Среда обитания и экологические факторы. Понятие об экологической толерантности организмов. Среда как сложный комплекс абиотических, биотических и антропогенных факторов
Биотические факторы
К биотическим факторам относятся воздействия живых организмов друг на друга. Популяции, населяющие один биотоп, взаимодействуют между собой. Эти взаимодействия могут быть межвидовыми и внутривидовыми. Межвидовые отношения могут быть полезными (+), вредными (-), нейтральными (0).
Среди этих взаимоотношений, прежде всего, выделяют два главных типа: антибиоз и симбиоз.
Антибиоз – предполагает невозможность сосуществования, когда один вид вызывает гибель другого. Примером служат взаимоотношения бактерий и ряда плесневых грибов, способных выделять антибиотики против бактерий.
Симбиоз –напротив,предполагает возможность совместного существованияорганизмов разных видов.
Мутуализм (+,+). Оба взаимосвязанных вида, воздействуя друг на друга, получают от этого определенные преимущества, и эта связь взаимовыгодная и обязательная для их сосуществования. Примером служит сожительство бактерии - кишечной палочки в кишечнике человека, при котором нормальное пищеварение и всасывание ряда витаминов в кишечнике человека возможно только при участии этих бактерий, а кишечная палочка находит там среду обитания и источник питания.
Протокооперация (+,+). Взаимоотношения взаимовыгодные, но они не являются обязательными. Пример: пчелы и цветковые растения.
Нейтрализм (0,0) – Две популяции никак не влияют друг на друга. Однако между ними могут иметь место косвенные связи. Например, жители одного леса: грызуны, землеройки, белки, дятлы, не соприкасающиеся друг с другом, тем не менее, все зависят от запаса семян деревьев, т.е. от одного пищевого ресурса.
Комменсализм (+,0). Один из видов (комменсал) получает выгоду, тогда как другой (хозяин) от этого взаимодействия не получает никакого влияния. Примером являются кишечные амебы, питающиеся в кишечнике человека не причиняя ему видимого вреда.
Синойкия (+, 0) (от греч. syn – вместе, oikos – дом) или квартирантство – сожительство, при котором один партнер использует другого только как жилище. Например, пресноводная рыбка горчак откладывает икринки в мантийную полость двустворчатых моллюсков. Икринки, защищенные раковиной моллюска, развиваются, не нанося вреда хозяину.
Конкуренция (-,-). Конкуренция может быть внутривидовой (более жесткой) и межвидовой. Она возникает, когда двум популяциям требуется один и тот же ресурс, имеющийся в недостатке. Поэтому присутствие каждой популяции отрицательно сказывается на другой. Конкуренцией в широком смысле слова называется любое взаимно отрицательное отношение между видами. Оно возникает в борьбе за пространство, пищу, свет, убежище и т.д.
Хищничество (+,-). Возникает если между видами наблюдаются только пищевые взаимоотношения, а пространственные отсутствуют. Популяция хищников уничтожает и потребляет членов популяции жертвы, но эволюционно выигрывают оба участника системы: хищники имеют корм, а популяция жертвы оздоравливается хищниками. Пример: лиса – мышь.
Паразитизм (+,-),имеет наибольшее значение для медицины. Эта форма межвидовых взаимоотношений, при которой один вид (паразит) использует другой (хозяина) как источник питания и среду обитания, нанося вред.
5. Влияние на организм абиотических факторов – температура, свет, влажность, шум, ионизирующее излучение, электромагнитные поля. Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии и хрономедицины.
Все экологические факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы
К абиотическим факторам относятся свет, температура, влажность, давление, химический состав и др.
Свет – это первичный источник энергии. Почти вся энергия поступает на Землю в виде солнечного излучения, состоящего из видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторное воздействие на организм. Благодаря вращению Земли вокруг своей оси (24 часа) и вокруг Солнца (365 дней) во всех живых организмах происходят ритмические процессы – фотопериодизмы. Вследствии адаптации к этим ритмам формируются соответствующие биологические ритмы живых организмов:
1. Суточный ритм (24 часа – фундаментальный ритм - чередование сна и бодрствования. Формирование суточных ритмов у новорожденных - режим дня, снижение ритмов в старости – бессонница), Примером фотопериодизма является изменение митотической активности клеток в зависимости от времени суток: у животных с дневным образом жизни – повышение ночью и наоборот.
2. Годовой ритм (365 дней – изменение репродуктивной способности у человека, повышение половой активности весной и летом, снижение – осенью и зимой).
3. Циклы солнечной активности (2. 3, 5, 11, 35 летние). Каждые 11 лет – появляются эпидемические заболевания.
Температура влияет на скорость физических и химических процессов, идущих в живых организмах. Большинство животных являются пойкилотермными, т.е. их температура зависит от температуры окружающей среды (хладнокровные). Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровные животные, млекопитающие – 36-37С, птицы – 40С).
К изменениям температуры организмы способны адаптироваться. Различают биохимические, физиологические, морфологические, поведенческие адаптации. К биохимическим относится перестройка процессов метаболизма, например накопление осенью в клетках растений углеводов, повышающих морозоустойчивость. К физиологическим относится способность к терморегуляции, т.е. регуляции теплоотдачи. Например, способность животных к потоотделению. К морфологическим относится изменение формы. Например, согласно правилу Бергмана при продвижении на север средние размеры тела теплокровных животных увеличиваются.
Биологические ритмы (биоритмы) свойственны всем уровням организации живой материи – от молекулярных и субклеточных структур до биосферы. Принято считать, что они имеют эндогенную природу, но вместе с тем тесно связаны с периодическими изменениями во внешней среде так называемыми датчиками времени (фото-, термо-, баропериодичность, колебания магнитного и электрического полей Земли и др.), взаимодействие биологических ритмов с периодически колеблющимися условиями внешней среды обеспечивает единство живой и неживой природы. Биологический ритм – это один из механизмов, позволяющих организму приспосабливаться к меняющимся условиям жизни. Подобная адаптация происходит в течение всей нашей жизни, ибо постоянно происходит и изменение внешней среды, так как окружающая нас неживая природа ритмична. Происходит смена дня и ночи, сменяют друг друга времена года, циклон приходит на смену антициклону, нарастает и уменьшается солнечная активность, бушуют магнитные бури, люди переезжают из одного часового пояса в другой – и все это требует от организма способности к адекватному приспособлению. Только при синхронной работе биологических ритмов возможна полноценная жизнь.
Важно учитывать синхронизацию эндогенных часов с окружающим временем в профессиях, связанных со сменной работой, также у пилотов, космонавтов и т.п.
Хронобиологические закономерности имеют значение в развитии заболеваний. Биоритмы, происходящие в организме, влияют на эффективность и токсичность лекарственных средств, поэтому учет временных факторов при лекарственной терапии сегодня стал необходимостью. Дальнейшее изучение хронобиологических закономерностей будет способствовать совершенствованию лечебного и профилактического процесса в медицине.
Пути воздействия человечества на природу (антропогенные факторы). Антропогенные экологические системы (урбаноценозы и агроценозы), их характеристика. Роль человека в строении и деятельности антропоэкосистем.
Для современного состояния человеческого общества характерна интенсивная урбанизация. Растет количество урбоценозов, т.е. городов, происходит слияние соседних городов с образованием мегаполисов. Условия жизни в городах своеобразны. В городах легче решить вопросы, связанные с трудоустройством, обеспечением разнообразными продуктами питания, медицинским обслуживанием. Наряду с этим, имеются и отрицательные факторы урбоценозов:
1) Высокая плотность населения приводит к высокому темпу жизни, перенапряжению нервной системы и стрессам.
2) Промышленные и бытовые отходы загрязняют почву, воду и воздух. Многие из них являются токсичными, обладают аллергенными, мутагенными и канцерогенными свойствами. Аэрозольные загрязнения воздуха приводят к повышенной облачности и образованию тумана, нарушают теплообмен и города становятся «тепловыми островами».
3) Неблагоприятно действуют на человека шум, вибрация, гиподинамия.
Несмотря на то, что площадь суши, занята городами менее чем на 5%, воздействие их на окружающую среду огромно. Город не производит продукты питания, не обогащает воздух кислородом, почти не возвращает воду и неорганические вещества в круговорот веществ. Уровень заболеваемости в городах в 1,5-2 раза выше, чем в сельской местности.
Агроценозы (сельскохозяйственные экосистемы), характеризуются следующими особенностями:
1. Химизация
2. Механизация.
3. Снижение видового разнообразия организмов (искусственно сохраняются только отдельные виды культурных растений и домашних животных).
4. Эрозия почвы и ухудшения качества воды в реках и озерах в результате стока поверхостных вод, насыщенных пестицидами и минеральными удобрениями.
Таким образом, люди живут на Земле в различных условиях окружающей среды, что связано с различием биогеографических характеристик разных регионов. Люди отличаются друг от друга в самых разных аспектах. Биологическая изменчивость у человека касается антропометрических показателей: длина тела, рук, ширина плеч и т.д. Наследование антропометрических показателей зависит от многих генов. Зональный характер географической изменчивости многих признаков свидетельствует о существовании экологической изменчивости людей. Изменчивость физиологических, морфологических и др. признаков людей подтверждает длительную историю формирования типов людей, названных адаптивными.
7. Охрана природных экосистем – важнейшее условие сохранения жизни на Земле. Понятие об экологической безопасности. Медицинская экология и экологически зависимые болезни. Формы природоохранной деятельности. Экологический кризис, примеры, последствия.
Эффективная адаптация человека к климату необходима для обеспечения состояния комфорта, выполнения физической работы и обеспечения нормальных условий роста и развития. При попадании человека в экстремальные условия процесс адаптации будет зависеть от индивидуальных свойств конституции. Так при анализе популяций строителей БАМа по способности к адаптации были выделены три типа: стайеры (слабо приспосабливающиеся к мощным коротким нагрузкам, но способные переносить длительные воздействия), спринтеры (способны выдерживать сильные короткие нагрузки, но длительные воздействия переносят трудно), миксты (средние адаптационные способности). Все биологические и социальные аспекты адаптации человека направлены на сохранение здоровья как индивида. Определение здоровья индивида впервые было дано в Уставе Всемирной Организации Здравоохранения: «Здоровье является состоянием полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствия болезней и физических дефектов» (Женева, 1968).
Используя ресурсы природы, человек может наносить вред окружающей среде. В настоящее время ученые ожидают возникновение экологического кризиса, т.е. такого состояния среды, которое непригодно для жизни людей.
Наиболее острыми из проблем современности являются:
1. Проблема быстрого роста населения Земли.
Ежегодный прирост населения в абсолютном исчислении достигает 60-70 млн человек. Растущее население Земли должно быть обеспечено пищей. Состояние природных ресурсов в большой мере зависит от деятельности людей. Современное человечество следует принципу научно обоснованного рационального природопользования.
2. Изменение состава атмосферы и климата, за счет накопления тепловой энергии и загрязнителей. Загрязнители – это вещества, нарушающие биологические процессы в природе. Например, это угарный газ, метан, хлорфторуглероды, диоксид и др. Использование инсектицида ДДТ привело к гибели тысяч животных. Считая с 1600 г. человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц, около 100 видов млекопитающих. Накопление тепла и «парниковый эффект» приводит к повышению температуры на планете, следствием чего являются таяния ледников, наводнения, лесные пожары, движения земной коры и т.д.
Деятельность экологов направлена на решение задач, связанных с мерами защиты человека от неблагоприятных факторов среды. Особая ответственность возлагается на работников медицины, которые должны владеть информацией по экологической ситуации. Необходимо обучить население мерам безопасного проживания на загрязненных территориях. Путь к решению экологических проблем – это достижение сбалансированного развития человечества. Сбалансированное развитие «Международная комиссия по охране окружающей среды и развитию» ООН характеризует как путь социального, экономического и политического прогресса, позволяющего удовлетворить нужды настоящего, не в ущерб будущих поколений. Среди них важнейшие – сдерживание роста населения, развитие новых технологий и поиск источников энергии, позволяющих избежать загрязнения окружающей среды.