Главная
Коллекция "Revolution"
Экология и охрана природы
Особенности антропологической ситуации в разных географических зонах
Особенности антропологической ситуации в разных географических зонах
Пределы выносливости экологических групп организмов по отношению к экологическим факторам. Среда обитания и жизнедеятельности человека, его адаптация к условиям окружающей среды. Физиологические механизмы приспособления к среде. Адаптивные типы и среда.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.05.2016 |
| Размер файла | 80,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Экологические группы организмов по отношению к различным экологическим факторам
- Свет
- Тепло
- Среда обитания и жизнедеятельности человека
- Адаптация человека к условиям окружающей среды
- Физиологические механизмы приспособления к среде. Адаптивные типы и среда
- Адаптация человека к пустынной (аридной) зоне
- Заключение
- Список литературы
Экологические группы организмов по отношению к различным экологическим факторам
Как известно, пределы выносливости организмов по отношению к различным экологичным факторам сильно различаются. Набор соответствующих адаптаций и широта пределов выносливости определяют распространение данного вида, возможность его обитания в данной природной зоне. По отношению к различным экологическим факторам выделяют экологические группы организмов. В основе экологической классификации организмов положено отношение организмов к данному экологическому фактору. Таким образом, существует множество классификаций - по отношению к свету, к теплу, к влажности и т.п.
Однако вначале пара слов об адапатциях (то есть приспособительных реакциях) вообще. Учение об адаптациях - одна из наиболее разработанных частей экологии. Здесь лежит сфера пересечения таких наук как экология, эволюционное учение (так как процесс эволюции, по сути, представляет собой процесс появления эффективных адапатций), физиология (физиологические механизмы адаптаций) и проч.
Различают три основных пути адаптации к неблагоприятным условиям среды:
активный - активная перестройка функций организма (например, возникновение теплокровности, а по-научному - гомойотермности);
пассивный - пассивное подчинение функций организма изменениям внешней среды (например, холоднокровные, или пойкилотермные, животные);
избегание - избегание неблагоприятных условий (таксисы у растений, миграция у животных, выработка циклов развития у животных и растений).
экологический фактор группа выносливость
Свет
Практически единственным источником энергии для всех живых организмов является энергия солнца. Напрямую утилизировать солнечную энергию может только одна группа организмов - зеленые растения (об этом разговор пойдет в последующих уроках) и фотосинтезирующие организмы. Речь, разумеется, об уникальном явлении - фотосинтезе. Все остальные организмы, по сути, поглощают энергию солнца, преобразованную зелеными растениями в энергию химических связей.
Солнечная радиация, с физической точки зрения, представляет собой электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн. Экологические и биологические эффекты волн различной длины различны.
Ионизирующее излучение (длина волн меньше 150 нм). Естественный, а также техногенный радиоактивный фон. Биологическое действие осуществляется, прежде всего, на субклеточном уровне. Возможно повреждающее действие на генетический аппарат половых клеток (мутагенный эффект), соматических клеток (канцерогенный эффект).
Ультрафиолетовые лучи (150-400 нм). Наиболее коротковолновая (200-280 нм) часть спектра практически полностью поглощается озоновым экраном. УФ-лучи с длиной волны 280-320 нм обладают канцерогенным действием, однако механизм этого действия до конца неясен. Эти лучи также активируют некоторые микроорганизмы. Часть спектра от 300 нм (именно эти лучи, в основном, достигают поверхности Земли) оказывает на организмы, главным образом, химическое действие; активируют процессы клеточного синтеза; под воздействием этих лучей в организме синтезируется витамин D3, регулирующий обмен кальция и фосфора и нормальный рост организмов. Многие млекопитающие, выводящие детенышей в норах, регулярно выносят их на освещенные солнцем места вблизи норы (например, лисицы, барсуки). Основная роль этого поведения, как считают, нормализация синтеза витамина D, регуляция продукции меланина (черного пигмента). В то же время избыток УФ-лучей играет отрицательную роль.
Гигантское значение играет видимый свет. Помимо химического (в верхней, сине-фиолетовой, части спектра) и теплового (в нижней, красно-желтой, части спектра) действия, видимый свет имеет сигнальное значение. Ориентация многих животных в пространстве, сигнализация между животными (благодаря зрению), синхронизация ритмов жизни растений с сезонной динамикой (благодаря изменению продолжительности светого дня) невозможны без видимого света.
Здесь нужно сделать краткое отступление. Среди множества классификаций экологических факторов, существует интересная классификация, различающая витальные (энергетические) и сигнальные экологические факторы. Первые оказывают непосредственное воздействие на жизнедеятельность организмов, меняют их энергетическое состояние. Примеры таких факторов: температура, хищничество и другие. Факторы второй группы (сигнальные) несут информацию об изменении характеристик среды, вызывают изменение в поведении, жизненной стратегии организмов и т.д. Примеры таких факторов: феромоны, продолжительность светового дня. При этом СВЕТ является примером экологического фактора, обладающего как витальным, так и сигнальным действием. С одной стороны, он служит главным источником энергии для фотосинтеза растений, а с другой - он играет важную роль в осуществлении биологических ритмов разной продолжительности.
По отношению к свету выделяют следующие экологические группы растений:
гелиофиты (светолюбивые);
сциофиты (тенелюбивые);
теневыносливые (факультативные гелиофиты).
Гелиофиты. Световые растения. Обитатели открытых мест обитания: лугов, степей, верхних ярусов лесов, ранневесенние растения, многие культурные растения.
Характеризуются следующими признаками:
мелкие размеры листьев; встречается сезонный диморфизм: весной лестья мелкие, летом - крупнее;
листья располагаются под большим углом, иногда почти вертикально;
листовая пластинка блестящая или густо опушенная;
образуют разряженные насаждения.
Сциофиты. Не выносят сильного света. Места обитания: нижние затемненные ярусы; обитатели глубоких слоев водоемов. Прежде всего, это растения, растущие под пологом леса (кислица, костынь, сныть).
Характеризуются следующими признаками:
листья крупные, нежные;
листья темно-зеленого цвета;
листья подвижные;
характерна так называемая листовая мозаика (то есть особое расположение листьев, при котором листья макимально не заслоняют друг друга).
Теневыносливые. Занимают промежуточное положение. Часто хорошо развиваются в условиях нормального освещения, но могут при этом переносить и затемнение. По своим признакам занимают промежуточное положение.
Тепло
Температура, в отличие от света, является исключительно витальным (энергетическим) фактором. У растений и животных (особенно холоднокровных животных) повышение температуры тела вызывает ускорение всех биохимических и физиологических процессов. Так, при повышении температуры сокращается время, необходимое для прохождение отдельных стадий развития. Наример, для развития гусениц бабочки-капустницы от яйца до куколки при температуре 10 С требуется 100 суток, а при 26 С - только 10 суток.
Зависимость скорости развития от температуры описывается S-образной кривой:
Точка а, в которой кривая v=f (t) пересекает шкалу температур (то есть ось OX), называется порогом развития. При температуре ниже данной развитие не происходит.
Так называемая сумма активных температур, то есть сумма температур, которые необходимо набрать для завершения цикла развития, используется в сельском хозяйстве. Описывается сумма активных температур Stэфф так:
Stэфф = y* (t-a).
y - это время развития, t - температура, при которой происходит развитие. Stэфф - постоянная (конечно, в статистическом смысле - индивидуальные различия, безусловно, есть) величина для данного вида. Найденная закономерность (а математики, наверно, уже успели привести предыдущую зависимость к виду y=S/ (t-a)) находит практическое применение. Зная длительность развития при различных температурах, можно вычислить сумму активных температур. Обычно сумма активных температур для сельскохозяйственных растений уже известна; на основании ее значения и конкретных температур делается фенологический прогноз, определяется возможность акклиматизации данного вида, необходимость и длительность выращивания в закрытом грунте (теплицах).
Температура также воздействует и на течение других физиологических процессов (количество потребляемой пищи, поведение, плодовитость и так далее). Температурный режим, связанный с географической широтой и другими факторами, определяет границы распространения видов.
Пределы выносливости организмов. +70. + 90 oС выносят водоросли горячих источников. Некоторые бактерии способны развиваться в кратерах вулканов. Сухие семена переносят температуры, близкие к абсолютному нулю. Некоторые древесные растения могут переносить температуры - 60. - 70 oС. В полярных льдах есть виды водорослей, которые существуют в очень узких температурных пределах - около 0 oС.
Тепло для растений может выступать формообразующим фактором. Так, при недостатке тепла у высокогорных видов возникает форма "подушки", внутри которой создается более теплый микроклимат; у обитателей тундры возникают стелящиеся, или шпалерные, и карликовые формы.
По отношению к теплу выделяют следующие экологические группы:
Эвритермные и стенотермные организмы (см. предыдущий урок)
Термофилы и криофилы (теплолюбивые и холодолюбивые)
По степени адаптации к условиям дефицита тепла различают нехолодостойкие (гибнут при температуре замерзания воды из-за инактивации ферментов), неморозостойкие (гибнут, если в клетках начинают образовываться кристаллики льда; поэтому основной адаптацией является накопление сахаров и других веществ при понижении температуры), морозостойкие (например, переохлажденное состояние холодноводных рыб поддерживается накоплением в жидкостях тела так называемых биологических антифризов - гликопротеидов, понижающих точку замерзания).
По степени адаптации к повышенным температурам выделяют нежаростойкие виды (повреждаются при t=30.40 oC); жаровынослиые (выносят +50. + 60 oС); жароустойчивые (это, преждевсего, термофильные бактерии, некоторые виды сине-зеленых ворослей).
Среда обитания и жизнедеятельности человека
В жизненном цикле человек и окружающая его среда обитания образуют постоянно действующую систему "человек - среда обитания".
Среда обитания - окружающая человека среда, обусловленная в данный момент совокупностью факторов (физических, химических, биологических, социальных), способных оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное воздействие на деятельность человека, его здоровье и потомство.
Действуя в этой системе, человек непрерывно решает, как минимум, две основные задачи:
- обеспечивает свои потребности в пище, воде и воздухе;
- создает и использует защиту от негативных воздействий, как со стороны среды обитания, так и себе подобных.
Негативные воздействия, присущие среде обитания, существуют столько, сколько существует Мир. Источниками естественных негативных воздействий являются стихийные явления в биосфере: изменения климата, грозы, землетрясения и т.п.
Постоянная борьба за свое существование вынуждала человека находить и совершенствовать средства защиты от естественных негативных воздействий среды обитания. К сожалению, появление жилища, применение огня и других средств защиты, совершенствование способов получения пищи - все это не только защищало человека от естественных негативных воздействий, но и влияло на среду обитания.
На протяжении многих веков среда обитания человека медленно изменяла свой облик и, как следствие, мало менялись виды и уровни негативных воздействий. Так продолжалось до середины XIX в. - начала активного роста воздействия человека на среду обитания. В XX в, на Земле возникли зоны повышенного загрязнения биосферы, что привело к частичной, а в ряду случаев и к полной региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали:
- высокие темпы роста численности населения на Земле (демографический взрыв) и его урбанизация;
- рост потребления и концентрация энергетических ресурсов;
- интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства;
- массовое использование средств транспорта;
- рост затрат на военные цели и ряд других процессов.
Адаптация человека к условиям окружающей среды
Географическая вариабельность черт строения тела и физиологических признаков в популяциях человека чрезвычайно велика. Это качество человеческого вида (Homo sapiens) сформировалась в результате его длительной истории, связанной с освоением мирового пространства суши, но в его основе лежит высокая пластичность морфофизиологических черт, присущая этому виду. Характер географического распределения особенностей строения тела, а также некоторых типов обмена веществ - основного, белкового, жирового, минерального, подчиняется экологическим факторам. Энергетические процессы, о которых помимо основного, белкового и жирового (липидного) показателей обмена, свидетельствуют масса, пропорции и поверхность тела, зависят от температурного фактора среды, минеральный обмен - от геохимического.
Питание как экологический фактор, воздействующий на обмен веществ и строение тела человека, во многих отношениях определяется географическими причинами, поэтому нет основания противопоставлять влияние на организм температурного режима, геохимической ситуации или питания. Как нет основания и для противопоставления роли среды и наследственности в формировании приспособления к той или иной экологической нише. Есть много доказательств наследственной обусловленности типа обмена веществ и строения тела. В тоже время мы наблюдаем географические вариации этих признаков и делаем заключение о воздействии среды на их формирование. По всей вероятности этот процесс можно представить следующим образом: в определенной среде преимущество получают те морфофизиологические комбинации, генотип которых наиболее адекватен географической среде обитания.
Весоростовой показатель Рорера, который отражает соотношение веса и длины тела, это показатель плотности тела, в значительной мере характеризующий энергетику организма. (Формула индекса Рорера: R=P: L3, где P-вес тела, L-длина тела.) Поверхность тела - признак, характеризующий уровень теплоотдачи и испаряемости. Относительная поверхность тела (поверхность тела, рассчитанная на кг веса) в тропиках выше, чем во внетропических широтах.
Пропорции тела (отношение длины ноги к длине тела или к длине туловища). По направлению к тропической зоне возрастает долихоморфия (удлиненные пропорции: длинные ноги, укороченное туловище).
Основной обмен. Как правило, в полевых условиях он вычисляется на основании веса и длины тела, а также температура окружающего воздуха. Это генерализованный показатель обменных процессов в организме, свидетельствующий об уровне его энергетики. По направлению от северных районов к экваториальным его величина снижается. По данным изучения поглощения кислорода в лабораторных условиях, уровень основного обмена у коренных жителей Арктики выше, чем у тропических аборигенов.
Липиды сыворотки крови. Холестерин. Наблюдается понижение уровня холестерина по направлению с севера на юг. Известно, что содержание холестерина в сыворотке крови имеет положительную связь с количеством белков и жиров в рационе питания и отрицательную - с количеством углеводов. Понижение уровня холестерина к югу коррелирует с диетой тропических популяций, бедной белками и жирами, что как будто бы подтверждает определяющую роль питания в концентрации липилов в сыворотке крови. В то же время имеются убедительные данные о наследственной природе этого признака.
Белки сыворотки крови. Из сывороточных белков (протеинов) наиболее четкую картину географической изменчивости показывают гамма глобулины и альбумины. Первые ответственные за иммунитет, вторые несут в основном строительную функцию. Уровень гамма глобулинов повышается по направлению к югу, уровень альбуминов, напротив, понижается. Большинство авторов склонны объяснять пониженное содержание альбуминов в сыворотке крови белковой недостаточности в питании, а повышение содержания гамма глобулинов - воздействием малярийных паразитов и других патогенных организмов. Однако, наряду с этим, существуют указания и на наследственную природу белков в организме.
Минеральное содержание костной ткани. Зонального характера географического распределения, как вышеназванные признаки, этот признак не имеет. Он связан с содержанием макро - и микроэлементов в среде обитания, а оно чрезвычайно дисперсно. Наиболее высокий уровень минерализации у жителей районов с оптимальным соотношением костеобразующих минеральных веществ, например в Черноземе. В зонах с недостатком жизненно важных минеральных веществ или с их дисбалансом возможны патологические нарушения ростовых процессов или уровня минерализации организма (Забайкалье, Таджикистан).
Относительно уровня минерализации скелета у населения мира данных немного. В основном это материалы из экспедиций отечественных антропологов в различные экологические ниши бывшего Советского Союза, Индии и Монголии. Несмотря на весьма значительную зависимость минерального содержания скелета от геохимических факторов среды, нельзя отрицать и наследственной компоненты, определяющей его уровень в скелете. Метаболизм минеральных веществ, как и любой другой, имеет наследственную природу.
Подводя итог закономерностям географической изменчивости черт строения тела и показателей состояния внутренней среды организма, проявляющейся в том или ином типе обмена веществ, приходим к выводу о том, что организм человека испытывает на себе воздействие географических условий обитания. Это воздействие может быть описано климатическими правилами, полученными для животных. Согласно им более массивные и коротконогие варианты сосредоточены на севере, более длинноногие, с меньшей массой тела - на юге (правила Аллена и Бергмана); большая относительная поверхность тела характерна для обитателей тропической зоны, меньшая - арктической (правило Глогера).
Неоднократно отмечалось влияние патогенных организмов на человека и биохимическое приспособление к их воздействию, проявляющееся в разной концентрации тех или иных групп крови и других генетических признаков в различных географических регионах.
Исследованиями отечественных авторов показано территориальное совпадение размеров скелета с содержанием макро - и микроэлементов в почвах. В зонах с высоким содержанием костеобразующих минералов, особенно таких как фосфор и кальций, рост людей выше, череп более узкий и длинный, а лицо более узкое. В зонах с низким содержанием или нарушением баланса минеральных веществ, напротив, ниже рост, шире и короче голова, шире лицо.
Адаптивный тип - это норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, проявляющаяся в развитии морфофункциональных, биохимических и иммунологических признаков, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания.
В комплексы признаков адаптивных типов из разных географических зон входят общие и специфические элементы. К первым относят, например, показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови человека. Такие элементы повышают общую сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические элементы отличаются разнообразием и тесно связаны с преобладающими условиями в данном месте обитания - гипоксией, жарким или холодным климатом. Именно их сочетание служит основанием к выделению адаптивных типов: арктического, тропического, зоны умеренного климата, высокогорного, пустынь и др.
Понятие адаптации Мы примерно поняли, что взаимодействие в системе "организм-среда", на самом деле, выстраивается во вполне последовательную схему: изменение экзогенных факторов среды - > приспособление к новым условиям - > экологическая изменчивость. Основным звеном взаимодействия в этой схеме является процесс приспособления.
К сожалению, приспособление, или адаптация (от лат. adaptatio - прилаживание, приспособление) - понятие, имеющее в науке несколько разные оттенки:
во-первых, под адаптацией часто подразумевается сам процесс, в ходе которого организм приспосабливается к условиям окружающей среды, изменяя свое строение и функции (адаптация = процесс приспособления);
второе значение термина отражает степень соответствия между организмом и средой. Здесь адаптация рассматривается как "оценка" достигнутого в данный момент результата приспособления, протекающего в конкретном местообитании (биотопе) и в соответствующем сообществе (биоценозе) (адаптация = результат приспособления).
Об этих терминологических значениях важно помнить, изучая литературу или проводя исследования. Они же могут привести нас к ряду выводов.
Первый из них состоит в том, что адаптивный эффект достигается посредством изменения целого ряда характеристик: биохимических, физиологических, морфологических и поведенческих.
Так, к высокой температуре среды человек может приспособиться при помощи следующих реакций:
а) уменьшения вязкости крови (биохимические изменения);
повышения вентиляции легких или потоотделения (изменения физиологические);
б) увеличения относительной поверхности тела или его частей (т.е. морфологическая адаптация);
Кроме того, можно постоянно находиться в тени, сидеть в воде, снизить свою двигательную активность и т.п. (адаптация путем непосредственных поведенческих реакций). Наконец, еще есть такая штука, как вентилятор, кондиционер и т.п.
Все эти разнородные варианты в равной степени могут выступать как приспособительные по отношению к конкретному ведущему фактору среды. Адаптация в таком случае может рассматриваться как стратегия выживания, направленная на решение новых "задач", которые ставит перед организмом среда (адаптация = стратегия выживания).
Если говорить только о сфере биологии, то возникает еще два вывода:
1. приспособление может быть генетически детерминированным явлением, возникающим в ходе естественного отбора по данному ведущему фактору - в результате избирательной смертности одни генотипы (менее приспособленные к данному фактору) элиминируются, другие, напротив, имеют больше шансов закрепиться в популяции. В таком виде явление адаптации обусловлено генетически и представляет собой длительный исторический процесс, затрагивающий ряд поколений;
2. приспособление может быть результатом непосредственной фенотипической или поведенческой реакцией, возникающей в ответ на тот же фактор в течение короткого времени (например, в течение жизни).
В первом случае имеет место генотипическая адаптация, связанная с "направленным" изменением генных частот в популяции - по сути, экологическое проявление естественного отбора (адаптация " отбор).
Во втором случае, когда речь идет о быстрых изменениях биологических свойств, мы имеем дело с адаптацией на уровне фенотипа. Это индивидуальные обратимые или необратимые фенотипические изменения, никак не затрагивающие частоту генов, связанных с развитием данного адаптивного признака (тем не менее, к изменению общего популяционного генофонда и эта адаптация имеет самое прямое отношение).
Все мы регулярно, что называется "на собственной шкуре", испытываем такие быстрые или "краткосрочные" фенотипические изменения. Так, большая часть нашей возрастной и конституциональной изменчивости под определенным углом зрения представляет собой не что иное, как пример адаптации на уровне фенотипа. Конечно, можно привести и другие случаи, например - явления акклиматизации и физиологического стресса.
Физиологические механизмы приспособления к среде. Адаптивные типы и среда
Происхождение адаптивных типов. Человечество возникло в тропической зоне Африки, и следует полагать, что поэтому наиболее древним и исходным для остальных экологических типов человека является тропический тип. Об этом свидетельствует и наибольший полиморфизм морфофункциональных признаков человека в рамках этого типа на территории Центральной и Северо-Восточной Африки. В связи с этим уместно обратиться к учению Н.И. Вавилова о центрах происхождения и многообразия культурных растений, в соответствии с которым именно в зонах первоначального вовлечения биологических видов в социальную среду наблюдается наиболее выраженный наследственный полиморфизм местных популяций по большому количеству признаков.
Об этом свидетельствует и то, что именно в тропической Африке в непосредственной близости друг от друга, т.е. под действием сходных экологических факторов, обитают наиболее низкорослые и наиболее высокорослые племена, например пигмеи, готтентоты и бушмены, с одной стороны, и массаи - с другой. Пределы изменчивости африканских популяций, например, по росту и массе тела таковы, что в них укладываются все известные на Земле человеческие популяции. Основные же черты тропического типа в Африке, отмеченные выше, остаются неизменными. Они же характеризуют монголоидные популяции Индокитая, Малайского архипелага и некоторые группы индейских племен зоны влажных тропических лесов Центральной и Южной Америки.
Это указывает на то, что тропический адаптивный тип развивается в результате асинхронного параллелизма в эволюции человека, причем вначале на африканском континенте, а потом и в других областях. Отсюда следует и еще один вывод: адаптивный тип формируется на фоне расогенеза и вне зависимости от него. В процессе адаптогенеза в популяциях человека можно проследить и проявление закона гомологических рядов. Это выражается, например, в том, что в бассейне Меконга в Индокитае и на острове Суматра имеются пигмеоидные популяции, по антропометрическим признакам соответствующие африканским пигмеям.
Экологический тип умеренного пояса сформировался на базе исходного генетического и фенотипического полиморфизма тропического типа при расселении популяций человека в умеренных зонах Евразии и позже - Северной Америки. Он оформился в рамках двух больших рас: европеоидной и монголоидной.
При заселении человеком арктической зоны в Евразии и Северной Америке произошло формирование арктического типа. Независимо от него среди индейцев Южной Патагонии и Огненной Земли в приантарктической зоне Южной Америки возникли популяции индейцев, по основному комплексу признаков соответствующие арктическому типу. Это ещё одни убедительный пример параллелизма эволюции человеческих популяций и реализации закона гомологических рядов, а также доказательство вторичности адаптивных типов по отношению к большим расам человечества.
Формирование горного адаптивного типа иллюстрирует общие закономерности адаптогенеза, отмеченные выше. Этот тип также развился независимо от расовой и этнической принадлежности популяций - среди европеоидов Альп, Кавказа, Памира и Гималаев, а также в монголоидных популяциях Тибета, Тянь-Шаня и Анд. В связи с тем, что высокогорья заселились человеком в последнюю очередь, горный экологический тип является по происхождению самым молодым. Интересно, что несмотря на особенно выраженную расовую и этническую разнородность этого типа, комплекс основных признаков его является монолитным. Однако в отличие от других типов, вероятно, именно горный проявляется в основном только на фенотипическом уровне и не имеет наследственной природы. Об этом свидетельствует то, что количество эритроцитов в крови и объем грудной клетки людей, переселяющихся в условия высокогорья и обратно, могут меняться на протяжении жизни одного поколения.
Следовательно, адаптивные типы человека не только отражают его прошлое, но формируются и в настоящем, а разные типы имеют и разную по длительности историю.
В настоящее время пока еще на фенотипическом уровне идет формирование адаптивного типа человека городской среды, который характеризуется широкой лабильностью психических реакций, обеспечивающих способность переживать состояния постоянного стресса, и рядом морфофизиологических особенностей, оптимальных для жизни в специфических условиях города.
Формирование экологических типов человека в значительной степени обеспечило всесветное расселение людей. Меняющаяся среда обитания под действием антропогенных факторов ставит перед популяциями человека новые задачи, решаемые и сегодня за счет не только социальных, но и биологических адаптации.
Основные характеристики адаптивных типов. Итак, адаптивный тип - это норма реакции, независимо (конвергентно) возникающая в сходных условиях среды обитания, в популяциях, которые могут быть не связаны между собой генетически. Согласно этой гипотезе, достаточно четко выделяются несколько устойчивых комплексов биологических признаков.
1. Арктический адаптивный тип. Арктическим аборигенам присущи такие особенности, как высокая плотность сложения (телосложение массивное, мезоморфия, особенно в верхней части туловища, туловище удлиненное, а ноги относительно короткие), крупная цилиндрическая грудная клетка, объемная костномозговая полость длинных костей, при относительно небольшой толщине компакты. Повышена частота мускульного типа телосложения и увеличение толщины жировых складок, при крайней редкости астенических форм.
Характерен повышенный уровень жирового и белкового обмена (вместе с этим - холестерина крови, гамма-глобулинов и т.п.). Все это создает высокую теплопродукцию и низкую поверхность теплоотдачи, что может рассматриваться как приспособление к ведущему фактору среды - холодовому стрессу. Для ряда признаков получены весьма высокие и достоверные коэффициенты корреляции с холодовым индексом Бодмана (до 0,6-0,8 для таких признаков, как теплопродукция и тотальные размеры тела).
Для арктических популяций характерно ускорение процессов роста, развития и старения, но и жизненный цикл человека несколько укорочен.
В целом характерно снижение вариабельности антропологических признаков по сравнению с населением умеренной зоны.
2. Континентальный адаптивный тип. Для жителей континентальной зоны характерны укороченные пропорции тела, уплощенная грудная клетка, в среднем повышенное жироотложение и явное увеличение массы тела (все чаще встречаются грудной и брюшной конституциональные типы). Из физиологических признаков заметно понижение содержания минеральных веществ в скелете.
Близкие черты присущи и жителям таежной зоны, но они отличаются, прежде всего, миниатюрностью и мезоморфностью сложения. Вариабельность антропологических признаков несколько выше, чем у представителей предыдущего адаптивного типа.
3. Тропический адаптивный тип. Морфофункциональный комплекс обитателей тропических широт весьма специфичен: вытянутая форма тела, долихоморфия пропорций, большая поверхность тела. Хотя длина тела значительно варьирует (см. выше), относительная поверхность тела (а, по сути - поверхность испарения) в любом случае очень велика. Значительно увеличено количество потовых желез кожи и интенсивность потоотделения. Характерно некоторое понижение уровня обменных процессов, сокращение синтеза эндогенных жиров. Жители влажных тропических лесов отличаются небольшими размерами тела и некоторой деминерализацией скелета.
Все эти признаки могут рассматриваться как явные приспособления к условиям жаркого и влажного климата. Вместе с тем тропическая зона весьма неоднородна (в отдельных районах ведущее значение приобретают, например, факторы дефицита белка или распространения эндемичных заболеваний).
4. Аридный адаптивный тип. Многие черты тропического комплекса свойственны и населению тропических пустынь: отмечается тенденция к линейности телосложения (высокий процент астеноидных форм с уплощенной грудной клеткой), развитие мускульного и жирового компонента понижено. Снижены уровни основного обмена, холестерина крови, как правило, и минерализации скелета. Наряду с этим отмечается более эффективная сосудистая регуляция потери тепла в условиях резких суточных колебаний температуры окружающей среды. Население внетропических пустынь отличается несколько большей плотностью тела (крупные размеры и вес) - это уже знакомая нам реакция на более низкие температуры среды.
5. Высокогорный адаптивный тип. В условиях высокогорья, для которого характерен недостаток кислорода (гипоксия) и понижение 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 (ЖЕЛ). Характерно высокое содержание гемоглобина крови, увеличен периферический ток крови, отмечено большее число и величина капилляров.
Нетрудно убедиться в том, что эти особенности представляют собой приспособление к гипоксии, выступающей в сочетании с пониженной температурой среды.
В условиях высокогорья в целом менее интенсивно идут процессы роста и развития, позднее наступает старость, продолжительней жизненный цикл.
6. Адаптивный тип умеренной зоны. Население умеренной зоны, безусловно, не остается нейтральным по отношению к воздействию географической среды. По большинству морфологических и физиологических признаков оно занимает промежуточное положение между арктическими и тропическими группами. Но картина изменчивости весьма и весьма пестрая - оглянитесь вокруг, ведь мы с Вами как раз и живем в этой климатической области.
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 (табл.9.3).
Таблица. Географическое распределение населения Земли по климатическим регионам (по: Хрисанфова, Перевозчиков, 1999, с.337)
|
Тип климата |
Занимаемая площадь суши (%) |
Население (%) |
Средняя плотность населения (на 1 км2) |
|
|
Тропический влажный |
8.1 |
8.0 |
18.4 |
|
|
Саванна |
13.8 |
10.7 |
14.4 |
|
|
Степь |
15.6 |
6.7 |
7.9 |
|
|
Пустыня |
13.2 |
1.4 |
1.9 |
|
|
Умеренный (сухая зима) |
8.4 |
27.6 |
61.1 |
|
|
Умеренный (прохладный) |
6.5 |
20.7 |
60.3 |
|
|
Умеренный (холодная зима) |
2.0 |
4.4 |
41.1 |
|
|
Континентальный (холодная зима) |
18.1 |
14.5 |
15.0 |
|
|
Континентальный (сухая зима) |
5.4 |
5.7 |
18.8 |
|
|
Тундра, полярные области и т.п. |
8.9 |
0.3 |
-> 0.0 |
Таковы характеристики основных адаптивных типов. Их перечисление можно было бы продолжить, ведь мы убедились, что, по сути, в каждой экологической нише у коренного населения есть свои специфические приспособительные черты. Эти особенности формируются на протяжении жизни многих поколений людей и представляют результат длительной истории приспособления популяций человека к различным экологическим условиям.
То, что мы имеем дело с адаптацией, закрепленной на генотипическом уровне, подтверждается исследованиями процессов роста и развития в популяциях человека - типичные черты, присущие тому или иному адаптивному комплексу, начинают проявляться уже на самых ранних этапах онтогенеза.
Адаптация человека к пустынной (аридной) зоне
Аридная зона характеризуется сочетанием таких факторов, как высокая температура, малая относительная влажность воздуха, повышенные ультрафиолетовое и тепловое излучения, отсутствие воды, ветер с пылью. Подобные области встречаются в пустынях, которые имеют определенное климатическое разнообразие.
В жаркое время года в дневные часы условия пребывания в пустыне предъявляют к организму человека повышенные требования. Основным механизмом, поддерживающим тепловой баланс человека в пустыне, является испарение, осуществляемое путем прямой транспирации кожи, отдачей воды с дыханием и потоотделением. Эти функции определяют характер соответствующих физиологических изменений в организме.
Борясь с перегревом, человек теряет значительное количество воды с потом. Это ведет не только к обезвоживанию тканей, но и к их обессоливанию. В результате нарушается водно-солевой обмен, что создает реальную угрозу для организма. Ухудшается деятельность сердца и кровообращение. Ослабевают защитные силы организма. Тормозится секреторная деятельность желудочно-кишечного тракта. Нарушается углеводный и белковый обмен. Угнетаются функции центральной и периферической нервной системы.
"Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты - сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете" - так воспел воду Антуан де Сент-Экзюпери.
Критерием переносимости тепловой нагрузки служит температура тела. Критической температурой для организма человека считают 38,4-38,9°C.
Первой ступенью экзогенного нагревания тела человека является резкое повышение температуры кожи. Раздражение температурных рецепторов кожи и повышение температуры циркулирующей крови приводит к активации центральных терморегулирующих структур, находящихся в гипоталамусе. Гипоталамические терморегуляционные центры регулируют общее теплосодержание несколькими путями, преимущественно через симпатические влияния на потовые железы, периферические артериолы и на мозговое вещество надпочечников. Влияние это оказывается также на переднюю долю гипофиза, через который регулируется деятельность эндокринной системы.
При температуре воздуха +33°C поддержание теплового баланса у человека осуществляется фактически лишь испарением пота. Роль пота в охлаждении организма велика, поскольку вода обладает большой скрытой теплотой испарения. Каждый испарившийся грамм уносит 580 кал тепла. Организм человека содержит от двух до пяти миллионов потовых желез. При возрастании тепловой нагрузки в работу включаются все новые и новые группы желез, усиливается их активность. Однако по мере траты запасов жидкости в организме потоотделение замедляется.
Изучение структуры дегидратации показало, что при потере массы тела при потоотделении от 4,0 до 4,5 % обезвоживание происходило за счет внесосудистой, экстрацелюллярной жидкости; при дефиците от 4,5 до 6,0 % - сократился объем циркулирующей плазмы. В дальнейшем при потере массы тела до 8,0-10,0 % уменьшалось количество внутриклеточной воды. Адаптации человека к обезвоживанию не выявлено.
Сигналом того, что организм нуждается в воде, является чувство жажды. Существует несколько гипотез ее возникновения.
В соответствии с одной из них датчики-осморецепторы, находящиеся во внутренних органах, сигнализируют о повышении осмотического давления в головной мозг, где и формируется чувство жажды.
По другой гипотезе, жажда появляется при подсыхании слизистой оболочки рта и глотки.
Третья гипотеза предполагает, что обезвоживание тканей вызывает выделение гормона ангиотензина-11, раздражающего рецепторы, расположенные в подбугорной области головного мозга, которые вызывают жажду.
Тепловая нагрузка приводит к увеличению вязкости крови, повышению содержания гемоглобина и количества эритроцитов. Происходит дегрануляция базофильных лейкоцитов и тучных клеток. В результате в кровь секретируются гепарин, гистамин и другие биологически активные вещества.
Воздействие тепла вызывает расширение сосудов кожи и подкожной клетчатки, причем с повышением температуры крови на каждую 0,01°C периферическое кровообращение возрастает на 15 мл/мин. При этом объем циркулирующей крови начинает снижаться, чему способствует также некоторое сгущение крови, вызываемое дегидратацией организма. Эти процессы могут вызвать замедление скорости кровотока, уменьшение ударного объема сердца.
Чтобы удержать минутный объем крови и артериальное давление на уровне, близком к нормальному, сердце вынуждено сокращаться чаще. Учащение пульса связано также с изменением функционального состояния экстракардиальных центров вегетативной нервной системы под влиянием импульсов с периферических терморецепторов и в результате прямого воздействия нагретой крови на эти центры.
В тесной связи с изменениями водного обмена находятся нарушения электролитного равновесия, вызванные значительными потерями электролитов с потом. В условиях пустыни, когда потоотделение от воздействия жары увеличивается до 10 л в сутки, организм теряет с потом 20-40 г солей. В результате в тканях может возникнуть дефицит электролитов - натрия и калия, что повлечет за собой серьезные расстройства функций многих органов и систем. Эти нарушения остаются даже тогда, когда устранена дегидратация организма.
Стараясь предотвратить обессоливание, и в первую очередь потери натрия, организм пускает в ход защитные механизмы. Так, например, содержание в поте хлористого натрия снижается с 0,2-0,4 % до 0,1-0,15 %. Уменьшается количество натрия, выделяемого с мочой. Это происходит в результате снижения мочеотделения, которое способствует сохранению воды в тканях и направлено на уменьшение солей, выводимых с мочой. В механизме развития тепловой олигурии большую роль играет симпатическое возбуждение, которое вызывает сужение почечных сосудов и, как следствие, уменьшение почечного кровотока и скорости клубочковой фильтрации. В результате выделительная функция почек снижается. Этому же способствует и повышенная секреция гормонов - вазопрессина и альдостерона.
Серьезными последствиями грозит обеднение организма калием. Этому процессу предшествует усиленный распад белков, вызываемый перегревом организма, а механизмы удержания калия маломощны. При уменьшении его содержания в плазме до 1,55 ммоль/л (норма 41-47 ммоль/л) снижается кровяное давление, нарушается энергообеспечение мышечной деятельности, появляется аритмия. Наблюдаются выраженные изменения кардиограммы: удлиняются интервалы Р - Q, Q - Т, увеличивается зубец Р, уменьшается и уплощается зубец Т, появляется зубец V. Эти показатели свидетельствуют о серьезных нарушениях деятельности сердца. Дефицит калия снижает и тепловую устойчивость.
При высокой температуре окружающей среды легочная вентиляция увеличивается преимущественно за счет глубины дыхания. Гипервентиляция способствует вымыванию угольной кислоты и сдвигу рН крови в щелочную сторону. Способность крови связывать СО2 снижается под влиянием роста ее температуры. Таким образом, гипокапния и дыхательный алкалоз - характерные признаки и перегревания организма человека.
Повышение температуры тела ведет к угнетению секреторной, всасывательной и моторной функций органов пищеварения, к ухудшению аппетита.
В литературе имеются многочисленные данные о снижении основного обмена при адаптации человека к аридной зоне. Это связывают с некоторой гипофункцией щитовидной железы при длительном воздействии тепла.
Тепловая нагрузка, активируя симпатоадреналовую и гипофизарно-адренокортикальную системы, стимулирует секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников и глюкокортикоидов их корой. Под влиянием этих гормонов усиливается образование глюкозы в печени в ходе гликолиза.
Поскольку щитовидная железа и надпочечники регулируют интенсивность метаболизма, они играют большую роль в приспособлении человека к высоким температурам пустыни.
Патологические реакции. К патологическим реакциям организма в аридной зоне можно отнести солнечный удар, тепловой удар и пустынную болезнь.
Солнечный удар - внезапно наступающее состояние, зависящее от глубокого перегревания непокрытой головы. В легких случаях наступает общая слабость, покраснение лица, головокружение, потемнение в глазах, обморочное состояние; возможны головная боль, тошнота, рвота, понос. Частота пульса и дыхания может оставаться без резких изменений, иногда отмечается небольшое повышение температуры тела. При охлаждении больного или прекращении перегревания болезненное состояние обычно заканчивается относительно быстрым выздоровлением. В тяжелых случаях возможны резкое нервное возбуждение, галлюцинации, бред, судороги эпилептоидного типа, одышка, учащение пульса, повышение, а затем падение артериального давления, коллапс, отек мозга и его оболочек, точечные кровоизлияния.
Тепловой удар - быстроразвивающееся состояние с той же симптоматикой, что и солнечный удар, но с более выраженными общими явлениями нарушения теплорегуляции и ослабления сердечно-сосудистой деятельности. Возможно повышение температуры тела до 40-41°C и выше. Кожа бледная, сухая, тоны сердца глухие, пульс замедлен или учащен на 10-120 уд. /мин. В отдельных случаях гипертермия развивается через некоторое время после воздействия или принимает затяжное, хроническое течение. Перегревание средней и тяжелой степени обычно сопровождается последействием. Повторяющиеся и длительные влияния перегревающих факторов способны вызвать невротические реакции, ваготонию, диэнцефальные кризы, гипотонию, миокардиодистрофию, нарушение функций желудка, почек, менструального цикла и пр.
Пустынная болезнь - собирательное понятие, включающее нервно-психическое напряжение, состояние тоски и страха перед опасностью, реакцию стресса и, самое главное, сочетание перегревания с обезвоживанием организма. В этих случаях симптомы перегревания дополняются или начинаются с синдрома дегидратационного истощения. В этом случае, кроме жажды и сухости во рту, появляются чувство недомогания, беспокойство или сонливость, желание сесть или лечь, мышечное утомление, повышение температуры тела, учащение пульса, покалывание в мышцах конечностей, одышка, потеря аппетита. В случаях небольшого перегревания теплорегуляция сохраняется. После приема жидкости у здоровых людей наступает восстановление водяного обмена через 6-12 ч. В случаях значительного солнечно-теплового перегревания процесс восстановления затягивается.
Морфофизиологические особенности коренного населения аридной зоны. Коренное население аридной зоны, несмотря на различную расовую принадлежность, характеризуется комплексом общих морфологических и физиологических черт, способствующих облегчению процессов теплообмена.
К типичным морфологическим особенностям можно отнести большой процент астенического типа телосложения, возросшую относительную поверхность тела, увеличенные размеры скелета, уплощенную грудную клетку, сравнительно слабое развитие подкожного жирового слоя и мускулатуры, низкий уровень минерализации скелета.
Из физиологических признаков обращают на себя внимание понижение метаболической активности и увеличение удельной поверхности испаряемости. Отмечено повышение содержания гемоглобина, снижение артериального давления, увеличение пульса и частоты дыхания, понижение окислительных процессов.
Более эффективная сосудодвигательная нервная регуляция потери тепла в условиях резких температурных колебаний в течение суток также считается приспособительной чертой аборигенов.
Заключение
Человечество, заселившее уже около 15 тыс. лет назад все более или менее благоприятные для жизни природно-географические зоны, встретилось с необходимостью адаптироваться к самым разнообразным условиям существования. Адаптации человека к среде, как уже указывалось, проявляются в основном на социальном уровне, однако человечество на ранних этапах эволюции подвергалось непосредственному действию биотических и абиотических экологических факторов в значительно большей степени по сравнению с современной эрой научно-технического прогресса. Комплексы таких факторов имели разнонаправленное действие на человеческие популяции. В результате в разных климато-географических зонах сформировались разнообразные адаптивные типы людей.
Список литературы
1. Алексеева Т.И. Адаптация человека в различных экологических нишах земли. М., 1998.
2. Харрисон Дж., Уайнер Дж., Тэннер Дж., Барникот Н., Рейнолдс В. Биология человека. М., 1979.
3. Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. М., 1999.
4. Алексеева Т.И. Адаптивные процессы в популяциях человека. М., 1986.
5. Волович В.Г. Человек в экстремальных условиях природной среды. М., 1983.
6. Алексеева Т.И. Географическая среда и биология человека. М., 1977.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Водная и наземно-воздушная среды жизни. Почва как среда жизни. Роль эдафических факторов в распределении растений и животных. Живые организмы как среда обитания. Адаптация животных к водной среде. Экологическая пластичность организмов водной среды.
курсовая работа [48,2 K], добавлен 11.07.2015Условия обитания организмов воздушной и водной среды. Организм как среда обитания. Водная, наземно-воздушная среда обитания. Экологические факторы в наземно-воздушной среде, их отличие от других среда обитания. Основные формы симбиотических отношений.
презентация [3,5 M], добавлен 11.06.2010Факторы среды, действия на живые организмы и экосистемы. Взаимодействие системы "среда-организм". Механизмы адаптации к окружающей среде. Здоровье как категория экологии человека. Влияние неблагоприятных экологических факторов на заболеваемость человека.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.02.2016Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним организмов. Условия обитания организмов воздушной и водной среды. Понятие и классификация экологических факторов, законы их действия (закон оптимума, минимума, взаимозаменяемости факторов).
презентация [6,8 M], добавлен 06.06.2017Понятие "плодородие почв". Представители мегафауны, внешний облик и анатомические особенности. Почва как среда жизни. Адаптации организмов к условиям среды. Особенность почвы как среды обитания. Бактерии, водоросли, грибки и одноклеточные организмы.
доклад [513,4 K], добавлен 14.05.2014Окружающая среда - среда обитания и деятельности человечества, окружающий материальный мир. Рациональное использование природных ресурсов. Развитие хозяйственной деятельности человека и усиление воздействия на биосферу. Канцерогенные вещества в природе.
контрольная работа [41,7 K], добавлен 19.12.2010Среды обитания и экологические факторы. Воздушная и водная среды, растение и тяжелые металлы. Адаптация растений к загрязнению атмосферы. Биотические и абиотические факторы. Влияние температуры и света на растение. Влияние растений на окружающую среду.
реферат [3,5 M], добавлен 19.06.2010Окружающая среда, ее состав и структура. Среда человека и ее элементы как субъекты экологических отношений. Взаимодействие человека и общества с окружающей средой. Проблема урбанизации планеты, ее роль в возрастании антропогенного воздействия на природу.
контрольная работа [311,2 K], добавлен 07.07.2014Функции природы по отношению к человеку и обществу. Причины кризисного состояния окружающей среды и роль законодательства в регулировании экологических отношений. Государственный статистический учет в сфере природопользования и охраны окружающей среды.
контрольная работа [89,6 K], добавлен 11.01.2009Изучение законов лимитирующих факторов и минимума Ю. Либиха. Исследование сложных ситуаций во взаимоотношениях организмов и среды их обитания. Генетические системы как регуляторы процессов адаптации и видообразования (к системной теории микроэволюции).
курсовая работа [931,6 K], добавлен 03.11.2015Окружающая человека среда. Внешняя и внутренняя среда обитания человека. Заболевания, связанные с особенностями химического состава питьевой воды, почвы и пищевых продуктов. Источники загрязнения воздуха в квартире. Факторы загрязнения воздуха.
презентация [2,9 M], добавлен 26.12.2016Анализ глобальных экологических проблем современного мира, их главные причины и предпосылки, место и значение человека в их распространении. Статистические данные в области экологии и здоровья людей. Пути и средства адаптации человека к окружающей среде.
контрольная работа [30,9 K], добавлен 25.09.2010Понятие и элементы экономического механизма охраны окружающей среды, плата за природопользование. Роль экологических фондов в экономическом механизме охраны окружающей среды. Использование административных методов управления для охраны окружающей среды.
реферат [23,9 K], добавлен 26.01.2010Понятие естественной и искусственной среды обитания как совокупности абиотических, биотических условий. Проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Техногенные факторы, закон о неустранимости отходов. Основные потоки естественной среды обитания.
реферат [747,2 K], добавлен 27.05.2014Охрана окружающей среды и общественное движение за мир. Основные среды жизни живых организмов и их характеристика. Биосферные функции стратосферного озона. Значение леса в природе и жизни человека. Водоохранные зоны и их роль в охране окружающей среды.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 14.07.2009Глобальная экология как самостоятельная сфера экологического познания. Значение развития охраны природы для жизни человека и других организмов. Сущность и специфика основных экологических проблем. Роль окружающей среды для обеспечения здоровой жизни.
реферат [17,5 K], добавлен 01.03.2010Ознакомление с различными средами обитания организмов. Характеристика влияния различных факторов на организм. Экологические факторы как отдельные элементы среды обитания организма, взаимодействующие с ним. Причины возникновения приспособленности к средам.
презентация [1,1 M], добавлен 15.09.2014Влияние экологических и биотических факторов на среду обитания. Закон лимитирующего фактора. Шумовое и электромагнитное воздействие на организмы. Мероприятия по складированию и утилизации отработанных ртутьсодержащих ламп. Источники загрязнения воздуха.
контрольная работа [757,5 K], добавлен 18.04.2016Классификация и формы загрязнения окружающей среды. Состояние здоровья населения, уменьшение его здорового числа. Факторы, влияющие на здоровье и продолжительность жизни. Медико-санитарное обеспечение безопасности человека. Решение экологических проблем.
реферат [39,6 K], добавлен 10.12.2011Жизнедеятельность организмов. Непосредственная среда жизнедеятельности человека. Сущность и структура природопользования. Суть проблемы оптимизации природной среды. Основания природопользования. Природные ресурсы и ущерб от загрязнения природной среды.
дипломная работа [40,3 K], добавлен 16.10.2008
