Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
Розділ 3. Біогеоцєнотичний рівень організації життя та місце людини в ньому рівень. Одночасно на одному й тому ж трофічному рівні може знаходитися багато видів. Наприклад, у степовій екосистемі всі види рослин, які зростають в ній (а це може бути кілька сотень видів) знахо- дяться на першому трофічному рівні. Ними жив- ляться численні консументи першого порядку личинки комах, рослиноїдні птахи, гризуни. Вони пе- ребувають на другому трофічному рівні. Якщо, на- приклад, пташка може поїдати насіння різних видів рослин, то личинки деяких комах живляться зеленою масою лише одного виду рослин (гусениця метелика молочайного бражника поїдає тільки зелень молочаю. З другого трофічного рівня беруть початок багато різних трофічних ланцюгів. Натре- тьому трофічному рівні знаходяться м'ясоїдні хи- жаки і ендопаразити, всеїдні гетеротрофи. Аналізуючи трофічні зв'язки, що складаються в екосистемі загалом, легко помітити багатовек торність харчових уподобань окремих гетеротрофів. Тому переміщення біомаси в екосистемі має досить складний характер. Так, серед консументів другого порядку існують комахоїдні, рибоїдні хижаки. Гетеротрофи, які поїдають живу їжу, називаються біофагами, а їдці мертвої органіки сапрофагами. Детритофаги, на відміну від сапрофагів, бе- руть участь у мінералізації органічних решток. Су- купність напрямків перенесення речовини та енергії між окремими членами екосистеми називають тро- фічною сіткою. Коефіцієнт корисної дії метаболічних процесів, особливо в гетеротрофів, далекий від абсолютних показників. Кожен етап трансформації енергії су- проводжується закономірними її втратами. Певна частка поглинутої з їжею енергії витрачається гетеротрофами на виконання механічної роботи (пе- ресування в просторі, забезпечення циркуляції рідин організму і т. пале значно більше енергії розсі- юється у вигляді тепла. Ще одна частка енергії втра- чається з фекаліями, які поповнюють детрит. Тра- воїдні та значна кількість хижих тварин відзначають- ся щей тим, що поїдають далеко не всю біомасу організмів, якими живляться. Корови і коні спасають лише частину надземної маси рослин; лев або тигр з'їдає лише частину здобичі; кістки великих тварин, що стали жертвами хижаків, у будь якому випадку не з'їдаються ні біотрофами, ні сапротрофами. Енергетична цінність окремих харчових ресурсів досить сильно варіює. Якщо не враховувати втрати на фекалії, то найвищу енергетичну цінність має біо- маса хребетних тварин (6,3 ккал наг сухої маси). Далі (в низхідному порядку) йде біомаса комах, безхребетних, насіння квіткових рослин, фітомаса водоростей і наземних рослин. Екосистема є динамічною системою. Зако- номірність змін окремих її параметрів залежить, по перше, від норми реакції окремих біокомп'онентів і, подруге, від потреби членів екосистеми в абіотич- них ресурсах. Ці дві сили зумовлюють відтворю ваність середовища за рахунок відтворення ресурсів (наприклад, витрачені на внутрішні потреби організ- мів мінеральні речовини відтворюються в ході міне- ралізації). Відтворення тих ресурсів, які стають не- потрібними, припиняється. Ефективна робота ме- ханізмів відтворення ресурсів і видового складу еко- системи є запорукою її стабільності. Чим більший видовий склад екосистеми, тим нижча її стабільність. Закономірності функціонування наземної екоси- стеми в сучасній екології розкриваються наступним чином. Кількість вторинної продукції залежить від швидкості утворення нової біомаси гетеротрофни- ми організмами. Між первинною і вторинною про- дукцією існує позитивна кількісна кореляція, але вторинної продукції набагато менше. Це загальна риса всіх консументних систем. Тому трофічну структуру екосистеми можна представити у вигляді піраміди. Вперше таку закономірність встановив К. Елтон (1927), а детальна розробка структури тро- фічної піраміди екосистем належить Р. Ліндеману Рис. 3.4 Схема трофічних пірамід екосистем (а наземна; б водна): 1 перший трофічний рівень (продуценти); 2 другий трофічний рівень (консументи 1 го порядку 3 третій трофічний рівень (консументи 2 го порядку 4 четвертий трофічний рівень (хижаки консументи 3 го порядку. 420 3.1. Основи загальної екології та екології людини (1942). Зауважимо, що стосується вона біомаси, а не чисельності організмів. Наземна екосистема, сформована на основі лісової рослинності, характе- ризується більшою видовою різноманітністю тва- рин, ніж сформована на основі лучної чи степової рис. 3.4). В основі "перевернутої" піраміди водних екоси- стем знаходиться біомаса одноклітинних автотрофів фітопланктону. Вони високопродуктивні, але три- валість їхнього життя мала. Тому зоопланктону даний момент часу буде мати більшу біомасу, оск- ільки впродовж життя кожен тваринний організм з його складу поглинає біомасу кількох поколінь таких продуцентів. Крім того, фітопланктон має най- вищий коефіцієнт використання: до 40 % його біо- маси асимілює зоопланктона до 21 % біомаси вищі водні тварини. Для порівняння консументами засвоюється біля 14 % біомаси лучних рослин і 5 10 % біомаси деревних рослин. Загалом середні значення ефективності використання первинної біо- маси становлять для лісів 5 %, степів 25 %, вод- них екосистем 50 %. У наземних екосистемах розподіл речовини та енергії відбувається паралельно двома шляхами шляхом чистої первинної продукції і шляхом детриту. Суттєва різниця між ними визначається тим, що на першому шляху (піраміда первинної продукції) мають місце постійні втрати речовини через фекалії і мертві рештки. На другому шляху (піраміда детриту) таких втрат немає, бо фекалії і мертві рештки постійно поповнюють основу самої піраміди. Фун- даментальне значення цієї відмінності полягає в тому, що енергія, акумульована в детриті, зрештою може бути повністю використана в ході обміну ре- човин, багаторазово проходячи через систему ре дуцентів. Виняток становить експорт біомаси (ви- мивання, віднесення талими водами і т. п) Порівнюючи функціональне значення проду- центів, консументів і редуцентів у екосистемах різного рівня, вчені дійшли висновку, що система консументів має найвищі показники перетворення енергії в планктонних (морських) екосистемах. Най- нижчими вони є у лісових і річкових екосистем. У лісових і річкових екосистемах, навпаки, набагато більше трансформуюче значення мають редуцен ги. Різниця полягає, в тому, що річкові екосистеми отримують значну частку детриту шляхом імпорту з берегів водотоків (змив, опад), тобто, їхні енерге- тичні потреби не є автономними. Речовина, на відміну від енергії, може багаторазово проходити через екосистему. Стійкість угруповань визначається мірою сприй- няття ними порушень. Стійкість залежить як від комплексу умов середовища, так і від щільності популяцій. Якщо угруповання зберігає свої власти- вості лише у вузькому діапазоні параметрів сере- довища, то воно є динамічно нестійким. Якщо угру- повання витримує досить широкий діапазон коливань параметрів, то воно динамічно стійке. Чим складні- ша структура угруповання (за видовим складом, кількістю трофічних рівнів), тим менш стійким воно стає. Властивості екосистем загалом схожі з влас- тивостями популяцій, які входять до їхнього складу. Динамічні явища в екосистемах проявляються таким чином 1) зміна меж поширення екосистеми. Причиною її служать різкі коливання фізичних па- раметрів середовища, клімату або антропогенний вплив; 2) зміна видового складу екосистеми. Це явище базується на відмінностях в адаптивних мож- ливостях різних видів при коливанні значень пара- метрів середовища. За однакових зовнішніх умов діапазон можливостей підтримання оптимальних значень метаболізму в різних видів суттєво коли- вається. Це неодмінно спричиниться до недостат- ньої харчової забезпеченості окремих видів, унаслі- док чого можливе їх часткове вимирання, міграції, перехід до анабіозу тощо; 3) коливання біопродук тивності та біомаси екосистеми. Це звичайне для реальних екосистем явище, основане на синхроні- зації біоритмів організмів з коливаннями параметрів навколишнього середовища. Загалом слід відзначити, що динамічні явища в екосистемах призводять до змін угруповань чи це нозів у тому випадку, якщо коливання параметрів лімітуючого чинника тривалий час виходять за межі норми реакції хоча б одного виду, який займає ви- значальне місце в екосистемі. Наприклад, якщо на території, зайнятій степовим рослинним угрупован- ням, впродовж тривалого часу рівень зволоженості дорівнює рівневі зволоженості на луках, то степове рослинне угруповання поступово зміниться лучним. Відповідно зміниться видовий склад гетеротрофів. Поступово вся степова екосистема зміниться луч- ною (сукцесія). 421 В сучасному оточуючому середовищі вплив діяльності людини на природні (первинні) екосисте- ми постійно посилюється. Деякі країни (наприклад, Нідерланди) практично позбавлені природних еко- систем. Передусім причиною посилення такого впливу є порушення природного балансу екологіч- них чинників унаслідок антропогенного забруднен- ня навколишнього середовища. Забруднення навколишнього середовища го- ловний негативний результат діяльності людини. Забруднювачами можуть бути тверді, рідкі, газо- подібні речовини, мікроорганізми, випромінювання різної частоти (рис. 3.5, 3.6). За ступенем впливу на стан екосистем забруд- нювачі поділяються на високотоксичні, малоток- сичні, нетоксичні, руйнівні, аза тривалістю дії на стійкі, малостійкі, нестійкі. Токсичні речови- ни стають небезпечними в тому випадку, якщо вони просочуються в джерела питної види. До високотоксичних забруднювачів належать, зокрема, ртуть та її сполуки, до малотоксичних Рис 3.5 Викиди промислових газів і газо пилових сумішей забрудню- ють атмосферу. РОЗДІЛ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя та місце людини в ньому Рис 3.6 Неочищені промислові та каналізаційні стоки забруднюють на- вколишнє середовище. отрутохімікати (ДДТ, дихлофос, до нетоксичних рештки їжі. Руйнівний ефект спричинюють речови- ни, здатні роз'їдати каркаси і фундаменти споруд. Стійким забруднювачем є нафта, малостійким хлорофос, нестійкими білки. Нині велика увага приділяється вторинному ви- користанню деяких відходів з тих, що .забрудню- ють довкілля. Наприклад, токсичні відходи елект- ронної промисловості перебувають у такому стані, що можуть бути використані як сировина для дея- ких інших промислових виробництв. Найефективні- ший спосіб утилізації таких відходів їх хімічна пе- реробка. Деякі відходи можна переробляти біологіч- ними методами. Таким способом можна знезара- жувати відходи з вмістом фенолів, пестицидів, де- тергентів. Часто застосовують спалювання органі- чних решток, хоча цей спосіб досить дорогий. Існу- ють також методи захоронення решток у глибоких шахтах, на дні морських западин тощо, проте вони пов'язані з попередніми ретельними геологічними дослідженнями, а якщо йдеться про морське захо- ронення, то першорядне значення мас надійність ре- зервуарів, у яких захоронюють відходи. Серед антропогенних екосистем найбільші те- риторії займають культурні екосистеми аграрного рівня (агроценози). Під впливом діяльності людини в ряді випадків створюються умови, за яких змінюють локалізацію або збільшують площу природні осередки деяких хво- роб. Наприклад, жовта пропасниця факультативно 3.1.4 Особливості антропо- генних екосистем 3.1. Основи загальної екології та екології людини трансмісійне захворювання, збудник якого передаєть- ся людині з укусом комара роду Aedes, водночас є природно осередковим захворюванням через на- явність резервуарів (кількох видів мавп) у деяких тро- пічних регіонах. Урбанізація регіонів, де поширена ця хвороба, призвела до появи місць, придатних для роз- витку личинок комара, в межах населених пунктів. Усвою чергу, наближення переносника хвороби долю- дини спричинило явище передачі збудника від людини до людини без участі резервуара. Аналогічно відбу- лося розширення ареалу біологічних переносників ма- лярійних плазмодіїв комарів роду Anopheles, спри- чинене збільшенням посівних площ рису. Мілководдя на рисових чеках найкраще місце для розвитку личинок переносника збудників малярії. Наслідки антропогенних змін в екосистемах про слідковуються також у випадках занесення збудників захворювань на нові території. Так, на початку XX ст. епідемії малярії почали охоплювати регіони Півден- ної Америки, куди було занесено комарів роду Anopheles разом зі збудником хвороби. Останнім часом спостерігається збільшення популяцій цих комарів і в Україні. Особливо небезпечне це явище для південних регіонів країни. Вологі підвали буді- вель, інші місця, де застоюється вода, стають осе- редками розмноження комарів і, як наслідок, мож- ливим джерелом поширення малярії. Важливим етапом в еволюції органічного світу є поява людини і розвиток людства, під впливом якого, вважається, відбувається перетворення біосфери в ноосферу сферу розуму. На думку В. І. Вернадсь кого, ноосфера це стан біосфери, в якому розумова діяльність людини стає головним чинником, що обу- мовлює її розвиток. В. І. Вернадський розглядав ноосферу як новий важливий етап в еволюції біосфери. Ноосфера постає в той період, коли людство, вико- ристовуючи досягнення науки, стає спроможним свідо- мо керувати природними і соціальними процесами. Людина є біосоціальною істотою, тому її слід розглядати у тісному зв'язку як з природою, так і з суспільством. Екологія людини є інтегральною міждисциплінар- ною наукою, яка вивчає взаємовідносини людини як біосоціальної істоти з навколишнім середовищем, яке складають елементи живої та неживої природи, соціальні та виробничі фактори, можливості керу- вати фізичним та психічним здоров'ям людини, її удосконаленням та розвитком. Людина є унікальним біологічним видом, який відповідає певним біологічним критеріям і має йевні соціальні риси. Життя окремої людини та людської популяції в цілому проходить у постійній взаємодії і з природним, і з соціальним середовищем. При цьо- му останнє, особливо в місцях з високою щільністю населення, часто має домінуючий вплив на людину як біологічну істоту. Вплив самої людини на навколишнє середовище зумовлюється її біосоціальною сутністю. Як біоло- гічний об'єкт людина через комплекс трофічних зв'язків повязана з іншими компонентами екосис- тем. Разом з тим людство становить собою розви- нену соціальну систему з високими вимогами до середовища існування, що зумовлені розвитком про- мисловості, зростанням чисельності населення тощо. Воно здатне пристосувати для задоволення власних потреб умови, які існують в переважній більшості природних зон. Людина була таким самим об'єктом екологіч- них процесів, що й інші живі організми. Біологічне пристосування людини до середовища існування з мірою її соціалізації змінилося діяльністю, спрямо- ваною на пристосування середовища для задово- лення своїх потреб. При цьому вона зоб єкта еко- логічних процесів перетворюється на їх суб'єкта. Своєю діяльністю людство цілеспрямовано присто- совує вже біосферу для створення найбільш спри- ятливих для себе умов існування. Тим самим лю- дина компенсує обмеженість своїх можливостей біологічної адаптації до мінливих умов середовища. Спираючись на свої потреби, людина встановлює норми якості води, повітря, інших чинників середо- вища в загальному розумінні цього терміна і здійснює заходи з їх оптимізації. Внаслідок того, що людство як соціальна система з притаманною їй розвиненою господарською діяльністю функціонує в більш широких межах, аніж біологічна система, в природі порушується біологіч- ний кругообіг речовин. Це призводить до погіршен 423 3.1.5 Екологія людини Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя ня якості середовища існування (наприклад, внаслі- док його техногенного забруднення). Для оцінки якості природного середовища використовують по- казники стану здоров'я населення. Медико біологічні проблеми екології людини є науковим напрямком, який зараз інтенсивно розви- вається. Важливим сучасним завданням екології людини є визначення характеру і напрямку процесів, обумовлених впливом навколишнього середовища на людину, оцінка їх наслідків для її життєдіяльності. Здорові люди є свідченням існування комплексу оптимальних умов життя, а розвиток хвороби інди- катором порушення гармонії між організмом і умо- вами його існування. У зв'язку з господарською діяльністю людини гострою залишається проблема її адаптації до зміне- них умов навколишнього середовища. Для людини, не адаптованої до коливань параметрів абіотичних чинників, типовою є низька працездатність. Різка зміна умов існування може призводити до змін у фізичному та психічному стані людини. Наприклад, у людей, які щойно приїхали до Заполяр'я, де відміча- ються низькі температури, значні коливання трива- лості дня і ночі, можуть спостерігатися невротичні стани. Акліматизація таких осіб супроводжується нормалізацією їх психічного стану, а також адаптив- ними змінами ряду фізіологічних показників. Адаптивні можливості людини певною мірою відображає поняття про конститутивні типи, які, усвою чергу, формуються залежно від генотипу. Виді- ляють кілька генетично зумовлених конститутивних типів людей, зокрема "спринтер, "стаєр" і "мікст". Спринтер" може витримувати потужні, але ко- роткотривалі навантаження. Для нього характерні сильні фізіологічні реакції у відповідь на виражені, але короткотривалі зміни середовища. Він має ве- ликі резервні можливості, які швидко мобілізуються, але потребують тривалого часу для відновлення. "Стаєр" може витримувати рівномірні наванта- ження тривалий час. Він має в цілому невисокі ре- зервні можливості, однак у нього процеси віднов- лення стійкі. "Мікст" має проміжні адаптивні можливості. Для нього характерний оптимально адекватний спосіб реагування на зміни навколишнього середовища. Господарська діяльність людини призводить до створення антропогенних екосистем, які є об'єктом вивчення екології людини. Найскладніші з них форта місце людини в ньому муються в сучасних містах, особливо з розвиненою промисловістю. Урбанізація поступово призводить до більш повного задоволення людиною своїх потреб. Разом з тим негативним наслідком урбанізації є забруд- нення навколишнього середовища, зміни видового складу екосистем, зменшення природних ресурсів. В межах однієї і тієї ж антропогенної екосистеми вплив середовища на людську популяцію не зали- шається сталим, а змінюється в ході розвитку ви- робництва, соціально економічних умов, інфраструк- тури на цій території. Поступове накопичення подіб- них змін призводить до радикальних перетворень антропогенної екосистеми. У зв'язку з цим вона обмежена в часі у своєму розвитку. Центральне місце у дослідженнях екології лю- дини займають людські спільноти. Для їх характеристики вчені обирають такі показники, як народ- жуваність, смертність, захворюваність, інвалідність, вікова та статева структура конкретної спільноти, її освітній рівень, професійний склад, рівень фізично- го розвитку дітей, моральні засади тощо. Але най- важливішим показником, в якому зрештою концен- труються перелічені вище параметри, є популяцій- нездоров я. Другою найважливішою характеристикою антропогенної екосистеми є якість навколиш- нього середовища. Вона оцінюється за рівнем ком- фортності для населення, ступенем її забрудненості і деградації внаслідок техногенних впливів, певни- ми соціально економічними показниками. 3.1.6 Соціальні та біологічні ас- пекти адаптації населення до умов ж и т т є д і ял ь нос т і • біологічна мінливість людей у зв'язку з біогеографічними особ- ливостями середовища • формування адаптивних людсь- ких екотипів, їх характеристика арктичний, тропічний, зони по- мірного клімату, пустель, висо- когірний Процес адаптації організму знаходиться у прямій залежності від умов існування. Залежно від пере- важання того чи іншого фактора (холод, спека, гіпок 3.1. Основи загальної екології та екології людини сія, нестача води та ін.) виникають певні відповідні реакції. У цілому вони об'єднуються в явища, які називаються процесами пристосування адап- тації. Визначити адаптацію і виділити цей феномен важко. Безсумнівно лише, що це фундаментальна й універсальна властивість будь якої живої системи, що виникла історично. Адаптації розглядають у двох аспектах статичному і динамічному. Статичне поняття адаптації відбиває стійкість біосистеми до умов середовища (рівень адаптованості, що склався). Динамічне по- няття адаптації це процес пристосування біосис- теми до мінливих факторів існування (формування адаптованості). Отже, в процес адаптації вклю- чаються: а) біосистема; б) фактори середовища; в) механізми взаємодії. Стосовно людини адапта- цію розглядають як сукупність соціально біологіч- них властивостей і особливостей, що виникають в результаті дії незвичайних факторів середовища і необхідні для стійкого існування в нових екологіч- них умовах. Лікар практик вбачає в адаптації конкретну форму пристосування до несприятливих або значно змінених умов існування. Які якісні особливості адаптації характерні для людини порівняно з різни- ми представниками тваринного світу? Насампе- ред інша роль природного добору, що в людини втратив роль рушійного фактора еволюції. На відміну від усього біологічного світу, людина увій- шла в соціальну еволюцію генетично менш адап- тованою до тривалих неадекватних дій середови- ща. У людини різко ослаблений зв'язок з природ- ними ритмами і зростає роль епігеномних чинників. Важливо зазначити, що за біологічними з'являють- ся соціальні механізми пристосування. Соціальні механізми, що виникли напевному етапі еволюції, відрізняються високою пластичністю і постійно вдосконалюються. Вони включають елементи мо- дернізації стосунків між людьми, захист від неспри- ятливих факторів середовища й активну перебу- дову середовища із створенням антропоекосистем різного рангу. Під біологічними механізмами мають на увазі анатомо фізіологічні, біохімічні і поведінкові реакції за дії мінливих факторів середовища. Водному стані вони мають локальний характер, в іншо- му здійснюються на рівні цілісного організму. Рис. 3.7 |