Экология_1. Учебнометодическое пособие Часть 1 Воронеж 2013

• Название: Учебнометодическое пособие Часть 1 Воронеж 2013
• Анкор: Экология_1.docx
• Дата: 04.02.2017
• Размер: 1.59 Mb.
• Имя файла: Экология_1.docx
• Тип: Учебно-методическое пособие; #2142
• страница: 3 из 7

В зависимости от того, какие системы вовлекаются в создание состояния адаптации и какова протяженность этого процесса, различают две его главные формы:

• 
  эволюционную (или генотипическую) адаптацию – это самый длинный процесс приспособления к среде, занимающий тысячи и миллионы лет. В ходе эволюционной адаптации сформировались специфические для каждой географической зоны (со свойственными ей климатическими и геохимическими условиями) сообщества растений и животных. Выработались генетически устойчивые механизмы адаптации к конкретному набору факторов (приобретение новой генетической информации, отбор и закрепление новых генов, развитие новых фенотипических признаков). Изучение адаптаций организмов и экосистем к условиям жизни, или экологическим факторам является одной из главных задач экологии.
  

• 
  фенотипическуюадаптацию, возникающую в ходе индивидуального развития организма, связанную с приобретением им устойчивости к определенным факторам среды. Существует мнение, что суть физиологической адаптации сводится к способности организма сохранять жизненно важные параметры гомеостаза в изменяющихся условиях среды, что обеспечивает возможность нормальной жизнедеятельности и способность к воспроизведению здорового потомства.
  

Фенотипическая адаптация тоже генетически обусловлена и реализуется в пределах нормы биологической реакции, т.е. диапазона протекания метаболических процессов, потенциальных возможностей для обеспечения ответа организма на изменения условий среды. Вместе с тем обеспечение ответа организма на воздействие раздражителя невозможно без активизации генетического аппарата (усиления синтеза нуклеиновых кислот, белков и других соединений). Данное явление называют структурным следом адаптации.При этом растет и масса мембранных структур, ответственных за восприятие сигналов, ионный транспорт, энергообеспечение. После прекращения действия фактора среды активность генетического аппарата снижается и происходит исчезновение структурного следа адаптации. Это свидетельствует о том, что в обеспечении состояния адаптации взаимосвязь между функциями и генетическим аппаратом – ключевое звено. Необходимо иметь в виду, что изменения метаболизма, направленные на обеспечение состояния фенотипической адаптации, составляют биохимическуюстратегию адаптации, являющуюся одним из главных компонентов общей стратегии адаптации.

Кратковременная (срочная) адаптация:

Еще в 1901 году Н. Е. Введенский впервые указал на однообразие реакций живого организма на действие различных агентов. У. Кэннон (1929) полагал, что разнообразные воздействия на организм могут формировать однотипную картину симпатоадреналового синдрома. В соответствии с учением Л.А. Орбели (1949) неоднородные факторы среды вызывают со стороны симпатической нервной системы адаптационную реакцию, которая выражается в изменении ее трофической регуляции. Д.Н. Насонов и В.Я. Александров (1940) создали теорию, согласно которой раздражители любой природы вызывают денатурацию клеточных белков. В результате обратимой альтерации в клетках возникает комплекс однотипных изменений, названных авторами паранекрозом. Однако наиболее подробно неспецифические компоненты адаптации были исследованы Г. Селье (1936). Он показал, что в ответ на действие раздражителей самой различной природы (механических, физических, химических, биологических и психических) в организме возникают стереотипные изменения. Комплекс этих сдвигов получил название общий адаптационный синдром.

Классический общий адаптационный синдром состоит из трех последовательных стадий: тревоги, резистентности и истощения (рисунок 4).



Рис.4.Стадии развития общего адаптационного синдрома (по Г. Селье, 1936).
Формирование кратковременной (срочной) адаптации

• 
  возникает непосредственно после действия раздражителя независимо его от природы;
  
• 
  осуществляется за счет готовых, ранее сформировавшихся структур и физиологических механизмов посредством стереотипного ответа.
  

Это означает, что:

• 
  в организме всегда имеется некоторое количество резервных структурных элементов, например митохондрий, лизосом, рибосом;
  
• 
  работа клеток и тканей может осуществляться по типу дублирования;
  
• 
  имеется некоторое количество готовых веществ: гормонов, нуклеиновых кислот, белков, АТФ, ферментов, витаминов и др.; это так называемый структурный резерв адаптации, который может обеспечить немедленную реакцию. В связи с тем, что этот резерв невелик, деятельность организма происходит на пределе физиологических возможностей.
  

Состояние адаптации достигается быстро, но она будет устойчивой только в том случае, если фактор перестал действовать; если фактор продолжает действовать, то адаптация оказывается несовершенной, так как процессы катаболизма превышают процессы анаболизма.

Срочная адаптация проявляется генерализованными двигательными реакциями или эмоциональным поведением (например, бегство животного в ответ на боль; увеличение теплопродукции в ответ на холод; увеличение теплоотдачи в ответ на тепло; рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода).

При долговременной адаптации ведущую роль в обеспечении играют центральная нервная система, гормональная система и генетический аппарат. Общим и необходимым звеном любых долговременных приспособительных реакций организма, приводящим к развитию адаптации, является усиление синтеза нуклеиновых кислот и специфических белков, вызывающее долговременную перестройку структуры и функции клеток, органов тканей и систем, участвующих в данных приспособительных реакциях. Например, снижение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе сначала вызывает лишь учащение дыхания и увеличение скорости кровотока, чем и обеспечивается достаточное снабжение тканей кислородом. При компенсации длительно действующего гипоксического фактора участвуют совсем другие механизмы, которые, в частности, обеспечивают акклиматизацию в условиях высокогорья. У человека в горах повышается транспортная функция крови (увеличивается количество эритроцитов), происходят изменения в тканевом дыхании.

Результатом процесса адаптации является достижение организмом состояния устойчивости, обеспечивающей организму возможность существования в новых условиях.

На адаптивную способность организма влияют социально-экономические и физиологические факторы.

К социально-экономическим относят мероприятия по улучшению условий быта, питания, создание безопасной социальной среды. Они имеют важное значение.

Физиологические способы управления адаптацией направлены на формирование неспецифической резистентности организма. К ним относят организацию режима (смены сна и бодрствования, труда и отдыха), закаливание, умеренные физические нагрузки, а также вещества, повышающие неспецифическую сопротивляемость организма к широкому спектру экологических факторов (адаптогены).

Наиболее эффективным средством повышения сопротивляемости организма болезням и неблагоприятным факторам среды являются регулярные физические упражнения. Двигательная активность способствует совершенствованию регуляторных функций нервной системы, увеличению функциональных возможностей сердечно-сосудистой и дыхательной систем и т.д.

Мероприятия, направленные на повышение сопротивляемости организма, объединяют в понятие «закаливание». Классическим примером закаливания является постоянная тренировка холодом, водные процедуры, зарядка под открытым небом в любую погоду.

Особенности адаптации у человека.

Обсуждая вопрос об особенностях адаптации у человека, необходимо подчеркнуть, что человек имеет и биологическую, и социальную природу. Поэтому механизмы достижения состояния адаптации у человека более сложные, чем у других видов живых существ. С одной стороны, у человека, как существа биологического, действуют все приспособительные процессы, определяемые нормой биологической реакции и направленные на достижение устойчивости организма. При этом организм человека, достигший в процессе эволюции наивысшей специализации своих органов и систем, наиболее высокого уровня развития нервной системы, в наибольшей степени способен и к приспособлению к меняющимся условиям среды. В то же время социальная природа человека создала ряд особенностей процессов адаптации, присущих только человеку:

• 
  количество антропогенных факторов среды резко возросло в последние десятилетия, тогда как системы адаптации формировались в течение миллионов лет при отсутствии этих факторов или значительно меньшей их интенсивности и поэтому в современных экологических условиях оказываются недостаточно эффективными;
  
• 
  человек меньше зависит от природы, а стало быть, сам воздействует на нее; регулирует свое поведение сознанием, подчинен социальным ритмам;
  
• 
  человек имеет дополнительные (социальные) механизмы адаптации (одежда, обувь, жилище, организация труда, медицина, физкультура, искусство и др.);
  
• 
  в адаптации человека ведущую роль играет вторая сигнальная система.
  

Морфофизиологическая характеристика людей естественных экосистем и географических районов.

Многие свойства организма человека определяются состоянием природных сред жизни и зависят от содержания различных веществ в воде, почве, пищевых продуктах и климатогеографических особенностей. Homo sapiens – биологический вид, обладающий очень большим генетическим полиморфизмом. С другой стороны, природные условия на Земле очень разнообразны, и свойства генов могут по-разному реализоваться в разных условиях. Наглядным примером такого влияния природных условий на генотип и его проявление служат типы телосложения человека и типы высшей нервной деятельности. Наследственно обусловленными являются главные признаки конституции (телосложения). Это продольные размеры тела и тип обмена веществ. Их комбинации создают три главных конституциональных типа (В. Шелдон, 1954):

• 
  эндоморфный (обусловлен преимущественным развитием органов, происходящих из зародышевого листка – энтодермы; это люди коренастого вида с тучным телом и большим животом, значительными жировыми отложениями на плечах, бедрах, крупными внутренними органами). Представители этого типа часто имеют высокое давление, склонны к таким заболеваниям, как инфаркт миокарда, поздняя форма диабета, истерия и депрессия;
  

• 
  мезоморфный (обусловлен преимущественным развитием органов, происходящих из мезодермы; такие люди имеют мощный скелет, мускулистые руки и ноги, минимальное количество подкожного жира, широкие плечи и грудную клетку, обладают большой физической устойчивостью и силой);
  
• 
  эктоморфный (обусловлен преимущественным развитием тканей и органов, происходящих из эктодермы; это худощавые люди высокого роста с длинными ногами и руками, вытянутым лицом, высоким лбом, узкой грудной клеткой, неразвитой мускулатурой, но большой поверхностью кожи, с хорошо развитой нервной системой). Представители этого типа часто имеют низкое давление, склонны к заболеванию шизофренией, туберкулезом. Чаще испытывают симптомы тревоги и страха.
  

Основные типы телосложения человека представлены на рисунке 5.



Рис. 5. Типы телосложения у человека (В. Шелдон, 1954)
В разные исторические периоды развития Земли и в разных климатогеографических зонах в процессе эволюционной адаптации сформировались и разные экотипы (адаптивные типы) людей. Адаптивный тип людей– это группа людей, обладающая нормой биологической реакции на преобладающие условия обитания. Это комплекс анатомических, морфологических, функциональных, биохимических, иммунологических признаков, которые обусловливают лучшую приспособляемость человека к определенной географической среде.

Адаптивный тип характеризуется следующими особенностями:

• 
  не зависит от расовой и этнической принадлежности, представляет собою норму реакции, конвергентно возникающую в сходных условиях обитания в популяциях людей, генетически не связанных между собой;
  
• 
  не является экологически специализированной формой существования, т.е. не препятствует жизни в других географических условиях;
  

Приспособление к преобладающим геомагнитным и температурным условиям среды, характеру питания, создавали у людей особенности строения, а геохимические свойства среды (т.е. содержание веществ в земной коре) находили выражение в вариантах минерального обмена.

Выделяют ряд адаптивных типов людей: арктический, высокогорный, тропический, континентальный, аридный и умеренной зоны.

У жителей арктических широт усилены эндоморфные черты (увеличено весоростовое соотношение, короткие руки и ноги, высок процент жировой ткани, активнее гемопоэз, улучшено наполнение тканей кровью за счет снижения способности сосудов к сужению, повышен уровень основного обмена веществ). Все это создает высокую теплопродукцию и низкую поверхность теплоотдачи, что может рассматриваться как приспособление к ведущему фактору среды – холодовому стрессу.

Подобные черты характерны и для жителей высокогорных местностей, где в условиях недостатка кислорода (гипоксии) и понижении температуры среды, формируются такие признаки как массивность скелета и крупные размеры длинных костей, что связано с интенсивным эритропоэзом, цилиндрическая грудная клетка с высокой жизненной емкостью легких. Характерно высокое содержание гемоглобина крови, увеличен периферический ток крови, отмечено большее число капилляров.

У населения тропических широт, напротив, более выражены эктоморфные черты (высокий рост, большая поверхность кожи, т.е. испарения, понижение уровня основного обмена веществ, ослабление синтеза эндогенных жиров и АТФ). Сильная пигментация кожных покровов, значительно увеличено количество потовых желез кожи и интенсивность потоотделения. Характерно некоторое понижение уровня обменных процессов. Все эти признаки могут рассматриваться как явные приспособления к условиям жаркого и влажного климата.

Многие черты тропического комплекса свойственны и населению пустынь (аридных зон): наблюдаются длиннотелые морфотипы, мускульный и жировой компоненты развиваются слабо, однако общие размеры тела у жителей пустынь больше. Уровень основного обмена у них невысок.

У жителей умеренных широт преобладает усредненный тип телосложения, обмена веществ и функций. Межгрупповая и внутригрупповая изменчивость признаков здесь очень велика, а сама умеренная зона, по-видимому, вообще наиболее комфортна для современного человека, и предъявляет наименее жесткие требования к нашему организму.

Для жителей континентальной зоны характерны укороченные пропорции тела, уплощенная грудная клетка, в среднем повышенное жироотложение и увеличение массы тела. Из физиологических признаков заметно понижение содержания минеральных веществ в скелете.

Под влиянием естественной среды человеческие популяции приобретают свойства, делающие их более приспособленными к тем или иным географическим условиям жизни. Следовательно, строение тела и физиологические признаки, характерные для коренных жителей той или иной экологической ниши, можно рассматривать как реакцию, играющую приспособительную роль, в связи с воздействием комплекса окружающих условий.

Физиологические механизмы адаптации у жителей Центрального Черноземья к факторам внешней среды.

Факторы внешней среды достаточно разнообразны и оказывают, как правило, комплексное воздействие на организм человека. Среди наиболее важных климатических факторов выделяют температуру воздуха, атмосферное давление и влажность. Способность человека к климатической адаптации зависит от пола, возраста и общего физического здоровья. Среди достаточно большого количества антропогенных факторов, воздействующих на людей, есть такие, с которыми мы сталкивается ежедневно. К ним относятся электромагнитные поля, шум и вибрация и многое другое. Но в большинстве случаев приспособление к тому или иному фактору происходит не только посредством функциональной адаптации, но и за счет психологической мотивации и приспособительного поведения.

Реакция организма на изменение температуры окружающей среды.

Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности (40-60%) и неподвижности воздуха находится в пределах 17–27 °C. Однако этот диапазон индивидуален. В зависимости от климатических условий, местожительства, уровня физической активности организма и состояния здоровья границы зоны термического комфорта для разных лиц могут отличаться. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, наиболее благоприятный климатический эталон соответствует среднегодовой температуре воздуха +10⁰ С. В нашем регионе этот показатель составляет от 5 до 6,4 ⁰ С.

Относительное термическое постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое посредством физической и химической терморегуляции, позволяет человеку существовать в различных условиях. Например, адаптация к низким температурам при работе в холодных цехах, когда холод действует не круглосуточно, а чередуясь с нормальным температурным режимом; при переезде в северные широты, где помимо низкой температуры, действуют измененный режим освещенности и уровень радиации; или адаптация к высоким температурам в жарких условиях среды, бане, при пожаре, в боевых условиях. При этом адаптация к изменению температуры осуществляется как за счет срочной физической и химической терморегуляции, так и за счет более стойких биохимических, морфологических и наследственных изменений. Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплопродукции и теплоотдачи. Баланс между уровнем теплопродукции и теплоотдачи контролирует центр терморегуляции, который является частью системы центров гипоталамуса, регулирующий вегетативные и моторные компоненты адаптивного поведения. В осуществлении гипоталамической терморегуляции участвуют железы внутренней секреции, главным образом, щитовидная железа и надпочечники. Терморегуляция находится под контролем коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температурной чувствительности выбирать определенную поведенческую реакцию. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном физиологическом уровне. Известно, что температура тела у человека является одной из физиологических констант гомеостаза и колеблется в узких пределах от 36,4 до 37,5⁰С. Отклонения температуры тела, при которых организм сохраняет жизнеспособность, сравнительно невелики: смерть человека наступает при ее повышении до 43 °C и при падении ниже 27–25 °C. Между организмом человека и окружающей его средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду. При комфортных метеорологических условиях основная часть тепла, вырабатываемого организмом, переходит в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56 %), путем испарения (примерно 29 %), а также посредством переноса тепла движущейся средой (конвекция), составляющего примерно 15 %.