WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«-1 УДК ББК ISВN 5-89004-097-9 Чебышев Н. В., Гринева Г. Г., Козарь М. В., Гуленков С. И. ...»

-- [ Страница 4 ] --

У самцов высших позвоночных предпочка и ее Мюллеров проток полностью редуцируются. У млекопитающих и человека от Мюллерова протока остается слепое выпячивание - мужская маточка. Из части канальцев первичной почки формируется -265 придаток семенника - эпидидимис, а остальная ее часть редуцируется. Вольфов проток функционирует как семяпровод.

У человека встречаются пороки развития мужских половых органов - придатка яичка, семяпровода и семянных пузырьков. Существует три типа этих пороков отсутствие или недоразвитие, удвоение и неправильное расположение (эктопия).

Все пороки сочетаются с аномалиями органов выделения.

Вторичная почка и ее мочеточник функционируют как органы выделения (рис.

251 В, Е;

253 А, Б, В).

Рис. 253. Развитие половой системы у зародыша амниот. А - ранняя индифферентная стадия;

видны первичные половые тяжи, зарождающаяся сеть семенника, мезонефрическая почка (Вольфово тело) и архинефрический (Вольфов) канал. Б - несколько более поздняя стадия, на которой появился зародышевый яйцевод (Мюллеров канал). В - взрослый самец. Г - взрослая самка (из Turner).

Закладка предпочки и первичной почки в эмбриогенезе человека является повторением - рекапитуляцией стадий, пройденных в филогенезе, затем они быстро -266 подвергаются полной или частичной редукции и участвуют в формировании женских и мужских половых путей.

-267 РАЗДЕЛ V Глава 6.

БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО 6.1. ЭКОЛОГИЯ Термин "экология" - предложен в 1866 г. Э.Геккелем. Как самостоятельная биологическая дисциплина экология выделилась в начале XX века.

Экология - комплексная наука, объединяющая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии ее и общества.

Экология (греч. oikos - жилище, местопребывание) - наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой;

о связях в надорганизменных системах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах (экосистемах), биосфере, о структуре и функционировании этих систем.

Задачи экологии - изучение закономерностей размещения живых организмов в пространстве, изменение численности организмов, потока энергии через живые системы и круговороты веществ, происходящих при участии живых организмов.

В науке экологии выделяют несколько разделов: общую экологию (биоэкологию), геоэкологию, прикладную экологию, экологию человека и социальную экологию.

Общая экология изучает основные принципы строения и функционирования различных надорганизменных систем. Общую экологию по уровням организации биологических систем подразделяют на аутэкологию, синэкологию, популяционную экологию и др.

Аутэкология изучает действие различных факторов среды на отдельные особи. Интересны те свойства особей, от которых зависит их распределение, численность, роль в круговороте веществ, приспособление к температуре, влажности, солености и другим факторам среды;

характеристики роста, размножения (плодовитость, время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, темп роста), особенности обмена веществ (состав и количество пищи, скорость дыхания, интенсивность фотосинтеза).

Особи одного вида, находящиеся во взаимодействии между собой и совместно населяющие общую территорию, образуют популяции (лат. populus народ). Популяции состоят из разнокачественных особей, различающихся по возрасту, полу, генотипу и фенотипу, по степени родства. Основными характеристиками популяции являются: численность (общее количество особей на конкретной территории), плотность (среднее число особей на определенной площади), рождаемость (число появившихся новых особей при размножении за единицу времени), смертность (число особей, погибших за единицу времени), -268 прирост особей (разница между рождаемостью и смертностью), темп роста (средний прирост биомассы за единицу времени). От состава популяции зависит расширение особей в пространстве (пространственная структура и динамика (изменение)) численности популяции. Изучением популяций занята популяционная экология.

Популяции разных видов, занимающие определенные место - обитания (озеро, луг) и взаимодействующие посредством трофических связей, образуют сообщества. В состав сообществ входят растения, животные, микроорганизмы.

Экология сообществ исследует видовой состав сообществ, их пространственную структуру. Экологию сообществ (биогеоценозов) и все взаимоотношения между ними, а также обмен веществ и энергии между различными компонентами этих систем называют синэкологией. К общей экологии можно отнести также экологию растений, животных и глобальную экологию (учение о биосфере).

Геоэкология по среде обитания подразделяется на экологию суши, пресных вод, моря, высокогорий и т.д.

В связи с возникшими в последние годы экологическими проблемами стали выделять прикладную экологию (промышленную, сельскохозяйственную, медицинскую, химическую и др.).

В 70 - х годах XX века сформировалась экология человека (ан - тропоэкология) и социальная экология (экология личности, экология культуры, этноэкология).

Во второй половине XX века в связи с неблагоприятными последствиями воздействий человека на биосферу возросло практическое значение экологии.

Экологический подход необходим при решении производственных, научно технических, демографических и других проблем. Для создания благоприятных условий существования человеческой цивилизации на планете необходимо рационально использовать природные богатства, охранять окружающую среду.

Экология изучает организмы на разных уровнях организации материи (организменном, популяционно-видовом, биоценологическом и биосферном).

6.1.1.СРЕДА ОБИТАНИЯ Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и факторами неживой природы. Видовой состав данной местности определяется историческими и климатическими условиями, а взаимоотношение организмов друг с другом и с окружающей средой - характером питания.

Среда - это комплекс окружающих условий, которые действуют на особь, популяцию, сообщество (биоценоз) в месте их обитания.

Жизнь возникла в воде. Из водной среды организмы вышли на сушу и освоили почвенно-воздушную и почвенную среды. Специфической средой обитания для ряда организмов стали другие живые организмы. Так возникли паразитические формы, симбионты, комменсалы. Любой организм существует в соседстве с другими живыми существами, на которые он влияет и в то же время находится под их воздействием. Оказывают влияние на живые организмы такие факторы, как свет, -269 температура, влажность, климат и др. Элементы среды обитания, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на одной из стадий их индивидуального развития, называются экологическими факторами.

Среди них различают три группы факторов.

1. Абиотические, или физические - факторы неживой природы (свет, температура, вода, соленость, радиоактивные излучения, рельеф местности и т.д.) (рис. 278).

Рис. 278. Такие абиотические факторы, как рельеф, ветер, тип почв, влияя на температуру и влажность, определяют и различия в условиях среды, т. е. в микроклимате. Ряд других факторов, например, рН и соленость, оказывают непосредственное воздействие на экосистемы.

2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Есть внутривидовые и межвидовые взаимодействия.

К внутривидовым взаимоотношениям относят факторы, проявляющие себя на популяционном уровне (особенности поведения, продолжительность жизни, возраст, половой состав и др.). К внутривидовым взаимоотношениями относят конкуренцию (соперничество между особями одного вида за местообитание и пищевые ресурсы).

Межвидовые взаимоотношения могут быть безразличными, вредными и полезными для партнеров.

При нейтрализме две популяции не влияют друг на друга, так как экологические требования у них различны, например, гидроидные полипы на раковине моллюска.

К вредным взаимоотношениям можно отнести межвидовую конкуренцию. К взаимополезным относят: протокооперацию, симбиоз и мутуализм. К полезнонейтральным относят комменсализм: нахлебничество, квартирантство, сотрапезничество.

-270 Полезно - вредными считаются паразитизм и хищничество.

3. Антропогенные факторы - человек и все формы его деятельности, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Одни экологические факторы необходимы организму, без них невозможна жизнь;

другие не являются обязательными. Все факторы, необходимые для жизни организма (популяции, сообщества), определяют условия его существования.

Большинство экологических факторов (температура, влажность, интенсивность солнечной радиации, источники пищи, конкуренты, паразиты и др.), подвержены значительным колебаниям в пространстве и времени. Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности.

Интенсивность действия факторов называют оптимальной (opt) в том случае, если обеспечивается наиболее благоприятное существование организма. Для каждой особи, популяции, биоценоза оптимальное значение того или иного фактора различно. Оно меняется с возрастом, зависит от силы воздействия других факторов.

Недостаточное или избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизни особи. Минимальное (min) и максимальное (тах) значение действующего фактора, при которых возможна жизнедеятельность, называют пределами выносливости. Это критические точки, за пределами которых существование живого уже невозможно.

Рис. 279. Схема действия абиотических факторов среды на живые организмы.

Границы, за которыми наступает гибель, называют верхними и нижними пределами выносливости. Фактор среды в конкретных условиях, наиболее удаленный от оптимума, снижает возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальные сочетания остальных факторов. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или выходит за его пределы, называют ограничивающим, или лимитирующим.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида расселение его по земной поверхности. Так, например, распространение вида на -271 север может лимитироваться недостатком тепла, а на юг в сухие (аридные) районы недостатком влаги и слишком высокими температурами. Ограничивающим фактором, определяющим низкую "плотность населения" в глубоководной зоне океана при всей жесткости условий, является пища, ее ограниченность. Биотические факторы также могут быть ограничивающими. Инжир, который на родине (районы Средиземноморья) опыляется одним из видов ос, завезен в Калифорнию, где стал плодоносить только после того, как туда были доставлены опылители - осы.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике растениеводства, животноводства, в обеспечении комфортного образа жизни человека и сохранения его здоровья.

Факторы среды могут оказаться ограничивающими в одних условиях и неограничивающими в других. Например, в условиях яркого солнечного освещения недостаток цинка в почве может быть ограничивающим фактором для растений. В тени то же количество микроэлемента для данного вида растения оказывается вполне достаточным.

Сочетание всех "ограничивающих" факторов называют сопротивлением среды.

Одни виды способны выдерживать значительные отклонения от оптимального значения фактора, т.е. обладают широким диапазоном выносливости (например, медведь) и могут существовать при значительных изменениях климата и пищи. Их называют эврибионтными. Другие (стенобионтные) имеют узкий диапазон выносливости и существуют в относительно постоянных условиях среды (например, форель).

Иногда может происходить компенсация одного фактора другими, например, в местах, где мало кальция и много стронция, моллюски используют последний для построения раковины. Низкая температура на северном пределе распространения растительности компенсируется продолжительностью в течение суток светового периода (беспрерывный световой день летом).

Компенсация одного фактора другим всегда ограничена. Ни один из необходимых для жизни факторов не может быть заменен другим.

Для жизни и процветания в тех или иных условиях организм должен располагать всеми веществами, которые ему необходимы. Потребности к факторам внешней среды неодинаковы у разных видов, у одного и того же вида в разных условиях, а также на разных этапах жизненного цикла. Например, взрослые крабы из моря могут заходить в реки с достаточным содержанием в воде хлорида. Однако их личинки в реке жить не могут.

6.1.2.ПРИСПОСОБЛЕНИЕ К УСЛОВИЯМ СРЕДЫ В природе организмы способны приспосабливаться к условиям среды и изменять их в процессе жизнедеятельности. Приспособление организма к постоянно изменяющейся среде называют адаптацией (позднелат. "адаптация" -272 приспособление). Адаптивные реакции организмов на влияние факторов среды вырабатываются в процессе естественного отбора (рис. 280). Они позволяют выживать и оставлять потомство. Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией, использовать ее факторы для своего развития и существования. Например, при подъеме альпинистов в гору на высоту 4 тыс. метров увеличивается количество эритроцитов почти вдвое в 1 мм3, чтобы компенсировать недостаток кислорода в организме. Экологические возможности организма зависят от нормы реакции по отношению к каждому фактору среды.

Рис. 280. Примеры адаптации. Каждый вид можно считать комплексом адаптации, позволяющих особям (/) переносить действие абиотических факторов;

(2) добывать пищу и воду (животные) или же биогены, воду и энергию (растения);

(3) избегать встречи с врагами или защищаться от них;

(4) находить и привлекать половых партнеров и спариваться с ними (животные) или же опылять цветки и давать семена или споры (растения);

(5) мигрировать или распространять семена и споры. Эти функции могут выполнять самые различные структуры.

-273 Способность к адаптации - одно из основных свойств живого. При пассивной адаптации происходит снижение активности обмена веществ и подчинение жизненных функций изменению факторов среды. Например, при длительной засухе в пустыне один из наземных моллюсков (хеликс дезерторум) может находиться в состоянии покоя до 5 лет и "оживать" после выпадения дождя. При засухе понижается уровень метаболизма у сусликов, песчанок, и они впадают в летнюю спячку. При недостатке воды сильно понижается обмен веществ у лишайников и напочвенных водорослей.

Есть виды, "избегающие" неблагоприятных воздействий. Например, у растений - эфемеров в песчаной пустыне развитие полностью заканчивается в короткий, но достаточно теплый и дождливый период. В жаркое, сухое летнее время и зимой у них сохраняются только семена, приспособленные к перенесению неблагоприятных условий. Животные с хорошо развитой локомоторной способностью избегают крайне неблагоприятных условий, перемещаясь в другие районы. Поведенческая реакция - одна из форм приспособления организма к постоянно меняющимся условиям (адаптивное поведение). Формы поведения разнообразны. Например, тропизмы (от греч. "тропос" - поворот) свойственны растениям, их отдельным органам. Движение и поворот органов обеспечивается гормонами. В жаркий день листья некоторых растений могут поворачиваться к падающим лучам солнца "ребром", например, как это происходит у дикого салата (отрицательный гелиотропизм). Такая ориентация пластинок защищает организм от чрезмерной потери воды и перегрева.

Напротив, к солнцу поворачиваются соцветия подсолнечника (положительный гелиотропизм). Холоднокровные животные (пой - килотермные, или экзотермные), изменяя поведение, регулируют температуру своего тела. Многие рептилии, чередуя пребывание в норах с выходом наружу, способны поддерживать температуру тела на более или менее постоянном уровне. Предполагают, что в контроле температуры тела у них участвует "теменной глаз". Опыты по его изоляции (удалению, заклеиванию) приводили к тому, что животное, в частности, игуана колючая, беззаботно сидела под палящими лучами солнца до теплового удара.

При изменении морфологических и физиологических свойств организма значительно повышаются его адаптивные качества. У теплокровных животных (гомойотермных, или эндотермных) регуляция температуры тела осуществляется внутренними механизмами.

В специфических условиях существования возможно появление приспособительных признаков. Например, у китов подкожный жировой слой достигает в толщину 50 см и более и защищает животное от воздействия низких температур, сохраняя тепло. Жир понижает массу тела, что важно для обитателя морских и океанических просторов. Такие же приспособления свойственны ластоногим.

Животные, обитающие в условиях недостатка воды, приспособились к -274 длительному существованию без нее и пьют изредка, например, африканский дикий осел, многие членистоногие Сахары. Одногорбый верблюд "запасает" воду в тканях тела и постепенно ее расходует. Африканский шипохвост из пресмыкающихся, калифорнийская кенгуровая крыса, многие насекомые пустыни удовлетворяют потребность в жидкости за счет растительной пищи. Все животные, обитающие в пустыне, приспособились к минимальному выделению воды с мочой. У некоторых растений из семейства бобовых в Северной Америке корневая система простирается вглубь почвы до 30 м. У других растений происходит сокращение транспирирующей поверхности листьев, образование на них мощной кутикулы, сильное опущение побегов - все это признаки, "выработанные" в условиях повышенной сухости, яркого солнечного освещения, сильного ветра, высокой температуры воздуха. Есть виды растений, по - иному приспособившиеся к засушливому климату. Они запасают влагу и экономно расходуют ее (суккулентные растения - кактусы, алоэ, молочай).

6.1.З.ОБМЕННЫЕ РЕАКЦИИ МЕЖДУ ОРГАНИЗМОМ И ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ Организм постоянно обменивается веществом и энергией с внешней средой (рис. 281).

Рис. 281. Схема главных составных частей экосистемы.

Те вещества, которые поступают в организм из внешней среды, перерабатываются и включаются в состав его тела или расходуются на химические реакции (например, кислород на дыхание).

Растения из внешней среды получают неорганические вещества и энергию солнца. В их клетках синтезируются органические вещества, а солнечная энергия оказывается заключенной в этих веществах в виде химических связей. Растения, создающие органические вещества из неорганических, называют продуцентами.

-275 Другие организмы - человек, грибы, животные, многие бактерии (их называют консументами), питаясь готовыми органическими веществами, вместе с пищей получают и заключенную в ней энергию. При окислении органических веществ в их клетках эта энергия высвобождается, идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и запасается в ней в виде макроэргических (богатых энергией) связей. При разрушении этих связей выделяющаяся порциями энергия расходуется организмом для осуществления всех жизненных процессов, идущих с затратой энергии. Часть ее рассеивается в виде тепла. Таким образом, жизнь поддерживается благодаря постоянному притоку энергии и вещества из внешней среды. Конечные продукты жизнедеятельности (обмена веществ) выделяются во внешнюю среду, изменяя ее. Химический состав и физические свойства среды меняются и при разложении тел погибших организмов. Разложение тела, минерализация органических остатков осуществляется редуцентами.

Таким образом, живущие на одной территории виды - продуценты, консументы, редуценты - тесно связаны друг с другом обменом веществ и энергии.

6.1.4. ЭКОСИСТЕМА, БИОГЕОЦЕНОЗ, БИОЦЕНОЗ Все живые организмы и неживая среда функционируют как целостная экологическая система - - экосистема. Термин предложен английским ученым А.Тенсли в 1935 г. Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ (биогенов) называют экосистемой. Основными принципами функционирования экосистемы являются:

круговорот биогенов, поток солнечной энергии, снижение продуктивности при повышении трофического уровня (рис. 282).

-276 Рис. 282. Снижение биомассы с повышением трофического уровня. Значительная часть биомассы предыдущего трофического уровня вообще не потребляется, и существенная доля потребленной биомассы используется не на рост, а на получение энергии.

Выделяют микроэкосистемы (например, гниющий пень), мезо - экосистемы (пруд, лес, озеро и др.) (рис. 283), макроэкосистемы (океан, континент) и глобальную экосистему (биосфера Земли).

-277 Рис. 283. Общая структура наземной (луговое сообщество) и водной экосистем: 1 абиотические вещества;

2 - продуценты (растительность на суше и фитопланктон в воде);

3 макроконсументы, или животные: а - травоядные, б - питающиеся детритом консументы (почвенные беспозвоночные - на суше, донные беспозвоночные - в воде), в - верховые хищники;

4 - разлагатели.

Ю.Одум (1986) выделял три группы природных экосистем: наземные (биомы), пресноводные (реки, ручьи, озера) и морские (открытый океан, глубоководные зоны, прибрежные воды).

Параллельно с концепцией экосистем усиленно развивалось учение о биогеоценозах, автором которого был академик В.Л.Сукачев (1940).

Биогеоценоз - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый комплекс (рис. 284). Совокупность биогеоценозов образует биоценологический покров Земли, т.е. всю биосферу.

-278 Рис. 284. Схема биогеоценоза.

Биогеоценоз - элементарная единица биосферы. В биогеоценоз поступает энергия солнца, минеральные вещества почвы, газы атмосферы, вода, а выделяется тепло, кислород, СО2, продукты жизнедеятельности организмов.

Основная функция биогеоценоза - аккумуляция и перераспределение энергии и круговорот веществ.

Биогеоценоз - динамическая, саморегулируемая система, включающая:

• неорганические (углерод, кислород, азот, вода и др.) и органические (белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты) вещества;

• автотрофные организмы - продуценты органических веществ - накопители энергии (растения);

• консументы (животные) - гетеротрофные организмы - потребители готовых органических веществ;

• микроорганизмы - редуценты - разлагающие органические остатки.

Круговорот веществ происходит благодаря пищевым взаимоотношениям (рис.

285).

Рис. 285. Структура экосистемы.

-279 Биогеоценоз - это совокупность биоценоза и биотопа.

Биотоп (греч. topos - место) - участок водоема или суши с одинаковыми условиями рельефа, климата и других абиотических факторов, занятый определенным биоценозом. Комплекс условий, характерный для данного биотопа, определяет видовой состав обитающих организмов.

Биоценоз - совокупность сообществ растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), населяющих относительно однородное пространство (биотоп). Термин введен немецким биологом К.Мебиусом (1877).

Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие, основанное на постоянном обмене веществом и энергией. Биоценоз - открытая система. Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный.

Естественный биоценоз включает только живые организмы, взаимосвязанные между собой, обитающие в данной местности (лес, пруд, луг, озеро), в функционировании которых отсутствует влияние человека. Биоценозы имеют определенную пространственную, видовую и трофическую структуру.

Пространственная структура проявляется в размещении разных видов друг относительно друга в пространстве (например, ярусность леса). Видовая структура определяется видовым составом населения популяции, соотношением ее численности, плотности (число особей, отнесенных к единице площади).

Стабильность биоценоза и его эффективность определяются степенью сложившихся в процессе эволюции взаимоотношений между образующими его популяциями. Тесная связь между разными видами в биоценозе - необходимое условие питания, размножения, защиты индивидов, но одновременно и опасность их существования вплоть до гибели. Прямые взаимосвязи могут отсутствовать между популяциями одних видов и быть чрезвычайно тесными и жизнеопределяющими для других. Большое значение имеют цепи питания.

Естественному биоценозу свойственно видовое разнообразие (большое число видов, живущих в данном биоценозе). При сильных внешних воздействиях (заморозки и т.д.) видовое разнообразие может меняться.

Цепи питания в биоценозе представляют его трофическую структуру.

Для поддержания структуры биоценоза имеет значение межвидовая и видовая конкуренция, в результате чего все виды образуют различные экологические ниши.

Экологическая ниша - комплекс факторов среды, в пределах которого возможно существование вида в природе, включая его связи с другими видами в сообществе. Экологическая ниша вида определяет его распространение и роль в сообществах. Например, мошками питаются и мухоловки, и летучие мыши, но первые - днем, вторые - ночью. Зарянки поедают земляных червей, дятлы добывают личинок насекомых из коры деревьев, кукушки истребляют разных насекомых вредителей леса, в том числе и мохнатых гусениц, которых другие птицы поедают неохотно. Стабильность биоценоза возрастает в результате плавного изменения -280 среды. Напротив, чем специфичнее условия среды, и они далеки от благоприятных для большинства видов, тем беднее видовой состав экосистемы;

но это может приводить к возрастанию численности тех популяций, которые приспособлены к данным условиям.

Биоценоз характеризуется определенной биомассой. Биомасса образуется в результате связывания солнечной энергии.

6.1.5.ПОНЯТИЕ О БИОМАССЕ, БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРВИЧНОЙ И ВТОРИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ Биомасса - это общая, или суммарная масса (сырого или сухого вещества) особей одного вида, группы видов, сообщества в целом, приходящаяся на единицу поверхности (г/м2, кг/га) или объема местообитания (г/м3 и т.д.). Биомассу растений называют фитомассой, биомассу животных - зоомассой, бактерий - биомассой бактерий, грибов - биомассой грибов. Органическую массу, созданную растениями и некоторыми бактериями за единицу времени, называют первичной продукцией экосистемы. Основными создателями первичной продукции на Земле являются зеленые растения. Часть этой продукции (до 40% и даже 70%) идет на поддержание жизнедеятельности самих продуцентов. Оставшуюся часть созданной ими органической массы называют чистой первичной продукцией. Она характеризует величину прироста фитомассы. Чистая первичная продукция - это резерв пищи (и энергии) для гетеротрофных организмов - консументов и редуцентов. В результате ее утилизации консументами возрастает их биомасса. Прирост за единицу времени биомассы консументов составляет вторичную продукцию экосистемы.

Максимальные значения фитомассы имеют влажные тропические леса - ц/га (в бассейне Амазонки более 10000 ц/га).

Максимум зоомассы (зоопланктона) приходится на единицу площади океана в субтропическом и северном умеренном поясах, которые дают 2/3 мирового улова рыбы.

С развитием биоценоза возрастает его биомасса и видовое разнообразие, усложняется трофическая и пространственная структура. Биоценоз, сложившийся в данной местности при отсутствии вмешательств извне, остающийся неизменным до тех пор, пока не возникают внешние нарушения, называют климаксом.

Любой биоценоз динамичен. В нем постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности его членов и соотношении популяций.

Последовательную смену во времени одних биоценозов другими на определенном участке земной поверхности называют сукцессией (от лат. successio преемственность, наследование). Различают первичные и вторичные сукцессии (рис. 286, 287).

-281 Рис. 286. Изменения в структуре пруда и образование новых биогеоценозов.

-282 Рис. 287. Постепенное превращение озера в низинное болото.

Первичные сукцессии начинаются на местах, лишенных жизни: скалах, обрывах, сыпучих песках и т.д. При заселении таких участков живые организмы необратимо меняют свое местообитание и сменяют друг друга. Например, на участке суши, обнажившейся после отступления ледника на юге Аляски, вначале поселяются мхи, затем осоки, сменяющиеся стелющимися кустарниковыми ивами.

На смену им приходят заросли ольхи, ели и формируются еловые леса. Данное местообитание через 100 лет покрыто высоким еловым лесом.

Восстановление биоценозов на месте когда - то существовавших после их нарушения (в результате вулканический извержении, пожаров, вырубки леса и т.д.) называют вторичной сукцессией. Вследствие различных воздействий нарушаются установленные взаимосвязи между организмами.

Например, на месте заброшенных сельскохозяйственных угодий, где произрастала кукуруза, слагается вторичная сукцессия. Сначала появляются сорняки, затем злаки, сменяющиеся соснами с примесью лиственных пород, существующие долгое время (до 100 лет). В нижнем ярусе развиваются дубы.

Молодые сосны не могут расти в тени взрослых деревьев, поэтому они гибнут так же, как и старые больные сосны. Начинают преобладать дубы, и через 100 - 150 лет здесь сформируется устойчивое сообщество - климаксный лес (рис. 288).

-283 Рис. 288. Вторичная суксессия. Восстановление леса на заброшенном поле происходит в несколько стадий.

6.1.6.АГРОБИОЦЕНОЗ Антропогенный биоценоз (агробиоценоз - от греч. agros - поле) - это неустойчивая искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и др.).

В агроценозах снижено видовое разнообразие живых организмов.

Растительный покров создается человеком и представлен одним видом или сортом культивируемого растения (монокультура, например, поле ржи) и сопутствующими -284 сорными травами. Виды, культивируемые человеком, поддерживаются искусственным отбором. Агроценозы характеризуются высокой биологической продуктивностью по сравнению с естественными биоценозами. Чистая первичная продукция естественных биоценозов умеренной зоны для лесов составляет 600 2500 г/м2 в год, для степей - 150 - 1500 г/м2, а для возделываемых земель - до г/м2.

В агроценозах, как и в биоценозах, комплексы организмов, входящие в их состав, характеризуются пищевыми (трофическими) связями, образующими трофические цепи.

Смена растительного покрова при применении различных защитных средств для сохранения урожая и вместе с тем смена консументов в агроценозах происходит по воле человека (рис. 289).

Рис. 289. Структура агроэкосистемы. Цифрами обозначены: 1 - культурные растения;

2 - сорные растения;

3 - лесопосадки и лес;

4 - луга;

5 - скот;

6 - симбиотрофы;

7 - вредители;

8 -285 детритофаги;

9 - полезная спонтанная фауна;

10 - микроорганизмы - сапротрофы.

Виды культивируемых растений человек выбирает по их способности давать наибольшее количество только полезной биомассы (колосья, клубни), чем снижает возврат в почву элементов питания, образующихся при перегнивании растительных остатков. Это понижает биогеохимическую устойчивость агроценозов.

Степень устойчивости отдельных типов агроценозов зависит от частоты и радикальности изменений, которым подвергается режим земель сельскохозяйственного пользования.

Для сохранения и повышения продуктивности агроценозов вносятся минеральные и органические удобрения, пестициды, которые приводят не только к положительным, но и к отрицательным последствиям.

Чтобы уменьшить негативные последствия хозяйственной деятельности человека, необходимо применение методов агротехники, приближающих агроценозы к естественным биоценозам: снижение потерь воды при орошении, значительное уменьшение норм применения ядохимикатов, использование методов биологической борьбы с вредителями и др.

Изучение биоценозов важно для рационального освоения земель и водных пространств.

6.1.7.ЭКОСИСТЕМА Биогеоценоз часто используется как синоним термина "экосистема". Эти понятия не совсем совпадают. "Экосистема" - более общее понятие, чем биогеоценоз.

Биогеоценоз в отличие от экосистемы - понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова - фитоценозами. Экосистемы могут иметь произвольные границы, а биогеоценозы занимают определенную территорию.

Экосистемы характеризуются видовым составом, численностью входящих в нее организмов, биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и разрушения органического вещества.

Существование экосистемы возможно лишь при использовании энергии и веществ, поступающих из окружающей среды. Все экосистемы относят к открытым системам.

В каждой экосистеме два основных компонента:

1) совокупность живых организмов;

2) факторы окружающей их неживой среды.

Все факторы действуют на организмы одновременно. Всю совокупность организмов (растений, животных, микроорганизмов) называют биотой экосистемы (био - жизнь).

Биотические компоненты экосистемы можно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Автотрофные организмы (растения и некоторые простейшие, бактерии) способны синтезировать необходимые им органические -286 вещества из простых неорганических, используя в качестве источника энергии энергию солнечного света или энергию химических реакций (бактерии).

Гетеротрофы (животные, грибы) поглощают готовые органические вещества и для синтеза собственных веществ используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

Неживые факторы окружающей среды называют абиотическими. Они включают:

1) почву и воду;

2) климат.

Почва и вода содержат органические и неорганические вещества.

В понятие климата входят освещаемость, влажность, температура, соленость, определяющие видовой состав организмов в экосистеме (рис. 290).

Рис. 290. Абиотические факторы и основные биомы. Влажность обычно главный фактор, определяющий тип биома. Например, при достаточно большом количестве осадков, как правило, развивается лесная растительность;

температура при этом будет определять тип леса. Точно так же обстоит дело со злаковниками и пустынями. Смена типов растительности в холодных регионах происходит при меньших годовых суммах осадков, так как при низких температурах меньше воды теряется на испарение. Температурный фактор становится главным только в очень холодных условиях с вечной мерзлотой.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ (рис. 291).

-287 Рис. 291. Поток энергии и круговорот веществ в типичной пищевой цепи. Обратите внимание на существование двух путей обмена между хищниками, с одной стороны, и детритоядными и редуцентами, с другой. Последние питаются мертвыми хищниками, хищники могут питаться живыми детритоядными.

Рис. 292. Круговорот биогенов в экосистемах и поток энергии через них. Если расположить организмы в соответствии с их пищевыми взаимоотношениями, указав для каждого из них "вход" и "выход" энергии и биогенов, станет очевидно, что биогены непрерывно рециклизируются внутри экосистемы, а поток энергии проходит через нее.

-288 В естественных экосистемах постоянно осуществляется круговорот неорганических биогенов, или биогенных элементов: N, Р, К, Na, С, Са, Fe и др. (рис.

292). Биогенными называют химические элементы, входящие в состав клеток живых организмов и имеющие определенное биологическое значение. Одни из них обязательны для всех, другие свойственны определенным группам живых существ.

В наибольшем количестве в живом веществе содержится О, С, Н, N. Они вместе с S, Р играют важнейшую роль в построении биосистемы, так как входят в состав таких важных соединений, как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Остальные элементы также важны для нормального функционирования организма.

Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. Например, кобальт стимулирует кроветворение, участвует в синтезе белков и в регуляции углеводного обмена.

Содержание некоторых элементов в организме определяется их видовой принадлежностью, условиями обитания, качеством пищи. При недостаточном или избыточном поступлении необходимых элементов в организм могут наблюдаться нарушения функционирования органов и возникать заболевания - биохимические эндемии - у растений, животных и человека. Например, увеличение щитовидной железы (эндемический зоб) у человека и животного может быть вызвано недостаточностью йода в воде, почве, продуктах питания;

недостаток фтора понижает устойчивость зубов к кариесу, а его избыток при длительном поступлении в организм способствует развитию хронического заболевания (флюороза), связанного с накоплением элемента в костях с последующей их деформацией, а также в тканях зубов с образованием пятен на зубной эмали. Марганец (Мn) в малых количествах стимулирует процесс кроветворения, а в больших - угнетает его.

Организмы получают биогенные элементы из внешней среды в усвояемой форме, включают в состав тела и в последующем возвращают во внешнюю среду.

Запасы биогенных элементов в природе небезграничны. Возвращение их во внешнюю среду обязательно. Круговорот веществ в экосистеме обеспечивается наличием функционально различных групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов. Их совокупная деятельность создает на Земле неорганическую среду, необходимую для существования живого. В природе в рамках круговорота биогенных элементов происходит использование естественных ресурсов и избавление от отходов, превращение их в форму, вновь доступную для автотрофных организмов, что предполагает первый принцип функционирования экосистем.

Большое значение всех живых организмов определено их, способностью:

• аккумулировать и трансформировать солнечную энергию;

• размножаться и этим обеспечивать непрерывность своей деятельности, результаты которой накапливаются;

• совершать химические реакции с такой скоростью, которая во много раз превышает скорость реакции в неживой природе.

-289 Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах возможен только за счет постоянного притока энергии, что является вторым принципом функционирования экосистемы. Вся жизнь существует за счет энергии солнечного излучения, которое переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других и связаны между собой энергетическими отношениями.

Пищевые связи в сообществах - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в которой возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. В экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в нем участвуют живые и неживые компоненты.

Внутри экосистемы органические вещества, содержащие энергию, создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофных. Например, животные поедают растения. Эти животные могут быть съедены другими животными, и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов. Такая последовательность называется пищевой цепью, каждое звено - трофическим уровнем (рис. 293).

Рис. 293. Три термина, описывающие перенос питательных веществ и энергии в экосистеме.

Каждый из обозначенных стрелками путей от основания к вершине представляет собой пищевую цепь. Взаимосвязанные пищевые цепи образуют пищевую сеть. Разные этапы переноса - трофические уровни.

6.1.8. ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ Первый трофический уровень занимают автотрофы - зеленые растения, способные к фотосинтезу (первичные продуценты). Из неорганических веществ и -290 воды, получаемых из почвы, используя энергию солнца, растения синтезируют сложные органические вещества. Фотосинтезирующие растения продуцируют пищу для всех остальных организмов экосистемы.

Растения усваивают лишь 0,5% (1%) лучевой энергии от того количества, которое достигает Земли. Отсюда очевидна избыточность солнечной энергии на нашей планете. Эта энергия экологически чистая. Она высвобождается при ядерных реакциях, идущих в недрах Солнца, но радиоактивное ее загрязнение остается в млн. км от Земли.

Таким образом, естественные экосистемы функционируют за счет экологически чистой, следовательно, не загрязняющей среду солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Все остальные организмы, потребляющие готовые органические вещества как источник пищи и энергии, называются консументами.

Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами.

Животных, питающихся только растениями, называют фитофагами. Они растительноядны, например, грызуны, копытные (лошади, овцы, крупный рогатый скот).

В водных экосистемах к травоядным формам относят моллюсков (брюхоногих). К первичным консументам можно отнести паразитов растений.

Третий трофический уровень занимают вторичные консументы, которые питаются травоядными животными. Их называют плотоядными. Виды животных, употребляющих в пищу как растения, так и животных, относят к всеядным.

Животных, поедающих консументов второго порядка, называют консументами третьего порядка. Консументы второго и третьего порядка могут быть хищниками или паразитами. Хищники охотятся за жертвой, убивают ее и съедают.

Хищники первого порядка нападают на травоядных животных, второго порядка - охотятся на более слабых хищников. Хищники, способны переключаться с одной добычи на другую, более многочисленную и доступную в данный момент.

Взаимоотношения между популяциями хищника и жертвы разнообразны и сложны (рис. 294). Хищничество относится к биотическим факторам. Это один из видов межвидовых взаимоотношений, определяющих регуляцию численности организмов.

Колебания численности жертвы могут быть связаны с изменением количества пищевых ресурсов, а колебания численности хищников следуют за циклическими изменениями популяций жертв. Например, заяц - беляк питается кончиками побегов кустарников в лесах Северной Америки, что приводит к объеданиям кустов. У растений вследствие этого начинают отрастать побеги с высоким содержанием ядовитых веществ, делающих эти побеги непригодными для поедания зайцами.

Происходит колебание численности зайцев, приводящее к колебаниям численности хищников (рыси) [Риклефс, 1979].

-291 Рис. 294. Пример пищевой сети и направление потоков вещества.

Хищники уничтожают ту часть популяции, которая оказывается более слабой в конкуренции за территорию. Обновление популяции жертвы происходит быстрее, так как быстрый рост ведет к более раннему участию особей в размножении.

Потребление пищи жертвами увеличивается (быстрый рост может происходить при более интенсивном питании).

Количество энергии, заключенное в пище и проходящее через популяцию быстрорастущих организмов, также возрастает. Таким образом, воздействие хищников увеличивает скорость потока энергии в экосистеме. Хищники часто нападают на слабых, больных животных. Среди жертв выживают наиболее сильные и выносливые. Так, например, норка уничтожает больных и старых ондатр. На взрослых животных, занимающих прочное положение на своем участке, норки не нападают.

В трофических пищевых цепях хищников плотоядные животные оказываются крупнее на каждом следующем трофическом уровне. Примером пищевых цепей могут быть следующие:

нектар цветов муха паук землеройка сова или сок розового куста тля божья коровка паук насекомоядная птица -292 хищная птица Важная группа консументов - паразиты, живущие за счет питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связанных в своем жизненном цикле.

Паразитизм - одна из форм межвидовых отношений, относится к биотическим факторам. Паразиты причиняют вред хозяину, но редко приводят к быстрой его гибели. Паразиты могут обитать временно или постоянно в теле или на поверхности тела хозяина, поэтому они обычно мельче хозяина. В результате естественного отбора паразиты достигли узкой специализации и тесно связаны со своими хозяевами (рис. 295).

Рис. 295. Основные пищевые связи между организмами.

Паразиты могут принимать участие в регуляции численности популяций хозяев (на этом основаны биологические методы борьбы). Иногда они определяют направленность микроэволюционных процессов (например, у некоторых групп населения Африки как реакция на действие возбудителя малярии может сохраняться ген серповидно - клеточной анемии). Можно привести цепь питания, включающую паразитов например: кукуруза (продуцент) мышь полевая (первичный консумент, фитофаг) ласка (вторичный консумент, хищник) клещ (временный паразит) беркут (третичный консумент, хищник).

Взаимоотношения между организмами одного и того же вида (внутривидовые) или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы (пища, место под солнцем) внешней среды при их недостатке, называют конкуренцией (рис. 296).

-293 Рис. 296. Основные типы экологических взаимодействий.

При высоких плотностях популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов, тем самым регулирует численность популяции.

Например, падальные мухи, первыми поедающие падаль, откладывают яйца, и большая часть вышедших из яиц личинок бывает обеспечена достаточным количеством пищи. Личинкам, вылупившимся позже, пищи может не хватать, и они погибнут.

При недостатке ресурсов или переуплотнении популяции возникает крайняя форма внутривидовых взаимоотношений - каннибализм (поедание особей своего вида). Он наиболее развит у хищных животных (волки, рыси) и рыб (щука, окунь).

Межвидовая конкуренция наблюдается между особями разных видов, использующих одни и те же факторы среды, количество которых недостаточно для всех потребителей. Один из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями, как правило, вытесняет другой. Например, серая крыса в городах Европы вытеснила другой вид крыс того же рода - черную, которая теперь живет в лесных и пустынных районах. Серая крыса более крупная, агрессивная и поэтому победила черную.

В результате межвидовой конкуренции могут ужиться лишь те виды;

которые смогли занять другую экологическую нишу. Например, насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях, избегают конкуренции друг с другом за счет разного характера поиска. Зимой большие синицы ищут корм на деревьях, в кустах, на пнях, на снегу, а синицы - гаички - на крупных ветвях.

-294 Конкуренция между видами, нуждающимися в одних и тех же ресурсах, определяет организацию каждого трофического уровня и тем самым способствует регулированию структуры и функции экосистемы.

В структуре экосистемы преобладают взаимоотношения, при которых один из видов извлекает пользу, а другому наносится вред. Но виды могут вступать в нейтральные или взаимовыгодные отношения (рис. 297, 298). Симбиоз (от греч. sym - вместе) - тесное сожительство двух и более организмов разных видов - приносит пользу (клубеньковые бактерии на корнях бобовых). Самый простой тип симбиотических связей - протокооперация (первичное сотрудничество). При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, например, опыление пчелами луговых растений. При таком взаимодействии отсутствует необходимая тесная связь конкретной пары партнеров.

Рис. 297. Симбиоз рака - отшельника и актинии.

Рис. 298. Лишайник - симбиоз гриба (1) и водоросли (2).

Мутуализм (от лат. mutuus - взаимный) - форма симбиоза, при которой существуют взаимовыгодные отношения, и ни один партнер не может существовать без другого, например, термиты и живущие в их кишечнике жгутиконосцы, способны переваривать поглощаемую термитами клетчатку, которую иначе организм насекомых не может усвоить.

Формы взаимодействия, при которых один вид получает преимущество, не принося вред и пользу другому, называют коменсализмом. Например, собаки могут переносить семена репейника на определенные расстояния, не нанося вреда и не получая пользы.

-295 Одним из вариантов коменсализма может быть нахлебничество - потребление остатков пищи хозяина, например, взаимоотношения льва и гиены.

Сотрапезничество - потребление разных веществ из одного и того же ресурса.

Например, таковы взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий - сапрофитов, перерабатывающих разные органические вещества из перегнивших растительных остатков.

Квартирантство - использование одних видов другими в качестве жилища (рис.

299), например, в гнездах птиц и норах грызунов обитает много видов членистоногих.

Рис. 299. Квартирантство. Кривохвостки (отряд колюшкообразных) среди игл морских ежей.

Нейтрализм - форма биотических отношений, при которых сожительство двух видов на одной территории не влечет ни положительных, ни отрицательных последствий. Виды не связаны друг с другом непосредственно, но зависят от состояния сообщества в целом. Например, белки и лоси обитают в одном лесу, не контактируя друг с другом.

Взаимодействие, при котором один из двух видов влияет на другой отрицательно, сам не получая при этом ни вреда, ни пользы, называют аменсализмом. Такая форма взаимодействия встречается у растений, например, в еловом лесу светолюбивые травы страдают от затемнения, а самим деревьям это безразлично.

6.1.9. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ И СТРУКТУРА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПИРАМИДЫ Существуют два типа пищевых цепей - пастбищные и детритные. В пастбищных цепях первый трофический уровень занимают фотосинтезирующие организмы (зеленые растения), второй - пастбищные животные (травоядные), третий - хищники.

Тела погибших растений и животных содержат энергию и пищевой материал.

Эти органические остатки при гниении разлагаются микроорганизмами -296 сапрофитами (бактериями и грибами). Такие микроорганизмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые остатки и отходы жизнедеятельности и превращают их в минеральные соединения, доступные автотрофным организмам (продуцентам).

Цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, называют детритными цепями разложения.

Мертвые растительные и животные остатки, например, гниющие травы, называют детритом. Многие мелкие животные питаются им, ускоряя процесс разложения. Таких консументов называют детритофагами, например, грифы, земляные черви, раки, муравьи, жуки и т.д. Детритофагами могут питаться другие организмы. Например, цепь питания, включающая детритофагов:

Количество энергии в экосистемах, идущей от солнечного света через растения и животных, определяет общую численность организмов и их биомассу. По мере переноса энергии с одного уровня на другой происходит уменьшение количества энергии - третий принцип функционирования экосистемы. В каждой цепи питания организмы последующих трофических уровней способны использовать лишь 5 - 15% энергии поступившей биомассы на построение вещества своего тела.

Остальная энергия превращается в теплоту или рассеивается, не усваиваясь.

Общую массу организмов (их биомассу) на каждом трофическом уровне можно измерить, собирая или отлавливая и взвешивая животных и растения. Выяснено, что на каждом трофическом уровне биомассы на 90 - 99% меньше, чем на предыдущем (рис. 300, 301). Допустим, биомасса продуцентов на участке 0,4 га составляет 10 тонн, биомасса фитофагов на той же площади равна 100 кг, а плотоядных видов не более 10 кг. Графически можно изобразить в виде пирамиды массы:

Рис. 300. Упрощенная пирамида чисел, показывающая отношения между плотоядными, растительноядными (фитофагами) и растительными организмами (орел - змеи - лягушки кузнечики - злаки).

-297 Рис. 301. Пирамида биомассы. Ее количество на разных трофических уровнях.

Причины резкого снижения биомассы при повышении трофического уровня заключаются в том, что большая часть потребляемой пищи используется организмами для получения энергии, а меньшая - на формирование тел консументов.

Ни один организм не существует вне связи с другими и может жить только при взаимодействии с окружающими в рамках экосистемы. Устойчивая экосистема - основное условие жизни на Земле.

-298 6.2. МЕДИКО - БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АНТРОПОГЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ 6.2.1.ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Экология человека (антропоэкология) - комплексная наука, изучающая воздействие человека как биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим миром, с постоянно усложняющейся динамической средой обитания. Термин "экология человека" введен американскими учеными Р.Парком и Э.Бюргессом в 1921 г. В нашей стране планомерные исследования в области экологии человека начались в 70-х годах XX столетия.

Задача экологии человека - установление закономерностей производственно экономического, целевого освоения и преобразования разнообразных географических ландшафтов под воздействием социальной деятельности человека, изучение естественных законов сохранения и развития здоровья людей в ходе такого освоения.

Развитие человека на Земле было связано с изменением окружающей среды.

На современном этапе этот процесс значительно ускорился под влиянием целого ряда антропогенных факторов.

Экология человека - это область исследования, охватывающая такие факторы внешней среды (естественной и искусственной), живой и неживой природы как видимые, так и "невидимые", которые могут повлиять на биологию и здоровье человека сейчас или в отдаленном будущем.

6.2.2. ПОНЯТИЕ О ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ПОПУЛЯЦИЯХ Популяция человека - это сообщество людей, длительное время занимающих определенную территорию с экологически сходными условиями и объединенных единством происхождения, что выражается в общности наследственных качеств.

Внутри популяции браки заключаются чаще, чем с членами других популяций. Это обеспечивает поддержание генофонда. При сохранении в его пределах генетической гетерогенности, резерва наследственной изменчивости обеспечивается приспособляемость популяции к факторам среды. С развитием человечества, с возникновением социальных отношений в обществе, популяция человека включается в систему специфических для людей социальных структур.

Популяция человека в этих условиях зависит от природных и социальных факторов и оказывает на них влияние.

Человеческие популяции сильно различаются как по численности, так и по характеру организации. Популяции численностью 1500 - 4000 человек называют демами, популяции численностью до 1500 человек - изолятами. Для демов и изолятов типичен относительно низкий прирост населения: для демов - 20%, для изолятов - не более 25% за поколение.

Вид Homo sapiens представляет сеть популяций, существующих в самых -299 разнообразных условиях обитания. Человеческие популяции политичны как по своим характерным признакам, так и в отношении экологической взаимосвязи популяций.

На начальных этапах человеческой истории на основе сложных взаимоотношений между смежными популяциями начали образовываться человеческие расы.

В экологическом смысле раса - более или менее искусственное понятие, основанное для многих популяций на выделении их из различных экосистем и объединении на основе общности или частоты появления некоторого числа физиологических признаков.

Расы человека исторически сложились как совокупность близких популяций, связанных единством происхождения, изначально обитающих в сходных условиях и обладающих определенной генетически обусловленной устойчивостью. Люди разных рас по всем основным биологическим и психологическим особенностям близки друг другу и принадлежат к одному виду - человек разумный.

По мере развития экономического, социального и биологического взаимодействия, усиления миграционных процессов возникают сообщества людей с разнообразным сочетанием расовых признаков, а нередко наблюдается стирание расовых различий.

6.2.3. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И РЕАКЦИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Окружающая человека среда состоит из четырех неразрывно взаимосвязанных компонентов:

• собственно природной среды;

• среды, созданной агротехникой;

• искусственной среды;

• социальной среды.

Природная среда, окружающая человека, - это факторы естественного происхождения, обладающие свойствами самоподдержания и саморегуляции без постоянного корректирующего воздействия со стороны человека. К числу этих факторов можно отнести магнитное и гравитационное поля, химический и динамический характер атмосферы, влажность воздуха земной поверхности, химический состав вод, наличие или отсутствие воды, химический, физический и механический характер поверхности земли (равнины, горы, холмы), состав биологической части экосистемы (растительность, животный мир, микробы), сочетание непахотных сельскохозяйственных земель с естественными экосистемами, землетрясения, наводнения, ураганы, природно-очаговые заболевания, плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор и др. Из площади суши 48 051 840 км2 около 1/3 не несет видимых следов пребывания человека. Например, в Антарктиде почти 100%, в Северной Америке - 37,5%, в СССР - 33,6%, в Африке - 27,5%, в Европе - 2,8% -300 суши. Природная среда сохранилась там, где она была недоступна людям для успешного преобразования.

Среда, связанная с агротехникой, - это все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми, которые постепенно разрушаются без регулярного воздействия со стороны человека. Это пахотные земли, грунтовые дороги, внешние пространства населенных мест с его природными характеристиками и внутренней структурой (постройки, заборы, зеленые полосы, пруды и др.), зеленые насаждения (газоны, бульвары, сады парки). Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную человеком природную среду. Сюда можно отнести домашних животных и домашние растения.

Третья среда - искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в живой природе, чуждый природе и без непрерывного обновления немедленно разрушающийся. К этой среде можно отнести асфальт, бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания, технологическое оборудование, мебель, всю культурно - архитектурную среду.

Социальная среда - культурно - психологический (информационный, политический) климат, сознательно или бессознательно создаваемый для личности, социальных групп, человечества в целом самими людьми и слагающийся из влияния людей друг на друга в коллективах непосредственно и с помощью изобретенных ими средств материального, энергетического и информационного воздействий.

Все факторы каждой среды тесно взаимосвязаны между собой и составляют объективные и субъективные стороны и "качества среды жизни".

Расширяя хозяйственную и производственную деятельность, изыскивая новые сырьевые и энергетические ресурсы, человек освоил огромные площади и проник в недоступные для проживания районы. В условиях нового местожительства его организм нередко испытывает большое напряжение под давлением жестких факторов среды. В иные, отличные от обычных, условия попадает человек при выполнении работы в специфической среде: шахты, подводные сооружения, горячий и холодный цех и т.д. Знание реакций организма на те воздействия, которым он подвергается, имеет большое значение для медицины.

Взаимодействие организма со средой происходит в двух направлениях. Одно связано с биохимическими изменениями в организме человека, которые обусловлены требованиями среды или возникают в процессе воздействия человека на среду. Индивидуальные реакции мужского, женского и детского организма отличаются от реакций всей группы в целом. Индивидуальные реакции в первую очередь носят физиологический характер: в силу общего соматического свойства физиологической приспособляемости, организм может приобрести адаптацию, акклиматизироваться или выработать иммунитет к самым разнообразным внешним факторам - алиментарным, климатическим, патологическим.

-301 Приспособляемость - свойство вида: все представители вида Homo sapiens способны проявлять необходимую пластичность реакций в ответ на изменение внешних условий.

Второе направление - это биологические реакции, специфические для данного индивидуума и определяемые данным частным генотипом. Такие реакции и признаки могут быть свойственны лишь немногим индивидуумам;

иногда они гарантируют особые преимущества целым популяциям (как, например, узкий нос у жителей холодных и засушливых стран). Появление приспособительных признаков, выработка их в процессе естественного отбора сыграли важную роль в эволюции первых гоминид.

6.2.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ НА УРОВНЕ ОРГАНИЗМА Человек со дня рождения до смерти находится под воздействием меняющихся условий среды (суточные и сезонные ритмы, производственные отношения, смена труда и отдыха и т.д.). Эти изменения будут еще более существенными и ощутимыми, когда меняется род занятий, образ жизни, местожительство с перемещением в районы с отличным от прежнего климатом и другими физико химическими характеристиками. Не остаются одинаковыми потребности человека на разных этапах его индивидуального развития. В ответ на варьирующие условия среды на каждом отрезке жизни организм отвечает функциональными перестройками, направленными на оптимизацию его жизнедеятельности. Процесс приспособления организма к условиям среды называется адаптацией.

Физиологическая адаптация - достижение организмом в новых условиях устойчивого гомеостатического состояния, при котором обеспечивается согласованная работа всех функциональных систем, поддерживается нормальная жизнедеятельность и трудовая активность человека, способность его к воспроизведению здорового потомства.

Сдвиги, происходящие в организме в процессе физиологической адаптации, затрагивают все уровни его организации: от молекулярно - субклеточного до организменного. Закалка и тренировка организма повышают его функциональные резервы, раздвигают границы существования. Амплитуда колебания условий не может быть беспредельной;

ограничены и функциональные возможности человека.

Наиболее комфортные условия для организма создаются при оптимальном значении воздействующих на него природных и социальных факторов. Это среда, идеальная для каждого человека. Биологическая сущность человека, как и популяции в целом, сформировалась в процессе длительной эволюции в конкретном районе Земли, со свойственными этому району климатическими и геохимическими условиями. Выработались генетически устойчивые механизмы адаптации к конкретному набору факторов. В условиях, где гармонично сочетаются природные и социальные факторы в полной мере раскрываются способности человека, осуществляется их реализация в трудовой деятельности, сохраняется его -302 здоровье и жизнь продлевается на многие годы. Организм и среда сосуществуют в единстве. Средой для каждого отдельного индивида и коллектива являются и окружающие их люди. Форма и характер поведения каждого члена общества - это важнейший фактор в обеспечении полноценной жизни не только отдельной личности, но и средство к достижению устойчивости популяции и человечества в целом. При отклонении от оптимальных условий в ту или иную сторону биологическая и социальная активность человека снижается;

в условиях крайнего отклонения от оптимума (и тем более за пределами минимума и максимума) даже одного из жизнеобеспечивающих факторов организм не сможет существовать.

6.2.4.1. ОБЩИЙ АДАПТАЦИОННЫЙ СИНДРОМ В ответ на действие значительных по силе и продолжительности внешних и внутренних раздражителей организм отвечает защитными реакциями, направленными на восстановление нарушенного равновесия. Этот процесс называют "общим адаптационным синдромом" [Селье, 1936]. Факторы, вызывающие адаптационный синдром, - резкое изменение температуры, большая мышечная нагрузка, физическая и психическая травма и тому подобное - называют стрессорами, а состояние организма, вызванное тем или иным стрессором или их совокупностью, - стрессом (от англ. stress - напряжение). Стрессовое состояние может завершиться повышением устойчивости организма к вызвавшему его фактору или может окончиться гибелью человека, если действие раздражителя велико по силе и продолжительности, а резервы организма оказываются недостаточными, чтобы противостоять стрессу.

Сохранение организмом способности к нормальному функционированию, несмотря на продолжающееся воздействие фактора, к которому сформировалась адаптация, называют критерием адаптации.

6.2.4.2. АДАПТИВНЫЙ ТИП Эволюционно возникший тип организмов, приспособленный к условиям среды, с выраженными изменениями их внешних и внутренних особенностей называют адаптивным типом. Адаптивный тип не зависит от расовой и этнической принадлежности популяции.

К комплексам признаков адаптивных типов относят показатели костно мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови человека.

Эти элементы повышают общую сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям среды.

Одним из результатов приспособления человека к окружающей среде является изменение размеров тела и веса. Установлено, что средний вес жителя северной Финляндии равен 69,3 кг, монголов, проживающих в более южных -303 широтах, - 63,9 кг, испанцев - 59,4 кг, коренного населения тропического Вьетнама 50,4 кг. Бушмены, живущие в пустыне Калахари, имеют вес 40 кг и менее. Ученые считают, что крупному человеку легче переносить холод, по сравнению с теми, кто имеет малый рост и вес. Чем крупнее организм, тем медленнее происходит охлаждение и наоборот.

Специфические признаки отличаются разнообразием и связаны с преобладающими условиями в данном месте обитания, например, жизнь в странах с жарким или холодным климатом.

Выделяют шесть адаптивных типов человека: тропический, высокогорный, арктический, континентальный, пустынный, умеренного пояса.

6.2.4.3. АККЛИМАТИЗАЦИЯ Привыкание живых организмов к новым климатическим условиям, в которые они попадают в результате переселения, называют акклиматизацией.

Акклиматизация осуществляется при помощи морфологических, физиологических, биохимических, биофизиологических и поведенческих реакций, сочетающихся между собой. Это сложный процесс, зависящий не только от климатических, но и от экологических, гигиенических и психологических факторов.

Выделяют несколько фаз акклиматизации:

• ориентировочная - для нее характерна общая заторможенность, снижение газообмена, кровообращения, работоспособности при комфортных условиях среды;

• высокая реактивность - стимуляция физиологических функций. Она выражается в нервно - психической возбудимости, повышении основного обмена, тонуса симпатической нервной системы, активации эндокринной, сердечно сосудистой и дыхательной систем;

• нормализующая фаза - характерен выраженный газообмен при высоком коэффициенте использования кислорода вдыхаемого воздуха, увеличение минутного объема сердца, возрастание выносливости, работоспособности;

• полная акклиматизация наступает после длительного воздействия климатических условий.

Повышение сопротивляемости организма к неблагоприятным условиям достигается рациональным питанием, улучшением режима труда и отдыха.

6.2.4.4. БИОРИТМЫ В любом явлении окружающей нас природы есть строгая ритмичность повторяемость процессов, день и ночь, отлив и прилив, зима и лето.

Ритмичность биологических процессов - одно из основных свойств живой материи. Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция периодичны. Функциональные системы организма - ритмические системы.

-304 Биологические ритмы - это эволюционная форма адаптации, определяющая выживаемость живых организмов. Выработанная в результате эволюции временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой способствует согласованию разных ритмических биологических процессов и таким образом обеспечивает нормальную жизнедеятельность целостного организма.

Нарушение этого согласования приводит к поломке регуляторных физиологических механизмов организма, к возникновению отклонений болезненных состояний.

Четкий ритм энергетических процессов обеспечивается последовательностью взаимодействия многочисленных физиологических и биохимических реакций.

Точность, с которой каждый организм придерживается свойственного ему ритма, привела к возникновению понятия "биологические часы".

В повседневной жизни человека окружают многочисленные процессы и явления, способствующие наилучшему согласованию ритмов организма с ритмами окружающей среды.

Периодичность жизненных процессов связана со сменой дня и ночи, с чередованием света и темноты, с суточными колебаниями температуры и влажности воздуха, барометрического давления, напряженности электрического и магнитного полей Земли, космического излучения. На ритмические жизненные явления оказывает влияние распорядок нашей производственной и бытовой деятельности.

Важное значение имеет не только регулярное чередование труда и отдыха, сна и бодрствования, но и организация учебного процесса в институте, быта в доме, колебания интенсивности городского шума, освещения улиц, а также совпадение ритма каждого индивидуума с общим ритмом жизни коллектива.

Биологические ритмы выявлены на всех уровнях организации жизни, начиная от простейших биохимических реакций в клетке и кончая сложными поведенческими реакциями.

Каждая клетка, каждый организм имеет свой собственный "рабочий ритм".

Рабочие ритмы связаны друг с другом на основе суточного ритма с периодом около 24 часов (циркадный ритм).

Суточные ритмы у живых организмов имеют широкий диапазон проявления (рис. 302). С ними связаны периодические колебания дыхания и температуры тела, сердечной деятельности и картины крови, работа органов пищеварения и выделения. В различное время суток изменяется ощущение боли, способности видеть, запоминать, ощущать вкус и запах, восприимчивость к болезням, чувствительность к шуму, психическим травмам, страху и т.д. Периодическим циклам подчиняются выработка ферментов, время репродуцирования клеток и протекание биохимических процессов, а также процесс размножения, ритмы рождения и смерти.

-305 Рис. 302. Суточная периодизация физиологических функций организма.

Биологическая значимость смены дня и ночи велика и является частью самих жизненных процессов. Адаптация к смене дня и ночи имеет генетическую основу.

Суточный ритм физиологических функций организма наиболее ярко выражен в периодах бодрствования и сна, в необходимости смены периодов активной деятельности и покоя. Во время сна происходит восстановление биоэнергетических ресурсов организма, предохраняющих мозг и другие ткани от истощения.

Сохранение энергетического баланса на определенном уровне в течение -306 суток обеспечивается за счет ритмических колебаний температуры тела. Суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер с максимальным значением периода близким к 18 часам и самым низким уровнем между 1 часом ночи и 5 часами утра. У человека колебания температуры не превышают 1 градус.

Длительное проживание людей в определенном часовом поясе формирует биологический ритм, соответствующий интенсивности жизненных процессов в течение суток. Быстрый перелет человека в другие часовые пояса, особенно с большой разницей во времени, нарушает биологический ритм. В организме возникают болезненные ощущения: головная боль, перепады кровяного давления, состояние слабости, усталости, расстройство сна и снижается работоспособность.

Полная адаптация к новым биологическим ритмам наступает после длительного пребывания в иных условиях смены дня и ночи.

Для жизнедеятельности организма и его выживания в постоянно изменяющейся окружающей среде требуется координация и регуляция сложных и разнообразных процессов, имеющих место в организме. Некоторые процессы регуляции протекают быстро, в течение долей секунды, другие длятся часами. Они нуждаются в постоянной корректировке, обеспечивающей приспособление тончайшую связь различных элементов сложной системы между собой и всего их комплекса с окружающей обстановкой.

Бурный технический прогресс, появление сложных видов трудовой деятельности постоянно нарушают "привычный" ритм жизни человека, предъявляя особенно серьезные требования к его нервно - психической сфере. Нервно эмоциональное напряжение, обусловленное темпами современной жизни, ведет к существенным нарушениям регуляции функций организма человека, прежде всего к нарушению систем, обеспечивающих психофизиологическую стабильность организма, возможность его активного функционирования.

Рассогласование биологических ритмов приводит к неврозам и неврозоподобным состояниям. Нарушение биологических закономерностей жизнедеятельности.человека вызывает неизбежные социальные последствия.

Биологические ритмы необходимо учитывать при лечении и предупреждении различных заболеваний. Например, установлено, что определенную роль в увеличении частоты приступов при стенокардии, гипертонической болезни, бронхиальной астме играет снижение уровня физиологических функций в ночное время. Тромбоз мозговых сосудов, инсульт, инфаркт миокарда чаще возникают ночью.

Причиной более частого возникновения инфаркта миокарда в ночное время является изменение ночью уровня протромбина и других компонентов свертывающей системы крови.

Для успешного лечения больных необходимо учитывать время применения в течение суток различных фармакологических веществ, биостимуляторов, физиотерапии, лечебной физкультуры и т.д.

-307 Экспериментально подтверждено, что в определенное время суток, а именно в 23 часа, организм в 2 раза чувствительнее к гистамину, чем в утренние часы. При введении антигистаминного препарата в 7 часов эффект длится около 14 часов, в при введении в 19 часов - только 6 часов.

На людей с сердечно - сосудистыми заболеваниями один препарат в 4 часа утра действует в 40 раз сильнее, чем в другое время суток. При диабете введение инсулина в 4 часа утра оказывает наиболее сильное действие.

Суточному ритму подчинена работа всего человеческого организма как единой, сложной саморегулирующейся системы. Благодаря этому обеспечивается приспособление к изменяющимся во времени условиям внешней среды (так физиологическая подготовка организма к активной деятельности начинается до пробуждения, а подготовка ко сну - задолго до засыпания).

Самочувствие людей связано также с сезонными ритмами, в формировании которых основное значение имеет обращение нашей планеты вокруг Солнца, смена времен года. По мере этого меняется температура, влажность воздуха, длительность светового дня, интенсивность солнечной радиации и многие другие природные процессы, которые особенно контрастны в умеренных широтах.

С сезонными ритмами связана чувствительность и устойчивость организма к различным внешним воздействиям: ионизирующим излучениям, кислородному голоданию, токсическим веществам, инфекциям. Содержание общего белка в сыворотке крови увеличивается зимой, а летом быстро нарастает усвоение кальция и фосфора. Отмечена неуравновешенность настроения и повышение функций эндокринных желез в переходные сезоны года.

Синхронизация биологических ритмов с природными циклами важна для нормального функционирования организма современного человека и адаптации его к окружающей среде.

6.2.4.5. СПЕЦИФИКА АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА На основе достижений науки и техники человек способен противостоять жесткому давлению неблагоприятных физико-биологических факторов созданием комфортных сооружений для жилья и работы, рациональной организацией труда и отдыха, медицинского обслуживания. "Умелые машины" и автоматы - роботы в ряде производств освободили человека от физического труда, хотя и повысилась нагрузка на психику при обслуживании пультов управления. Развитие транспортных средств обеспечивает быстрое преодоление расстояний без локомоторных напряжений и повышенных энергетических затрат. Сверхскоростные лайнеры за короткое время доставляют человека из одного пункта в другой, удаленный от первого. Все накопленные человечеством блага направлены на удовлетворение его потребностей и обеспечение благосостояния. Нередко стремление как можно полнее оградить себя от природной среды и мышечного напряжения сказываются отрицательно на функциональных отправлениях;

понижается сопротивляемость -308 организма. Например, увлечение теплой одеждой снижает возможности естественной терморегуляции, и незначительное охлаждение тела может вызвать серьезное заболевание. Злоупотребление искусственной иммунизацией и медикаментозными средствами приводит к детренированности собственных иммунологических механизмов. Ограничение физических нагрузок, особенно при параллельном усилении психических, негативно сказывается на всех системах, в том числе нервной, в которой под влиянием двигательной активности возникают и устанавливаются сложные координационные соотношения. Мышечное напряжение оказывает существенное положительное влияние на развитие психики. Напротив, гипокинезия негативно проявляется на всех уровнях организации человеческого тела, начиная с субклеточного. В частности, уменьшение уровня физической активности - один из существенных факторов риска заболеваний сердечно сосудистой системы, представляющих важную проблему современной медицины.

Быстрое транспортное перемещение в пространстве из среды, к которой адаптирован организм, к новому месту пребывания, существенно отличному от первого природными и прежде всего климатическими условиями, может вызвать перенапряжение в функциональных отправлениях, и они будут тем значительнее, чем менее тренирован организм;

в последнем случае удлиняется и адаптационный период. Блага, приобретенные человечеством за длительную историю развития, должны разумно сочетаться с биологическими качествами человека и не противостоять его естественной природе. Рациональное использование среды естественной и искусственной - должно идти параллельно с укреплением здоровья человека через закаливание и тренировки организма.

6.2.4.6. АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА И МЕДИЦИНА В практической деятельности врача и медицинского работника любого уровня должны непременно учитываться диапазон адаптивных свойств человека, его функциональные резервы, факторы, влияющие на физиологические перестройки и границы допустимости их воздействия на человека, а также механизмы, вызывающие нарушение функций.

Несмотря на то, что все люди принадлежат к одному виду, они обладают сугубо индивидуальными качествами, в том числе и разными адаптационными возможностями. Это должно учитываться в медицинской практике и обеспечиваться индивидуальным подходом к каждому пациенту.

Адаптивные свойства организма определяются рядом причин. Исходным является генотип, комплекс наследственных признаков. В процессе жизни и взаимодействия со средой вырабатываются индивидуальные фенотипические признаки в пределах нормы реакции. В значительной мере адаптация к природной и, особенно, социальной среде зависит от сочетания резервных возможностей организма к функциональным перестройкам, социального положения человека в обществе и формы поведения, определяющейся интеллектуальным и духовным -309 состоянием человека. Гибкость поведения и способность к созданию искусственной среды, изолирующей от воздействия негативных факторов, у человека выражена гораздо сильнее, чем у других обитателей планеты и отличает его от последних.

6.2.5. МЕХАНИЗМ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ОРГАНИЗМА К ФАКТОРАМ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА) Искусственная среда обитания, созданная человеком, может сгладить прямое воздействие природных факторов, но не может полностью отделить его от природы.

В отношении каждого фактора организм вырабатывает приспособительные реакции.

Например, рассмотрим влияние температурного фактора на организм человека и ответную реакцию на него.

6.2.5.1. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА К ТЕМПЕРАТУРЕ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Температурный фактор - обязательное условие существования живого;

температура влияет на все функции организма. В процессе эволюции животного мира имело место совершенствование систем регуляции теплообмена со средой.

Внешние температурные воздействия человек воспринимает периферическими рецепторами - холодовыми и тепловыми. От них сигналы о температурном воздействии поступают в головной мозг, в центр терморегуляции гипоталамус, а от него в кору больших полушарий. Кора и гипоталамус регулируют работу органов, непосредственно участвующих в ответных реакциях, обеспечивая приспособление организма к новым температурным условиям.

При низких температурах во внешней среде происходит сужение кожных и подкожных сосудов, перераспределение крови в кровеносном русле. В результате уменьшается ее количество в периферической зоне и сокращается теплоотдача с поверхности тела. Увеличение крови в сосудах брюшной полости способствует сохранению тепла во внутренних органах. При резком охлаждении тела включается особый механизм - холодовая дрожь, приводящая к увеличению теплообразования.

Дрожь - это непроизвольная мышечная активность. Кроме того, усиливается выделение физиологически активных веществ, стимулирующих энергообмен во всех тканях. В результате этого происходит накопление тепла, и температура тела поддерживается на устойчивом уровне.

Перераспределение кровотока и мышечное дрожание называют физической теплорегуляцией. Эти реакции проявляются моментально при попадании человека в условия пониженной температуры во внешней среде. Биохимические процессы, обеспечивающие выработку тепла, называют химической терморегуляцией.

В условиях повышенных температур и перегревания организма первыми также активизируются механизмы физической терморегуляции. Происходит перераспределение крови, увеличивается ее количество в поверхностных тканях при расширении кожных и подкожных сосудов. Это обеспечивает теплоотдачу посредством радиации (теплоизлучения) и конвекции (скорости движения воздуха).

-310 Успешное протекание этих процессов возможно в тех случаях, когда температура наружных слоев кожи выше температуры окружающей среды. Возрастает теплоотдача при испарении жидкости с поверхности дыхательных путей и кожи.

Велико значение потоотделения для поддержания температуры тела в условиях нагревающего микроклимата. Теплоотдача путем испарения с поверхности кожи особенно важна, когда окружающая температура превышает температуру поверхности тела. Лица с ослабленным потоотделением обычно обладают пониженной сопротивляемостью к высоким температурам. Хорошо выраженная способность к секреции пота обеспечивает лучшую приспособленность организма к тепловым нагрузкам, его более высокую термоустойчивость.

Выработка организмом тепла уменьшается при химической терморегуляции.

Процесс терморегуляции сложный и затрагивает все системы организма. В регуляции температуры тела участвуют не только центральная нервная система, но и железы внутренней секреции, щитовидная и надпочечники, деятельность которых контролируется нервной системой.

Эффективность механизмов защиты от перегревания и переохлаждения организма повышается в случае длительного пребывания человека в условиях высоких или низких температур во внешней среде. Это явление называют температурной адаптацией, или температурной акклиматизацией.

В условиях температурного комфорта в теплонейтральной зоне организм не нуждается в работе механизмов терморегуляции, не требуется ни дрожи, ни выделения пота, и кровоток в периферических органах сохраняет обычную скорость.

6.2.5.2. ВНЕШНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА. ПОНЯТИЕ О ГИПЕРТЕРМИИ И ГИПОТЕРМИИ 1. Адаптация к температурному фактору протекает неодинаково у разных людей, что определяется наследственными качествами, состоянием здоровья, длительностью пребывания в иной температурной среде, к которой был приспособлен человек, закаленностью и тренированностью организма. Она легче и полнее осуществляется у людей с хорошим здоровьем и привыкших к температурным колебаниям в окружающей среде. Ослабленное здоровье, резкая смена условий могут явиться причиной нарушений в согласованном функционировании жизненно важных систем;

период адаптации в этом случае затягивается. Все это должно учитываться в медицинской практике. Людям, выезжающим в районы с другим климатом по сравнению с тем, к которому приспособлен их организм, а также приступающим к работе в условиях холодного и жаркого микроклимата (горячий или холодный цеха, холодильники и т.д.) должны быть выданы соответствующие рекомендации по охране здоровья. Желательно проведение мероприятий по закаливанию и тренировке организма, повышению его резистентности (устойчивости) к изменяющимся условиям среды. Необходимость этого возрастает, если учесть, что при длительном пребывании человека в экстремальных температурных условиях могут оказаться недостаточными -311 механизмы физической и химической регуляции и происходит перегревание тела гипертермия или переохлаждение - гипотермия. Резкая гипертермия, при которой значительно повышается температура тела, почти прекращается потоотделение, общее состояние организма становится тяжелым, носит название теплового удара, который может иметь различную степень тяжести, вплоть до летального исхода.

Риск теплового удара повышается при недомогании, утомлении, физических нагрузках и недостатке воды в организме.

При длительном неблагоприятном для организма температурном режиме во внешней среде не исключены необратимые хронические изменения. Они могут выразиться в термических профессиональных заболеваниях с нарушением не только вегетативных, но и репродуктивных функций. Поэтому необходимо устанавливать границы допустимых температурных воздействий с учетом их продолжительности с целью обеспечения индивидуальной защиты человека в экстремальных условиях.

6.2.5.3. ЧЕЛОВЕК В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО И ХОЛОДНОГО КЛИМАТА В естественных условиях человек обычно подвергается одновременному воздействию многих факторов, и его организм отвечает перестройками всех функциональных систем.

6.2.5.3.1. Человек в условиях жаркого климата Высокие температуры во внешней среде в районах тропиков, субтропиков, на юге умеренной зоны могут сочетаться с большей или меньшей влажностью воздуха.

Легче человек адаптируется к высокой температуре при пониженной влажности воздуха. Такие условия, например, складываются в саваннах, в степных районах.

Здесь наиболее полно реализуется физическая терморегуляция. В условиях высоких температур и влажности механизм физической терморегуляции оказывается малоэффективным. Возможна теплоотдача за счет конвекции и излучения, но вызванное жарой потоотделение не обеспечивает должного охлаждения организма, так как в условиях насыщения воздуха влагой затруднено испарение, и пот стекает по телу. Напротив, химическая терморегуляция при таком сочетании факторов оказывается весьма важной. В жаркой и сухой пустыне, где температура воздуха близка к температуре на поверхности тела, большое значение приобретает потоотделение и испарение.

Существенное значение имеет поведение человека ("поведенческая терморегуляция"). Человек не пассивно приспосабливается к окружающей среде, а сознательно изменяет ее, создавая сооружения с соответствующим микроклиматом.

Для коррекции возникающих в организме изменений при секреции воды и электролитов необходимо адекватное их возмещение. При выраженных сдвигах в водно - электролитном балансе заметно снижается устойчивость организма у перегреву. Кроме того, в условиях нагревающего микроклимата, особенно с одновременным выполнением физической работы, вызывающей повышенную -312 выработку и накопление организмом тепла, важное значение приобретают гигиенические условия, включая характер одежды.

6.2.5.3.2. Человек в условиях холодного климата Человек, прибывший из средних широт в регион с холодным климатом, а у нас - это обширные районы Арктики и субарктики, подвержен негативному воздействию не только низких температур, но и целому ряду иных, ранее ему неведомых факторов, таких как фотопериодичность - длинная полярная ночь зимой и круглосуточный день в период короткого лета, иной уровень радиации, повышенные колебания геомагнитного поля и т.д. Адаптация организма к комплексу непривычных факторов протекает сложно и по - разному у разных людей. В данных условиях особо важное значение приобретают факторы ("социальные механизмы адаптации"), необходимость создания таких условий жизни, при которых максимально сглаживаются негативные влияния среды, хотя полностью и не устраняются.

Медицинское обслуживание и забота о состоянии здоровья способствуют развитию адаптационных процессов. Важную роль в условиях Крайнего Севера, где возрастают энергетические затраты организма, играет полноценное питание и включение в пищевой рацион не только белков, жиров, углеводов, но и комплекса необходимых минеральных солей, в том числе микроэлементов, витаминов, органических кислот. Обустраивая быт и разворачивая производственные мощности, человек не должен забывать, что природная среда Севера очень уязвима. Вызванные непредсказуемыми действиями нарушения в природной экосистеме могут легко стать необратимыми. Ущерб, нанесенный природе, обернется и оборачивается против человека, его здоровья, материальных и духовных интересов.

6.2.6.АНТРОПОГЕННАЯ ЭКОСИСТЕМА Для антропогенных экосистем характерно преобладание искусственной среды над естественной (рис. 303). К антропогенным экосистемам относят города, сельские поселения, транспортные коммуникации. В этих системах доминирующим экологическим фактором является человек и его хозяйственно - культурная деятельность. Города - особая среда обитания человека, представляющая собой сочетание высокоразвитых промышленных и социально - бытовых условий.

Несколько лет назад появился термин урбанизация. Процесс урбанизации - мощный экологический фактор, сопровождающийся преобразованием природных экосистем, массовым выбросом различных отходов в окружающую среду. Этот процесс связан с превращением естественных ландшафтов в искусственные под влиянием городской застройки. Человек осваивает неосвоенные пространства, формирует их в соответствии со своими потребностями (рис 304).

-313 Рис. 303. Основные типы экосистем. Цифрами обозначены: 1 - тундры, 2 - болота, 3 - степи, 4 леса, 5 - луга, 6 - пресноводные водоемы, 7 - моря, 8 - экосистемы подземных вод, 9 экосистемы высокогорных ледников, 10 - экосистемы океанических глубин, 11 сельскохозяйственные экосистемы, 12 - лесные культуры, 13 - морские "огороды", 14 экосистемы биологических очистных сооружений, 15 - города и промышленные предприятия, 16 - экосистемы биологических очистных сооружений, 17 - рыборазводные пруды, 18 культура дождевого червя, 19 - плантации шампиньонов.

-314 Рис. 304. Связь городской экосистемы с другими экосистемами. Цифрами обозначены: 1 загрязнение, 2 - ресурсы, 3 - сельскохозяйственные машины, 4 – горючее, 5 - удобрения, 6 пестициды, 7 - предметы быта, 8 - переработанная сельскохозяйственная продукция, 9 - сырье, 10 - продукты питания, 11 - вода, 12 - продукты питания, 13 - энергия, 14 - ресурсы.

В Европе доля городского населения с 1950 по 2000 г.г. возрастет с 56 до 79%.

По прогнозам ООН к 2000 г. половина населения мира будет жить в городах. Город экосистема, созданная человеком. Главная особенность городов - большая плотность населения. К крупнейшим городам мира относят Мехико (19 млн.

человек), Сан - Паулу (18 млн.) и др. Появление таких крупных городов (мегаполисов) связано со слиянием десятков близко расположенных городов и поселков в единую систему, занимающую большие пространства. Городам сопутствует нехватка жилья для населения, загрязнение окружающей среды, шум, травматизм, заболеваемость, преступность, терроризм и т.д.

Крупный город изменяет все компоненты природной среды: атмосферу, -315 растительность, воду, рельеф, почву, климат.

Город - центр культуры, образования. Он много дает человеку в его культурном развитии, выборе профессии, обеспечении современными условиями существования. Но в городе человек находится в трудных условиях существования.

Темпы адаптивных возможностей не всегда успевают за темпом роста научно технического прогресса. Городские жители терпимы к шуму, высокой плотности населения. Но они подвержены стрессам, иммунитет часто бывает снижен, что приводит к различным заболеваниям. Отмечается рост гиподинамии, аллергических заболеваний, болезней сердечно - сосудистой системы, органов пищеварения, болезней крови, онкологических заболеваний. Одной из причин может быть загрязнение окружающей среды.

В крупных городах велико загрязнение воздушного бассейна (рис. 305). По данным ВОЗ наибольшие превышения предельно допустимых норм концентрации диоксидом серы, зафиксированы в Милане, Лондоне, Мадриде и других крупных городах мира.

Рис. 305. Соединение загрязнителей в атмосфере.

Аэрозольные загрязнения приводят к повышению облачности, нарушают теплообмен и способствуют увеличению месячной, годовой температуры в городах по сравнению с окружающей средой, что отрицательно сказывается на здоровье горожан. В атмосферный воздух городов с технологическими выбросами промышленных предприятий и электростанций, с выхлопными газами автомобилей и авиационного транспорта поступает огромное количество пыли, золы, диоксида серы, азота, фенола, оксидов углерода и других веществ.

С действием атмосферных загрязнителей связаны токсические туманы, наблюдаемые в периоды неблагоприятных метеоусловий, сопровождающиеся резким увеличением концентрации сернистого газа и взвешенных веществ (рис.

306). Это отрицательно сказывается на здоровье людей, особенно страдающих сердечно - сосудистыми и бронхо-легочными заболеваниями. Многие аллергические заболевания связаны с загрязнением воздуха биологическими продуктами, такими как белковая пыль. Задымленность воздуха снижает интенсивность -316 ультрафиолетовой радиации зимой на 30%, летом - на 5%. Развивается световой голод, вызывающий авитаминоз D, и связанная с ним утомляемость, снижение иммунитета.

Рис. 306. Схема образования кислотных дождей.

Загрязнение атмосферы отрицательно сказывается не только на здоровье людей, но и негативно влияет на городскую флору, фауну, почву, памятники архитектуры, искусства, на работу транспортных средств.

Город потребляет огромное количество воды, но лишь незначительную ее часть человек использует на личные нужды. Основную часть воды тратят на производственные процессы. Использованная вода возвращается в природу загрязненной различными отходами: тяжелыми металлами, нефтепродуктами, органическими соединениями и т.д. Так, например, через канализационные сети Москвы ежегодно сбрасывается около 2,4 млрд. тонн загрязненных сточных вод.

Загрязнение воды тяжелыми металлами (ртутью) способно вызвать тяжелую интоксикацию организма. В 1956 г. в шести городах Японии была зарегистрирована странная болезнь, названная впоследствии болезнью Минамата. У больных возникали поражения почек, нервной и кровеносной систем. Жители данной местности употребляли в пищу морепродукты, содержащие большое количество ртути, которая попадала в море вместе с промышленными отходами химических заводов.

В питьевой воде некоторых городов обнаружены диоксины, обладающие высокой токсичностью. Выявлено, что химические предприятия Уфы ежесуточно сбрасывают в реку Уфу около 0,3 кг диоксина.

Главными источниками загрязнения почвы являются тяжелые металлы отходы металлургического производства, угольные, тепловые электростанции, автотранспорт. Только один алюминиевый завод выбрасывает в год около 700 тонн фтора. Загрязнение почвы отмечается на удалении до 20 км от источника.

Весьма опасные загрязнители - промышленные и бытовые свалки. Например, посчитано, что количество мусора на каждого горожанина составляет до 600 кг в год.

В США производят мусора 520 кг в год на одного жителя, в Москве - 320 кг. Свалки -317 опасны еще и тем, что служат местом обитания грызунов, являющихся распространителями и источниками таких заболеваний, как чума, бешенство, туляремия и др. В загрязненной почве размножаются мухи, переносчики различных инфекций.

Одна из форм загрязнения окружающей среды - отрицательное воздействие шума на человека. Шум бывает бытовой, производственный, транспортный, авиационный, городской и т.д. Основным источником городского шума служат промышленные предприятия и транспорт. Шум приводит к повышению утомляемости, неврозам, росту сердечно - сосудистых заболеваний, является постоянным раздражителем нервной системы. Многолетнее воздействие шума ведет к ухудшению слуха, расстройствам сна. Разработаны нормы допустимых уровней внешнего шума от различных источников. Допустимый шум уличного движения у стен домов составляет днем 50 дБ, а ночью - 40 дБ. Общий уровень шума в жилых помещениях не должен превышать днем 40 дБ, а ночью - 30 дБ.

Для ликвидации шумового загрязнения используют шумозащиту - комплекс мероприятий по снижению шума.

Транспорт может быть не только источником шума, но и загрязнять вредными компонентами (окисью углерода, углеводородами, окисью азота, канцерогенами) окружающую среду. В отработанных газах автомобилей содержится около вредных веществ. Автомобили используют кислород атмосферы и большое количество топлива. Выхлопные газы - одна из причин образования смогов, выпадения кислотных осадков, роста респираторных заболеваний. В городе Москве 2/3 общего загрязнения атмосферы приходится на автомобильный транспорт. Один из эффективных путей снижения загрязнения воздуха от автотранспорта улучшение качества топлива, замена двигателей внутреннего сгорания на экологически чистые (электромобили).

Города полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными. Главная особенность экосистемы городов в том, что в них невозможно экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человек берет на себя. Человек должен регулировать как потребление энергии, сырья для промышленности, пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду, почву в результате деятельности промышленных объектов и транспорта.

Проблемы экологии городов связаны с уменьшением выбросов в окружающую среду различных загрязнителей и защитой от них воды, атмосферы и почвы. Эти проблемы решают, создавая малоотходные технологии, эффективные очистные сооружения.

Большое влияние на экологию города оказывают зеленые насаждения, улучшающие микроклимат, улавливающие пыль, газы и благотворно влияющие на психическое состояние горожан. По мере насыщения городов зелеными насаждениями увеличивается разнообразие городской фауны. В городах средней -318 полосы России обитает до 1/3 всех видов птиц, живущих в данной местности.

Процесс урбанизации отдельных видов животных и птиц базируется на отборе особей, не боящихся человека. Они создают устойчивые многочисленные популяции, размножающиеся в городских условиях. Затем формируется настоящая городская экосистема с продуцентами, консументами, редуцентами. В этой экосистеме большое участие принимает человек. Роль продуцентов могут играть отходы и мусор, производимый горожанином, и подкормка, которую он осуществляет.

Потребность городских жителей в регулярном общении с природой - одна из жизненно важных. Сбережение естественных участков природы в городах имеет важнейшее значение для биосферы.

-319 6.3. ПАРАЗИТИЗМ И ПАРАЗИТАРНЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА Паразитизм - одна из форм взаимоотношений между особями разных видов.

Один (паразит) использует другого (хозяина) как источник питания и очень часто как место обитания (рис. 307).

Рис. 307. Паразитизм. А - раздувшаяся рыба, зараженная ремнецами (класс ленточные черви). Б - ремнецы, высунувшиеся наружу из разреза стенки тела рыбы.

Паразитизм широко распространен в природе. Приблизительно 6 - 7% общего числа видов животных - паразиты.

Формы проявления паразитизма разнообразны. Паразиты могут обитать в различных органах и тканях хозяина временно или постоянно (рис. 308). Паразитов называют временными, нападающими на хозяина только для питания (кровососущие насекомые, клещи) (рис. 416, 417, 403) или постоянными, обитающими в теле человека и покровах хозяина большую часть жизненного цикла.

Постоянные паразиты способны обитать у одного хозяина (аскарида, острица) (рис. 386) или нескольких (печеночный сосальщик, бычий цепень) (рис. 341, 367).

Постоянные паразиты могут быть безусловно постоянными, если всю жизнь они проводят на хозяине или внутри него, например, вши (рис. 421), чесоточный зу день (рис. 403) и др. Относительно постоянные, или периодические паразиты часть жизненного цикла проводят свободно, вне организма хозяина. Например, взрослые особи вольфартовой мухи живут свободно, а личинки паразитируют, вызывая миаз (рис. 415).

Различают паразитизм истинный и ложный. При истинном паразитизме взаимоотношения паразита и хозяина закономерны и эволюционно закреплены.

Например, половозрелый бычий цепень обитает в кишечнике человека (рис. 367).

Ложный паразитизм связан с тем, что некоторые свободноживущие организмы временно могут стать паразитами. Например, свободноживущая Acantamoeba может случайно попасть через носоглотку в мозг и вызвать тяжелое заболевание у человека. По степени зависимости от хозяина паразиты подразделяются на факультативных и облигатных.

Факультативные паразиты способны жить и размножаться самостоятельно, независимо от хозяина.

Облигатные паразиты не могут размножаться вне хозяина, т.е. без питания за -320 счет хозяина (например, аскарида) (рис. 381).

Рис. 308. Паразиты человека. 1 - малярийный плазмодий, 2 - лейшмании, 3 - трипаносома, 4 токсоплазма, 5 - лямблия, 6 - дизентерийная амеба, 7 - балантидий, 8 - некатор, 9 - острица, 10 аскарида, 11 - трихомонада, 12 - кривоголов - ка, 13 - ришта, 14 - власоглав, 15 - чесоточный зудень, 16 - иксодовый клещ, 17 - клещ дермацентор, 18 - поселковый клещ, 19 - финна вооруженного цепня, 20 - трихина, 21 - ланцетовидный сосальщик, 22 - печеночный сосальщик, 23 - кошачий сосальщик, 24 - вооруженный цепень, 25 - эхинококк (финна), 26 - невооруженный цепень, 27 - лентец широкий, 28 - карликовый цепень, 29 - москит, 30 - вошь, 31 - клоп -321 постельный, 32 - блоха, 33 - муха жигалка.

В зависимости от локализации в организме хозяина различают наружных (эктопаразитов) и внутренних (эндопаразитов) паразитов.

Эктопаразиты находятся на поверхности тела хозяина (блохи, вши, клещи и др.) (рис. 420, 421, 404). У них имеются специализированные приспособления, позволяющие удержаться на теле хозяина.

Эндопаразиты приспособились к обитанию внутри организма хозяина, в его органах, тканях, клетках. Микропаразиты (вирусы, бактерии, некоторые грибы) способны обитать внутри клеток хозяина. Макропаразиты, некоторые гельминты (аскарида, трематоды, цестоды) (рис. 381, 341, 364) приспособились к обитанию в бескислородных условиях. Для этих паразитов характерна редукция некоторых систем органов, наличие защитных покровов, органов прикрепления, большая плодовитость. Например, самки аскариды откладывают до 200 тыс. яиц в сутки (см.

рис. 381).

6.3.1. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПАРАЗИТ - ХОЗЯИН Организм хозяина представляет собой среду обитания для паразита.

Часто хозяин бывает заражен несколькими видами паразитов, локализующихся в разных органах и тканях и образующих своеобразное сообщество - паразитоценоз.

Компонентами паразитоценоза могут быть простейшие, гельминты, вирусы, членистоногие и другие виды паразитических организмов. Между отдельными паразитами в организме хозяина складываются сложные взаимоотношения.

Определение видового состава паразитов, присутствующих в теле хозяина имеет большое значение. Результаты взаимоотношений отражаются на состоянии здоровья организма. Процесс взаимодействия паразита с организмом хозяина может проявляться различным образом.

Патогенные паразиты способны вызвать заболевание. Например, люди, страдающие аскаридозом или любым другим гельминтозом, тяжело переносят бактериальную дизентерию. Иногда наблюдается цистоносительство. Непатогенные формы заболеваний не вызывают.

Патогенность паразитов определяется рядом условий: состоянием паразита, состоянием организма хозяина, условиями внешней среды.

Воздействия паразита на хозяина разнообразны.

1. Механические воздействия связаны с повреждениями тканей, возникающими при контакте с органами прикрепления паразитов (присоски, крючья у ценней, ротовой аппарат у клещей и т.д.). Большое скопление паразитов (аскарид) в кишечнике может вызвать закупорку и непроходимость.

2. Токсическое влияние связано с воздействием продуктов жизнедеятельности паразитов. Например, действие слюны и других пищеварительных соков эктопаразитов, выделяемых во время питания на хозяине. Пребывание гельминтов -322 в кишечнике человека вызывает потерю аппетита, тошноту, рвоту и другие явления, связанные с интоксикацией организма продуктами жизнедеятельности паразитов.

Приступы лихорадки при малярии возникают вследствие разрыва эритроцитов и поступления в кровь продуктов диссимиляции паразитов.

3. Питание паразитов происходит за счет хозяев. Паразиты, в зависимости от вида и локализации, способны поглощать тканевую жидкость, кровь, нанося вред здоровью хозяина. Например, анкилостома, питаясь кровью, вызывает у человека малокровие.

Паразиты, как правило, не приводят к гибели хозяина, чтобы не погибнуть самим.

Воздействие хозяина на паразита ослабляет его жизнедеятельность.

Ответные реакции хозяина могут быть общего характера (гуморальные) и местные (клеточные и тканевые).

Гуморальные реакции представляют собой иммунные реакции, связанные с выработкой антител в ответ на поступление антигенов паразита.

При некоторых паразитарных заболеваниях вырабатывается стойкий иммунитет (например, при лейшманиозе, трипаносомозе). При гельминтозах (например, аскаридозе, энтеробиозе) иммунитет относительный и потому возможны повторные заражения.

Клеточные реакции проявляются в увеличении размеров клетки. Эритроциты, пораженные малярийным плазмодием крупнее не пораженных.

Тканевая реакция связана с образованием соединительной капсулы вокруг паразита, изолирующей его от окружающих тканей.

Процесс взаимодействия паразита и хозяина происходит в определенных условиях среды. Переутомление, голод, перегревание и т.д. ослабляют защитные силы организма. Это приводит к усилению отрицательного воздействия паразита на организм хозяина и может вызвать даже его гибель.

6.3.2.АДАПТАЦИЯ К ПАРАЗИТИЧЕСКОМУ ОБРАЗУ ЖИЗНИ Переход к паразитическому образу жизни связан с возникновением различных способов адаптации у паразитов.

Для паразитов характерна хорошо развития половая система, высокая плодовитость: например, аскарида способна откладывать 200 000 яиц в сутки.

Некоторые простейшие могут размножаться множественным делением.

У большинства паразитов имеются органы прикрепления к телу хозяина (присоски, крючья и т.д.).

Для кровососущих характерно наличие колюще - сосущего ротового аппарата, антикоагулянтов в слюне, увеличение вместимости пищеварительной системы (например, у клещей).

У некоторых паразитов происходит редукция ряда систем органов. Например, у ленточных червей отсутствует пищеварительная система.

-323 6.3.3. ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ ПАРАЗИТОВ Для эффективной борьбы с паразитами большое значение имеет изучение их жизненных циклов.

Жизненный цикл - совокупность последовательных стадий развития данного паразита от исходной стадии (яйцо, циста) до конечной стадии (половозрелая стадия). В процессе жизненного цикла изменяется среда обитания (например, личинки комара обитают в воде, а взрослые особи в воздушной среде), способы питания, локализация в организме хозяина (плазмодий у человека сначала обитает в клетках печени, а затем в эритроцитах).

Личинки паразитов могут вести паразитический образ жизни или быть свободноживущими. Некоторые паразиты в период жизненного цикла способны менять хозяев. Хозяина, в котором паразит находится в личиночной стадии или размножается бесполым путем, называют промежуточным. Например, человек в цикле развития малярийного плазмодия - промежуточный хозяин. Окончательным (основным или дефинитивным) хозяином называют организм, в котором паразиты находятся в половозрелой форме или размножаются половым путем. Например, малярийный комар, в цикле развития малярийного плазмодия - окончательный хозяин.

Некоторые паразиты для завершения жизненного цикла используют двух и более хозяев различных видов. Это связано с тем, что каждая стадия завершает цикл развития в организме определенного вида. Например, в цикле развития лентеца широкого два промежуточных хозяина (циклоп и рыбы) и один окончательный (человек) (рис. 380).

Хозяев, в организме которых паразит может размножаться, накапливаться, долго сохранять жизнеспособность и расселяться, называют резервуарными.

Например, таежный клещ может быть резервуарным хозяином для вируса весенне летнего энцефалита (рис. 406).

Характерная особенность паразитизма - высокая специфичность паразита, способного обитать в организме определенного хозяина. Например, аскарида человеческая становится половозрелой только в тонком кишечнике человека.

Расселение паразитов осуществляется на разных стадиях жизненного цикла.

Обычно это происходит покоящимися стадиями (цистами) у простейших или яйцами и личинками у гельминтов. Иногда при перемещениях в расселении принимают участие промежуточные, окончательные или резервуарные хозяева, имеющие яйца или личинки в своем организме.

Способы передачи возбудителя различны. Некоторыми гельминтами можно заражаться через промежуточных хозяев. Например, съев рыбу, плохо обработанную термически, можно заразиться описторхозом (рис. 346), дифиллоботриозом (рис. 380).

-324 6.3.4. ТРАНСМИССИВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ Паразит может проникать в организм хозяина через переносчиков (насекомые, клещи). Этот способ называют трансмиссивным. Например, лейшманиозом заражаются при укусе человека москитом.

Заболевания человека в зависимости от того, к какому типу животных или растений относится возбудитель, делят на инфекционные (бактериальные, вирусные) и инвазионные (паразитарные). В распространении инвазионных и инфекционных болезней принимают участие кровососущие насекомые. Такие заболевания называют трансмиссивными. Различают облигатно-трансмиссивные и факультативно-трансмиссивные заболевания.

Облигатно-трансмиссивные заболевания передаются только через переносчика. Например, малярию передает малярийный комар. Факультативно трансмиссивные заболевания могут передаваться как через переносчика, так и без него. Например, чумой можно заразиться не только через укус блох, но при контакте и воздушно - капельным путем.

Выделяют три группы трансмиссивных заболеваний.

Антропонозы - болезни, свойственные только человеку (амебиаз).

Антропозоонозы - болезни, возбудители которых могут поражать как человека, так и животных. Например, таежный клещ передает вирус весенне-летнего энцефалита от животных человеку и наоборот.

Зоонозы - болезни, свойственные только животным (например, малярия птиц).

6.3.5. ПРИРОДНО - ОЧАГОВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ Большинство трансмиссивных заболеваний связаны с определенными районами, где распространены дикие животные - носители этих заболеваний.

Переносчики и носители трансмиссивных заболеваний обитают среди животных, населяющих данную территорию и находятся в сложных взаимоотношениях между собой и с условиями окружающей среды. Они хорошо приспособлены к месту обитания. Природные очаги трансмиссивных заболеваний возникли в процессе эволюции и существуют независимо от человека. Попадая на территорию природного очага человек может заразиться трансмиссивной болезнью при укусах переносчиками.

Учение о природной очаговости трансмиссивных заболеваний было разработано Е.Н. Павловским (1884 - 1965). Он внес большой вклад в развитие науки паразитологии. Им было введено понятие паразитоценоза, создана школа ученых - арахноэнтомологов, изучавших особенности экологии клещей и их роль в переносе заболеваний.

-325 Трансмиссивные заболевания с природной очаговостью характеризуются следующими особенностями:

• циркулируют в природе независимо от человека;

• резервуаром являются дикие животные, составляющие с возбудителями и переносчиками биоценотический комплекс;

• распространены на территории с определенным ландшафтом, климатом и биоценозом. Компоненты природного очага:

• возбудитель;

• резервуарный хозяин;

• комплекс природных условий;

• наличие переносчика, если трансмиссивное.

Примером трансмиссивного заболевания с природной очаговостью может быть клещевой возвратный тиф. Очаги обнаружены в пустынях и полупустынях.

Резервуарные хозяева - дикобразы, песчанки и др. Переносчики - поселковые клещи (рис. 410), обитающие в норах, пещерах, заброшенных жилищах. Питаясь кровью резервуарных животных, клещи поддерживают очаг в течение многих лет.

Возможна трансовариальная передача возбудителя, т.е. передача через яйцевые клетки от одного поколения к другому. Из зараженной яйцеклетки развиваются личинки, нимфы и имаго, зараженные спирохетами, вызывающими клещевой возвратный тиф. Такой способ передачи возбудителя позволяет сохранять его длительное время. Клещи не только переносчики, но и резервуарные хозяева возбудителя.

К трансмиссивным заболеваниям с природной очаговостью относят чуму, лейшманиоз, клещевой весенне - летний энцефалит и др.

К природно-очаговым заболеваниям можно отнести некоторые гельминтозы (дифиллоботриоз, описторхоз, трихинеллез и др.).

Учение о природной очаговости позволило разработать меры профилактики и -326 защиты от этих заболеваний. Профилактика предусматривает индивидуальную защиту и уничтожение резервуарных животных.

Наука, изучающая явления паразитизма, называется паразитологией. Ее задачи связаны с изучением биологии, экологии паразитов, вызываемых ими заболеваний, мерами борьбы с ними и методами профилактики.

В медицинской паразитологии выделяют следующие разделы:

медицинскую протозоологию, изучающую паразитарных простейших;

медицинскую гельминтологию, изучающую паразитарных червей;

медицинскую арахноэнтомологию, изучающую переносчиков и возбудителей заболеваний, относящихся к паукообразным и насекомым.

Основные задачи медицинской паразитологии:

1) изучение особенностей строения паразита на всех стадиях развития, определение видовой принадлежности;

2) изучение систематики паразита;

3) определение особенностей цикла развития паразита, путей циркуляции в природе;

4) изучение взаимоотношений в системе паразит - хозяин;

5) диагностика, лечение, профилактика и ликвидация паразитов.

-327 6.4. ОБЩАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ПРОТОЗООЛОГИЯ Наука о паразитических простейших, вызывающих заболевания человека, называют медицинской протозоологией.

6.4.1. ТИП ПРОСТЕЙШИЕ (PROTOZOA) 6.4.1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПА К типу Простейших относят более 30 000 видов. Простейшие широко распространены на нашей планете. Они обитают в самых различных средах - в морях, океанах, пресных водах и почве. Многие простейшие приспособились к паразитированию внутри клеток, в крови и тканевой жидкости человека и животных.

Клетка простейших - самостоятельная особь, выполняющая все функции целостного организма - состоит из цитоплазмы и одного или нескольких ядер и покрыта оболочкой. Части тела простейших, выполняющие различные функции, называют органеллами. Клетка простейших имеет те же органеллы общего назначения, что и клетки тела многоклеточного организма: рибосомы, комплекс Гольджи, митохондрии и др.

У простейших есть органеллы передвижения, питания, защиты, выделения, осморегуляции и др.

Органеллы передвижения могут быть временными (ложноножки или псевдоподии, рис. 309) и постоянными (жгутики и реснички, см. рис. 310, 338) образованиями.

Рис. 309. Амеба протей (Amoeba proteus). A - захватывающая пищу. Б - ползущая: 1 эктоплазма, 2 - эндоплазма, 3 - заглатываемые пищевые частицы, 4 - сократительная вакуоль, 5 - ядро, 6 - пищеварительные вакуоли.

Ложноножки (псевдоподии) - временные выросты цитоплазмы, разнообразные по форме и размеру.

Жгутики - постоянные органеллы, имеющие вид длинных и тонких нитей цитоплазмы, начинающиеся обычно на переднем конце тела. Число жгутиков невелико: 1 - 2 (рис. 310), реже 4 - 8 (рис. 311).

-328 Рис. 310. Два вида эвглен. А - Euglena oxyiris и Б - Euglena viridis (по Дофлейну): 1 - жгутик, 2 резервуар сократительной вакуоли, 3 - сократительная вакуоль, 4 - несущие хлорофилл хроматофоры, 5 - ядро, 6 - парамиловые зерна, 7 - глазок.

Рис. 311. Паразитирующий в кишечнике человека жгутиконосец Lamblia intestinalis: 1 - жгутики, - ядро, 3 - присоска, 4 - базальные зерна, 5 - парабазальное тело, 6 - аксостиль.

-329 Реснички - многочисленные короткие выросты цитоплазмы, расположенные по всей поверхности тела.

Цитоплазма простейших распадается на два слоя: наружный, более светлый и плотный, называемый эктоплазмой;

и внутренний, содержащий многочисленные включения, называемый эндоплазмой. Цитоплазма ограничена наружной мембраной, которая может увеличивать толщину и плотность наружного слоя, образуя пелликулу, или более прочную кутикулу.

По типу ассимиляции большинство простейших можно отнести к гетеротрофным организмам. Но среди свободноживущих есть аутотрофные (вольвокс, рис. 312) и миксотрофные (эвглена зеленая, см. рис. 310) организмы.

Рис. 312. Volvox globator (По Паркер - Гасвелю). А - колония, в которой находится несколько дочерних колоний;

В - такая же колония в период полового размножения;

С - четыре мелких особи из стенки колонии (видно сообщение клеток при помощи плазматических мостиков);

D 05 - деление клетки, дающей начало новой колонии;

Е - зрелая группа микрогамет;

F микрогамета;

G - макрогамета, окруженная микрогаметами;

Н - зигота, выделившая плотную оболочку.

Простейшие могут питаться частицами твердой пищи и иметь органеллы для их захвата, заглатывания и переваривания. У таких простейших (трихомонада) есть специальное ротовое отверстие - клеточный рот (рис. 313), у некоторых, кроме того, есть клеточная глотка (инфузории, см. рис. 339), у других пища поступает в любом месте тела (класс саркодовые - амеба, см. рис. 309).

-330 Рис. 313. Трихомонада Trichomonas sp. 1 - передние жгутики, 2 - базальное тело, 3 - цитостом, 4 ядро, 5 - аксостиль, 6 - ундулирующая мембрана, 7 - опорная фибрилла (схема).

Для переваривания пищи служит пищеварительная вакуоль, представляющая собой каплю жидкости, содержащую пищеварительные ферменты. Жидкость окружает пищевую частицу и вместе с ней начинает передвигаться по клетке. В.

процессе перемещения пищеварительной вакуоли пища переваривается под действием ферментов и всасывается в окружающую цитоплазму. После того, как переваренная пища всосалась, пищеварительная вакуоль вместе с непереваренными остатками выбрасывается наружу в любой части тела амебы. У некоторых простейших (инфузорий) для этого имеется специальное отверстие порошица (см. рис. 338). Если в тело одновременно поступают несколько пищевых частиц, образуется соответствующее число вакуолей.

Паразитические формы простейших, в основном, питаются осмотически, всасывая пищу всей поверхностью тела.

Некоторые представители простейших имеют хроматофоры, содержащие хлорофилл (см. рис. 310). Эти формы способны на свету осуществлять фотосинтез (вольвокс, см. рис. 312). Есть виды (эвглена зеленая), совмещающие оба типа ассимиляции - автотрофную (в присутствии света) и гетеротрофную (в темноте). Это миксотрофные организмы.

Органеллы выделения представлены выделительной (пульсирующей) вакуолью. Это небольшой пузырек жидкости, который периодически сокращается, -331 выбрасывая жидкость наружу и вновь наполняется. У некоторых простейших (инфузории) помимо вакуолей имеются расположенные венчиком 5 - 7 приводящих каналов. Наполнение и сжатие вакуолей происходит через правильные промежутки времени, ритмически. Через сократительные вакуоли удаляются излишки воды и жидкие продукты диссимиляции. Благодаря сократительным вакуолям осмотическое давление поддерживается на одном и том же уровне (см. рис. 338).

Таким образом, сократительная вакуоль играет роль органеллы выделения, дыхания и осморегуляции.

Многие простейшие имеют органеллы защиты (трихоцисты) - инфузории (см.

рис. 338), чувствительные (стигмы) - эвглена (см. рис. 310), опорные образования (аксостиль) - лямблии (см. рис. 311).

Явления раздражимости у простейших проявляются в виде таксисов. Они представляют собой движения, направленные либо в сторону раздражителя (положительный таксис), либо от него (отрицательный таксис).

Простейшим, как и всем живым организмам, свойственно размножение.

Существует две основные формы размножения простейших: бесполая и половая. В основе того и другого размножения лежит процесс деления клетки.

При бесполом размножении происходит митотическое деление ядра вегетативной (материнской) особи на две равные части, с образованием двух дочерних ядер (рис. 314), или множественное деление - шизогония (см. рис. 331), при котором ядро материнской особи дает начало нескольким дочерним ядрам, затем тело распадается на соответствующее число дочерних клеток (особей).

Рис. 314. Amoeba proteus. А - Д - последовательные стадии деления (по Грел - лю): цифры часы прохождения отдельных стадии.

Время от времени в жизненном цикле некоторых простейших происходит половой процесс, называемый конъюгацией (инфузории) или копуляцией (см. рис.

-332 79, 80, 81, 82).

Половой процесс сводится к слиянию двух генеративных (половых) ядер, прошедших стадию редукционного деления, содержащих гаплоидный набор хромосом, и образованию зиготы, дающей начало новому поколению. У многих видов простейших происходит чередование форм размножения. Образуются сложные циклы развития.

Жизненный цикл - ряд следующих друг за другом стадий, которые в существовании данного вида повторяются с определенной закономерностью.

Цикл развития связан с размножением и условиями обитания. Цикл развития начинается с зиготы, затем следует бесполое размножение, далее формируются половые особи. В результате полового процесса образуется зигота.

У большинства простейших, особенно у паразитических форм, происходит при этом переход из одной среды обитания в другую. Сложный цикл развития имеют, например, представители класса споровиков (малярийный плазмодий, см. рис. 331).

При неблагоприятных условиях (понижение или повышение температуры, высыхание и т.д.) простейшие перестают питаться, теряют органеллы движения, округляются и покрываются толстой оболочкой (рис. 315).

Рис. 315. Цисты кишечной амебы (А) и дизентерийной амебы (Б). В цистах видны ядра (у кишечной амебы их восемь, у дизентерийной - четыре) и хроматоидные тельца (по Кофонду).

Такая стадия получила название цисты, а процесс превращения в цисту инцистирования. В состоянии цисты простейшие сохраняют жизнеспособность в течение длительного времени даже при неблагоприятных условиях. Когда условия становятся благоприятными оболочка цисты растворяется, возобновляется движение, питание, и циста превращается в вегетативную форму.

Циста - пассивная стадия в жизненном цикле простейших, а вегетативная форм - активная.

Рассмотрим следующие классы простейших: саркодовые, жгутиковые, споровики, инфузории.

6.4.1.2. КЛАСС САРКОДОВЫЕ (SARCODINA) Саркодовые насчитывают около 10 000 видов и имеют наиболее примитивную организацию. Обитают в морях, пресных водоемах и могут вызывать заболевания человека.

6.4.1.2.1. Амеба протей (amoeba proteus) -333 Представителем класса Саркодовых может быть амеба протей, обитающая в прудах и канавах с илистым дном. Тело амебы достигает размера 0,2 - 0,7 мм - одна из крупных свободноживущих форм (см. рис. 309). Наблюдая под микроскопом за живой амебой, видно, что тело ее покрыто тонкой цитоплазматической мембраной, за которой идет слой прозрачной плотной эктоплазмы. Далее располагается полужидкая эндоплазма, составляющая основную массу амебы. В цитоплазме есть ядро. Цитоплазма находится в непрерывном движении, в результате которого возникают цитоплазматические выросты - ложноножки или псевдоподии.

Псевдоподии служат не только для движения, но и для поглощения частиц пищи.

Амеба охватывает пищевые частицы (одноклеточные водоросли, клетки бактерий, мелких простейших и др.) ложноножками и втягивает их внутрь тела, где образуются пищеварительные вакуоли. В них, благодаря ферментам, происходит переваривание пищи. Поглощение пищи при участии псевдоподий называется фагоцитозом. Жидкости поступают пиноцитозом. Вакуоли с непереваренными остатками подходят к поверхности тела и выбрасываются наружу.

Кроме пищеварительных вакуолей в цитоплазме амебы протея отчетливо виден светлый пузырек, который периодически то появляется, то исчезает. Это сократительная или пульсирующая вакуоль. Промежуток между двумя пульсациями равен 1 - 5 минутам.

функция сократительной вакуоли - регуляция осмотического давления внутри тела простейшего. Вода из окружающей среды поступает в тело амебы осмотически через наружную мембрану. Концентрация веществ в теле амебы выше, чем пресной воде. Это создает разность осмотического давления внутри и вне тела простейшего.

Сократительная вакуоль периодически удаляет избыток воды из тела амебы.

Кроме осморегуляторной функции сократительная вакуоль выполняет выделительную функцию, выводя вместе с водой в окружающую среду продукты обмена. В основном выделение осуществляется через наружную мембрану.

Сократительная вакуоль принимает участие в дыхании, так как в воде находится растворенный кислород.

Размножается амеба бесполым путем - делением на два. При этом сначала втягиваются псевдоподии и амеба округляется. Затем происходит деление ядра митозом и на теле амебы появляется перетяжка, которая перешнуровывает тело на две равные половины, в каждую отходит по одному ядру (см. рис. 314).

При наступлении неблагоприятных условий амеба инцистируется.

6.4.1.2.2. Амеба дизентерийная (entamoeba hystolitica) Некоторые виды амеб приспособлены к паразитическому образу жизни в кишечнике позвоночных и беспозвоночных животных. В толстом кишечнике человека паразитируют 6 видов амеб. Пять видов обитают в просвете кишечника, питаются бактериями и не оказывают патогенных влияний на организм человека. Один вид дизентерийная амеба (Entamoeba histolytica, рис. 316) - при определенных условиях -334 может вызвать тяжелое заболевание - амебиаз (амебная дизентерия). Это заболевание встречается чаще всего в районах с жарким и теплым климатом.

Рис. 316. Амебы из кишечника человека. А - дизентерийная амеба. Б - кишечная амеба: 1 - ядро, 2 - фагоцитированные бактерии, 3 - фагоцитированные эритроциты.

У человека дизентерийная амеба паразитирует в трех формах, смотря по фазам жизни:

• вегетативной формой малой;

• вегетативной формой крупной;

• цисты.

Дизентерийная амеба в организм человека попадает на стадии цисты (см. рис.

315). Заражение происходит через немытые овощи, фрукты, некипяченную воду.

Оболочка цисты растворяется в толстом кишечнике под действием ферментов.

Четыре вегетативные малые формы выходят в просвет кишечника. Их размеры от до 15 мкм. Амебы питаются бактериями и грибками, переваривая их в вакуолях, и не наносят вреда здоровью человека. После нескольких циклов бесполого размножения малые просветные формы могут превратиться в цисты. Перед инцистированием амебы округляются, перестают питаться и двигаться, образуя предцистные формы. Зрелая инвазионная циста содержит четыре ядра и цитоплазму. Размеры цист - 10 - 15 мкм. Люди, в кишечнике которых есть эти формы, способны выделять их во внешнюю среду годами. Таких людей называют цистоносителями.

Возникновению заболевания способствуют бактерии определенного вида, попадающие в кишечник человека с пищей. Бактерии подготавливают слизистую оболочку кишечника к проникновению амеб.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.