية. [79]

تحرير تأثير مسكن

التأثيرات المسكنة لـ N.
2 يرتبط O بالتفاعل بين نظام المواد الأفيونية الذاتية ونظام النورادرينرجيك الهابط. عندما يتم إعطاء الحيوانات المورفين بشكل مزمن ، فإنها تكتسب القدرة على التحمل لتأثيراته المسكنة للألم ، وهذا أيضًا يجعل الحيوانات تتحمل التأثيرات المسكنة لـ N
2 ا. [80] كما أن إعطاء الأجسام المضادة التي تربط وتمنع نشاط بعض المواد الأفيونية الذاتية (وليس β-endorphin) تعمل أيضًا على منع التأثيرات المضادة للألم لـ N
2 ا. [81] الأدوية التي تثبط تكسير المواد الأفيونية الذاتية المنشأ تعمل أيضًا على تحفيز التأثيرات المضادة للمستقبلات لـ N
2 ا. [81] أظهرت العديد من التجارب أن مضادات مستقبلات الأفيون المطبقة مباشرة على الدماغ تمنع التأثيرات المضادة للمستقبلات لـ N
2 O ، لكن هذه الأدوية ليس لها أي تأثير عند حقنها في النخاع الشوكي.

على العكس من ذلك ، فإن α2- مضادات المستقبلات الأدرينية تمنع التأثيرات المخففة للألم لـ N
2 عندما تعطى مباشرة إلى النخاع الشوكي ، ولكن ليس عند تطبيقها مباشرة على الدماغ. [82] في الواقع ، α2 ب- الفئران أو الحيوانات المستنفدة في إفراز الأدرينالين تكون مقاومة تمامًا تقريبًا لتأثيرات مضادات مستقبلات N
2 ا. [83] على ما يبدو ن
2 يؤدي إطلاق المواد الأفيونية الداخلية المستحثة بـ O إلى تثبيط جذع الدماغ للخلايا العصبية النورادرينالية ، التي تطلق النوربينفرين في النخاع الشوكي وتمنع إشارات الألم. [84] بالضبط كيف ن
2 O يسبب إطلاق الببتيدات أفيونية المنشأ الذاتية لا يزال غير مؤكد.

أكسيد النيتروز هو غاز عديم اللون وغير سام وله رائحة حلوة خافتة.

يدعم أكسيد النيتروز الاحتراق عن طريق إطلاق شق الأكسجين المرتبط ثنائي القطب ، وبالتالي يمكنه إعادة إشعال جبيرة متوهجة.

ن
2 O خامل في درجة حرارة الغرفة وله تفاعلات قليلة. في درجات الحرارة المرتفعة ، يزيد تفاعلها. على سبيل المثال ، يتفاعل أكسيد النيتروز مع NaNH
2 عند 460 كلفن (187 درجة مئوية) لإعطاء NaN
3 :

التفاعل أعلاه هو المسار الذي تتبعه الصناعة الكيميائية التجارية لإنتاج أملاح أزيد ، والتي تُستخدم كمفجرات. [85]

تم تصنيع الغاز لأول مرة في عام 1772 بواسطة الفيلسوف والكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي الذي أطلق عليه هواء نيتروز متطور (انظر نظرية phlogiston) [86] أو هواء نيتروز قابل للاشتعال. [87] نشر بريستلي اكتشافه في الكتاب تجارب وملاحظات على أنواع مختلفة من الهواء (1775)حيث وصف كيفية إنتاج مستحضر "هواء نيتروز يتضاءل" ، عن طريق تسخين برادة حديد مبللة بحمض النيتريك. [88]

الاستخدام المبكر تحرير

كان أول استخدام مهم لأكسيد النيتروز ممكنًا بواسطة توماس بيدوس وجيمس وات ، اللذين عملا معًا لنشر الكتاب اعتبارات خاصة بالاستخدام الطبي وإنتاج الهواء التكويني (1794). كان هذا الكتاب مهمًا لسببين. أولاً ، اخترع جيمس وات آلة جديدة لإنتاج "أجواء مفتعلة" (بما في ذلك أكسيد النيتروز) و "جهاز تنفس" جديد لاستنشاق الغاز.ثانيًا ، قدم الكتاب أيضًا النظريات الطبية الجديدة لتوماس بيدوس ، والتي مفادها أن مرض السل وأمراض الرئة الأخرى يمكن علاجها عن طريق استنشاق "الهواء التالف". [22]

تتكون آلة إنتاج "أجواء التجهيز" من ثلاثة أجزاء: فرن لحرق المواد المطلوبة ، ووعاء به ماء يمر فيه الغاز الناتج في أنبوب حلزوني (ليتم "غسل" الشوائب) ، وأخيرًا أسطوانة الغاز بمقياس غاز حيث يمكن استخدام "الهواء" في أكياس الهواء المحمولة (المصنوعة من الحرير الزيتي المحكم). يتألف جهاز التنفس من أحد الأكياس الهوائية المحمولة المتصلة بأنبوب إلى قطعة الفم. مع تصميم هذه المعدات الجديدة وإنتاجها بحلول عام 1794 ، تم تمهيد الطريق للتجارب السريرية ، [ التوضيح المطلوب ] التي بدأت في عام 1798 عندما أسس توماس بيدوز "مؤسسة تعمل بالهواء المضغوط لتخفيف الأمراض بالهواء الطبي" في هوتويلز (بريستول). في الطابق السفلي من المبنى ، كانت آلة كبيرة الحجم تنتج الغازات تحت إشراف الشاب همفري ديفي ، الذي تم تشجيعه على تجربة غازات جديدة ليستنشقها المرضى. [22] كان أول عمل مهم لديفي هو فحص أكسيد النيتروز ونشر نتائجه في الكتاب: بحوث كيميائية وفلسفية (1800). في هذا المنشور ، لاحظ ديفي التأثير المسكن لأكسيد النيتروز في الصفحة 465 وإمكانية استخدامه في العمليات الجراحية في الصفحة 556. [89] صاغ ديفي اسم "غاز الضحك" لأكسيد النيتروز. [90]

على الرغم من اكتشاف ديفي أن استنشاق أكسيد النيتروز يمكن أن يريح الشخص الواعي من الألم ، فقد مرت 44 عامًا أخرى قبل أن يحاول الأطباء استخدامه للتخدير. أصبح استخدام أكسيد النيتروز كعقار ترفيهي في "حفلات الغاز الضاحك" ، التي تم ترتيبها بشكل أساسي للطبقة العليا البريطانية ، نجاحًا فوريًا ابتداءً من عام 1799. في حين أن تأثيرات الغاز عمومًا تجعل المستخدم يبدو ذهولًا وحالمًا ومخدرًا ، فإن البعض الناس أيضا "يحصلون على الضحك" في حالة من النشوة ، وكثيرا ما تنفجر في الضحك. [91]

كان جورج بو ، أحد أوائل المنتجين التجاريين في الولايات المتحدة ، ابن عم الشاعر إدغار آلان بو ، الذي كان أيضًا أول من قام بتسييل الغاز. [92]

تحرير استخدام التخدير

كانت المرة الأولى التي استخدم فيها أكسيد النيتروز كعقار مخدر في علاج المريض عندما أظهر طبيب الأسنان هوراس ويلز ، بمساعدة غاردنر كوينسي كولتون وجون مانكي ريجز ، عدم الحساسية للألم من قلع الأسنان في 11 ديسمبر 1844. [93] في الأسابيع التالية ، عالج ويلز أول 12 إلى 15 مريضًا بأكسيد النيتروز في هارتفورد ، كونيتيكت ، ووفقًا لسجله الخاص ، فشل فقط في حالتين. [94] على الرغم من هذه النتائج المقنعة التي أبلغ عنها ويلز للجمعية الطبية في بوسطن في ديسمبر 1844 ، لم يتم تبني هذه الطريقة الجديدة على الفور من قبل أطباء الأسنان الآخرين. كان السبب في ذلك على الأرجح أن ويلز ، في يناير 1845 في أول مظاهرة عامة له أمام كلية الطب في بوسطن ، كان غير ناجح جزئيًا ، مما جعل زملائه متشككين فيما يتعلق بفعاليتها وسلامتها. [95] لم تدخل هذه الطريقة حيز الاستخدام العام حتى عام 1863 ، عندما نجح غاردنر كوينسي كولتون في استخدامها في جميع عيادات "جمعية كولتون لطب الأسنان" التي أنشأها للتو في نيو هافن ومدينة نيويورك. [22] على مدى السنوات الثلاث التالية ، نجح كولتون ورفاقه في إعطاء أكسيد النيتروز لأكثر من 25000 مريض. [23] اليوم ، يستخدم أكسيد النيتروز في طب الأسنان كمزيل للقلق ، كعامل مساعد للتخدير الموضعي.

لم يتم العثور على أكسيد النيتروز ليكون مخدرًا قويًا بدرجة كافية لاستخدامه في الجراحة الكبرى في المستشفيات. بدلاً من ذلك ، تم إثبات استخدام ثنائي إيثيل إيثر ، باعتباره مخدرًا أقوى وأكثر فاعلية ، وقبول استخدامه في أكتوبر 1846 ، جنبًا إلى جنب مع الكلوروفورم في عام 1847. [22] عندما اخترع جوزيف توماس كلوفر "جهاز الاستنشاق بالغاز الأثير" في عام 1876 ، أصبحت ممارسة شائعة في المستشفيات لبدء جميع علاجات التخدير بتدفق خفيف من أكسيد النيتروز ، ثم زيادة التخدير تدريجيًا باستخدام الأثير أو الكلوروفورم الأقوى. تم تصميم جهاز الاستنشاق بغاز الأثير من Clover لتزويد المريض بأكسيد النيتروز والأثير في نفس الوقت ، مع التحكم في الخليط الدقيق بواسطة مشغل الجهاز. ظلت قيد الاستخدام من قبل العديد من المستشفيات حتى الثلاثينيات. [23] على الرغم من أن المستشفيات اليوم تستخدم آلة تخدير أكثر تقدمًا ، إلا أن هذه الآلات لا تزال تستخدم نفس المبدأ الذي تم إطلاقه مع جهاز الاستنشاق بغاز الأثير من Clover ، لبدء التخدير بأكسيد النيتروز ، قبل إعطاء مخدر أكثر قوة.

كدواء براءات الاختراع تحرير

أدى تعميم كولتون لأكسيد النيتروز إلى اعتماده من قبل عدد من الدجالين الأقل سمعة ، الذين وصفوه بأنه علاج للاستهلاك ، والحنجرة ، والنزلات ، وأمراض الدم والحلق والرئتين الأخرى. تم إعطاء علاج أكسيد النيتروز وترخيصه كدواء براءة اختراع من قبل أمثال سي إل بلود وجيروم هاريس في بوسطن وتشارلز إي بارني من شيكاغو. [96] [97]


عسر الماء

من الناحية العلمية ، عسر الماء هو بشكل عام كمية الكالسيوم والمغنيسيوم المذاب في الماء. ولكن من منظور الشخص العادي ، قد تلاحظ عسر الماء عندما لا تزال يداك تشعران بالغرور بعد غسلهما بالماء والصابون ، أو عندما تصبح أكواب الشرب في المنزل أقل من وضوح الشمس. تعرف على المزيد حول عسر المياه على موقع Water Science School.

تصلب الماء

التعريف البسيط لعسر الماء هو كمية الكالسيوم والمغنيسيوم المذاب في الماء. الماء العسر يحتوي على نسبة عالية من المعادن الذائبة ، إلى حد كبير الكالسيوم والمغنيسيوم. ربما تكون قد شعرت بآثار الماء العسر ، حرفياً ، في المرة الأخيرة التي غسلت فيها يديك. حسب درجة عسر الماء بعد الاستعمال صابون لغسلها ربما شعرت وكأن هناك طبقة من البقايا متبقية على يديك. يتفاعل الصابون في الماء العسر مع الكالسيوم (الذي يحتوي على نسبة عالية نسبيًا من الماء العسر) لتكوين "حثالة الصابون". عند استخدام الماء العسر ، هناك حاجة إلى مزيد من الصابون أو المنظفات لتنظيف الأشياء ، سواء كانت يديك أو شعرك أو غسيلك.

الماء العسر هو أحد أكثر أسباب تعكر الأطباق والأواني الزجاجية شيوعًا.

الائتمان: Kinetico Water Systems

هل قمت بغسل كمية من الأطباق في غسالة الأطباق ، وأخرجت الأكواب ، ولاحظت وجود بقع أو غشاء عليها؟ هذا هو المزيد من بقايا الماء العسر - ليست خطيرة ، ولكنها قبيحة. عديدة صناعي و المنزلي يشعر مستخدمو المياه بالقلق إزاء عسر مياههم. عندما يتم تسخين الماء العسر ، كما هو الحال في سخانات المياه المنزلية ، يمكن أن تتكون رواسب صلبة من كربونات الكالسيوم. يمكن أن يقلل هذا المقياس من عمر المعدات ، ويرفع تكاليف تسخين المياه ، ويقلل من كفاءة سخانات المياه الكهربائية ، والأنابيب المسدودة. ونعم ، سيحدث تراكم المعادن في ماكينة صنع القهوة في منزلك أيضًا ، ولهذا السبب يقوم بعض الأشخاص أحيانًا بتشغيل الخل (حمض) في القدر. تساعد حموضة الخل على إذابة الجزيئات المعدنية بجعلها مشحونة. تنجذب هذه الجسيمات المشحونة حديثًا إلى الشحنات الموجبة والسالبة في الماء ويمكن غسلها بسهولة.

لكن الماء العسر يمكن أن يكون له بعض الفوائد أيضًا. البشر يحتاجون إلى المعادن للبقاء بصحة جيدة ، وتذكر منظمة الصحة العالمية (WHO) أن مياه الشرب قد تكون مساهماً في الكالسيوم والمغنيسيوم في النظام الغذائي ويمكن أن تكون مهمة لأولئك المهمشين للحصول على الكالسيوم والمغنيسيوم.

مقاييس عسر الماء

تحدث الصلابة بسبب مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم ومجموعة متنوعة من المعادن الأخرى. الدلائل الإرشادية العامة لتصنيف المياه هي: 0 إلى 60 مجم / لتر (مليغرام لكل لتر) حيث أن كربونات الكالسيوم مصنفة على أنها لينة 61 إلى 120 مجم / لتر على أنها صلبة معتدلة 121 إلى 180 مجم / لتر صلبة وأكثر من 180 مجم / لتر صعب جدا.

تراكم الجير داخل أنبوب الماء.

الائتمان: Александр Юрьевич Лебедев

أنظمة المياه باستخدام مياه جوفية كمصدر يهتم بعسر الماء ، حيث أنه عندما يتحرك الماء عبر التربة والصخور فإنه يذوب كميات صغيرة من المعادن الطبيعية وينقلها إلى إمدادات المياه الجوفية. الماء عظيم مذيب للكالسيوم والمغنيسيوم ، لذلك إذا كانت المعادن موجودة في التربة حول بئر إمداد بالمياه ، فقد يتم توصيل الماء العسر إلى المنازل. يختلف عسر الماء في جميع أنحاء الولايات المتحدة. في مناطق البلد حيث تكون المياه عسرة نسبيًا (انظر الخريطة أدناه) ، قد تضطر الصناعات إلى إنفاق الأموال لتيسير المياه ، حيث يمكن أن يؤدي الماء العسر إلى إتلاف المعدات. يمكن أن يؤدي عسر الماء إلى تقصير عمر الأقمشة والملابس (هل هذا يعني أن طلاب المدارس الثانوية الذين يعيشون في مناطق بها ماء عسر يواكبون أحدث صيحات الموضة لأن ملابسهم تبلى بشكل أسرع؟).

كما تظهر صورة الجزء الداخلي لأنبوب إمداد المياه ، يمكن أن تؤدي الحركة طويلة المدى للماء العسر عبر الأنبوب إلى ما يسمى بتراكم المقياس. تمامًا كما هو الحال في جسم الإنسان حيث يمكن تقليل الأوعية الدموية في القطر الداخلي بسبب تراكم الكوليسترول ، يمكن أن تغلق أنابيب المياه تدريجيًا مما يؤدي إلى حركة أقل للمياه عبر الأنبوب وخفض ضغط الماء.

عسر المياه في الولايات المتحدة

متوسط ​​العسر مثل كربونات الكالسيوم في مواقع مراقبة المياه في NASQAN خلال عام الماء 1975. تمثل الألوان التدفق من منطقة الوحدة الهيدرولوجية.

يعتمد عسر الماء على تركيزات كيمياء الأيونات الرئيسية. تعتبر كيمياء الأيونات الرئيسية في المياه الجوفية مستقرة نسبيًا ولا تتغير بشكل عام بمرور الوقت. على الرغم من أن هذه الخريطة توضح بيانات من عام 1975 ، فقد وجد أن هذه البيانات دقيقة ومفيدة في التقييمات الحالية.

ومع ذلك ، هناك العديد من المحاذير حول طبيعة هذه البيانات واستخدامها وتفسيراتها:

  1. البيانات الموضحة تمثل عسر المياه على المستوى الوطني والإقليمي ويجب تفسيرها على هذا النحو
  2. لم يتم تصميم بيانات عام 1975 لاستخدامها في اتخاذ قرارات أو قرارات محلية على نطاق ملكية المنزل الفردي و
  3. يجب توفير المعلومات ذات الصلة المباشرة بعسرة المياه والخصائص الكيميائية الأخرى في المنزل أو الموقع المباشر من قبل وكالة الصحة المحلية أو مرفق المياه المحلي أو بائع نظام معالجة عسر المياه المحلي.

عسر المياه الجوفية من الآبار المحلية ، دراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية

قامت دراسة من المشروع الوطني لتقييم جودة المياه (NAWQA) بتقييم ظروف جودة المياه لنحو 2100 منزل آبار عبر الولايات المتحدة. عسر الماء كان أحد معلمات جودة المياه التي تمت دراستها وتظهر النتائج في الخريطة أدناه.

العسر من خصائص المياه التي لا تشكل مصدر قلق على الصحة ، ولكنها يمكن أن تكون مصدر إزعاج. يمكن أن يتسبب الماء العسر في تراكم المعادن في السباكة والتركيبات وسخانات المياه ، وضعف أداء الصابون والمنظفات. كان الماء العسر منتشرًا في شرق وسط وغرب الولايات المتحدة ، مما يعكس توزيع طبقات المياه الجوفية الكربونية وخزانات المياه الجوفية ذات التركيزات العالية نسبيًا من المواد الصلبة الذائبة. & gt ، أكبر من & lt ، أصغر من أو يساوي. ​​​​​​​


`` قفاز التبريد '' الذي وضعه باحثو جامعة ستانفورد أفضل من المنشطات - ويساعد في حل اللغز الفسيولوجي أيضًا

أدى بحث تنظيم درجة الحرارة الذي أجراه عالما الأحياء في جامعة ستانفورد H. Craig Heller و Dennis Grahn إلى جهاز يعمل على تبريد درجة حرارة الجسم بسرعة ، ويحسن بشكل كبير من التعافي من التمارين الرياضية ، ويمكن أن يساعد في تفسير سبب إرهاق العضلات.

اذهب إلى موقع الويب لمشاهدة الفيديو.

جهاز التبادل الحراري السريع ، الملقب بـ & # 8216 القفاز ، & # 8217 يخلق فراغًا لسحب الدم إلى سطح راحة اليد. يعمل الماء البارد المتداول على تبريد الدم ، والذي يعود إلى القلب ويخفض درجة حرارة الجسم الأساسية بسرعة.

& # 8220 مساوية أو أفضل بكثير من المنشطات ... وهي & # 8217s غير قانونية. & # 8221

هذا هو نوع الادعاء الذي تراه في سطور موضوع البريد الإلكتروني العشوائي ، وليس في مناقشات التنظيم الحراري للثدييات. حتى الرجل الذي يدلي بهذا البيان ، الباحث في علم الأحياء في جامعة ستانفورد ، دينيس غراهن ، يبدو مرتبكًا. & # 8220 لقد تعثرنا حقًا في هذا عن طريق الصدفة ، & # 8221 قال. & # 8220 أردنا الحصول على نموذج لدراسة تبديد الحرارة. & # 8221

ولكن لأكثر من عقد من الزمان حتى الآن ، يسعى غراهن والبروفيسور في علم الأحياء H. Craig Heller إلى اكتشاف صدفة: من خلال الاستفادة من أوردة نقل الحرارة المتخصصة في راحة اليدين ، يمكنهم تبريد الرياضيين بسرعة ودرجات الحرارة الأساسية # 8217 - وبشكل كبير. تحسين الانتعاش والأداء التمرين.

يقترب الفريق أخيرًا من إصدار تجاري لجهاز استخراج الحرارة المتخصص ، والمعروف باسم & # 8220 القفاز ، & # 8221 وشاهدوا حصتهم من التغطية الإعلامية. ولكن ما لم تتم مناقشته & # 8217t هو سبب عمل القفاز بالطريقة التي يعمل بها ، وما يخبرنا ذلك عن سبب إجهاد عضلاتنا.

Nature & # 8217s المبرد

بالنسبة لهيلر وجراهن ، تبدأ القصة ، على الأرجح ، بسؤال طويل الأمد عن الدببة.

تعتبر الدببة السوداء حيوانات معزولة جيدًا ومجهزة بطبقة ثقيلة من الفراء وطبقة سميكة من الدهون تحت الجلد تساعدها في الحفاظ على درجة حرارة أجسامها أثناء سباتها خلال الشتاء. ولكن بمجرد حلول الربيع وترتفع درجات الحرارة ، فإن هذه الدببة نفسها تواجه خطر ارتفاع درجة الحرارة بدرجة أكبر من خطر انخفاض درجة حرارة الجسم. كيف يفرغون الحرارة دون تغيير طبقات العزل؟

اكتشف هيلر وغراهن أن الدببة ، وفي الواقع ، جميع الثدييات تقريبًا بها مشعات مدمجة: مناطق خالية من الشعر من الجسم تتميز بشبكات واسعة من الأوردة القريبة جدًا من سطح الجلد.

الأرانب تضعهم في آذانهم ، ولدى الجرذان ذيلهم ، والكلاب تضعهم في ألسنتهم. يحدث انتقال الحرارة مع البيئة بشكل كبير على هذه البقع الصغيرة نسبيًا من الجلد. عندما تنظر إلى مسح حراري لدب ، لا يمكن تمييز الحيوان غالبًا عن الخلفية. لكن وسادات الدب وأقدامه وطرف الأنف تبدو وكأنها مشتعلة.

يبدو أن شبكات الأوردة هذه ، المعروفة باسم AVAs (المفاغرة الشريانية الوريدية) مخصصة حصريًا للتحكم السريع في درجة الحرارة. إنهم لا يوفرون التغذية للجلد ، ولديهم تدفق دم متغير للغاية ، يتراوح من ضئيل في الطقس البارد إلى ما يصل إلى 60 في المائة من إجمالي النتاج القلبي أثناء الطقس الحار أو ممارسة الرياضة.

المبردات والمكانس الكهربائية

في البشر ، تظهر AVAs في عدة أماكن ، بما في ذلك الوجه والقدمين ، لكن قفاز الباحثين & # 8217 يستهدف هياكل الرادياتير الأكثر بروزًا - في راحة أيدينا.

أحدث إصدار من الجهاز هو قفاز بلاستيكي صلب متصل بخرطوم لما يشبه المبرد المحمول. عندما يضع غراهن يده في القفاز المحكم ، يخلق الجهاز فراغًا طفيفًا. تتوسع الأوردة الموجودة في راحة اليد ، مما يؤدي إلى سحب الدم إلى منطقة AVA ، حيث يتم تبريده سريعًا بواسطة الماء المنتشر عبر البطانة البلاستيكية للقفازات.

هذه الطريقة أكثر ملاءمة من ، على سبيل المثال ، غمر الجسم بالكامل في الماء المثلج ، وتتجنب مآزق استراتيجيات التبريد السريع الأخرى للنخيل. نظرًا لأن تدفق الدم إلى AVAs يمكن أن يتوقف تقريبًا في الطقس البارد ، فإن جعل اليد شديدة البرودة لن يكون له أي تأثير تقريبًا على درجة الحرارة الأساسية. يقول غراهن إن التبريد هو بالتالي توازن دقيق.

& # 8220 قال غراهن: عليك البقاء فوق عتبة تضيق الأوعية المحلية ، & # 8221. & # 8220 وماذا تحصل إذا ذهبت للأسفل؟ تحصل على يد باردة. & # 8221

حتى في شكل النموذج الأولي ، أثبت الباحثون & # 8217 كفاءة هائلة في تغيير درجة حرارة الجسم. كانت النجاحات المبكرة للقفاز & # 8217s في الواقع في زيادة درجة الحرارة الأساسية لمرضى الجراحة الذين يتعافون من التخدير.

& # 8220 لقد صنعنا جهازًا سخيفًا ، وأخذناه إلى غرفة الإنعاش ، وها هو يعمل بما يتجاوز خيالاتنا ، & # 8221 أوضح هيلر. & # 8220 بينما كان الأمر يستغرق ساعات لإعادة تدفئة المرضى القادمين إلى غرفة الإنعاش ، كنا نفعل ذلك في ثماني أو تسع دقائق. & # 8221

لكن تأثيرات القفاز & # 8217s على الأداء الرياضي لم تظهر حتى بدأ الباحثون في استخدام القفاز لتبريد أحد أعضاء المختبر - المعترف به & # 8220gym rat & # 8221 والمؤلف المشارك المتكرر Vinh Cao - بين مجموعات من عمليات السحب. بدا أن القفاز كاد يمحو إجهاده العضلي بعد جولات متعددة ، مما سمح له بالقيام بالعديد من عمليات السحب كما فعل في المرة الأولى. لذلك بدأ الباحثون في تبريده بعد كل مجموعة أخرى من عمليات السحب.

& # 8220 ثم في الأسابيع الستة التالية ، انتقل من القيام بـ 180 عملية سحب إجمالاً إلى أكثر من 620 ، & # 8221 قال هيلر. & # 8220 كان هذا معدل تحسين الأداء البدني الذي لم يسبق له مثيل. & # 8221

طبق الباحثون طريقة التبريد على أنواع أخرى من التمارين - تمرين ضغط البنش والجري وركوب الدراجات. في كل حالة ، كانت معدلات الكسب في التعافي هائلة ، دون أي دليل على تضرر الجسم بسبب الإجهاد - ومن هنا جاءت المطالبة & # 8220 أفضل من المنشطات & # 8221. منذ ذلك الحين ، تم تبني إصدارات من القفاز من قبل فرق ستانفورد لكرة القدم وألعاب المضمار والميدان ، بالإضافة إلى برامج ألعاب القوى الجامعية الأخرى ، سان فرانسيسكو 49ers ، أوكلاند رايدرز ، ونادي مانشستر يونايتد لكرة القدم.

العضلة الأنيقة

ولكن ما علاقة ارتفاع درجة الحرارة بالإرهاق في المقام الأول؟

يمكن تلخيص الكثير من أبحاث المختبر & # 8217s الحديثة ببيان Grahn & # 8217s بأن & # 8220 درجة الحرارة هي العامل المحدد الأساسي للأداء. & # 8221 لكن الباحثين كانوا في حيرة من أمرهم لفهم السبب حتى وقت قريب.

في عام 2009 ، تم اكتشاف أن بروتين بيروفات كيناز العضلي ، أو MPK ، وهو إنزيم تحتاجه العضلات لتوليد الطاقة الكيميائية ، حساس بدرجة عالية لدرجة الحرارة. في درجة حرارة الجسم الطبيعية ، يكون الإنزيم نشطًا - ولكن مع ارتفاع درجات الحرارة ، يبدأ بعض الإنزيم بالتشوه إلى الحالة غير النشطة. بحلول الوقت الذي تكون فيه درجات حرارة العضلات قريبة من 104 درجة فهرنهايت ، يتوقف نشاط MPK تمامًا.

هناك & # 8217s سبب بيولوجي جيد جدًا لهذا الإغلاق. عندما تزيد الخلية العضلية من نشاطها ، ترتفع درجة حرارتها. ولكن إذا استمرت هذه العملية لفترة طويلة ، فسوف تدمر الخلية نفسها بنفسها. من خلال إغلاق نفسه تحت عتبة درجة حرارة حرجة ، يعمل MPK كنظام تنظيم ذاتي أنيق للعضلة.

& # 8220 خلايا عضلاتك تقول ، & # 8220 يمكنك & # 8217t العمل بجد بعد الآن ، لأنه إذا قمت بذلك & # 8217 ، فسوف تطبخ وتموت ، & # 8221 قال غراهن.

عندما تبرد خلية العضلات ، فإنك تعيد الإنزيم إلى الحالة النشطة ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى إعادة حالة التعب العضلي.

لا يزال إصدار الجهاز الذي سيتم إتاحته تجاريًا قيد التعديل ، لكن الباحثين يرون تطبيقات لاستخراج الحرارة في مناطق أكثر أهمية من تعزيز الأداء البسيط. لا يؤدي ارتفاع الحرارة والإجهاد الحراري إلى الإرهاق فحسب - بل يمكن أن يصبحا حالات طوارئ طبية.

& # 8220 وفي كل عام نسمع قصصًا عن رياضيين في المدارس الثانوية بدأوا ممارسة كرة القدم في أغسطس في أماكن ساخنة في البلاد ، وهناك وفيات بسبب ارتفاع الحرارة ، & # 8221 قال هيلر. & # 8220 لا يوجد سبب لحدوث ذلك & # 8221

لدى Craig Heller و Dennis Grahn مصالح مالية شخصية في الشركة التي تطور قفاز التبريد كمنتج تجاري.


درجة الحرارة والماء

تلعب درجة حرارة الماء دورًا مهمًا في جميع علوم المياه في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية تقريبًا. تؤثر درجة حرارة الماء بشكل كبير على النشاط والنمو البيولوجي ، ولها تأثير على كيمياء المياه ، ويمكن أن تؤثر على قياسات كمية المياه ، وتحكم أنواع الكائنات الحية التي تعيش في المسطحات المائية.

تقوم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) بقياس كمية المياه التي تتدفق في الأنهار ، وتحديد مستويات المياه في المياه الجوفية ، وجمع عينات المياه لوصف جودة تلك المياه لأكثر من قرن. تم إجراء ملايين القياسات والتحليلات التي تأثرت بدرجة حرارة الماء.

أهمية درجة حرارة الماء

تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على النشاط والنمو البيولوجي. تتحكم درجة الحرارة في أنواع الكائنات الحية التي يمكن أن تعيش في الأنهار والبحيرات. تتمتع الأسماك والحشرات والعوالق الحيوانية والعوالق النباتية والأنواع المائية الأخرى بنطاق درجة حرارة مفضل. نظرًا لأن درجات الحرارة أعلى أو أقل من هذا النطاق المفضل ، فإن عدد الأفراد من النوع يتناقص حتى لا يوجد شيء في النهاية.

درجة الحرارة مهمة أيضًا بسبب تأثيرها على كيمياء المياه. يزيد معدل التفاعلات الكيميائية بشكل عام عند ارتفاع درجة الحرارة. الماء على وجه الخصوص مياه جوفية، مع ارتفاع درجات الحرارة يمكن أن يذيب المزيد من المعادن من الصخور المحيطة وبالتالي سيكون لديها أعلى التوصيل الكهربائي. إنه عكس ذلك عند التفكير في غاز ، مثل الأكسجين ، مذاب في الماء. فكر في مقدار "الفقاعات" مقارنة بالصودا الباردة بالصودا الدافئة. يمكن أن تحافظ الصودا الباردة على المزيد من فقاعات ثاني أكسيد الكربون المذابة في السائل مقارنة بالفقاعات الدافئة ، مما يجعلها تبدو أكثر فورانًا عند شربها.

يمكن أن تؤثر مياه التيار الدافئ على الحياة المائية في التيار. الماء الدافئ يحمل أقل الأكسجين المذاب من الماء البارد ، وقد لا يحتوي على كمية كافية من الأكسجين المذاب لبقاء أنواع مختلفة من الحياة المائية. كما أن بعض المركبات تكون أكثر سمية للحياة المائية في درجات الحرارة المرتفعة.

تساهم الأسطح غير المنفذة للماء الساخن في الجداول

يمكن أن يتسبب موقف السيارات الساخن في دخول الجريان السطحي الساخن إلى الجداول.

قد لا تعتقد أن درجة حرارة الماء تعتبر مقياسًا مهمًا لجودة المياه. بعد كل شيء ، درجة الحرارة ليست مادة كيميائية وليس لها خصائص فيزيائية يمكنك رؤيتها. ولكن ، إذا سألت سمكة ما إذا كانت درجة حرارة الماء الذي تعيش فيه مهمة ، فستصرخ بنعم (إذا كان بإمكانها التحدث)! في البيئات الطبيعية ، لا تشكل درجة الحرارة مصدر قلق كبير للحياة المائية ، لأن الحيوانات والنباتات الموجودة في الماء قد تطورت للبقاء على قيد الحياة بشكل أفضل في تلك البيئة. عندما تتغير درجة حرارة جسم مائي ، إما بسبب حدث طبيعي أو حدث من صنع الإنسان ، فإن السمكة تتعرق وتبدأ في القلق.

تُظهر هذه الصورة ساحة انتظار نموذجية بعد عاصفة صيفية قوية. مواقف السيارات والطرق ، ومن أمثلة ذلك أسطح غير منفذة، حيث تتدفق المياه إلى الجداول المحلية بدلاً من نقع في الأرض، كما هو الحال في البيئات الطبيعية ، تعمل بمثابة "ممرات سريعة" لسقوط الأمطار لتشق طريقها إلى الجداول. تهطل الأمطار التي تهطل على ساحة انتظار سيارات ظلت تحت أشعة الشمس طوال اليوم خلال فصل الصيف ساخنة للغاية ثم يركض في التدفقات. يمكن أن تكون هذه المياه الساخنة بمثابة صدمة للحياة المائية في المجرى ، وبالتالي يمكن أن تضر بجودة المياه في التيار.

جنبا إلى جنب مع الحرارة ، جريان المياه من عند مواقف السيارات يمكن أن تحتوي على ملوثات ، مثل زيت المحرك المتسرب ، والهيدروكربونات من العادم ، وبقايا الأسمدة ، والقمامة العادية. تقوم بعض المجتمعات بتجربة استخدام الرصيف القابل للاختراق في ساحة انتظار السيارات والحدائق المائية والنباتات الماصة بجانب الأرض لمعرفة ما إذا كان هذا يقلل من الجريان السطحي الضار من الكثير إلى الجداول. في الصورة على الجانب الأيمن ، تكون أسطح وقوف السيارات مائلة بحيث يتم تصريفها في منطقة طبيعية تسمح للجريان السطحي بالتسرب إلى الأرض. كما يتم زراعة النباتات المحبة للماء في المنطقة. يجب أن تلتقط هذه المناطق كمية كبيرة من الجريان السطحي ، وبحلول الوقت الذي يصل فيه جزء من الجريان إلى مجرى مائي ، يجب أن تكون درجات حرارة الماء أقرب إلى درجات حرارة التيار العادي.

التغيرات الموسمية في البحيرات والخزانات

درجة الحرارة مهمة أيضا في البحيرات والخزانات. إنه مرتبط بـ الأكسجين المذاب التركيز في الماء ، وهو أمر مهم جدًا لجميع الأحياء المائية. تعاني العديد من البحيرات من "تحول" في طبقات المياه عندما تتغير الفصول. في الصيف ، يصبح الجزء العلوي من البحيرة أكثر دفئًا من الطبقات السفلية. ربما تكون قد لاحظت ذلك عند السباحة في بحيرة في الصيف - تشعر كتفيك وكأنهما في حمام دافئ بينما تكون قدميك باردين. لأن الماء الدافئ أقل كثيف تلك المياه الباردة ، تبقى على سطح البحيرة. ولكن في الشتاء يمكن أن تصبح بعض أسطح البحيرات شديدة البرودة. عندما يحدث هذا ، تصبح المياه السطحية أكثر كثافة من المياه العميقة مع درجة حرارة أكثر ثباتًا على مدار العام (والتي أصبحت الآن أكثر دفئًا من السطح) ، و "تتحول" البحيرة ، عندما تنخفض المياه السطحية الباردة إلى قاع البحيرة.

خصائص درجة الحرارة الموسمية في بحيرة الجليد ، مينيسوتا.

تعتمد الطريقة التي تختلف بها درجات الحرارة في البحيرات على مدار المواسم على مكان تواجدها. في المناخات الدافئة ، قد لا يصبح السطح باردًا أبدًا بحيث يتسبب في "دوران" البحيرة. ولكن في المناخات ذات الشتاء البارد ، تحدث طبقات ودرجات حرارة متقلبة. هذا الرسم البياني هو رسم توضيحي لملفات درجات الحرارة لبحيرة في مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية (حيث يكون الجو باردًا جدًا خلال الشتاء). يمكنك أن ترى أنه في شهر مايو يبدأ السطح في الدفء (اللون الأخضر) ، لكن الاحترار ينخفض ​​فقط إلى عمق حوالي 5 أمتار. على الرغم من استمرار ارتفاع درجة حرارة السطح طوال الصيف ، إلا أن المياه الأقل كثافة تظل أعلى البحيرة. حتى في الصيف ، لا يزال النصف السفلي من البحيرة باردًا كما كان في الشتاء. خلال فصل الصيف ، تبقى المياه الدافئة الأقل كثافة فوق الماء البارد ولا يحدث اختلاط مع الماء. لاحظ في أكتوبر ، حيث تبدأ درجة الحرارة في الانخفاض باستمرار بالقرب من التجمد في الليل ، يبرد الماء السطحي ، ويصبح أكثر برودة قليلاً في درجة الحرارة وأكثر كثافة بقليل من الماء في قاع البحيرة ، وبالتالي ، يغوص ، مما يسبب خلط. البحيرة "تحولت". بعد شهر أكتوبر ، تكون درجة الحرارة في جميع أنحاء العمود الرأسي للمياه هي نفس درجة الحرارة الباردة تقريبًا ، حتى يذوب الجليد ويمكن للشمس تدفئة الجزء العلوي من البحيرة مرة أخرى.

سد كوغار على نهر ماكينزي بولاية أوريغون

الائتمان: بوب هايمز ، سلاح المهندسين بالجيش الأمريكي

التأثيرات الحرارية لعمليات السد

أنا متأكد من أن الأسماك كانت تعيش في نهر ماكنزي في ولاية أوريغون منذ آلاف السنين - قبل أن يعيش الكثير من الناس هناك بوقت طويل وبالتأكيد قبل بناء سد كوغار. على مدى دهور ، تكيفت الأسماك للعيش والتكاثر في نهر لها خصائص بيئية معينة لن تتغير بسرعة. ولكن بعد بناء سد كوغار ، كان الشيء الوحيد الذي تغير بالنسبة للأسماك هو أنماط درجة حرارة الماء أسفل السد في أوقات معينة من العام. يدعم نهر ماكنزي أكبر عدد من الأسماك البرية المتبقية من سمك السلمون من طراز شينوك في حوض نهر ويلاميت العلوي ، ويوفر نهر ساوث فورك ماكنزي موطنًا جيدًا للتفريخ. وقد وجد أن نمط درجة الحرارة المتغير في اتجاه مجرى نهر كوغار خلق مشاكل فيما يتعلق بتوقيت الهجرة ، والتفريخ ، وتفريخ البيض للأسماك. (المصدر: Caissie، D.، 2006، The Thermal system of rivers - A review: Freshwater Biology، v. 51، p. 1389-1406)

تم تحقيق هذه النتيجة البيئية الضارة في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، ولاستعادة ملاءمة هذا الوصول لتكاثر سمك السلمون ، أضاف سلاح المهندسين بالجيش الأمريكي مجموعة بوابة منزلقة إلى هيكل السحب في سد كوغار. أصبحت أنماط درجة حرارة الماء أسفل السد أشبه بالأنماط الطبيعية مؤخرًا ، وكانت النتيجة أن يكون هناك الكثير من سمك السلمون المبتسم. يوضح الرسم البياني أدناه الاختلافات في أنماط درجات الحرارة للمواقع فوق وتحت السد قبل إجراء أي تعديلات لإصلاح الوضع.

يمكن أن يغير الحجز على أنماط درجة الحرارة الطبيعية للنهر

يقارن هذا الرسم البياني نمط درجة الحرارة لمدة عام لرصد المواقع على نهر ساوث فورك ماكنزي عند منبع ومصب سد كوغار. والهدف من ذلك هو إظهار كيف أن أنماط درجات الحرارة الموسمية تحت السد ، بسبب بعض جوانب البناء في السد ، قد تغيرت بشدة بعد تشغيل السد. كان لتغير أنماط درجات الحرارة آثار سلبية على تجمعات الأسماك تحت السد.

يُظهر الخط الرمادي الفاتح ، بالنسبة لموقع المنبع ، نمطًا كما قد تتوقع - ترتفع درجات الحرارة في أواخر الربيع وترتفع خلال الصيف مع انخفاض درجات الحرارة في الخريف. يُظهر نوعًا عاديًا من منحنى الجرس من النمط الذي يتبع أنماط درجة حرارة الهواء الموسمية عن كثب. يمكن أن تتكيف الأسماك التي تعيش في هذا النهر مع أنماط درجات الحرارة العادية.

يتحكم سد Cougar في التدفق ويؤثر بشكل كبير على درجة الحرارة في نهر South Fork McKenzie أسفل السد. يتحول خزان Cougar Reservoir إلى طبقات حرارياً في الصيف ، بمياه أكثر دفئًا وأقل كثافة بالقرب من السطح ومياه أكثر برودة وكثافة في القاع. يضيف الطقس الصيفي الدافئ والمشمس في غرب ولاية أوريغون حرارة إضافية إلى سطح الخزان ، مما يؤدي إلى استقرار طبقاته طوال فصل الصيف. ولأن السد بُني بنقطة إطلاقه الرئيسية على ارتفاع منخفض نسبيًا ، فقد أطلق السد تاريخيًا مياه باردة نسبيًا بالقرب من قاع الخزان في منتصف الصيف. عندما تم سحب الخزان في الخريف لإفساح المجال للتخزين للتحكم في الفيضانات ، تم إطلاق الحرارة التي تم التقاطها في الطبقة العليا من الخزان خلال فصل الصيف في اتجاه مجرى النهر. نتيجة لذلك ، كان نمط درجة الحرارة الموسمية (خط داكن على الرسم البياني) في اتجاه مجرى سد كوغار خلال عام 2001 مختلفًا تمامًا عن نمط المنبع في خزان كوغار.

صورة جوية لمحطة بيفر فالي للطاقة في ولاية بنسلفانيا ، تظهر التبخر من أبراج التبريد الكبيرة.

يجب أن تقوم محطات توليد الطاقة بتبريد المياه المستخدمة

يجب أن تهتم بعض الصناعات بدرجة كبيرة بدرجة حرارة الماء. أفضل مثال على ذلك هو صناعة الطاقة الحرارية التي تنتج معظم الكهرباء التي تستخدمها الأمة. أحد الاستخدامات الرئيسية للمياه في صناعة الطاقة هو تبريد المعدات المنتجة للطاقة. تعمل المياه المستخدمة لهذا الغرض على تبريد المعدات ، ولكن في نفس الوقت ، تقوم المعدات الساخنة بتسخين مياه التبريد. لا يمكن إطلاق الماء الساخن بشكل مفرط مرة أخرى في البيئة - سوف تحتج الأسماك في اتجاه مجرى النهر من محطة توليد الكهرباء التي تطلق الماء الساخن. لذلك ، يجب أولاً تبريد المياه المستخدمة. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في بناء أبراج تبريد كبيرة جدًا ورش المياه داخل الأبراج. تبخر يحدث ويبرد الماء. هذا هو السبب في أن مرافق إنتاج الطاقة الكبيرة تقع بالقرب من الأنهار.

هل تريد اختبار جودة المياه المحلية الخاصة بك؟

تتوفر مجموعات اختبار المياه من التحدي العالمي لرصد المياه (WWMC) ، وهو برنامج دولي للتعليم والتوعية يبني الوعي العام والمشاركة في حماية موارد المياه في جميع أنحاء العالم. المدرسون وعشاق علوم المياه: هل تريد أن تكون قادرًا على إجراء اختبارات جودة المياه الأساسية في المياه المحلية؟ يقدم WWMC مجموعات اختبار غير مكلفة حتى تتمكن من إجراء الاختبارات الخاصة بك درجة الحرارة, الرقم الهيدروجيني, العكارة، و الأكسجين المذاب.


إمكانية تقليل الأكسدة ودرجة حرارة الماء

تؤثر درجة حرارة الماء على ORP ، ولكن إلى أي مدى يصعب تحديدها في الحقل. أنواع الأكسدة والاختزال في محاليل المعايرة معروفة كميًا ، وبالتالي يمكن قياس تأثير درجة الحرارة و # 8217.

تعتمد إمكانية تقليل الأكسدة ، المعروفة باسم ORP ، أيضًا على درجة الحرارة. يعتمد تأثير درجة الحرارة على قيم ORP على الأنواع الكيميائية (الذرات والجزيئات والأيونات) الموجودة في المحلول 25. عادةً ما تكون مخططات بيانات الاعتماد على درجة الحرارة متاحة لحلول المعايرة ، ولكن ليس للعينات الميدانية 25.

يرجع هذا النقص في البيانات إلى صعوبة تحديد وقياس كل أنواع الأكسدة والاختزال التي يمكن أن تكون موجودة في أي مصدر مياه معين. نظرًا لصعوبة معرفة هذه الأنواع وتحديدها كميًا في الدراسات البيئية ، فإن معظم أقطاب ORP لن تعوض تلقائيًا عن درجة الحرارة. ومع ذلك ، لا يزال بإمكان درجة الحرارة تغيير القراءة ويجب تسجيلها مع كل قياس يتم أخذه في الاعتبار عند تحليل البيانات 26.


ملاحظة الناشر تظل Springer Nature محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.

البيانات الموسعة الشكل 1 تحديد الهيكل ووجهات النظر التمثيلية لـ E2

أ، تم تحضير مجمع نقل متشابك من خلال احتضان ABP (200 ميكرومتر) و E3 (MYCBP2 RCR) (50 ميكرومتر) لمدة 4 ساعات عند 30 درجة مئوية. تم تقييم التكوين المعقد بواسطة SDS-PAGE (يسار). تمت تنقية مجمع النقل المستقر بواسطة كروماتوغرافيا استبعاد الحجم (يمين). ب، بنية المجال لـ MYCBP2 بما في ذلك آلية RCR التحفيزية. ج، آلية RCR في مجال تمثيل العصا RING (أزرق) ، حلزون رابط (أرجواني) ، حلزون حلزوني (أخضر) ، مجال TC (برتقالي) ، حلقة وسيطة (بني) ، E2 (بنفسجي) و Ub (رمادي) . تمثل الشبكة حذف مركب محاكى التلدين 2 |مفو|-|دي إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. د، كما هو مذكور أعلاه ، باستثناء الشبكة ، يمثل 2 | التجريبيةفو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ه، عرض عن قرب للوصلة المتقاطعة ثلاثية الاتجاهات بين E2 C85 و RCR C4520 ومحطة Ub carboxy. تمثل الشبكة حذف مركب صلب محاكى 2 | mFo | - | dFc | تم تحديد خريطة كثافة الإلكترون عند 1.0 منحوتة حول حلقة الوسيط G4515 - D4529 ، ومخلفات E2 C85 ، والوصلة المتقاطعة. F، مثل البريد باستثناء الشبكة يمثل 2 | التجريبيةفو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ز، منظر عن قرب لموقع Ub-esterification ، في بنية apo ، يشغل موقع الأسترة بقايا Thr بسبب التعبئة البلورية. تمثل الشبكة حذف مركب محاكى التلدين 2 |مفو|-|دي إف سي| تم تحديد خريطة كثافة الإلكترون عند 1.0 منحوتة حول E4534 و F4570 - F4573 و H4583 و F4586 وجزيء ماء مرتب. ح، بما أن g باستثناء الشبكة تمثل الشكل التجريبي 2 |فو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ.

البيانات الموسعة الشكل. 2 تراكب apo-MYCBP2 (PDB 5O6C) ، E2

أ، تم محاذاة بقايا Apo-MYCBP2 Asn4379-His4638 مع بقايا MYCBP2 المرتبطة Asp4387-Asn4636. توجد RCR و E2 و Ub في تمثيل كرتوني: تلوين (apo-MYCBP2 / ملزمة-MYCBP2) أيونات الزنك (رمادي فاتح / رمادي) ، مجال RING (أزرق فاتح / أزرق) ، رابط الحلزون (وردي / أرجواني) ، حلزون حلزوني - حلزوني (أخضر فاتح / أخضر) ومجال السيستين الترادفي (أصفر / برتقالي). في بنية apo ، تكون 8 بقايا من حلقة الوسيط غير مرتبة ويتم تمثيلها بخط متقطع أسود. لون E2 بنفسجي ملون و Ub باللون الرمادي. MYCBP2 Residues Ala4518 و Gly4527 و Cys4520 و Cys4572 موجودة في تمثيل الكرة والعصا. في بقايا هيكل MYCBP2 المرتبط E2 C85 والرابط المتشابك المصمم هندسيًا في تمثيل الكرة والعصا. ب، المقربة من مجالات TC ، في E2

هيكل ربط Ub ، تتبنى بقايا حلقة الوسيط الثمانية ، التي كانت مضطربة في بنية apo ، شكلًا حلزونيًا في E2

Ub: مجمع نقل RCR. ج، المقربة من مجالات RING ، في E2

هيكل Ub المرتبط بمجال RING قد انحرف باتجاه الحلزون الرابط ، مما أدى إلى تحول 3.0 و 4.1 لـ Zn 2+ 1 و Zn 2+ 2 ، على التوالي. د، عرض تمثيلي لـ E2

وسيط تحويل Ub-MYCBP2. ه، عرض تمثيلي لـ E2

يشير نقل Ub-MYCBP2 الوسيط الملون بواسطة عوامل B (عوامل B ذات اللون الأزرق الرقيق إلى عوامل B ذات اللون الأحمر السميك أعلى) إلى أن يوبيكويتين وحلقة الوسيط هما أكثر المكونات اضطرابًا في المجمع. F، هلام SDS-PAGE من مركب ABP-MYCBP2 المنقى ومركب ABP-MYCBP2 المستعاد من قطرة بلورية تحتوي على الظروف الإنتاجية (0.85 M سترات الصوديوم ، 100 ملي كلوريد الصوديوم ، 100 ملي مولار Tris-HCl pH 8.0). مركب النقل المسمى ABP مستقر أثناء التبلور. التجربة أعيدت مرتين مع نفس النتائج

البيانات الموسعة الشكل 3 جمع البيانات وصقل الإحصاءات.

تم جمع البيانات البلورية من بلورة واحدة.

الشكل 4 البيانات الموسعة تم تحديد التحليل الطفري لنقل E2-E3 Ub عن طريق تكوين أيزوببتيد أحادي الدوران في سياق متحولة RCR C4520K.

لفصل نقل Ub من E2-E3 (ما يعكسه هيكلنا) عن الترحيل اللاحق وأسترة الركيزة ، ابتكرنا اختبارًا قويًا ينتج عنه نقل Ub من E2 إلى منتج مسدود. لتحقيق ذلك ، قمنا بتحور بقايا Cys4520 المنبع إلى ليسين (Cys4520Lys). وجدنا أن Ub تم نقله إلى اللايسين ليشكل مقرب إيزوببتيد مستقر. أ، كان النشاط فعالًا ولم يظهر سابقًا سوى E2 لدعم نشاط MYCBP2 E3 الذي يدعم تكوين رابطة الإيزوببتيد 25. التجربة تكررت مرتين مع نفس النتائج ب، مجموعة فرعية من التفاعلات المميزة المتضمنة في E2 المغلقة

يتم الحفاظ على استقرار Ub (التلوين كما في الشكل 2 أ). ج، تكرار الممثل من دورة واحدة E2

مقايسة الأيزوببتيد Ub المستخدمة في القياس الكمي الواردة في الشكل 2 ج (انظر أيضًا الطرق). د، تم أيضًا اختبار غالبية المسوخ باستخدام النوع البري MYCBP2 في فحوصات متعددة لتصريف ثريونين (بيانات موسعة الشكل 5) ، والتي أسفرت عن ملفات تعريف نشاط مماثلة. ومع ذلك ، كان هناك استثناء واحد مع طفرة E2 D117A. بينما كان D117A نشطًا بالكامل مع MYCBP2 WT ، كان غير نشط تمامًا في تكوين أيزوببتيد C4520K. هذا يعكس هذه البقايا التي لها دور خاص بالليسين يكون زائداً عن الحاجة مع MYCBP2 E2-E3 الأصلي. ه- ح، التحليل الحركي لبقايا الموقع النشط E2 (ن = 3 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة). تتوافق المربعات الزرقاء والدوائر السوداء مع التجارب التي تمت فيها إضافة E3 أو حجبها ، على التوالي. تم حظر إعادة تحميل E2 عن طريق إضافة مثبط E1 واستنفاد E2

تم تحديد أنواع أوب. أنا، المعدلات المرصودة لتصريف Ub أحادي الدوران (كObs) من التجارب e-h. تم الحصول على ثوابت المعدل المرصود من معادلة الارتباط الأسي أحادية الطور باستخدام الروتين داخل Graphpad Prism. أجريت الاختبارات في ثلاث نسخ باستخدام بروتينات نقية متطابقة. فترات الثقة 95٪ ل كObs يتم تقديمها. يشير ND * إلى أن معدلات تفريغ Ub في وجود E3 لا يمكن تمييزها عن الخلفية E2

التحلل المائي Ub.تم أيضًا جدولة المعدلات المرصودة لنشاط انتهاك المثانة الأصلي المحددة من التجارب المقدمة في البيانات الموسعة الشكل 5.

البيانات الموسعة الشكل 5 التقييم التحولي لنشاط الانتهاك الأصلي MYCBP2 E2-E3 وإثبات E2 الموهن

أ، الدور المقترح داخل الجزيء لـ Ub I36 في الحفاظ على E2 مغلق

التشكل Ub. يتم الحفاظ على التفاعل بين Ub I36 و L71 في E2 "المغلق"

التشكل Ub. تراكب RCR E2

مجمعات Ub (PDB 4AP4). انخفضت الفجوة بين Ub I36 و L71 بمقدار 0.7 Å في مجمع RCR. توجد RCR و E2 و Ub في تمثيل كرتوني مع بقايا مختارة في تمثيل الكرة والعصا: Ub I36 و L71 و R72 والرابط الهندسي (الرمادي) و E2 C85 (البنفسجي) و RCR K4441 (الأزرق) و C4520 (البرتقالي). موديل RNF4 E2

يوجد مجمع Ub في تمثيل كرتوني مع بقايا مختارة في تمثيل العصا: Ub I36 ، L71 ، R72 (وردي) ، R181 (أرجواني). ب، بالنسبة للطفرات المختارة ، تم تقييم نشاط MYCBP2 باستخدام معدل دوران واحد E2

فحوصات تفريغ Ub بوساطة وجود النوع البري MYCBP2 وثريونين (50 ملي مولار). ج، دوران واحد E2

فحص تفريغ Ub بوساطة وجود النوع البري MYCBP2 وثريونين (50 مم) لطفرات E2 Asn114Ala و Asn114Gln. كرر التجربة مرتين مع نتائج مماثلة. د، القياس الكمي للطفرات المختارة ، (ن = 3-4 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة). ه-أنا معدل دوران واحد أصلي WT MYCBP2 وثريونين يعتمد على E2

مقايسة التفريغ تم الحصول على ثوابت المعدل المرصود المجدولة في البيانات الموسعة الشكل 4 من معادلة الارتباط الأسي أحادية الطور باستخدام الروتين داخل منشور Graphpad. تتوافق المربعات الزرقاء والدوائر السوداء مع التجارب التي تمت فيها إضافة E3 أو حجبها ، على التوالي. (ن = 3 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة) ي، القياس الكمي لمقايسة تفريغ اللايسين في وجود متحولة RCR A4520 المعيبة بالانتقال أو RING E3 RNF4 المتعارف عليه (ن = 3 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة). على الرغم من ملاحظة تفريغ اللايسين الفعال مع متحولة RCR C4520K ، فإن السياق الهيكلي لقوالب ليسين المستقبلي هذا هو التفاعل الذي يمكن أن يزيد من معدل التفاعل بأوامر متعددة من حيث الحجم ، وبالتالي التوفيق بين نقص النشاط تجاه اللايسين المجاني الذي سيكون محدود الانتشار 39 ، 60.

بيانات موسعة الشكل 6 النظر في تأثيرات التعبئة البلورية على اعتماد E2 الشبيه

أ، واجهة بين Ub (رمادي) ، E2 (mauve) RCR (مجال TC ، حلزون رابط برتقالي ، حلزون أرجواني حلزوني ، حلزون أخضر ، أزرق) واثنين من جزيئات RCR المرتبطة بالتناظر (سماوي وأزرق فاتح). السلسلة الجانبية لـ Ub E18 وأول 7 بقايا لبناء RCR غير منظمة. ب، المقربة للواجهة بين Ub و E2 والتماثل المرتبط بـ E3. Ub K48 و R54 على مقربة من التماثل المرتبط بـ MYCBP2 H4599. ج، تراكب RCR E2

تسلط مجمعات Ub (PDB 4AP4) الضوء على موضع Ub Lys48. ينتج عن عبوة Ub المعدلة في مجمع RCR (E2 ، البنفسجي: Ub ، الرمادي) تحول Ub Lys48 بعيدًا عن E2 D42 ، بالنسبة إلى مجمع RNF4 (E2 قمح Ub ، وردي). د، دوران واحد E2

تفريغ Ub وتكوين الأيزوببتيد أحادي الدوران لمتغيرات Ub المشار إليها. تم تفريغ المسوخ Ub E18R و A46D و R54E و N60A بشكل مشابه لـ WT Ub ، مما يشير إلى أن الواجهة ذات النسخة الثانية من MYCBP2 غير موجودة في الحل أو غير مطلوبة للنشاط. خفضت طفرات Ub K48A و K48E النشاط ، وهو ما لم يكن متوقعًا إذا كان التفاعل مع بقايا H4599 ضمن التناظر المرتبط بـ MYCBP2 قد ساهم في منع التشكل المقفل الكنسي في الحل. نظرًا لأن K48 قريب من E2 ، فمن المرجح أنه يساهم جوهريًا في التنشيط المغلق والمغلق. ه، القياس الكمي لدوران واحد E2

تفريغ Ub (ن= 5 تجارب مستقلة يتم إجراؤها باستخدام بروتينات نقية متطابقة) وتشكيل إيزوببتيد أحادي الدوران (ن= 3 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة).

البيانات الموسعة الشكل 7 كثافة الإلكترون التمثيلية متمركزة على المفتاح E2

واجهات Ub-RING والمقارنة مع E2

أ، تتركز واجهة E2-Ub على E2 L104 و Ub L8 و I44 و H68 و V70. يتم عرض E2 (بنفسجي) و Ub (رمادي) كعصي ، ويظهر مجال RCR RING (أزرق) كرسوم متحركة. لتوضيح مناطق RCR ، لا يتم عرض المحطة الطرفية C الخاصة بحلقة RING. تمثل الشبكة حذف مركب محاكى التلدين 2 |مفو|-|دي إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ب، كما أ ماعدا الشبكة تمثل التجريبية 2 |فو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ج، منظر لواجهة RING-E2 ، RCR RING (أزرق) ، E2 (بنفسجي) و Ub (رمادي) تظهر كعصي. تمت تسمية RCR المكافئ لبقايا "linchpin" (K4441) وبقايا تمديد RING المهمة وظيفيًا (L4426). تمثل الشبكة حذف مركب محاكى التلدين 2 |مفو|-|دي إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. د، كما ج ماعدا الشبكة تمثل التجريبية 2 |فو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ه، يركز عرض واجهة RING-E2 على مخلفات RCR L4392 و F4394 والتفاعل بين E2 S94 و RING P4438. تمثل الشبكة حذف مركب محاكى التلدين 2 |مفو|-|دي إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. F، كما ه ماعدا الشبكة تمثل التجريبية 2 |فو|−|إف سي| مخطط كثافة الإلكترون محدد عند 1.0 σ. ز، تراكب MYCBP2 E2

تسلط مجمعات Ub (PDB 5EDV) الضوء على التحول في موقع ربط E2 لـ HOIP RING1 (تم تراكب E2s). MYCBP2 مجمع RING (أزرق) ، E2 (بنفسجي) ، أيونات الزنك (رمادي) مركب HOIP RING1 (سماوي) ، E2 (قمح) ، زنك (رمادي فاتح). ح، تراكب MYCBP2 E2

مجمعات Ub (PDB 5UDH) تسلط الضوء على إدخال حلقة في HHARI RING1 الذي يمنع إغلاق E2

التشكل Ub. سيصطدم HHARI His234 بقوة مع Ub في E2 "المغلق"

Ub ، وبالمثل ، فإن His234 غير متوافق مع E2 "المغلق"

اعتمد Ub في مجمع RCR. MYCBP2 مجمع RING (أزرق) ، E2 (بنفسجي) ، Ub (رمادي) ، زنك (رمادي) مجمع HHARI RING1 (أزرق فاتح) ، E2 (قمح) وزنك (رمادي فاتح).

الشكل 8 البيانات الممتدة الشكل 8 يمنع شكل حلزون RCR-helix-turn-helix ربط E2 المفتوح

أ، تراكب التشكل "المفتوح" E2

مجمع Ub (PDB 3JVZ) مع RCR E2

مجمع أوب. التشكل المفتوح في HECT E2

مجمع Ub غير متوافق مع تشكل RCR المرصود حيث يتم حظر Ub بشكل معقد بواسطة شكل اللولب الدوراني الحلزوني. يتم عرض HECT E2 (وردي) و Ub (رمادي فاتح) في تمثيل كرتوني. ب، على الرغم من إدخال بقايا الليسين المقابلة في UBE2D3 مما أدى إلى إلغاء نشاطه ، لم نتمكن من نقل نشاط UBE2L3 عن طريق استبدال Lys96 بـ Ser ، كما هو موجود في UBE2D3. تتوافق المربعات الزرقاء والدوائر السوداء مع التجارب حيث تمت إضافة أو حجب E3 ، على التوالي (ن= 3 تجارب مستقلة أجريت باستخدام بروتينات نقية متطابقة). ج، تتمتع حلقة الوسيط بحفظ عالي التسلسل عبر تقويم العظام. عمليات الحذف في ذبابة الفاكهة و C. ايليجانس بالنسبة إلى MYCBP2 البشري ، فإن عملية الترحيل Ub عبارة عن مادة بلاستيكية للغاية. د، يؤدي حذف بقايا حلقة الوسيط A4518 إلى إضعاف انتقال E2-E3 بشكل كبير وترحيل Ub. التجربة تكررت مرتين مع نفس النتائج

البيانات الموسعة الشكل 9 تم ملاحظة استرخاء تفاعل E2 Ser94-RING Pro4438 من الناحية البلورية بالنسبة لـ E3s المرتبطة بـ RING (RBRs و RCR) بالنسبة إلى RINGs المتعارف عليها.

ومن المثير للاهتمام ، أن رابطة Ser94-Pro4438 H محفوظة بشكل كبير في هياكل E2-RING التي تم حلها ولكن بالنسبة إلى RING E3s الكنسي ، لوحظت هندسة مثالية (2.3-3.0 Å). بالنسبة إلى RBR E3s التي تخضع للانتهاك ، فإن مسافة الرابطة H هذه قابلة للمقارنة مع تلك التي لوحظت في RCR

0.4 Å أطول. وبالتالي يبدو أن استرخاء رابطة H هذه قد يكون سمة مميزة لـ E3s المرتبطة بـ RING لكن الأساس الآلي لذلك غير واضح. أ، المسافات بين E2 Ser94 (أكسجين جاما) و E3 Pro (أوكسجين الكربونيل) لـ MYCBP2 بالنسبة إلى RING E3s المتعارف عليه. ب، محاذاة الجزء C- الطرفي للحلقة بما في ذلك بقايا تنسيق الزنك السابع والثامن. يظهر البرولين المحفوظ الذي يتفاعل مع E2 سيرين 94 باللون الأزرق. تظهر مخلفات تنسيق الزنك باللون الأحمر. يشار إلى موقع بقايا Linchpin بعلامة النجمة. ج، والمسافات بين E2 Ser94 (أكسجين جاما) ، أو E2 Lys96 (إبسيلون أميني نيتروجين) ، و E3 Pro (أكسيد الكربون) لـ MYCBP2 بالنسبة إلى RBR E3s. د، محاذاة الجزء c- الطرف من RING بما في ذلك بقايا تنسيق الزنك السابع والثامن. البرولين المحفوظ الذي يتفاعل مع E2 سيرين 94 في MYCBP2 يظهر باللون الأزرق. تظهر مخلفات تنسيق الزنك باللون الأحمر.

البيانات الموسعة الشكل. 10 توصيف إضافي لـ Phr1 C4629A / C4629A خط الفأرة.

أ، مستويات التعبير Phr1 / MYCBP2 في Phr1 +/+ (وزن) ، Phr1 C4629A / + (HET) و Phr1 C4629A / C4629A (HOM) الخلايا الليفية الجنينية للفأر (MEFs) وخلايا الورم الأرومي العصبي SH-SY5Y (CRISPR KO و WT) (يسار). تم أيضًا استخدام جسم مضاد داخلي 25 لتقييم مستويات التعبير Phr1 عبر الأنماط الجينية (يمين). ب، تدفق العمل التجريبي المستخدم لتوليد البيانات البروتينية القائمة على النشاط والمقدمة في الشكل 5 ب. ج، تمت معالجة البروتينات المستخرجة من MEF مع الأنماط الجينية المشار إليها بمسبار قائم على النشاط مرتبط ببروتين مالتوز (MBP). كان وضع علامات MBP ضروريًا لتمييز تحول هلام عند وضع العلامات MYCBP2 / Phr1 (0.5 MDa). تم إلغاء تصنيف ABP بشكل انتقائي في Phr1 C4629A / C4629A يتم تعطيل MEFs المتوافقة مع نشاط E3 ligase. أجريت هذه التجربة مرتين بنتائج مماثلة. د، تم نقل NMNAT2 مع علامة HA- الطرفية بشكل عابر إلى MEFs التي تمثل جميع الأنماط الجينية الثلاثة. أجريت هذه التجربة مرة واحدة. ه، تم حساب عدد الفروع الثانوية (الرمادية) بين الفروع الأولية (السوداء) التي تعبر الخط الأحمر المنقط. التحديد الكمي للفروع المحورية الثانوية للعصب الحجابي الأيمن ن الرقم لكل تركيب وراثي موضح في الشكل (يعني اختبار ± SEM Kruskal-Wallis متبوعًا باختبار Dunn للمقارنة المتعددة). تشير العلامات النجمية إلى: * ص ≤ 0.05.


الرطوبة النسبية

كما يدل الاسم ، الرطوبة النسبية نسبيا في الطبيعة. وبعبارة أخرى ، فإنه & rsquos كمية بخار الماء الموجودة في الهواء نسبيا لما يمكن أن يحمله الهواء. يتم التعبير عن الرطوبة النسبية عمومًا بالنسب المئوية ، وبالتالي ، إذا أظهر تقرير الطقس (مثل التقرير الذي رأيناه سابقًا في المقالة) أن الرطوبة النسبية تبلغ 78٪ ، فهذا يعني أنه بالنسبة لدرجة الحرارة المحددة ، يحتفظ الهواء بنسبة 78٪ مما هو عليه يمكن أن تحمل في الواقع.

فكر في الأمر بهذه الطريقة: إذا كان لديك كوب من الماء نصفه مملوء بالماء (أي بنسبة 50٪) ، يمكنك القول أن الكوب يحتوي على 50٪ مما يمكن أن يحمله تمامًا. مفهوم الرطوبة النسبية مشابه جدًا.

تحتوي الأكواب الثلاثة ، بنفس السعة ، على كميات مختلفة من الماء. وبالمثل ، يمكن أن يحتوي نفس الهواء على كميات مختلفة من بخار الماء ، وبالتالي فإن قيم الرطوبة النسبية مختلفة.


نقاش

غالبًا ما يلعب الإجهاد الحراري دورًا مهمًا في تحديد المكانة المكانية والزمانية التي يمكن للمستهلكين في منطقة المد والجزر أن يتغذوا فيها. هناك العديد من الأمثلة على الإجهاد البيئي الذي يقيد مستهلكين متحركين محددين في مناطق معينة أو موائل دقيقة داخل منطقة المد والجزر (Orton ، 1929أ, ب فيدر ، 1956 Landenberger ، 1969 Paine ، 1974 Menge ، 1976 ، 1978أ, ب Garrity and Levings ، 1981 Levings and Garrity ، 1983 Fairweather ، 1988 ليونارد وآخرون.، 1998 ستيلمان وسوميرو ، 1996 بورنافورد ، 2001). تساعد هذه الدراسات في تفسير سبب عدم وجود مستهلك معين في جميع الموائل ، ولكن لا تخبرنا كثيرًا عن كيفية تأثير التباين البيئي على ذلك المستهلك في بيئته الطبيعية. على وجه الخصوص ، في المناطق التي ينشط فيها المستهلكون ووفرة ، هل معدلات الافتراس والحيوانات العاشبة تنظمها العوامل البيئية؟

تتنبأ نماذج الإجهاد البيئي بأن الضغوط شبه المميتة قد تقلل في كثير من الأحيان معدلات الاستهلاك (مينج وساذرلاند ، 1987 مينج وأولسون ، 1990). قد يؤدي التعرض المزمن لفترات شديدة من الحرارة والجفاف إلى تلف خلوي يقلل من التغذية ويقلل في النهاية من النمو واللياقة البدنية. في المقابل ، تشير نتائج هذه الدراسة إلى الافتراس من قبل نجم البحر أوشريسوس بيساستر يتم تنظيمها بشكل أساسي من خلال تأثيرات المعدل الفسيولوجي ، الناتجة عن تغيرات صغيرة نسبيًا في درجة حرارة الماء في الجزء المركزي من بيساسترالنطاق الحراري. هذه س10 تختلف التأثيرات عن الإجهاد البيئي ، وقد يكون لها عواقب قليلة أو معدومة على اللياقة البدنية بيساستر (لكن انظر Sanford، 2002ب لمناقشة تأثيرات درجات الحرارة المتذبذبة).

يتم توضيح هذه الأفكار في نموذج مفاهيمي يوضح العلاقات المفترضة لدرجة الحرارة ضد. التغذية والتمثيل الغذائي والنمو (الشكل 7). في بعض درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، تنخفض معدلات التغذية بشكل حاد إلى الصفر. عبر النطاق الطبيعي لدرجات حرارة الماء ، تزداد معدلات التغذية خطيًا مع درجة الحرارة حتى تتسبب القيود الوظيفية في استقرارها عند بعض المعدل الأقصى. معدل الأيض هو تقريبًا دالة أسية لدرجة الحرارة ، حتى تنخفض عند درجة حرارة عليا حرجة (Cossins and Bowler ، 1987). في هذا النموذج البسيط ، النمو هو الفرق بين هاتين الوظيفتين في تناول الطعام وتكلفة التمثيل الغذائي.

تم تقديم نماذج رسومية مماثلة لكسب الطاقة الصافي في الحرارة الخارجية سابقًا (Huey، 1982 Levinton، 1983 انظر أيضًا Sanford، 2002ب). في هذه النماذج ، يتم رسم معدل الابتلاع ومعدل الأيض كمنحنيات سلسة ، مما ينتج عنه درجة حرارة مثالية واحدة للنمو. على النقيض من ذلك ، لاحظت في هذا النموذج أن تغذية اللافقاريات ومعدلات التمثيل الغذائي تظهر غالبًا زيادة خطية مع درجة الحرارة ، ضمن النطاق الحراري الطبيعي للأنواع (على سبيل المثال ، Largen، 1967 Mackenzie، 1969 Ulbricht، 1973 Newell and Branch، 1980). إذا كانت الأجزاء الخطية من هذه الوظائف لها منحدرات متشابهة ، فسيظل النمو ثابتًا عبر نطاق درجات حرارة الماء العادية ، بدلاً من وجود درجة حرارة مثالية واحدة. يحدث هذا بسبب موازنة الانخفاض في تناول الطاقة مع انخفاض درجة الحرارة عن طريق تقليل تكاليف التمثيل الغذائي ، كما هو مقترح في نتائج المختبر (الشكل 6). إذا تم تعريف الإجهاد البيئي على أنه ظروف لها تأثير سلبي على النمو ، فإن الإجهاد يكون غائبًا في مركز نطاق درجة الحرارة هذا ، على الرغم من انخفاض معدلات التغذية بشكل حاد مع درجة الحرارة (الشكل 7).

بناءً على هذا النموذج ، من الواضح أن تحديد الظروف البيئية التي يمر بها المستهلكون أمر مهم. على وجه الخصوص ، كم مرة تحدث الظروف المجهدة حراريًا في الموائل المعرضة للأمواج ، بالنسبة للتقلبات الأقل تطرفًا وتغيير المعدل في درجة حرارة الماء؟ في هذه الدراسة لم يكن هناك ارتباط بين التباين في الإجهاد الحراري المحتمل و بيساستر يبدو أن معدلات الافتراس ودرجات حرارة نجم البحر وصلت إلى مستويات دافئة نسبيًا (& gt24 درجة مئوية) في حوالي 9 تواريخ فقط خلال فترة ثلاث سنوات. يبدو أن غالبية حالات التعرض المنخفض للمد والجزر ترفع درجة حرارة الجسم بضع درجات فقط فوق درجة حرارة البحر المحيطة. علاوة على ذلك ، في هذه الموائل المعرضة للأمواج منخفضة المد والجزر (أين بيساستر هي الأكثر وفرة) ، وتقضي الكائنات الحية و 80 ٪ من حياتها مغمورة. يظهر معظم مستهلكي المد والجزر القليل من الحركة أو لا يتحركون أثناء التعرض الجوي (على سبيل المثال ، نيويل وآخرون.، 1971 Garrity and Levings ، 1981) ، وقد تتوقف عن التغذية عند انخفاض المد حتى عندما تكون الفريسة في قبضتها. وبالتالي ، فإن التعرض لدرجات حرارة الهواء المعتدلة قد يؤدي فقط إلى رفع درجة حرارة الجسم مؤقتًا ، في حين أن التغيرات في درجة حرارة الماء ستؤثر بشكل مباشر على نشاط البحث عن الطعام ، وتعيين الظروف الحرارية التي تحدث في ظلها معظم العمليات الخلوية والفسيولوجية. على طول سواحل ولايتي أوريغون وكاليفورنيا ، تتسبب موجات المياه المرتفعة التي تحركها الرياح بشكل منتظم في تقلبات قصيرة المدى في درجة حرارة الماء من 3-5 درجات مئوية ، وتشير النتائج الميدانية والمخبرية إلى أن هذه التغييرات تغير معدلات التغذية بشكل كبير. علاوة على ذلك ، قد يؤدي التباين بين السنوات في أنماط تصاعد مياه القاع إلى السطح (الشكل 5) ، إلى تباين بين السنوات في قوة التأثيرات على مجموعات الفرائس (سانفورد ، 1999أ).

بالإضافة إلى هذا العمل التجريبي ، هناك اعتبارات أخرى تشير إلى أن الإجهاد الحراري قد لا يكون مصدر قلق كبير بيساستر، على الأقل في بعض الموائل المعرضة للأمواج. على الرغم من البحث عن الطعام بيساستر تهاجر في بعض الأحيان عموديًا مع ارتفاع وهبوط المد (Mauzey، 1967 Robles وآخرون.، 1995) ، فإن نجوم البحر الأكثر شيوعًا في ولاية أوريغون تعلق الهجرات الرأسية وتظل منحنية فوق بقع من الفرائس لعدة أيام في كل مرة (مينج وآخرون., 2002ب). نظرًا لأن المد والجزر على طول ساحل المحيط الهادئ لأمريكا الشمالية عبارة عن مد وجزر نصف نهار مختلط ، فإن وقت الانبعاث الكلي للكائنات المدية لا يزيد خطيًا مع الوضع الرأسي على الشاطئ (Doty ، 1946). على سبيل المثال، بيساستر الذين يعيشون في منطقة المد والجزر المنخفضة بشكل عام يتم تربيتها مرة واحدة فقط في اليوم ، في حين أن بلح البحر في منطقة المد والجزر يتعرض في كثير من الأحيان للظروف الجوية مرتين في اليوم. في الواقع ، يُعتقد أن هذا التدرج غير الخطي في وقت الانبعاث يحدد حد البحث العمودي لـ بيساستر (فيدر ، 1956). في المناطق ذات المد والجزر الحقيقي ، غالبًا ما تتعرض منطقة المد والجزر المنخفضة للظروف الجوية مرتين في اليوم. ومن المثير للاهتمام ، في نيوزيلندا (حيث توجد المد والجزر شبه الدورية) ، نجم البحر Stichaster australis يهاجر عمومًا إلى الشاطئ مع المد القادم ، ويزيل الفريسة ، ثم يتراجع مع الفريسة إلى المنطقة المنخفضة قبل كل مد منخفض (مينج وآخرون., 2002ب). يُفترض أن استراتيجية البحث عن الطعام "من خلال القيادة" تقلل من التعرض للإجهاد الحراري ، وقد يشير تواتر هذا السلوك في ولاية أوريغون إلى أن بيساستر نادرًا ما تعاني ظروفًا مرهقة حراريًا في الموائل المعرضة للأمواج والمد والجزر.

على الرغم من أن الإجهاد الحراري لا يبدو أنه ينظم بيساستر معدلات التغذية ، قد يكون تحمل درجات الحرارة الجوية دورًا تطوريًا مهمًا في التشكيل بيساسترفسيولوجيا. من الواضح إذا كانت درجات الحرارة أعلى من 24 درجة مئوية كانت قاتلة للبعض بيساستر، إذن حتى يوم حار واحد سيكون قوة انتقائية قوية جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون للإجهاد البيئي تأثير كبير على بنية المجتمع من خلال تحديد المكان والزمان بيساستر يمكن أن تتغذى بنشاط. في شمال غرب المحيط الهادئ ، آثار بيساستر في منطقة المد والجزر بشكل حاد خلال أشهر الشتاء ، عندما ينتقل العديد من الأفراد إلى المياه الضحلة تحت المد والجزر ، ربما بسبب زيادة الإجهاد الموجي و / أو التهديد بتجميد درجات حرارة الهواء (Mauzey ، 1966 Paine ، 1974 Sanford ، 1999ب). بالإضافة إلى ذلك ، قد تحدد إجهاد الحرارة والجفاف الحد الرأسي لـ بيساسترمجال البحث عن العلف (Feder، 1956) ، وإذا تغير هذا الحد ، فسيكون له آثار عميقة على بنية المجتمع (Paine، 1974). وبالتالي ، قد يحدد الإجهاد البيئي التوزيع الزماني والمكاني لـ بيساسترالتأثيرات ، في حين يبدو أن التغيرات في درجة حرارة الماء تلعب دورًا مهمًا في تحديد قوة تلك التأثيرات.

باختصار ، يُفترض أن التباين البيئي يؤثر على الأداء الفسيولوجي للكائنات المدية ، والتي بدورها قد تغير قوة تفاعلات الأنواع ، مع تأثيرات على مستوى المجتمع (مينج وساذرلاند ، 1987). على الرغم من أن علماء البيئة وعلماء وظائف الأعضاء أمر منطقي ، فقد بدأوا مؤخرًا فقط في اختبار هذه السلسلة من التأثيرات بدقة. من خلال ربط درجة حرارة الماء وقوة الافتراس الأساسي ، تشير التجارب التي تمت مراجعتها هنا إلى مسار يمكن من خلاله ربط التباين في تواتر وشدة الموجات القلبية بالتغيرات على مستوى المجتمع (سانفورد ، 1999أ, 2002أ). على نطاق أوسع ، توضح هذه الورقة أهمية: (1) التوصيف الدقيق للتنوع البيئي الذي يختبره المتفاعلون الرئيسيون ، و (2) فهم كيفية مكونات هذا الاختلاف (على سبيل المثال ، تؤثر الحدود والوسائل والنطاقات الحرارية) على فسيولوجيا هذه الكائنات وتغذيتها. يشير التحليل المقدم هنا إلى أن تأثيرات المعدل الفسيولوجي ، التي تحدث بالقرب من منتصف النطاقات الحرارية للمستهلكين ، قد تقدم مساهمة مهمة ومغفلة في ديناميكيات مجتمعات المد والجزر الصخرية.

تين . 1. العلاقة بين درجة حرارة مسجل البيانات القصوى ودرجة حرارة الجسم لنجوم البحر القريبة أثناء المد المنخفض في ستروبيري هيل. تم قياس درجات حرارة جسم 10 من نجوم البحر قبل إعادة غمرها في 20 تاريخًا. يظهر الانحدار الخطي (y = 1.02x - 0.18 ، ص 2 = 0.82 ، ن = 197). لاحظ أنه في الصباح الملبد بالغيوم والبارد (بمعنى آخر.، & lt14 ° C) كان هناك اختلاف طفيف في درجة حرارة الجسم بين نجوم البحر. في صباحات صافية ودافئة (بمعنى آخر.، & gt18 ° C) كانت درجات حرارة جسم نجم البحر غير متجانسة وتعتمد على الكائنات الدقيقة.

تين . 1. العلاقة بين درجة حرارة مسجل البيانات القصوى ودرجة حرارة الجسم لنجوم البحر القريبة أثناء المد المنخفض في ستروبيري هيل. تم قياس درجات حرارة الجسم لـ 10 نجوم بحرية قبل إعادة غمرها في 20 تاريخًا. يظهر الانحدار الخطي (y = 1.02x - 0.18 ، ص 2 = 0.82 ، ن = 197). لاحظ أنه في الصباح الملبد بالغيوم والبارد (بمعنى آخر.، & lt14 ° C) كان هناك اختلاف طفيف في درجة حرارة الجسم بين نجوم البحر. في صباحات صافية ودافئة (بمعنى آخر.، & gt18 ° C) كانت درجات حرارة جسم نجم البحر غير متجانسة وتعتمد على الموائل الدقيقة.

تين . 2. نتائج التجارب الميدانية التي تحدد معدلات افتراس نجم البحر فيما يتعلق بالظروف البيئية (سانفورد ، 2002أ). تمت الإشارة إلى الفترات الخمسة المتتالية التي تبلغ مدتها 14 يومًا على المحور السيني. حدث تصاعد مستمر خلال الفترة الثالثة (17 يوليو - 1 أغسطس). جميع البيانات تعني ± SEM لثلاثة مواقع للدراسة. (أ) متوسط ​​معدل افتراس نجوم البحر على بلح البحر المزروع للفرد خلال كل 14 يومًا. (ب) ارتفاع درجة حرارة مياه المد (متوسط ​​من ساعتين قبل إلى ساعتين بعد كل موجة عالية). للعرض الرسومي ، تم تنعيم هذه البيانات باستخدام دالة تشغيل متوسطات كل درجة حرارة مياه عالية المد مع تلك الخاصة بالجزئين السابقين والمد والجزر التاليين. (ج) سجلت درجة حرارة الهواء القصوى خلال كل مد منخفض ، كمؤشر على درجة حرارة جسم نجم البحر. تعكس دورية درجات الحرارة دورة المد والجزر ، حيث تحدث ذروة درجات الحرارة بشكل عام في الأيام التي حدث فيها انخفاض المد في وقت متأخر من الصباح. (د) تم تسجيل أقصى قوة موجية خلال فترات 24 ساعة ، في 5-7 أيام / فترة.

تين . 2. نتائج التجارب الميدانية التي تحدد معدلات افتراس نجم البحر فيما يتعلق بالظروف البيئية (سانفورد ، 2002أ). تمت الإشارة إلى الفترات الخمسة المتتالية التي تبلغ 14 يومًا على المحور السيني. حدث تصاعد مستمر خلال الفترة الثالثة (17 يوليو - 1 أغسطس). جميع البيانات تعني ± SEM لثلاثة مواقع للدراسة. (أ) متوسط ​​معدل افتراس نجوم البحر على بلح البحر المزروع للفرد خلال كل 14 يومًا. (ب) ارتفاع درجة حرارة مياه المد (متوسط ​​من ساعتين قبل إلى ساعتين بعد كل موجة عالية). للعرض الرسومي ، تم تنعيم هذه البيانات باستخدام وظيفة تشغيل متوسطات كل درجة حرارة مياه عالية المد مع تلك الخاصة بالجزئين السابقين والمد والجزر التاليين. (ج) سجلت درجة حرارة الهواء القصوى خلال كل مد منخفض ، كمؤشر على درجة حرارة جسم نجم البحر. تعكس دورية درجات الحرارة دورة المد والجزر ، حيث تحدث ذروة درجات الحرارة بشكل عام في الأيام التي حدث فيها انخفاض المد في وقت متأخر من الصباح. (د) تم تسجيل أقصى قوة موجية خلال فترات 24 ساعة ، في 5-7 أيام / فترة.

تين . 3. العلاقات بين الظروف البيئية ومعدلات افتراس نجم البحر للفرد ، لكل موقع × مجموعة الفترة الزمنية (ن = 15). انظر النص لنتائج تحليل الانحدار الخطي المتعدد. تظهر الانحدارات الخطية البسيطة معدل الافتراس كدالة لـ: (أ) درجة حرارة الماء (متوسط ​​جميع المد والجزر خلال فترة 14 يومًا) ، (ب) الإجهاد الحراري المحتمل (متوسط ​​درجة حرارة مسجل البيانات القصوى من أدفأ 5 موجات منخفضة لكل فترة) ، و (ج) أقصى قوة موجة (متوسط ​​كل قراءة المقوى من 5-7 أيام لكل فترة). زاد معدل الافتراس بشكل ملحوظ مع درجة حرارة الماء ، ولكنه لم يرتبط بشكل كبير بالإجهاد الحراري المحتمل أو قوى الموجة (ص & GT 0.30). اقترحت إزالة الخارج المحاط بدائرة في (C) أن معدل الافتراس انخفض بشكل ملحوظ مع قوى الموجة (ص = 0.03 ، ص = -0.008 س + 0.36).

تين . 3. العلاقات بين الظروف البيئية ومعدلات افتراس نجم البحر للفرد ، لكل موقع × مجموعة الفترة الزمنية (ن = 15). انظر النص لنتائج تحليل الانحدار الخطي المتعدد. تظهر الانحدارات الخطية البسيطة معدل الافتراس كدالة لـ: (أ) درجة حرارة الماء (متوسط ​​جميع المد والجزر خلال فترة 14 يومًا) ، (ب) الإجهاد الحراري المحتمل (متوسط ​​درجة حرارة مسجل البيانات القصوى من أدفأ 5 موجات منخفضة لكل فترة) ، و (ج) أقصى قوة موجة (متوسط ​​كل قراءة المقوى من 5-7 أيام لكل فترة). زاد معدل الافتراس بشكل ملحوظ مع درجة حرارة الماء ، ولكنه لم يرتبط بشكل كبير بالإجهاد الحراري المحتمل أو قوى الموجة (ص & GT 0.30). اقترحت إزالة الخارج المحاط بدائرة في (C) أن معدل الافتراس انخفض بشكل ملحوظ مع قوى الموجة (ص = 0.03 ، ص = -0.008 س + 0.36).

تين . 4. الإجهاد الحراري المحتمل الذي يعاني منه بيساستر في الموائل المعرضة للأمواج في Neptune State Park ، من مايو إلى أغسطس 1996 ، 1997 ، 1998. الحد الأقصى لقراءة مسجل البيانات خلال كل فترة من التعرض الجوي المنخفض للمد والجزر ، تم تسجيله بواسطة مسجلي البيانات المتمركزين في +0.7 متر فوق MLLW. توقعت هذه القيم عمومًا ذروة درجة حرارة جسم نجم البحر في حدود ± 2-3 درجة مئوية (انظر الشكل 1). البيانات تعني ± SE من موقعين (1996) أو ثلاثة مواقع (1997 ، 1998). يشير الخط المنقط إلى مستوى تعسفي للظروف الدافئة (& gt24 درجة مئوية). نادرًا ما تم تسجيل درجات الحرارة و 15 درجة مئوية خلال شهري سبتمبر وأبريل.

تين . 4. الإجهاد الحراري المحتمل الذي يعاني منه بيساستر في الموائل المعرضة للأمواج في Neptune State Park ، من مايو إلى أغسطس 1996 ، 1997 ، 1998. الحد الأقصى لقراءة مسجل البيانات خلال كل فترة من التعرض الجوي المنخفض للمد والجزر ، تم تسجيله بواسطة مسجلي البيانات المتمركزين في +0.7 متر فوق MLLW. توقعت هذه القيم عمومًا ذروة درجة حرارة جسم نجم البحر في حدود ± 2-3 درجة مئوية (انظر الشكل 1). البيانات تعني ± SE من موقعين (1996) أو ثلاثة مواقع (1997 ، 1998). يشير الخط المنقط إلى مستوى تعسفي للظروف الدافئة (& gt24 درجة مئوية). نادرًا ما تم تسجيل درجات الحرارة و 15 درجة مئوية خلال شهري سبتمبر وأبريل.

تين . 5. الاختلاف الزمني في درجة حرارة الماء التي يعاني منها بيساستر في الموائل المعرضة للأمواج في Neptune State Park ، مايو - أغسطس 1996 ، 1997 ، 1998. تم حساب درجة حرارة مياه المد المرتفعة (متوسط ​​من ساعتين قبل إلى ساعتين بعد كل مد مرتفع) من البيانات المسجلة بواسطة 2-3 مسجل بيانات المد والجزر . تم تنعيم هذه البيانات باستخدام وظيفة الوسائل الجارية (انظر الشكل 2 للحصول على التفاصيل). يشير الخط المنقط إلى وجود مياه أكثر برودة (& lt10 درجة مئوية) مميزة لأحداث الانقلاب. تأثرت درجات الحرارة في صيف 1997 بشدة بظاهرة النينيو 1997-1998.

تين . 5. الاختلاف الزمني في درجة حرارة الماء التي يعاني منها بيساستر في الموائل المعرضة للأمواج في Neptune State Park ، مايو - أغسطس 1996 ، 1997 ، 1998. تم حساب درجة حرارة مياه المد المرتفعة (متوسط ​​من ساعتين قبل إلى ساعتين بعد كل مد مرتفع) من البيانات المسجلة بواسطة 2-3 مسجل بيانات المد والجزر . تم تنعيم هذه البيانات باستخدام وظيفة تشغيل الوسائل (انظر الشكل 2 للحصول على التفاصيل). يشير الخط المنقط إلى وجود مياه أكثر برودة (& lt10 درجة مئوية) مميزة لأحداث الانقلاب. تأثرت درجات الحرارة في صيف 1997 بشدة بظاهرة النينيو 1997-1998.

تين . 6. معمل معدلات الافتراس والنمو ل أوشريسوس بيساستر و نوكيلا كاناليكولاتا محتجز في درجتين حرارة (سانفورد ، 2002ب). جميع البيانات تعني + SE من 4 خزانات لكل درجة حرارة: 9 درجات مئوية (أشرطة داكنة) و 12 درجة مئوية (قضبان فقس). (أ) يتم استهلاك بلح البحر لكل نجم بحر خلال 18 أسبوعًا. (ب) تغير في نجم البحر المبلل بين بداية ونهاية 18 أسبوعًا. (ج) يتم حفر بلح البحر لكل حبة خلال 12 أسبوعًا. (د) تمت إضافة قشرة جديدة إلى لفات جسم الحلزونات خلال 12 أسبوعًا. تشير علامة النجمة إلى اختلاف كبير بين العلاجات (عينتان ر-اختبار، ص & lt 0.05) ، بينما تشير الأسطر الموجودة أعلى الأشرطة إلى عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية بين العلاجات (ص & GT 0.40)

تين . 6. معمل معدلات الافتراس والنمو ل أوشريسوس بيساستر و نوكيلا كاناليكولاتا محتجز في درجتين حرارة (سانفورد ، 2002ب). جميع البيانات تعني + SE من 4 خزانات لكل درجة حرارة: 9 درجات مئوية (أشرطة داكنة) و 12 درجة مئوية (قضبان فقس). (أ) يتم استهلاك بلح البحر لكل نجم بحر خلال 18 أسبوعًا. (ب) تغير نجم البحر المبلل بين بداية ونهاية 18 أسبوعًا. (ج) يتم حفر بلح البحر لكل حبة خلال 12 أسبوعًا. (د) تمت إضافة قشرة جديدة إلى لفات جسم الحلزونات خلال 12 أسبوعًا. تشير علامة النجمة إلى اختلاف كبير بين العلاجات (عينتان ر-اختبار، ص & lt 0.05) ، في حين تشير الأسطر الموجودة فوق القضبان إلى عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية بين العلاجات (ص & GT 0.40)

تين . 7. نموذج مفاهيمي يوضح تأثيرات معدل الحرارة على الاستهلاك والتمثيل الغذائي والنمو. تعرض اللوحة العلوية العلاقات المفترضة بين درجة الحرارة ضد. معدل التغذية (الخط الصلب) ، ومعدل الأيض (الخط المتقطع). النمو (اللوحة السفلية) هو الفرق بين هاتين الوظيفتين لتكاليف الابتلاع والتمثيل الغذائي. الإجهاد (يُعرَّف بأنه الظروف التي تؤثر سلبًا على النمو) غائب من الجزء المركزي من النطاق الحراري (بين الخطوط المنقطة الأفقية) ، لأن الاستهلاك المنخفض في درجات الحرارة الباردة يتم موازنته من خلال انخفاض تكاليف الطاقة. على الرغم من عدم وجود إجهاد في ظل ظروف الغمر العادية ، لا تزال معدلات التغذية تتأثر بشدة بالتغيرات في درجات الحرارة

تين . 7. نموذج مفاهيمي يوضح تأثيرات معدل الحرارة على الاستهلاك والتمثيل الغذائي والنمو. تعرض اللوحة العلوية العلاقات المفترضة بين درجة الحرارة ضد. معدل التغذية (الخط الصلب) ، ومعدل الأيض (الخط المتقطع). النمو (اللوحة السفلية) هو الفرق بين هاتين الوظيفتين لتكاليف الابتلاع والتمثيل الغذائي. الإجهاد (يُعرَّف بأنه الظروف التي تؤثر سلبًا على النمو) غائب عن الجزء المركزي من النطاق الحراري (بين الخطوط المنقطة الأفقية) ، لأن الاستهلاك المنخفض في درجات الحرارة الباردة يتم موازنته من خلال انخفاض تكاليف الطاقة. على الرغم من عدم وجود إجهاد في ظل ظروف الغمر العادية ، لا تزال معدلات التغذية تتأثر بشدة بالتغيرات في درجات الحرارة

من الندوة علم البيئة الفسيولوجية للكائنات المدية الصخرية: من الجزيئات إلى النظم البيئية قدمت في الاجتماع السنوي لجمعية علم الأحياء المقارن والتكامل ، 2-7 يناير 2002 ، في أنهايم ، كاليفورنيا.

أشكر ب. هيلموث ول. تومانيك على دعوتي للمشاركة في هذه الندوة المثمرة والمحفزة. لمساهماتهم العديدة في هذا البحث ، أنا ممتن لمستشاري الخريجين ، B. A. Menge و J. Lubchenco ، وأعضاء Lubchenco-Menge و Somero Labs. تم تحسين هذه الورقة بشكل ملحوظ من خلال التعليقات البناءة من B. A. تم تقديم الدعم المالي من قبل زمالة ما قبل الدكتوراه من مؤسسة العلوم الوطنية ومؤسسة ديفيد ولوسيل باكارد. هذه المساهمة رقم 66 لشراكة الدراسات متعددة التخصصات للمحيطات الساحلية (PISCO): اتحاد بيئي طويل الأجل تموله مؤسسة David and Lucile Packard.



تعليقات:

  1. Jason

    أعتقد أنك ترتكب خطأ. أقترح مناقشته. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  2. Tojasar

    أجد أن هذا هو خطأك.

  3. Unwyn

    أنت ترتكب خطأ. دعونا نناقش هذا. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا إلى PM.

  4. Daikasa

    أنصحك بتجربة google.com

  5. Yuli

    مبروك ، رأيك المفيد

  6. Chatha

    إنه بالفعل ليس استثناءً

  7. Rahul

    فكرة رائعة وفي الوقت المناسب



اكتب رسالة