Биология: общие вопросы

возбудитель;

промежуточные хозяева возбудителя;

окончательные хозяева возбудителя.

Циркуляция возбудителя, как правило, определяется пищевыми связями между хозяевами паразита. Например, дифиллоботриоз - это природноочаговый гельминтоз, возбудителем которого является широкий лентец. Окончательные хозяева - млекопитающие, питающиеся рыбой. Окончательные хозяева выделяют во внешнюю среду вместе с фекалиями яйца гельминта. Из яйца в воде выходит свободно живущая личинка корацидий, которая проглатывается первым промежуточным хозяином - рачком циклопом. Дальше в цепи циркуляции возбудителя следует второй промежуточный хозяин - рыба, которая заражается, проглатывая рачка. Окончательный хозяин заражается дифиллоботриозом, поедая зараженную рыбу.

Нетрансмиссивные природноочаговые болезни также образуют разные типы очагов:

первичные природные;

вторичные природные;

антропургические непоселковые;

антропургические внутрисельные.

Как и в случаях трансмиссивных болезней, в циркуляцию возбудителя может включиться и человек. Возможности заражения человека в антропургических очагах значительно выше, чем в первичных природных.

Профилактика паразитарных заболеваний

Профилактические мероприятия можно подразделить на три группы:

направленные на обезвреживание или устранение источника инвазии;

проводимые с целью разрыва путей передачи;

мероприятия по повышению невосприимчивости населения к возбудителю заболевания.

Профилактические мероприятия, направленные на источник инвазии:

1) при антропонозных заболеваниях

выявление, изоляция и лечение больных и паразитоносителей;

2) при зооантропонозных заболеваниях

если источник - домашние животные, то осуществляются санитарно-ветеринарные мероприятия по их выздоровлению;

если источником заболевания служат синантропные животные (мыши, крысы), проводят дератизацию;

в природных очагах, где источником являются дикие животные, их численность путем истребления снижают до безопасного уровня, предотвращающего заражение человека.

Профилактические мероприятия, направленные на второе звено

эпидемического процесса - механизм передачи возбудителя

Поскольку передача заразного начала от больного к здоровому человеку происходит через внешнюю среду с помощью различных факторов (вода, пища, воздух, пыль, почва, предметы домашнего обихода), это определяет многообразие профилактических мер воздействия.

Меры по пресечению передачи возбудителей сводятся к:

уничтожению возбудителей болезни во внешней среде с помощью дезинфекционных средств;

ликвидации мест выплода переносчиков возбудителей - кровососущих насекомых;

повышению уровня общей и санитарно-гигиенической культуры населения.

Повышение невосприимчивости населения к возбудителям заболеваний заключается в создании искусственного иммунитета против паразитарных заболеваний. Проводится вакцинация населения (при лейшманиозах), химиопрофилактика (при малярии).

Общие принципы борьбы с природно-очаговыми заболеваниями

Проведение мероприятий по борьбе с природно-очаговыми болезнями в каждом отдельном случае должно исходить из анализа конкретной экологической обстановки. Основная цель мероприятий - разрыв цепи:

хозяин (донор) переносчик хозяин (реципиент).

Можно выделить два направления:

Окультуривание ландшафтов.

Оздоровление очага.

Окультуривание ландшафтов предусматривает ликвидацию самой основы существования очага путем коренного изменения экологической системы таким образом, чтобы исключить хотя бы один из компонентов, составляющих очаг. Хранители весенне-летнего энцефалита - клещи - живут в неухоженных лесах, где преобладают валежник, густые заросли подлеска, толстый слой лесной подстилки. Очистка лесов и их просветление создают условия, непригодные для жизни клещей. Не живут таежные клещи в лесах паркового типа. Таким образом, культурное ведение лесного хозяйства ведет к уничтожению таежных клещей и к полной ликвидации природного очага весенне-летнего энцефалита.

Оздоровление очага включает комплекс мероприятий, направленных на ликвидацию очага без коренной перестройки ландшафта.

- Уничтожение переносчиков ядохимикатами (эффект часто непродолжителен).

- Санитарное благоустройство населенных пунктов. Своевременная утилизация отходов и отбросов, охрана поселковых водоемов от загрязнения бытовыми отбросами приводят к сокращению численности резервуаров переносчиков, ограничивают возможности циркуляции возбудителя в населенном пункте, что в конечном итоге ведет к затуханию очага.

Общие закономерности действия экологических факторов на живые организмы

Несмотря на разнообразие факторов, в их действии и ответных реакциях организма есть общие закономерности.

Закон оптимума: Каждый фактор имеет строго определенные пределы положительного воздействия на живой организм.

Благоприятная сила воздействия фактора называется зоной оптимума. Недостаточное или избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Чем сильнее отклоняется действие фактора, тем более выражено его угнетающее действие (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - критические точки, за пределами которых существование организма становится невозможным. Пределы выносливости вида по отношению к какому-то фактору составляют его экологическую валентность.

Виды различаются между собой значениями экологической валентности и положением зоны оптимума. Примеры:

У самки обыкновенного немалярийного комара температурный оптимум для откладки яиц составляет +20. При +15 и +30 происходит подавление процесса откладки яиц, а при +10 и +35 полное прекращение.

Для полярных рыб оптимум температуры 0, а пределы выносливости от -2 до +2.

У сине-зеленых водорослей, обитающих в гейзерах, температурный оптимум +85, а пределы выносливости от +84 до +86.

Виды, имеющие широкую экологическую валентность, обозначают, добавляя приставку эври- к названию фактора, например, эвритермные - по отношению к температуре, эвригалинные - по отношению к солености воды, эврибатные - к давлению. Виды с узкой экологической валентностью называют с приставкой стено-, также добавляя название фактора: стенотермные, стеногалинные, стенобатные.

Виды, имеющие широкую экологическую валентность по отношению ко многим факторам, называются эврибионтными, а узкую - стенобионтными.

2. Правило ограничивающего фактора. В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Среди них бывает трудно отделить самые важные от второстепенных, это зависит от силы воздействия каждого.

Ограничивающим называют фактор, интенсивность которого в качественном или количественном отношении в данный момент приближается или выходит за пределы критических значений.

Правило ограничивающего фактора: Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.

Специфических ограничивающих факторов в природе не существует, поэтому любой из факторов может стать ограничивающим. Их природа различна: абиотические, биотические и антропогенные.

Рассмотрим в качестве ограничивающего фактора температуру. Лимитирующим фактором распространения деревьев бука в Европе является низкая температура января, поэтому северные границы его ареала соответствуют январской изотерме -2оС. Лось в Скандинавии встречается значительно севернее, чем в Сибири, где более низкие зимние температуры. Рифообразующие кораллы обитают только в тропиках при температуре воды не ниже 20°С.

Климатические и почвенные факторы определяют ареал распространения растений и их урожайность.

Количество хищников и паразитов ограничивает численность жертв и хозяев. Ареал распространения африканской сонной болезни соответствует распространению ее переносчика - мухи це-це.

По отношению к человеку в роли ограничивающего фактора может быть содержание витаминов (С, D), микроэлементов (йод) в продуктах питания.

3. Взаимодействие факторов: Зона оптимума зависит от комбинации факторов, действующих на организм.

Примеры: при оптимальной температуре животные легче переносят недостаток корма. Достаточное количество пищи позволяет животным легче переносить низкие температуру и влажность.

Хорошо известно, что человеку жару легче переносить при низкой, а не при высокой влажности. Снижение влажности может привести к увеличению экологической валентности вида по отношению к температуре. Человек способен в течение 45 минут без последствий для здоровья переносить температуру +126С, но при очень низкой влажности. Низкая температура хуже переносится людьми в ветреную погоду. Сочетание приема алкоголя и низкой температуры воздуха приводит к быстрому переохлаждению организма, отморожению частей тела. Эта закономерность учитывается в медицине при назначении лекарственных препаратов; например, средства, снижающие повышенное артериальное давление, действуют сильнее, если снижено потребление соли.

4. Неоднозначность действия факторов на различные функции организма: Каждый экологический фактор оказывает неодинаковое влияние на разные функции организма.

При повышении температуры до 40 градусов у холоднокровных животных ящериц усиливается обмен веществ, но в то же время резко угнетается двигательная активность.

5. Ответные реакции организма на действие факторов среды носят индивидуальный, половой и возрастной характер.

Примеры: яйцо аскариды нуждается в кислороде, но на взрослого паразита он действует как яд, что нередко используется для лечения заболевания.

Личинки комаров развиваются в воде, а взрослые особи обитают в воздухе.

Икра лососей может развиваться только при температуре от 0о до +12о, а взрослые особи легко переносят колебания от -2о до +20о.

В медицине при назначении дозы лекарственного препарата всегда учитывается возраст больного. Мужчины имеют более широкую экологическую валентность к алкоголю по сравнению с женщинами, поэтому у женщин быстрее формируется зависимость от этилового спирта.

Индивидуальные особенности организма учитывают при выборе способа лечения, особенно при наличии аллергических реакций на действие лекарственных препаратов. У некоторых детей до 10-12 лет применение аспирина для снижения температуры при гриппе может привести к тяжелому поражению головного мозга.

6. Независимость характера приспособления к факторам окружающей среды: К действию каждого фактора среды организмы приспосабливаются независимо от других факторов.

Виды могут характеризоваться широкой экологической валентностью к какому-нибудь фактору, но узкой к другим. Например, лишайники являются эвритермными организмами, но не переносят даже минимальных концентраций оксида серы в воздухе.

Человек является эврибионтным организмом, но имеет узкую экологическую валентность по отношению к недостатку кислорода в атмосфере.

Экологические системы и закономерности их существования

Все организмы и факторы среды на Земле в конечном счете находятся в тесной или отдаленной связи между собой. Но так как земная поверхность неоднородна, возникли более или менее разграниченные комплексы таких взаимоотношений. Исторически сложившееся сообщество всех совместно обитающих организмов на определенной территории называют биоценозом. Совокупность всех абиотических факторов их местообитания - экотоп.

Совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ, называют экологической системой (экосистемой). Этот термин был предложен в 1935 году английским ученым Артуром Тенсли.

В 1942 году Владимир Николаевич Сукачев предложил термин биогеоценоз.

Биогеоценоз - исторически сложившийся комплекс взаимосвязанных видов или популяций разных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования.

Экосистема и биогеоценоз - понятия близкие, но не синонимы. В обоих случаях это устойчивые взаимодействующие системы живых организмов и среды, в которых осуществляется поток энергии и круговорот веществ, но экосистема - понятие более широкое. Экосистема - это и капля воды, и тундра, и космическая станция, и сооружение для биологической очистки сточных вод. Биогеоценозы - образования, имеющие свои четкие границы, соответствующие определенному типу растительных сообществ. Они способны формироваться на любом участке земной поверхности, могут быть лесными, степными, луговыми, болотными. Пространственная структура большинства биогеоценозов связана с ярусами фитоценоза. Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может являться биогеоценозом.

В структуре экосистемы можно выделить две главные составляющие.

Первая - абиотическое окружение, или экотоп, т.е. весь комплекс факторов неживой природы, из которой биоценоз черпает средства к существованию и куда выделяет продукты обмена. Экотоп состоит из совокупности климатических, атмосферных, почвенно-грунтовых и водных факторов.

Вторая составляющая экосистемы - биоценоз, который включает сообщества растений - фитоценоз, животных - зооценоз, грибов - микоценоз, микроорганизмов - микробоценоз.

Функциональная структура экосистемы

Абиотические факторы среды.

2.Продуценты - автотрофные организмы (растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии).

3. Консументы - гетеротрофные организмы (животные).

4. Редуценты -доводят распад использованной или отмершей биомассы до простых неорганических веществ (воды, углекислого газа, аммиака), пригодных для нового усвоения гетеротрофными организмами.

Таким образом, продуценты, консументы и редуценты объединены переносом энергии и веществ и представляют определенные трофические уровни в биогеоценозе.

Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в цепи питания.

Закономерности существования экологических систем

Круговорот веществ. Он предполагает прохождение одних и тех же химических элементов по цепям питания и возвращение в экотоп:

абиотические факторы

биомасса растений

тело травоядного животного

тело хищника

минерализация останков

абиотические факторы.

2. Односторонний поток энергии. В отличие от химических элементов, круговорот энергии в экосистемах не происходит. Её поток однонаправлен. При переходе от одного трофического уровня к другому аккумулируется лишь около 10% поступившей энергии на построение вещества своего тела. Основная часть потребляемой с пищей энергии идет на поддержание процессов жизнедеятельности - испарение, дыхание, движение, то есть теряется.

В экологических системах действует правило экологической пирамиды - каждое последующее звено в цепи питания содержит вещества и энергии в десять раз меньше, чем предыдущее звено. Потеря энергии на каждом трофическом уровне означает, что на высших трофических уровнях количество ее невелико, поэтому пищевые цепи состоят обычно не более чем из 4-5 трофических уровней. Графическим изображением данного правила служат экологические пирамиды.

Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения между продуцентами и консументами разных порядков, выраженное в единицах энергии (заключенной в массе живого вещества) - пирамида энергий, в единицах биомассы (пирамида биомасс) или числа особей (пирамида чисел).

Биомасса, создаваемая за единицу времени продуцентами, составляет первичную продукцию, а консументами - вторичную продукцию.

3. Экологический гомеостаз. Экосистемы способны к поддержанию гомеостаза - относительного постоянства числа видов и численности популяций этих видов в биоценозе по принципу действия отрицательной обратной связи. Колебания растительной биомассы сопряжены с численностью травоядных, от которых зависит количество хищников. Саморегуляция биогеоценоза связана с поддержанием определенной численности организмов в популяциях на всех трофических уровнях пищевых цепей.

Пример: увеличение количества шишекувеличение числа белок увеличение числа куниц уменьшение числа белок уменьшение числа куниц увеличение числа белок и т.д.

4. Экологическая сукцессия. Экосистемы не являются стабильными образованиями. Любой биогеоценоз представляет собой открытую систему, непрерывно изменяющуюся и развивающуюся.

Сукцессия - закономерное изменение биогеоценоза во времени, возникающее, во-первых, за счет изменения организмами биогеоценоза среды обитания и общего количества органического вещества и, во-вторых, как результат сложных взаимодействий внутри биоценоза. Возможны сукцессии двух типов: конструктивные, в течение которых в экотопе постепенно накапливается до определенного предела биомасса, и деструктивные, при которых постепенно разрушается накопленная ранее биомасса, превращаясь в неорганические соединения. Конструктивные сукцессии могут быть первичными и вторичными. Первичные сукцессии заключаются в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате (скалы, песчаные наносы, вулканическая лава), а вторичные сукцессии восстанавливают повреждения (естественные или нанесенные человеком) на месте ранее существовавших сообществ (последствия бури, пожара, вырубки леса, выпаса скота).

Конструктивные сукцессии биоценозов заканчиваются формированием климаксного сообщества, характеризующегося длительной устойчивостью, большим видовым разнообразием. Каким будет конечный результат развития экосистем, прежде всего зависит от климатических, почвенно-водных и топографических условий. Например: в средней полосе России коренным биогеоценозом является лес; на севере - тундра; на юге - степь.

Экология человека

Экология человека - наука о взаимоотношениях человека с окружающей средой.

Предметом изучения экологии человека являются антропоэкосистемы - экосистемы, включающие в свой состав человеческое общество. Таким образом, экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкосистем. В них человек является объектом экологического воздействия и выступает как самостоятельный экологический фактор. Человек характеризуется рядом специфических особенностей, отличающих его от других организмов.

Особенности человека как объекта экологического воздействия

Человек - космополит, он расселился по всему Земному шару, имеет самый широкий ареал распространения и подвергается воздействию разнообразных экологических факторов. В ходе антропогенеза это привело к возникновению у людей различных адаптивных типов и рас.

Действие экологических факторов на человека всегда в большей или меньшей степени видоизменено (опосредовано) в связи с использованием одежды, огня, технических средств, постройкой жилищ и так далее.

Человек приспосабливается к действию экологических факторов не только морфофизиологически (как животные), но и технически, экономически и даже эмоционально.

Особенности человека как экологического фактора

Человек оказывает осознанное, целенаправленное воздействие на окружающую среду (конечно, не всегда разумное). Ф.Энгельс писал: “Животное только пользуется внешней природой и производит в ней изменения просто в силу своего присутствия; человек же вносимыми им изменениями заставляет служить её своим целям, господствует над ней».

Антропогенный фактор по силе, интенсивности и глобальности воздействия в настоящее время не имеет равных в природе. Люди расширили круг доступных источников энергии вплоть до использования ядерных и термоядерных реакций.

Человек создает искусственные среды обитания, может длительное время находиться в космическом пространстве и под водой, воздействуя на природу.

Сегодня окружающая человека среда практически представляет собой искусственные, созданные человеком экосистемы или естественные экосистемы, в той или иной степени видоизмененные его деятельностью. Абсолютно неизмененных экосистем на планете нет!

Все экосистемы в зависимости от степени антропогенного воздействия на них делятся на натурценозы, агроценозы и урбаноценозы.

Натурценозы характеризуются большим разнообразием диких видов растений и животных. Они соответствуют различным ландшафтным зонам: тундре, лесотундре, тайге, смешанным и широколиственным лесам, степям, пустыням, субтропикам и тропикам.

Экологическая характеристика:

Большое разнообразие видового состава растений и животных.

Экологический гомеостаз поддерживается за счет саморегуляции.

Естественный круговорот веществ и использование солнечной энергии.

Медико-биологическая характеристика:

В натурценозы люди попадают при изучении природных условий, ресурсов, инженерно-геологической обстановки в осваиваемом районе. На этом этапе освоения природы люди подвергаются опасности заражения природно-очаговыми заболеваниями, страдают от нападения гнуса, клещей и неблагоприятных погодных условий, что приводит к возникновению болезней органов дыхания, адаптационных синдромов со стороны сердечно-сосудистой системы, неврозов, увеличению травматизма.

Примеры: смена лесного ландшафта на луго-полевой в средней полосе России привела к изменению состава мышевидных грызунов и появлению новых природных очагов туляремии. Освоение таежных районов Сибири и Дальнего Востока сопровождалось появлением случаев заболевания людей таежным энцефалитом.

Агроценозы. Под влиянием сельскохозяйственного производства возникают искусственные экологические системы - агроценозы (поля, сенокосы, пастбища, сады, парки, лесные посадки).

Экологическая характеристика:

Число видов животных и растений ограничено, но их численность порой огромна. Обычно это всего лишь несколько сельскохозяйственных культур, сорняки и вредители сельскохозяйственных растений, небольшое число видов домашних животных. Они находятся под контролем искусственного отбора.

В отличие от природных биогеоценозов, искусственные экологические системы для нормального функционирования нуждаются в том, чтобы человек сам поддерживал их гомеостаз, т.е. управлял ими (уничтожение вредных и охрана полезных видов).

Круговорот веществ искажен, т.к. человек изымает те или иные вещества, вносит удобрения.

Для сохранения агроценозов нужны затраты дополнительной энергии: техника и физическая сила.

Около 60% сельскохозяйственных земель используется экстенсивно с привлечением мышечной силы человека и животных. Лишь 40% обрабатываемых земель - интенсивно возделываемые агроценозы, в них урожайность сельскохозяйственных растений достигает биологически возможного максимума.

Медико-биологическая характеристика:

В агроценозах прогрессивно увеличиваются потери сельскохозяйственных угодий в связи с вымыванием плодородного гумусного слоя, ветровой эрозией почв, ростом протяженности оврагов, подвижных песков. Почва насыщается ядохимикатами и минеральными удобрениями, водоемы загрязняются хозяйственно-бытовыми сточными водами.

В агроценозах могут создаваться благоприятные условия для циркуляции возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний (аскаридоз, трихоцефалез).

Урбаноценозы - антропоэкосистемы городов и поселков. Первые города появились в 3-м тысячелетии до н.э. В начале XIX века в них жило 3% населения, в 1900 г. - 13%, в 1995 г. - 71% в США, 91% в Великобритании, в России - 74%, а в начале XXI века в России это число достигнет 80-90%.

Строительство городов - явление прогрессивное. В них концентрируются промышленные предприятия, легче решаются проблемы трудоустройства, снабжения продуктами питания, медицинского обслуживания, есть разнообразные учебные, научные и культурные заведения. В городах есть все условия для производственной деятельности и организации быта людей.

Но, с другой стороны, города характеризуются наиболее выраженными изменениями природной среды, многие из которых имеют отрицательное значение.

Экологическая характеристика:

Бедность видового состава фауны и флоры.

Большие скопления людей.

Преобладание синантропных видов животных.

Незамкнутый круговорот веществ, в который вовлекаются металлы, пластмассы, не разрушаемые природными редуцентами.

Искусственное поддержание гомеостаза, который направлен на сохранение популяции людей.

Использование дополнительных источников энергии.

Медико-биологическая характеристика:

При строительстве городов наблюдается полное или частичное разрушение экологических систем на месте строительства города, изменяется геологическая среда: исчезает естественный микрорельеф, происходит изменение состояния и свойств горных пород, изменяется уровень грунтовых вод, наблюдается безвозвратный забор воды и кислорода, создаются техногенные отложения.

Изменяется климат: в городах снижается интенсивность солнечной радиации, повышается среднегодовая температура на 1-2, появляется амплитуда температур - в центре города температура выше на 2-8, чем на периферии, увеличивается количество туманов, осадков, значительно изменяется ветровой режим.

Изменяется воздушная среда: химический состав атмосферного воздуха, его оптические свойства, тепловые характеристики. Загрязнения воздуха связаны с выбросами газообразных веществ и твердых пылевых частиц. Запыленность и задымленность воздуха в городах снижают количество ультрафиолетовых лучей, доходящих до земной поверхности, зимой на 30%. Длительность солнечного освещения сокращается на 5-15%. Климатические изменения в сочетании с загрязнением атмосферного воздуха приводят к образованию над городами смога, в состав которого входят окись углерода, окись азота, окислы серы и многие другие опасные для людей соединения. У попавших под смог людей развиваются заболевания органов дыхания. Увеличивается количество микроорганизмов в воздухе (в 200 раз по сравнению с сельской местностью), возрастает заболеваемость людей инфекционными болезнями.

В городах поверхностные воды изменяют сток, химический состав и температурный режим. Повышается или понижается уровень подземных вод. Употребление воды составляет 150-200 л/сутки на одного городского жителя. Вода может содержать органические, неорганические, синтетические и радиоактивные вещества.

Происходит минерализация почв, утрамбовка и снятие плодородного слоя, загрязнение жидкими и твёрдыми отбросами, солями тяжелых металлов. Нарушается естественный процесс деструкции различных веществ.

Обедняется растительный покров городов, появляются большие одновидовые группировки растений, в плодах и листьях которых накапливаются токсические вещества.

Изменяется видовой состав животных, резко уменьшается общее количество видов, увеличивается число синантропных видов, создаются благоприятные условия для размножения паразитов и переносчиков, что приводит к формированию внутрисельных очагов заболеваний.

Скученность людей, шум, гиподинамия и напряженный темп жизни создают условия для развития заболеваний нервной системы, органов кровообращения, верхних дыхательных путей. Изменение атмосферного давления приводит к головным болям, слабости и быстрой утомляемости людей. Нарушается обмен веществ, развивается ожирение. Уровень этих заболеваний в 1,5-2 раза выше, чем в сельской местности. В городах также растет транспортный травматизм.

Экологическая дифференциация человечества

Люди являются космополитами и приспосабливаются к различным условиям среды. Адаптации могут быть неспецифическими и специфическими. Неспецифические адаптации проявляются в общем повышении иммунных свойств и усилении устойчивости к неблагоприятным условиям. Специфические направлены на адаптацию к определенным климатическим условиям среды. Поэтому на популяционно-видовом уровне формируются адаптивные типы людей.

Под адаптивным типом понимают комплекс морфофизиологических, биохимических и иммунологических признаков и реакций, конвергентно возникающих в различных популяциях, находящихся в сходных условиях обитания.

Эти признаки не зависят от расовой и этнической принадлежности. К примеру, на Севере живут представители европеоидной и монголоидной рас, которые имеют одинаковый арктический адаптивный тип. Расы сформировались на заре человечества, а адаптивные типы сопровождают всю историю развития человека.

Выделяют пять основных адаптивных типов.

Арктический.

Тропический.

Зоны умеренного климата.

Высокогорный.

Пустынный.

Арктический адаптивный тип характеризуется комплексом приспособлений людей к низкой температуре, высокой влажности, кислородной недостаточности, питанию преимущественно животной пищей и малой микробной загрязненности воздуха.

Морфофизиологические признаки: увеличение массы тела (лучшее сбережение тепла), хорошее развитие подкожно-жировой клетчатки (теплоизоляция), низкий рост, уменьшение длины ног в сравнении с длиной тела, большой объем грудной клетки, усиленный газообмен. Хорошо развит красный костный мозг.

Биохимические признаки: повышенное содержание гемоглобина и эритроцитов в крови, усиление энергетического обмена, высокое содержание холестерина в сыворотке крови, усиленная минерализация костей скелета.

Иммунологические признаки: снижение содержания лейкоцитов крови.

Пустынный адаптивный тип обеспечивает приспособление людей к высокой температуре воздуха (до 50С) в течение 4-5 месяцев, недостатку воды, интенсивной солнечной радиации.

Морфофизиологические признаки: астенический тип телосложения (высокий рост, узкая грудная клетка, длинные конечности, слабое развитие подкожно-жировой клетчатки), относительное увеличение количества потовых желез на 1 см2 кожи, усиление потоотделения с кожи шеи, лица, рук. Понижен обмен веществ, уменьшается потребность в белках и жирах, основу рациона составляют углеводы, расход воды экономичный (коренные жители потребляют 1-2,5 л, а приезжие в первые дни до 4 л).

Биохимические признаки: в плазме крови понижается содержание аскорбиновой кислоты и других водорастворимых витаминов. В связи с этим суточное потребление витаминов должно быть увеличено.

Тропический адаптивный тип формировался под влиянием следующих экологических факторов: повышенная температура и высокая влажность воздуха, сглаженность сезонных изменений абиотических факторов. Растительный покров тропиков разнообразен - от фитоценозов влажных лесов до обширных равнин с редколесьем. Видовой состав животных также разнообразен. В окружающей человека среде содержится большое количество патогенных микроорганизмов, цист простейших и яиц гельминтов. В рационе коренного населения относительно низкое содержание животного белка.

Морфофизиологические признаки людей очень вариабельны. Здесь встречаются и самые высокорослые, и самые низкорослые люди. У всех удлиненная форма тела, сниженная мышечная масса, уменьшенная окружность грудной клетки, увеличенное количество потовых желез на 1 см2 кожи.

Биохимические признаки: низкие показатели основного обмена и синтеза жиров, сниженная концентрация холестерина в крови.

Иммунологические признаки: повышение содержания лейкоцитов в крови.

Адаптивный тип умеренного пояса формировался в зоне умеренного климата, которая характеризуется наличием районов, различающихся по количеству тепла и влаги (от степных районов до таёжных). Температура и влажность не достигают экстремальных величин, сезонность биоклиматических условий хорошо выражена. Животный мир отличается богатством видов.

Морфологические характеристики и интенсивность обмена веществ у жителей умеренного пояса занимают промежуточное положение между тропическим и арктическим адаптивными типами.

Высокогорный адаптивный тип формировался в условиях пониженной температуры, низкого атмосферного давления, гипоксии (снижения парциального давления кислорода), характерных для высокогорья.

Морфофизиологические признаки: респираторный тип телосложения с широкими плечами и широкой грудной клеткой, небольшим втянутым животом, узким тазом, длинными конечностями и ромбовидным лицом. Жизненная емкость легких увеличена, легочная вентиляция усилена.

Биохимические признаки: повышение содержания гемоглобина и эритроцитов в крови (до 8 млн. в кубическом мм), высокая активность окислительных ферментов, благодаря чему наблюдается быстрое связывание кислорода гемоглобином, повышение содержания миоглобина в мышцах. У некоторых жителей высокогорья наблюдается гипофункция щитовидной железы, что обеспечивает снижение основного обмена.

Последовательность появления адаптивных типов

Первым сформировался тропический адаптивный тип (прародина человечества - Африка), затем по мере расселения людей по планете - адаптивный тип умеренного пояса и высокогорный, а последними появляются арктический и пустынный (80000-12000 лет назад). Адаптивные типы человека не являются узко специализированными, они благоприятствуют существованию людей в определенных климатических зонах.

Медицинское значение адаптивных типов

Врач должен учитывать морфофизиологические и биохимические особенности адаптивных типов, чтобы не принять их за отклонения от нормы.

Представители различных адаптивных типов могут иметь неодинаковую предрасположенность к различным заболеваниям.

Следует учитывать адаптивный тип при снаряжении экспедиций в Арктику, пустынные и высокогорные районы.

Учение о биосфере

Понятие биосферы было сформулировано в начале XIX века Ж.Б. Ламарком без употребления самого термина. Термин «биосфера» введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году для обозначения особой оболочки земли, находящейся в области взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы и образованной совокупностью живых организмов. В 20-30 годах 20-го века учение о биосфере разработал академик В.И. Вернадский. Он рассматривал биосферу следующим образом: это оболочки Земли, представляющие собой целостную саморегулирующуюся систему, в которой осуществляется круговорот веществ, благодаря жизнедеятельности живых организмов. Существуют различные определения биосферы, одним из которых является следующее:

Биосфера - часть оболочек Земли (атмосферы, гидросферы и литосферы), заселенная и активно преобразуемая живыми организмами, деятельность которых объединяет все оболочки Земли в единую целостную систему, связанную обменом веществ и преобразованием энергии.

Границы биосферы

В литосфере живые организмы проникают на глубину 4-5 км, распространению организмов вглубь литосферы препятствует высокая температура земных недр, превышающая 100С.

В гидросфере они заселяют всю ее толщу, в некоторых местах проникая на глубину свыше 11 км.

В атмосфере живые организмы (споры бактерий и плесневых грибов) встречаются в нижней её части, называемой тропосферой, на высоте 15-22 км, выше которой располагается озоновый экран. Дальнейшему их распространению препятствует губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение.

Концепции в изучении биосферы

Термодинамическая концепция, в соответствии с которой биосфера рассматривается как термодинамическая оболочка с температурой от +50 до -50 и давлением около одной атмосферы.

Биохимическая и биогеохимическая концепции связаны со сложными преобразованиями веществ в живых организмах за счет химической энергии, запасенной в результате фотосинтеза.

Геофизическая концепция заключается в том, что живые организмы, с одной стороны, создают геологические породы (известняки, сланцы), а с другой - разрушают горные породы, изменяя рельеф земной поверхности.

Биогеоценотическая концепция связана с тем, что элементарной структурой биосферы является биогеоценоз, включающий организмы с различными типами питания. Благодаря трансформации веществ, энергии и информации в биогеоценозах существенно видоизменился облик планеты.

Кибернетическая концепция предполагает изучение принципов организации и регулирования, осуществляющихся в живой природе.

Социально-экономическая концепция связана с тем, что человек из биосферы извлекает средства существования, одновременно преобразуя её.

Состав биосферы

По В.И.Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей.

Живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету.

Косное вещество - в образовании которого живые организмы не принимали участия. Косное вещество появляется в биосфере в результате тектонической деятельности (образование горных пород магматического происхождения, газообразные и твердые вещества, выделяющиеся при извержении вулканов и т.д.).

Биогенное вещество - образующееся в результате жизнедеятельности организмов (твердые: каменный уголь и породы осадочного происхождения - известняки, ракушечник, мел; жидкие - нефть; газообразные: природный газ - метан, кислород атмосферы и др.).

Биокосное вещество - особое природное тело - почва, представляющая собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в неживой природе.

В состав биосферы также входят радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещества космического происхождения.

Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты, которая составляет около 0,01% массы земной коры. Однако, несмотря на незначительную общую массу, роль живых организмов в биосфере огромна.

Функции живого вещества в биосфере

Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.

Кислород выделяется растениями, используется для дыхания животными, а образующийся углекислый газ вновь принимает участие в процессах фотосинтеза. Весь запас кислорода современной атмосферы растения могут воспроизвести за 10000 лет.

Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, включается в цепи питания, а после расщепления белков и нуклеиновых кислот может вновь возвращаться в окружающую среду.

Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.

Кишечнополостные накапливают кальций, морские водоросли и губки - йод, лютики - литий, ряска - радий, моллюски - медь, асцидии - ванадий.

Наиболее активными концентраторами являются микроорганизмы. Концентрация железа в железобактериях в 65000 раз выше, чем в окружающей среде, а марганца в 1200000 раз. После гибели организмов могут образовываться залежи элементов.

Однако морские организмы могут накапливать не только полезные для человека микроэлементы, но даже радионуклиды и тяжелые металлы, что может привести к тяжелым отравлениям при употреблении их в пищу.

Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, содержащих элементы с переменной валентностью (соединения железа, марганца, серы, азота и др.). В организмах происходит окисление и восстановление большинства химических соединений.

Существуют бактерии окислители и восстановители. Благодаря данной функции появляются залежи руд.

Энергетическая функция обеспечивает преобразование солнечной энергии в энергию химических соединений. Часть её откладывается в виде запаса органических веществ (торф, каменный уголь) на длительный срок.

Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которых происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. Эти процессы осуществляют редуценты. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы, а также происходит химическое разложение горных пород, вовлечение минералов в биотический круговорот.

Средообразующая функция заключается в преобразовании (трансформации) физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Организмы преобразовали газовый состав первичной атмосферы, изменили химический состав вод первичного океана, образовался слой осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный слой.

Геологический и биологический круговороты

В биосфере происходит глобальный (большой, или геологический) круговорот веществ, который существовал и до появления первых живых организмов. В него вовлечены самые разнообразные химические элементы. Геологический круговорот осуществляется благодаря солнечной, гравитационной, тектонической и космической видам энергии.

С появлением живого вещества на основе геологического круговорота возник круговорот органического вещества - малый (биотический, или биологический) круговорот.

Биотический круговорот веществ - непрерывный, циклический, неравномерный во времени и пространстве процесс перемещения и превращения веществ, происходящий при непосредственном участии живых организмов. Он представляет собой непрерывный процесс создания и разрушения органического вещества и реализуется при участии всех трех групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В биотические круговороты вовлечено около 40 биогенных элементов. Наибольшее значение для живых организмов имеют круговороты углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы, железа, калия, кальция и магния.

По мере развития живой материи из геологического круговорота постоянно извлекается все больше элементов, которые вступают в новый, биологический круговорот. Общая масса зольных веществ, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот веществ только на суше, составляет около 8 млрд. тонн. Это в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Скорость круговорота вещества в биосфере различна. Живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет, масса фитопланктона в океане обновляется ежедневно. Весь кислород биосферы проходит через живое вещество за 2000 лет, а углекислый газ - за 300 лет.

В экосистемах осуществляются локальные биотические круговороты, а в биосфере - биогеохимические циклы миграции атомов, которые не только связывают все три наружные оболочки планеты в единое целое, но и обуславливают непрерывную эволюцию её состава.

Эволюция биосферы

Биосфера появилась с зарождением первых живых организмов примерно 3,5 млрд. лет назад. В ходе развития жизни она изменялась. Этапы эволюции биосферы можно выделить с учетом характеристики типа экосистем.

Возникновение и развитие жизни в воде. Этап связан с существованием водных экосистем. Кислород в атмосфере отсутствовал.

Выход живых организмов на сушу, освоение наземно-воздушной среды и почвы и появление наземных экосистем. Это стало возможно благодаря появлению кислорода в атмосфере и озонового экрана. Произошло 2,5 млрд. лет назад.

Появление человека, превращение его в биосоциальное существо и возникновение антропоэкосистем произошло 1 млн. лет назад.

Переход биосферы под влиянием разумной деятельности человека в новое качественное состояние - в ноосферу.

ноосфера

Высшим этапом развития биосферы является ноосфера - этап разумного регулирования взаимоотношений между человеком и природой. Этот термин ввел в 1927 году французский философ Э. Леруа. Он считал, что ноосфера включает человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности. В 30-40-х гг. ХХ века В.И. Вернадский развил материалистические представления о ноосфере. Он считал, что ноосфера возникает в результате взаимодействия биосферы и общества, управляется за счет тесной взаимосвязи законов природы, мышления и социально-экономических законов общества, и подчеркивал, что

ноосфера (сфера разума) - стадия развития биосферы, когда разумная деятельность людей станет главным, определяющим фактором ее устойчивого развития.

Ноосфера - новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится крупнейшей силой, сопоставимой по масштабам с геологическими, и начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов на Земле, глубоко изменяя ее своим трудом. Становление и развитие человечества выразилось в возникновении новых форм обмена веществом и энергией между обществом и природой, во все возрастающем воздействии человека на биосферу. Ноосфера наступит тогда, когда человечество с помощью науки сможет осмысленно управлять природными и социальными процессами. Поэтому нельзя ноосферу считать особой оболочкой Земли.

Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой называют ноогеникой.

Основная цель ноогеники - планирование настоящего во имя будущего, а её главные задачи - исправление нарушений в отношениях человека и природы, вызванных прогрессом техники, сознательное управление эволюцией биосферы. Должно сформироваться плановое, научно обоснованное использование природных ресурсов, предусматривающее восстановление в круговороте веществ того, что нарушил человек, в противоположность стихийному, хищническому отношению к природе, приводящему к ухудшению окружающей среды. Для этого необходимо устойчивое развитие общества, которое удовлетворяет потребности настоящего времени и не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности.

В настоящее время на планете сформировалась биотехносфера - часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в инженерно-технические сооружения: города, заводы и фабрики, карьеры и шахты, дороги, плотины и водохранилища и т.п.

Биосфера и человек

Биосфера для человека является и средой обитания, и источником природных ресурсов.

Природные ресурсы - природные объекты и явления, которые человек использует в процессе труда. Они обеспечивают человеку пищу, одежду, жилище. По степени истощения они делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К невозобновимым относят те ресурсы, которые не возрождаются (или возобновляются в сотни раз медленнее, чем расходуются): нефть, каменный уголь, металлические руды и большинство полезных ископаемых. Возобновимые природные ресурсы - почва, растительный и животный мир, минеральное сырьё (поваренная соль). Эти ресурсы постоянно восстанавливаются с разной скоростью: животные - несколько лет, леса - 60-80 лет, почвы, потерявшие плодородие, - в течение нескольких тысячелетий. Превышение темпов расходования над скоростью воспроизводства ведет к полному исчезновению ресурса.

Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические (атмосферный воздух и энергия ветра) и космические: солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов. Однако растущее загрязнение окружающей среды требует осуществления природоохранных мероприятий для сохранения этих ресурсов.

Удовлетворение человеческих потребностей немыслимо без эксплуатации природных ресурсов.

Все виды деятельности человека в биосфере можно объединить в четыре формы.

Изменение структуры земной поверхности (распашка земель, осушение водоемов, вырубка лесов, строительство каналов). Человечество становится мощной геологической силой. Человек использует 75% суши, 15% речных вод, каждую минуту вырубается 20 га лесов.

Геолого-геоморфологические изменения - интенсификация процессов образования оврагов, появление и учащение селей и оползней.

Комплексные (ландшафтные) изменения - нарушение целостности и естественной структуры ландшафтов, уникальности памятников природы, потеря продуктивных земель, опустынивание.

Изменение состава биосферы, круговорота и баланса составляющих ее веществ.

Атмосферные изменения связаны с загрязнением атмосферы: химическим (смоги, кислотные дожди), механическим (пыль), тепловым (парниковый эффект), разрушением озонового экрана.

Ежегодно выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн углекислого газа, 200 млн. тонн окиси углерода, 53 млн. тонн оксида азота, 250 млн. тонн пыли, 120 млн. тонн золы.

Водные изменения. Идет истощение вод суши. Потребление воды крупными городами составляет более 600000 тонн в сутки. Для выращивания сельскохозяйственных растений также требуется огромное количество воды (для получения 1 тонны хлопка - 10 тонн воды). Ежегодный расход пресной воды составляет 3000 км3, или 0,01% всего запаса пресной воды планеты. Поверхностные и подземные воды загрязнены, 70% чистой воды находится в ледниках и является недоступной для использования.

Прибрежные и поверхностные воды Мирового океана загрязнены нефтепродуктами, ядохимикатами, тяжелыми металлами и твёрдыми отбросами. В моря и океаны ежегодно попадает 12-15 млн. тонн нефти (самым грязным из морей является Средиземное море).

Почвенные изменения связаны с водной и ветровой эрозией почв, снижением их плодородия, загрязнением, заболачиванием, иссушением пригодных для хозяйственного использования земель.

Из земных недр происходит изъятие полезных ископаемых. При строительстве и горных работах ежегодно перемещается 4000 км3 горных пород и извлекается 100 млрд. тонн руды.

Изменение энергетического и теплового баланса биосферы.

Человечеством ежегодно сжигается около 100 млрд. тонн условного топлива, в начале XXI века количество сжигаемого топлива возрастет в два раза, что приведет к изменению теплового баланса биосферы.

Изменение флоры и фауны планеты.

хозяйственная деятельность человека ведет к значительным негативным последствиям:

нарушается целостность растительного покрова,

вырубаются леса,

ухудшается состояние пастбищ,

снижается биоразнообразие организмов,

обедняется генофонд популяций (вследствие массового сбора дикорастущих растений, охотничьего и рыбного промысла),

аккумулируются вредные вещества растениями и животными.

При нерациональном рыболовстве и охоте истребляются ценные виды животных. В результате многие из них стали редкими. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц (381 вид на грани исчезновения) и около 100 видов млекопитающих (255 на грани вымирания), несмотря на то, что часть этих видов находилась в условиях заповедников. За последние 300 лет биомасса планеты уменьшилась на 25%.

Вместе с тем, человек оказывает и конструктивное, положительное влияние на биосферу.

Создаются культурные антропогенные комплексы: сельско-хозяйственные, водохозяйственные и садово-парковые.

Проводятся мероприятия по повышению продуктивности природных систем: лесо-, луго- и охотохозяйственные работы.

Человек выращивает культурные растения и разводит домашних животных, постоянно увеличивает их численность, урожайность и продуктивность.

С деятельностью человека связано выведение новых высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

В морях и Мировом океане осуществляется искусственное разведение рыбы.

Ведутся работы по акклиматизации и разведению видов на новых территориях.

Человек проводит оздоровительные мероприятия в очагах природно-очаговых заболеваний, уничтожает переносчиков, контролирует численность зараженных животных.

Однако, несмотря на определенное положительное влияние, в настоящее время человечество стоит на грани развития глобального экологического кризиса, т.е. такого состояния среды обитания, которое вследствие произошедших в ней изменений оказывается непригодным для существования людей.

...