Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя механізмів. Стійкість до холоду деяких груп людей є набутою рисою, в основі якої лежать фізіологічні пристосувальні механізми. Ще одна закономірність, повязана з впливом температури, проявляється в географічному поши- ренні тварин. Так, абсолютна більшість видів хо- лоднокровних мешкає в тропічних умовах, а в на- прямках до полюсів число видів холоднокровних різко зменшується. Іонізуюче випромінювання. В природі існує багато речовин, що містять радіоактивні елементи (радій, торій) або радіоактивні ізотопи вуглецю, вод- ню, калію та інших хімічних елементів. Еволюція органічного світу і людини відбувалась на фоні пев- них доз опромінення, яке отримує кожна жива істо- та. Ці дози складають природний радіоактивний фон. До їхнього впливу організми тією чи іншою мірою адаптовані. Рівень сприйняття організмом впливу випромінювання визначає його радіочутливість. Цей показник може значно варіювати яку межах виду, так і в межах організму. Наприклад, м'язова ткани- на людини має найменшу радіочутливість. Радіоактивні ізотопи можуть потрапляти в трав- ну систему людини разом з їжею. Окремі ізотопи (стронцій 90) швидко всмоктуються й осідають у сполучній тканині. Радіоактивне випромінювання є найсильнішим мутагенним чинником. У людини певна частка мутацій виникає під впливом природ- них джерел радіації. Особливо небезпечним є вплив радіоактивного випромінювання на статеві клітини. Антропогенне поширення в екосистемах радіоак- тивних ізотопів може викликати локальне посилен- ня мутагенезу. Проблеми впливу випромінювання на стан навколишнього середовища і здоров'я лю- дини стали надзвичайно актуальними уст. Спер- шу винайдення рентгенівського випромінювання, а потім ядерної зброї, запровадження атомної енер- гетики призвели до різкого підвищення радіоактив- ного опромінення окремих категорій людей. Це персонал, що має справу з обладнанням або техноло- гіями, в яких застосовують радіоактивні ізотопи, а також військовослужбовці або цивільне населення, яке зазнало опромінення в ході навчальних вибухів ядерних бомб, техногенних аварій тощо. Під час дослідження хромосом соматичних клі- тину людей, які пережили атомне бомбардування в Хіросімі та Нагасакі, було встановлено, що серед та місце ЛЮДИНИ в ньому лімфоцитів клітини з радіаційно залежними хромо- сомними абераціями зберігалися впродовж 30 років. Кількість клітин зі зміненою структурою хромосом була пропорційна отриманій дозі опромінення. Аварія на Чорнобильській АЕС у квітні 1986 р. спричинила до проникнення у атмосферу (згодом уводу, ґрунт) значної кількості радіоактивних еле- ментів. Звичайно, метаболічні процеси в живих організмах, спроможність атмосфери й гідросфери розбавляти концентрацію ізотопів не можуть' нейт- ралізувати негативних наслідків цього лиха. Певна частина радіоактивних ізотопів, які через трофічні ланцюги потрапили в живі організми, продовжува- тимуть циркулювати в екосистемах ще тривалий час. Людина передусім стає об'єктом накопичення радіогенних мутацій, які є причиною багатьох за- хворювань. Окремо слід згадати й про те, що деякі методи медичних обстежень пацієнтів також є дже- релом їх додаткового опромінення. Вода є середовищем, в якому протікає більшість метаболічних процесів живих організмів. Наземні організми живуть у повітряному середовищі, де вміст води набагато нижчий, ніж у самих організ- мах, тому всі вони втрачають воду шляхом випаро- вування і виділення. Для них важливим параметром є вологість повітря. Рослини здатні компенсувати випаровувану воду шляхом поглинання її за допо- могою кореневої системи, а тварини змушені вжи- вати їжу, багату на воду, або пити. Вплив води як екологічного чинника часто не- можливо відділити від впливу температури. Так, висока вологість при низькій температурі чи, навпа- ки, низька вологість при високій температурі одна- ково обмежують функціонування організмів. За вимогами до вологи виділяють організми гідрофільні (наземні молюски, комарі), мезофільні (всі ссавці, в тому числі й людина) та ксерофільні (рептилії, деякі гризуни). Нестача води в організмі тварин і людини може бути відрегульована завдяки наступним механізмам. Поведінкова компенсація основана на рефлекторно визначеному пошукові джерел води Морфологічна компенсація основана на затримуванні в організмі максимально мож- ливої кількості води (в тканинах чи органах Біохі- мічна компенсація основана на утворенні метаболіч- ної води шляхом біохімічних реакцій (наприклад, горбу верблюда, де накопичуються ліпіди, служить 410 3.1. Основи загальної екології та екології людини джерелом метаболічної води. Сукупний ефект дії цих механізмів проявляється на рівні окремих при- стосувальних реакцій. Наприклад, у деяких тварин має місце літня сплячка. Риби, що живуть у пере- сихаючих водоймах, після відкладання ікри гинуть, а засушливий період витримують ікринки, що дає змогу зберегтися виду. За здатністю організмів ви- тримувати коливання зволоженості вони поділяють- ся на гідростабільні та гідролабільні види. Гідро стабільні види мають більш досконалі, а гідро- лабільні менш досконалі механізми компенсації нестачі та надлишку вологи. Особливої уваги заслуговує рівень кислотності води та ґрунтового розчину. Підвищена кислотність впливає на організми прямо або опосередковано. В першому випадку погіршуються механізми регуляції осмотичного тиску, робота окремих ферментів. У другому випадку низькі значення рН води можуть спричинити накопичення в клітинах токсичних іонів (алюмінію, свинцю тощо). Для водних і ґрунтових тварин кисле середовище може означати зменшення доступних харчових ресурсів через пригнічення роз- витку в ґрунті джерел харчування. Коливання кис- лотності та сольового складу ґрунту може позна- чатися також і на стані здоров'я людей, що мешка- ють у відповідній місцевості. Так, рослинна продук- ція, вирощена на лужних ґрунтах, містить менше заліза, марганцю і фосфору внаслідок того, що ці елементи перебувають у таких ґрунтах у зв'язаній формі, недоступній кореням рослин. Риба, вироще- на у водоймах з підвищеною кислотністю, накопи- чує надлишок алюмінію. Через трофічні ланцюги певні хімічні елементи потрапляють в організм людини, накопичуються в ньому в значній кількості, і це може стати причиною розвитку захворювань. Тому при вирішенні медичних завдань різного рівня (від постановки діа- гнозу хворому до вибору заходів суспільної про- філактики в регіоні) слід враховувати ці обставини. Ряд проблем для організмів створюють присутні в ґрунтовому розчині або у воді мінеральні солі, якщо концентрація їх суттєво перевищує таку в тканинах. При цьому внаслідок осмосу тканини можуть зне- воднюватися. Запобігти зневодненню допомагає енергозатратна робота мембранних структур. Повітря це середовище існування багатьох видів організмів і водночас джерело кисню, вугле- кислого газу, іноді азоту. Кисень є ресурсом і для рослин, і для тварин, а вуглекислий газ лише для фотосинтезуючих рослин. За вимогами до наявності в оточуючому середовищі вільного молекулярного кисню всі організми поділяють на аеробні та анае- робні. Особливий статус мають аеробні організ- ми, що живуть у водному середовищі, адже засвоєн- ня кисню відбувається в них не з газового, аз водного середовища. Чим вища температура води, тим гірше в ній розчиняється кисень, а отже і водні тва- рини почуваються в ній гірше. У стоячих водоймах з великим вмістом органічних решток розчиненого кисню взагалі дуже мало. Унаслідок дихання мікро- організмів в жаркий період у річках з повільною те- чією та в стоячих водоймах часто спостерігається масова загибель риби. Цю обставину слід врахову- вати при оцінці паразитологічної ролі таких водойм або річок. Тварини і людина постійно витрачають кисень у ході дихального обміну, тому рівень кисню в організмі завжди нижчий, ніж в атмосфері. Проникнення кис- ню шляхом дифузії можливе лишена відстань не більше 1 мм, тому макроорганізми мають циркуля торні системи, котрі забезпечують перенесення кис- ню, зв'язаного з молекулами носіями, від поверх- невих шарів тканин до глибоких. В атмосфері кисень розподілений рівномірно, але зі збільшенням висоти над рівнем моря його кон- центрація і парціальний тиск закономірно зменшуєть- ся, що відбивається на фізіологічних параметрах людського організму. Киснева ємність крові у людей, що живуть на рівні моря, становить біля 21 %, а на висоті, більшій зам над рівнем моря, ЗО %. Якщо людина, яка звикла до життя на рівні моря, потрапляє в гори, то поступово її гемоглобін почи- нає інтенсивніше зв'язувати кисень, а ємність крові дещо збільшується. Одночасно адаптивні процеси торкаються об'єму легень, розміру серця, розвит- ку капілярної сітки та деяких інших фізіологічних і біохімічних показників людського організму. У до- рослої неадаптованої (наприклад, якщо вона веде малорухливий спосіб життя) людини, яка постійно мешкає на рівні моря, коли вона потрапляє на висо- ту біля 1500 м, починається задишка. У людей, адаптованих до умов високогір'я, починаючи з ви- соти 3500 м відбуваються певні зміни в організмі (формується адаптивний екотип). 411 Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя та місце людини в ньому Біотичні чинники Біотичні чинники є найскладнішою категорією екологічних чинників, що зумовлено складністю самих проявів життєдіяльності. Організми здатні впливати один на одного і на оточуюче середовище двома шляхами механічним і хімічним. Наприклад, якщо кріт прокладає в ґрунті хід, тим самим він сприяє розпушуванню ґрунту, його аерації, і це мож- на вважати механічним впливом живого на неживе. Але разом з тим кріт як жива істота змінює хімічний склад тих часток ґрунту, з якими безпосередньо кон- тактує. Він виділяє вуглекислий газ при диханні, піт у ході терморегуляції, а це вже прояв хімічного впливу. Ці дві сили різної природи діють одночасно, виклика- ючи ефект відмінний від того, який спричинили б механічний і хімічний вплив окремо. Аналогічно слід розцінювати взаємний вплив живих організмів один на одного. Прийнято поділя- ти всю складну сукупність зв'язків між живими організмами натри напрямки: конкуренція, антибіоз і симбіоз. В основі такої взаємодії лежить необхідність використовувати спільні природні ресурси. Конкуренція одна з найпоширеніших форм взаємодії організмів, яка проявляється у взаємно- му обмеженні використання ресурсів. Парціальна конкуренція передбачає взаємообмеження одного ресурсу, а інтегральна сукупності ресурсів. На- приклад, між рослинами, які ростуть під пологом лісу, існує парціальна конкуренція за світло, а між рибами вставку інтегральна за їжу, місця нагулу, нересту тощо. Конкуренція за один вид ресурсу може послаблювати чи посилювати конкуренцію за інший. Наприклад, внесення добрив у ґрунт знижує конкуренцію за мінеральні елементи, але посилює конкуренцію за світло внаслідок бурхливого розвит- ку зеленої маси. Внутрішньовидова конкуренція буває лише інтегральною, оскільки представники одного виду займають одну й ту ж еконішу. Міжви- дова конкуренція може бути або парціальною, або інтегральною. Конкурентна боротьба спричиняєть- ся до коливання чисельності виду (популяційні хвилі), міграцій і виступає як другорядний еволюцій- ний чинник, а також може спричинити явище віка ріантного заміщення. Яскравий приклад цього яви- ща ілюструє поведінка печінкового сисуна, завезе- ного уст. до Австралії, у водоймах якої відсутній молюск ставковик малий, проміжний ха- зяїн цього паразита, а інші екологічні чинники цілком прийнятні для паразита. Заражені печінковим сису- ном вівці роками завозилися на цей континент з Європи. Тому в умовах міжвидової конкуренції до- сить швидко знайшовся інший молюск, організм якого печінковий сисун почав використовувати як проміжного хазяїна замість відсутнього ставкови ка малого. Таким чином, обидва види молюсків, що живуть нарізних континентах, стали вікаріантними. Формально закономірності конкуренції висвітлює правило Гаузе, або закон конкурентного взаємови ключення: "У випадку обмежених ресурсів різні види або популяції з даною щільністю населен- ня не можуть співіснувати на певній території; в результаті спостерігається витіснення кон- курентів чи вимирання одного з них або части- ни перенаселеної популяції (якщо конкуренція внутрішньовидова)". Антибіоз екстремальний прояв біотичних чин- ників, результатом якого є знищення організму (по- пуляції, виду. Серед гетеротрофних організмів ан- тибіоз проявляється у формі травоїдності (травоїдні тварини і рослини, якими вони харчуються, перебу- вають у стані антибіозу), хижацтва (хижі тварини і тварини, якими вони харчуються, перебувають у стані антибіозу) та алелопатії (впливу одних рослин на інші внаслідок виділення ними різних речовин, у тому числі здатних пригнічувати життєдіяльність рослинних організмів). Явище алелопатії передусім притаман- не нижчим евкаріотам і прокаріотам. Біологічно ак- тивні речовини алелопатичного ряду поділяють (за- лежно від напрямку дії) на коліни, фітонциди, анти- біотики, маразміни. Коліни виділяють вищі рослини, протидіючи іншим вищим рослинам. Фітонциди виді- ляють вищі рослини для протидії нижчим рослинам та прокаріотам. Антибіотики виділяють гриби і про- каріоти для протидії іншим прокаріотам. Маразміни виділяють прокаріоти для протидії евкаріотам. Симбіоз спосіб співжиття представників різних видів, який потребує коадаптації (взаємних морфо- логічних та функціональних пристосувань, що виро- бились у процесі еволюції організмів). Види, які всту- пають у симбіоз, називають коадаптантами. Виді- ляють кілька форм симбіозу, серед яких найго- ловніші мутуалізм, коменсалізм і паразитизм. Окремий випадок симбіозу синойкія, або кварти рантство, за якої адаптація одного виду до іншого є 412 3.1. Основи загальної екології та екології людини випадковою, а не запрограмованою генетично. Ця форма симбіозу трапляється відносно рідко. Типо- вий приклад синойкії використання житла представ- ників одних видів представниками інших видів (на- прикладу норах землерийок поселяються комахи). Мутуалізм форма симбіозу, при якій обидва коадаптанти мають один від одного певну користь. Мутуалізм у людському організмі проявляється на прикладі кишкової палички. Цей прокаріотичний організм, поселяючись у кишківнику людини, вико- ристовує його вміст як джерело харчування, на- томість даючи людині деякі корисні продукти своєї життєдіяльності (вітаміни групи В. Таке співжит- тя не завдає шкоди ні людині, ні бактерії. Коменсалізм форма симбіозу, при якій один з коадаптантів має користь від співжиття, а інший ні, але це співжиття йому й не вадить. Таким коадап тантом людського організму може бути кишкова амеба. її наявність у кишківнику не впливає на стан здоров'я людини. Паразитизм форма симбіозу, при якій один з коадаптантів використовує іншого як джерело хар- чування, місце оселення і при цьому завдає остан- ньому шкоду, не спричиняючи його загибелі. Антропогенні чинники За своєю природою антропогенні чинники поділя- ються на хімічні, фізичні, комбіновані (кліматичні, рельєфоутворюючі). За тривалістю дії вони бува- ють постійні та періодичні. За наслідками, які вони можуть спричинити, їх поділяють на малопомітні, катастрофічні, пристосувальні, сигнальні. Хімічні чинники є результатом викидів у навко- лишнє середовище синтетичних сполук, які в при- роді відсутні, або речовин, які містять, наприклад, іони важких металів чи інші біологічно активні ком- поненти. Поява їх у середовищі призводить доне- обхідності додаткової адаптації організмів. Джере- лом хімічного забруднення є промислове виробниц- тво і комунальні стоки, що пояснюється вмістом у цих викидах шкідливих газів, твердих часток, де- тергентів, пестицидів, канцерогенів, інсектицидів тощо. Наприклад, кадмій та свинець, що містяться в каналізаційних стоках або фосфорних добривах, можуть потрапляти в ґрунт, а звідти у сільськогос- подарські рослини і харчові продукти. Кадмій, зок- рема, потрапляючи в організм людини, накопичуєть- ся в нирках і спричиняє підвищення ниркового тис- ку та розвиток деяких хвороб. Миш'як потрапляє у навколишнє середовище в результаті спалювання кам'яного вугілля, а також з пестицидами. Свинець з вихлопних газів досить швидко потрапляє у по- верхневі ґрунтові води, а звідти в рослини й гри- би. Залізо і марганець забруднюють середовище поблизу місць їхнього видобутку. Нітрати потрап- ляють у питну воду поблизу сільськогосподарсь- ких угідь. Найнебезпечнішими ці сполуки є для грудних дітей, оскільки в їхніх шлунках через низь- ку концентрацію кислоти не пригнічується діяль- ність бактерій, що перетворюють нітрати в нітри- ти. Останні є високотоксичними сполуками. На- слідком такого отруєння є метгемоглобінемія, при якій порушується транспортування еритроцитами кисню до тканин. Сірка потрапляє в атмосферу під час спалюван- ня вугілля, окремі марки якого можуть містити до 6 % сірки. При спалюванні 1 млн тонн вугілля у повітрі додатково з'являється близько 25000 тонн сірки у вигляді її двоокису. Сира нафта містить у середньо- му 1 % сірки, значна кількість якої після перегонки переходить в мазут. На відміну від цих видів пали- ва, майже не містить сірки природний газ. Середньо- добовий вміст двоокису сірки в повітрі має бути не більше 365 мкг/м 3 . За незначного перевищення такої величини збільшується кількість випадків різнома- нітних захворювань, підвищується смертність, особливо серед літніх людей. Внаслідок хімічної взає- модії сірковмісних речовин у повітрі утворюються також сульфатні частки, які не лише впливають на стан здоров'я людей, але й входять до складу кис- лотних дощів. Вміст сульфатів у повітрі тим вищий, чим більше в ньому міститься озону. Ртуть зустрічається в природі у кількох формах металічній, у складі неорганічних солей та алкіль них сполук. Саме останні є найнебезпечнішими. Металічна ртуть та її солі виводяться з організму людини порівняно швидко, зате алкіли дуже по- вільно. Підвищення концентрації ртуті в організмі призводить до безсоння, підвищеної збудливості, страхів, а згодом до втрати зору, координації рухів. Ртуть, що потрапляє у навколишнє середовище в нетоксичній формі, завдяки мікроорганізмам пере- творюється в алкільну форму. По трофічних лан- цюгах вона переходить, наприклад, у тканини риб, 413 |