ЛЕКЦИЯ № 18
По медицинской биологии и генетике
Для студентов 1 курса
Лечебного, медико-профилактического и медико-диагностического
Факультетов
Тема: «Основы экологии. Антропоэкология».
Время - 90 мин.
Учебные и воспитательные цели:
1. Ознакомить с целями и задачами антропоэкологии.
2. Знать характеристики сообществ, экологическую изменчивость живых организмов в них.
3. Уметь выделять адаптивные типы людей.
4. Различать биологические и социальные аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бекиш О.-Я. Л. Медицинская биология. Курс лекций для студентов мед. ВУЗов. - Витебск, 2000 с. 310-340.
2. Биология /Под ред.В.Н. Ярыгина/ 1-я книга - М.: Вш,1997. с. 182-195.
3. О.-Я. Л. Бекиш, Л.А. Храмцова. Практикум по мед. биологии. - Изд. «Белый Ветер», 2000 - с. 142-147.
МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Мультимедийная презентация.
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ
| № п/п | Содержание | Расчет рабочего времени |
| 1. | Основные понятия экологии. | |
| 2. | Биологические системы, изучаемые экологией. | |
| 3. | Антропоэкология, ее цели и задачи. | |
| 4. | Биологические и социальные аспекты адаптации. | |
| 5. | Экологическая дифференцировка человечества. | |
| 6. | Антропогенные экосистемы. | |
| Всего: |
Вопрос 1
Экология (гр. ойкос - дом, жилище, родина + гр. логос понятие, учение) - наука, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой, другими организмами и сообществами. Это наука о структуре и функциях живой природы, которая изучает жизнь на надорганизменном уровне.
Экология исследует три основных уровня организации живой материи:
· отдельные особи и влияние экологических факторов на организм и его адаптацию;
· популяции и изменение их численности под влиянием экологических факторов;
· сообщества, их состав, структуру, закономерности функционирования.
Предметом экологии являются биологические макросистемы: популяции, сообщества, экосистемы, их динамика во времени и пространстве.
Ее теоретическая и практическая задача - вскрыть закономерности процессов, управлять ими в условиях возрастающего влияния антропогенных фактов, рационально использовать природные ресурсы биосферы.
Методы экологии:
· полевые - изучение популяций в естественной обстановке;
· экспериментальные - анализ отдельных фактов в контролируемых условиях;
· моделирование биологических явлений - воспроизведение в искусственных системах процессов живой природы;
· математическое моделирование - первые модели хищник-жертва, паразит-хозяин. Используют для экологического прогнозирования.
Вопрос 2
Наиболее тесные взаимоотношения складываются между организмами, населяющими определенный участок среды обитания.
Среда - это вся совокупность элементов, которые действуют на особь в месте ее обитания. Однородные участки среды, например: лес, поле – называют биотопом. Сообщество организмов, населяющих биотоп - биоценоз. Единство биоценоза и биотопа называется биогеоценозом.
Термин введен в 1940 году В.Н. Сукачевым: «Биогеоценоз - это динамическое и устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы». Это относительно устойчивая пространственно ограниченная внутренне однородная природная система, осуществляющая функционально взаимосвязь живых организмов и окружающей среды, характеризующуюся определенным энергетическим состоянием, обменом веществ, информации.
Поскольку компоненты биоценоза находятся в единстве, было предложено в 1935 году Тэнсли определение экосистемы. Это любое единство, включающее все организмы на данном участке, и взаимоотношение их с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие. В отличие от биогеоценоза граница которого ограничивается рамками сообщества. Экосистема не имеет определенной границы и охватывает пространство разной протяженности.
Элемент среды, способный оказывать прямое влияние на живой организм хотя бы на одной из стадий индивидуального развития, называется экологическим фактором.
Экологические факторы принято классифицировать следующим образом:
· абиотические
· биотические
· антропогенные
Любая особь, популяция, сообщество испытывают одновременно воздействие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными. Такие факторы называются лимитирующими, и их отсутствие или наличие концентрации ниже или выше критических уровней делает невозможным освоение среды организмами определенного вида.
Благодаря наличию лимитирующих экологических факторов для каждого биологического вида существуют оптимум и пределы выносливости.
Способность вида осваивать разные среды обитания выражается величиной экологической валентности. Виды с малой валентностью, называются стенотопными, с большой - эвритопными.
Особая роль в экономике биогеоценоза принадлежит цепям или сетям питания.
Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которой соответствует направлению потока энергии.
Прогрессивное снижение ассимилированной энергии в ряду трофических уровней находит отражение в структуре экологических пирамид. По правилу экологической пирамиды количество биомассы, энергии и численности на каждом последующем уровне цепи питания снижается в десять раз по сравнению с предыдущим (правило Линдемана).
Главной частью биогеоценоза, от состояния которой зависит его существование и изменении во времени, служит биоценоз.
Показателями структуры и функционирования биоценозов служат:
- видовой состав;
- число трофических уровней;
- первичная продуктивность;
- интенсивность потока энергии и круговорота веществ.
Структура биоценозов складывается в процессе эволюции, причем каждый вид организмов эволюционирует таким образом, чтобы занять в биоценозе определенное место. В результате достигается состояние взаимоприспособленности видов друг к другу или коадаптации, которые служат обязательным условием стабильности биоценоза.
Состояние коадаптации достигается также между видами антагонистами: хищник - жертва, хозяин - паразит.
В биоценозах обнаруживаются все возможные виды взаимодействия тех организмов, которые их образуют:
- симбиоз (мутуализм, комменсализм, синойкия),
- паразитизм,
- хищничество,
- конкуренция (внутри- и межвидовая).
Последовательная смена биоценозов (экосистем), преемственно возникающих в пределах одного биотопа, называется сукцессией.
Различают первичную и вторичную сукцессию. Сукцессия завершается климаксом - образованием сообщества, видовой состав которого в дальнейшем изменяется незначительно.
Климаксные сообщества характеризуются состоянием устойчивого равновесия, что проявляется в их способности возвращаться в исходное состояние после кратковременных внешних воздействий, изменяющих условия существования, а также противостоять этим воздействиям.
Главные природные климаксные сообщества (в частности сухопутные), отличаются значительной биомассой, но малой первичной продуктивностью. В наиболее продуктивных из них в реакциях фотосинтеза используется всего 1-2% солнечной энергии. И они не дают достаточно продукции, чтобы прокормить растущее человечество.
Обратные соотношения - относительно малая биомасса и высокая первичная продуктивность - свойственны агробиогеоценозам, которые в силу этого экономически выгодны. Однако, без постоянного источника энергии, ухода и защиты со стороны человека, они обречены на быструю смену природными биогеоценозами.
Вопрос 3
Антропоэкология или экология человека – термин, обозначающий комплекс вопросов, касающихся взаимодействия человека с окружающей средой. В ней сходятся социологические, философские, экономические, географические, естественно научные, медикобиологические проблемы.
Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем, которые представляют собой сообщества людей находящиеся в динамической взаимосвязи со средой и удовлетворяющие благодаря этому свои потребности. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации,наднациональные ассоциации, различающиеся по способу производства, укладу жизни, наконец, человечество в целом.
Большое значение в определении размера антропоэкологической системы имеют природные условия. Наиболее многочисленные современные популяции (>80%) обитают на 44% суши: в тропических лесах, саваннах, зонах умеренного климата. Напротив, на засушливых землях и в зоне пустынь (18% суши), размещено 4% населения.
Главной отличительной чертой антропоэкологических систем по сравнению природными экосистемами служит наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль.
Взаимодействие людей и природной среды осуществляется по двум направлениям.
1. Происходят изменения биологических и социальных показателей отдельных индивидуумов и сообщества в целом, направленные на удовлетворение требований, предъявляемых человеку средой.
2. Осуществляется перестройка самой среды для удовлетворения требований человека.
Соотношение во времени менялось в сторону преобладания второго направления. Общим результатом биологических и социальных процессов в антропоэкологических системах служит индивидуальная и групповая приспособленность человеческих сообществ к жизни в средах обитания, различающихся по природным условиям, формам хозяйствования и культуре.
Таким образом, человек адаптируется к условиям жизни не только физиологически, но, прежде всего экономически, технически, эмоционально.
Различают стороны и направления индивидуальной и групповой адаптации человека, как совокупность условий жизни и экологических связей людей являются предметом изучения экологии человека.
Среди вопросов экологии человека важное значение в курсе биологии имеют: охрана здоровья людей, биологическая изменчивость людей, медико-биологическая характеристика антропогенных экосистем.
Вопрос 4
Человек в среде обитания, с одной стороны, является объектом действия экологических факторов, с другой - сам оказывает воздействие на среду.
Человечество в процессе трудовой и интеллектуальной деятельности расширяет круг доступных источников энергии вплоть до использования ядерных и термоядерных реакций. Это позволило людям преодолеть естественные ограничения роста их численности.
Человек - экологический фактор с глобальным распространением влияния на среду. Особенностями его проявления являются:
1. Адаптация человека в любых экологических нишах за счет энергообеспеченности, технической вооруженности, что создает условия для прироста народонаселения.
2. Энергия, которой манипулируют люди, обращается ими на изменение среды обитания.
3. Экологический оптимум человека на основе его биологических механизмов ограничен. Возможность широкого расселения достигается не путем изменения его биологии, а путем освоения окружающей среды.
Обобщенное представление о среде обитания людей можно представить в виде схемы.
 |
Факторы естественной и искусственной среды оказывают на человека постоянное действие.
Результаты действия природных факторов, которые отличаются в разных районах обитаемой части Земли, на протяжении истории человечества проявляются в настоящее время в экологической дифференциации населения земного шара, подразделении его на адаптивные типы.
Результатом действия социальных факторов служит образование и закономерная смена в историческом развитии хозяйственно-культурных типов сообществ людей.
Формирование хозяйственно-культурных типов зависит от естественной среды обитания людей. Эта зависимость была наиболее сильна на ранних стадиях развития человеческого общества.
Среда, с точки зрения ее пригодности обитания для человека, обладает критериями качества. Согласно ВОЗ этими критериями служат показатели здоровья населения, полного физического и душевного благополучия.
Абиотические факторы среды обитания оказывают влияние на индивидуальном уровне и могут вызывать отклонения от нормальных физиологический и биохимических показателей организма.
Основные взаимодействия человека с окружающей средой на организменном уровне проявляются следующим образом:
1. Показатели среды приводят к изменению физиологических процессов в онтогенезе и влияют на адаптацию по отношению к неблагоприятным факторам. Например:
· дефицит кобальта вызывает снижение нуклеотидного обмена;
· избыток молибдена вызывает нарушение пуринового обмена и отложение мочевой кислоты. Развивается молибденовая избыточная подагра;
· недостаток меди приводит к нарушению обмена липидов и задержке созревания эритроцитов;
· избыток стронция вызывает хондродистрофию, карликовость;
· йода - эндемический зоб;
Адаптация является свойством живой материи. Норма здоровья определяется как оптимальное состояние живой системы, при котором обеспечивается максимальная адаптивность. Свойства адаптации - это мера здоровья человека.
Выделяют три состояния жизнедеятельности организма относительно влияния внешних условий: физиологическое состояние, напряжения и адаптации, патологическое. Для каждой среды обитания характерен климатический режим. Адаптация к климату необходима для обеспечения условий роста, развития, выполнения физической работы.
На процессы адаптации оказывают влияние индивидуальные свойства конституции. Существует 3 адаптивных типа людей: спринтеры, стайеры и смешанный тип. Постепенное истощение резервных возможностей организма проявляется в образовании и обострении хронических заболеваний, признаков раннего старения. Этому способствуют:
1. длительное хроническое неадекватное воздействие среды (современный уклад жизни)
2. выход из болезни без сохранения естественного биоритма. В этом проявляется недостаточная генетическая адаптация человека.
Выделяют три группы адаптации человека к условиям среды:
· индивидуальные, возникающие на протяжении жизни.
· популяционные, в процессе формирования популяции.
· групповые, наследственно закрепленные.
Все большее значение имеют социальные механизмы адаптации. Изучение процессов адаптации - основа научной разработки теории диспансеризации населения. Адаптации носят опосредованный характер и свидетельствуют о наличии разных уровней экологических связей людей. Для выживания в экстремальных условиях человек создает искусственные экосистемы. Все биологические и социальные аспекты адаптации направлены на сохранение здоровья жизни особи.
Состояние жизни человека характеризуется следующими процессами:
Вопрос 5
Адаптация на популяционно-видовом уровне приводят к экологической дифференцировке человека, или формированию адаптивных типов или экологической дифференциации человечества.
Комплекс признаков, формирующих адаптивные типы людей из разных географических зон, делят на две группы показателей:
| Общие | Специфические |
| Показатели костно-мускульной массы тела; | Связаны с преобладающими условиями в данном месте обитания: гипоксия, жаркий или холодный климат. |
| Количество иммунных белков сыворотки крови. |
Адаптивный тип - норма биологической реакции на преобладающие условия обитания и проявляется в развитии комплекса признаков:
- морфофункциональных,
- биохимических,
- иммунологических.
Указанные признаки обусловливают лучшую приспособленность к определенной среде. Комплекс признаков, свойственных конкретному адаптивному типу, не зависит от расовой и этнической принадлежности.
Сочетание общих и специфических элементов служит основанием выделению следующих адаптивных типов:
· арктический тип,
· тропический,
· зоны умеренного климата,
· высокогорный,
· пустынный и полупустынный и др.
Особенности определенного адаптивного типа формируются в эмбриогенезе. Так, различия в пропорциях тела между негроидами и европеоидами вполне заметны к концу внутриутробного периода развития. Наличие различных адаптивных типов свидетельствует о значительной изменчивости человека, которая служила одной из предпосылок всесветного расселения людей.
Арктический тип. Люди этого типа потребляют больше мясной пищи. Это вызывает сильное развитие костно-мышечной системы, увеличение размера грудной клетки. Наблюдается повышение уровня гемоглобина и минеральных веществ в костях.
Тропический тип. Потребляет меньше животного белка. Характеризуется низкими показателями основного обмена. Отмечается формирование удлиненной формы тела, снижение мышечной массы, уменьшение окружности грудной клетки, интенсивное потоотделение за счет повышенного количества потовых желез.
Умеренный тип. Формируется в условиях сезонных ритмов природы, при неравномерном распределении тепла и влаги. По соматическим показателям занимает промежуточное положение между жителями арктических и тропических регионов.
Высокогорный тип. Гипоксия является основным фактором формирования признаков. Характеризуется повышенным уровнем основного обмена, удлинением трубчатых костей скелета, расширением грудной клетки, повышением кислорода в крови за счет увеличения количества эритроцитов.
Пустынный тип. Характеризуется понижением основного обмена, уменьшением количества гемоглобина в крови.
Вопрос 6
Антропогенные экосистемы – системы искусственно созданные и контролируемые человеком.
Отличительная черта антропогенных экосистем состоит в том, что доминирующий экологический фактор в них представлен сообществом людей и продуктами его производственной и общественной деятельности.
В антропогенной экосистеме искусственная среда преобладает над естественной средой.
К важнейшим современным антропогенным экосистемам относятся: города, сельские поселения, транспортные коммуникации.
Города - особая среда обитания. Они возникли 7000 лет назад. Ежегодно численность городского населения увеличивается, что приводит к изменению экологической среды обитания. В 1950 году городское население составляло 28%, в 1970 - 40%, а в 2000 - 70 - 90 %.
Несмотря на то, что урбанизация в целом явление прогрессивное: концентрация производства, увеличение производительности труда, организация быта, решение вопросов трудоустройства, снабжения, медицинского обслуживания, образования, быта, однако возникает целый ряд проблем:
1. Изменение природной среды;
2. Обилие отходов;
3. Создается благоприятная обстановка для распространения инфекционных и инвазионных заболеваний;
4. Сокращается длительность солнечного освещения;
5. Высокая плотность населения приводит к перенапряжению нервной системы;
6. Падение физической активности;
7. Разбалансировка питания.
Город как особая антропогенная экосистема имеет и положительные и отрицательные стороны. Так, например, урбанизированная среда характеризуется повышением уровня жизни, снижением общей заболеваемости, что проявляется в росте такого показателя как средняя продолжительность жизни. Однако, повышается заболеваемость болезнями ранее не имевшими широкого распространения. Уровень заболеваемости органов кровообращения, дыхания, нервной системы среди городского населения в 1,5 - 2 раза выше, чем сельского.
ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Лаборантскому составу по материально-техническому обеспечению лекции:
1. Обеспечить мультимедийную презентацию.
Зав. кафедрой,
доцент Л.П. Гаврилова
«___» ___________________ 20__ г