Биология_с_основами_экологии. Адельшина. Уч. пос., 2011

60

5. Постэмбриональный период развития человека Постэмбриональное (постнатальное для человека) развитие

организма начинается после появления его на свет. У разных организмов оно протекает от нескольких дней (например, инфузорий) до сотен лет в зависимости от их видовой принадлежности. Следовательно,

продолжительность жизни – это видовой признак организмов.

Человек отличается от других видов, в том числе и приматов, более длительным периодом детства это имеет большое значение, т.к. в этот период происходит не только физическое развитие организма, но и становление личности (социальное наследование).

Постэмбриональный онтогенез можно разделить на следующие периоды: эволюционный (ювенильный) период, стабильный период

(пубертантный, зрелый) и инволюционный (старость).

Эволюционный (ювенильный, юный) период длится от рождения до полового созревания организма. Этот период характеризуется развитием и интенсивным ростом органов и частей организма, увеличением массы тела,

установлением пропорций тела.

Рост – это увеличение размеров и массы тела в процессе развития организма. Рост организма определяется генотипом (полигенное наследование) и факторами внешней среды. Важное значение в опосредовании влияния генотипа принадлежит гормонам, особенно тем,

которые вырабатываются гипофизом, щитовидной железой и половыми железами. На рост организма существенно влияют и факторы внешней среды

– свет, температура, питание и т.д. Свет, например, играет важную роль в синтезе витамина D. Значительное изменение температуры существенно изменяет скорость ферментативных реакций, что сказывается на росте организма.

Процесс роста человека протекает неравномерно, периоды быстрого роста сменяются периодами его замедления. Самый интенсивный рост

61

наблюдается на первом году жизни. Далее темпы роста замедляются. В

период полового созревания наблюдается пубертантный скачок роста.

Иногда наблюдается ускорение физического и физиологического развития детей и подростков – акселерация, которая, по-видимому, представляет собой результат действия многих факторов.

Зрелый или пубертантный период (стабильный) связан с половой зрелостью организмов. Развитие организма в этот период достигает максимума. Этот период характеризуется уравновешенностью процессов образования и разрушения клеток, сохранением размеров тела, перехода функциональных систем на режим взрослого организма.

Следует отметить, что у человека принято различать хронологический

ибиологический возраст. Хронологический возраст (паспортный)

соответствует количеству лет, прожитых человеком. Согласно современной классификации, основанной на оценке многих средних показателей состояния организма людей, паспортный возраст которых достиг 60-74 лет,

называют пожилыми, 75-89 лет – старыми, свыше 90 лет – долгожителями.

Биологический возраст соответствует тому возрасту, на сколько лет выглядит человек. Точное определение биологического возраста затруднено тем, что отдельные признаки старости проявляются в разном хронологическом периоде, и характеризуется различной скоростью нарастания. Кроме того, возрастные изменения даже одного признака подвержены значительным половым и индивидуальным колебаниям

(например, эластичность кожи у женщин и мужчин и др.).

Для определения биологического возраста обычно используют определенные критерии (например, степень развития вторичных половых признаков, зрелость скелета (окостенение различных частей скелета происходит в разном возрасте), зубная зрелость (проявление молочных зубов и замена их постоянными происходит в определенное время) и некоторые другие.

62

Наука, комплексно изучающая процессы роста и развития человека, с

учетом генетических, возрастных и экологических факторов, называется – ауксологией. Ауксология затрагивает эволюционный и стабильный периоды онтогенеза. Ауксология учитывает ряд закономерностей, касающихся роста и развития, например то, что рост и развитие – явления эндогенные,

постепенные, необратимые, они синхронно проявляют себя в различных частях тела, органах, системах, соотношение вклада наследственных и средовых факторов в ростовой процесс изменяется с возрастом,

наследственность определяет в большей мере конечные результаты роста и развития, чем пути их становления.

Старость (инволюционный этап) – это заключительный естественный этап онтогенеза, который заканчивается смертью организма.

Старение является общебиологической закономерностью «увядания» организма, которая свойственна всем живым организмам.

Наука, изучающая основные закономерности старения, которые проявляются на всех уровнях организации, от молекулярного до организменного, называется геронтологией.

В процессе старения закономерно проявляются возрастные изменения,

которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к ограничению функциональных приспособительных возможностей организма.

Возникновение старческих изменений связано не только с

(календарным) паспортным возрастом, но и с социальными факторами

(экологическая обстановка, образ жизни и болезнями). Поэтому в случае человека различают физиологическую старость (связана с паспортным возрастом) и преждевременное старение (обусловлено социальными факторами и болезнями).

Согласно данным многочисленных наблюдений, на скорость старения влияют генетическая конституция (генотип) организма, условия жизни человека, образ жизни человека, эндоэколгическая ситуация.

63

Старческие изменения обнаруживаются, прежде всего, во внешних признаках: изменяются осанка и форма тела, появляется седина, теряется эластичность кожи, ослабляются зрение и слух, ухудшается память и т.д.

Внутренние признаки старения можно обнаружить на любом уровне организации человеческого организма. Для развития старения характерны

разновременность наступления старости в различных клетках, тканях и органах (гетерохронность), неодинаковость степени старения в различных органах и структурах одного органа (гетеротропность), разнонаправленность возрастных изменений (гетерокатефентность).

В настоящее время единой теорией старения пока нет. Жизнь любого организма заканчивается смертью. В этом процессе различают два этапа – клиническую и биологическую смерть.

Признаками клинической смерти служит остановка важнейших жизненных функций: потеря сознания, прекращение дыхания и сердцебиения. Выход из состояния клинической смерти возможен, когда не повреждены жизненно важные органы.

Биологическая смерть связана с прекращением процессов самообновления в клетках и тканях, с нарушением упорядоченности химических реакций, приводящим к процессам разложения в организме.

64

Лекция № 5

ТЕМА: ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ

План

1.Экология как наука.

2.Популяции и их структура.

3.Экологические факторы.

4.Биоценозы и экосистемы. Поток веществ и энергии в экосистемах.

5.Биосфера как специфическая оболочка Земли.

Экология как наука

Начало развития экологии как самостоятельной науки отсчитывают от трудов Э. Геккеля, который дал четкое определение ее содержания. Сам термин “ экология” ( от греч. “ oikos“ - жилище, дом и “logos” - учение, слово)

был введен Геккелем в 1866 г. В настоящее время экология является наукой о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

Как самостоятельная наука экология сформировалась к началу ХХ века. Она превратилась из частного раздела биологии в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс функциональных и прикладных дисциплин, который Н.Ф. Реймерс (1992) назвал мегаэкологией,

т.е. “ большой экологией”, или макроэкологией. Структура макроэкологии или основные разделы современной экологии включают общую экологию,

биоэкологию, геоэкологию, экологию человека, социальную экологию,

прикладную экологию и ряд других разделов.

Задачи экологии очень многообразны. Предметом экологии является физиология и поведение отдельных организмов в естественных условиях обитания, рождаемость, смертность, миграция, внутривидовые и межвидовые отношения, потоки энергии и круговорот веществ.

методологическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.

Методы, применяемые в экологии, можно объединить в несколько

групп, например, методы регистрации и оценки состояния среды, методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных, группа методов исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов, методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах,

методы математического моделирования, методы прикладной экологии и т.д.

2. Популяции и их структура

Популяция - совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.

Особи, входящие в популяцию, при всем своем сходстве неравноценны по их функции в составе популяции, генетическому вкладу в нее, и,

соответственно, по своим индивидуальным свойствам. Следовательно,

популяция структурирована не только пространственно, но и функционально.

Как первая надорганизменная биосистема, популяция обладает определенной структурой и свойствами. Структуру популяции отражают

ее статические (пространственные) и динамические (временные) характеристики.

1. Статические характеристики отражают состояние популяции в какой-то определенный момент времени. К ним, например, относятся общая численность, плотность, пространственное распределение (дисперсия), а

также другие характеристики популяционной структуры (возрастной состав,

соотношение полов и т.п.).

Численность особей в популяции - это общее количество особей в популяции одного вида или на какой-то территории (например, число

66

амурских тигров превысило 200 особей и т.д.). Кроме этого, учитывается также общее число особей вне зависимости от их систематической принадлежности, но живущих на определенной территории (например,

количество крупных животных в заповеднике и т.д.).

Принято различать численность организмов абсолютную (число особей в данный момент на единицу площади) и относительную

(выражается в косвенных показателях).

Плотность популяции – это число особей, приходящихся на единицу площади или объема (например, в водной среде). При увеличении численности плотность популяции обычно возрастает. Максимальная плотность для различных видов организмов и условий существования сильно варьирует.

Пространственное распределение популяции характеризуется особенностями размещения особей на занимаемой территории. По разным причинам особи живых организмов распределены в пространстве неравномерно. В общем виде выделяют три типа распределения особей:

а) случайное (диффузное, неравномерное), б) равномерное (регулярное) и в)

групповое (агрегированное, мозаичное).

Половая структура отражает определенное соотношение мужских и женских особей в популяции. Как известно, генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в соотношении 1: 1. Однако в силу различных причин вторичное и, тем более,

третичное соотношение полов заметно отличается от первичного. Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме

Возрастная структура популяции отражает соотношение различных возрастных групп в популяциях. Это соотношение зависит от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, числа потомков в помете и др. Возрастная структура популяции влияет на рождаемость и смертность.

67

Экологическая структура отражает отношение различных групп

организмов к условиям окружающей среды.

2.Динамические показатели характеризуют процессы,

протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. Основными из таких показателей являются рождаемость, смертность, миграции.

Рождаемость – это число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени (час, день, год). Величина рождаемости тем выше, чем больше доля особей, принимающих участие в размножении, чем выше плодовитость и т.п. Обычно рождаемость в каждой популяции уравновешена характерной для нее смертностью

Смертность - это число особей, погибших в популяции за единицу времени (день, год и др.). Эта величина обратная рождаемости.

Миграции - это закономерные перемещения живых организмов.

Миграции подразделяют на иммиграции (приток особей в популяцию) и

эмиграции (убыль особей из популяции). Подобные переселения вызываются изменением различных условий существования в местах обитания.

Типы взаимодействия между популяциями.

Видовая структура биоценозов, пространственное распределение видов в пределах биотопа, во многом определяется взаимоотношениями между видами и между популяциями, т.е. биотическими факторами среды. Эта удивительная согласованность всех видов жизни является следствием

коэволюции, т.е. совместной эволюции разных видов.

Межвидовые взаимоотношения могут быть безразличными

(нейтрализм), вредными (аменсализм, конкуренция, паразитизм,

хищничество) или полезными (комменсализм, кооперация, мутуализм) для партнеров. Они проявляются в форме симбиоза (мутацизм, комменсализм,

хищничество, паразитизм), конкуренции и антагонизма (например,

аменсализм).

68

Нейтрализм проявляется, когда ассоциация двух популяций не сказывается ни на одной из них (например, обитающие в одном биоценозе популяции растительноядных и хищных насекомых, не связанные друг с другом отношением питания или конкуренции).

Аменсализм наблюдается если одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния. Например, светолюбивые травянистые растения, растущие под елью, испытывают угнетение в результате сильного затенения ее кроной, тогда как для самого дерева их соседство может быть безразличным.

Взаимное конкурентное подавление происходит, когда обе популяции подавляют друг друга (встречается среди растений чаще, например, между культурными растениями и сорняками). Сюда же относится конкуренция за общий ресурс, когда каждая популяция косвенно отрицательно воздействует на другую в борьбе за дефицитный ресурс (например, за свет, пищу или жизненное пространство).

Паразитизм наблюдается в случае, когда одна популяция использует другую в качестве среды обитания или источника пищи. При этом паразиты обычно наносят вред используемым хозяевам, но не вызывают их немедленной гибели, т.к. смерть хозяина привела бы к гибели паразита.

Примерами могут служить многие виды плоских и круглых червей, ряд растений (повилика, заразиха и др.) и др.

Различают группы эктопаразитов и эндопаразитов. Эктопаразиты

обитают на поверхности тела хозяина и питаются им (вши, блохи, клещи, тли и др.). Эндопаразиты живут во внутренних тканях, полостях и клетках хозяина (вирусы, бактерии, простейшие, гельминты и др.)

Хищничество проявляется, когда одна популяция неблагоприятно воздействует на другую, нападая непосредственно на нее, но, тем не менее,

сама зависит от объекта нападения. Хищничество - это основная форма межвидовой борьбы за существование. Однако хищничество практически никогда не приводит к полному истреблению жертвы. Хищниками могут

69

быть различные организмы (рис.17) - от простейших до сложноорганизованных (мошки, сосущие кровь, насекомоядные птицы, ряд

млекопитающих, колорадский жук и др.)

Рис. 17. Хищное растение росянка.

Комменсализм наблюдается, если одна популяция извлекает пользу от объединения, а для другой это объединение безразлично. Этот тип взаимоотношений может быть представлен в виде двух форм:

1) квартирантство (синойкии) и 2) нахлебничества (трофобиоза).

Примером синойкии может служить взаимоотношение некоторых видов актиний и тропических рыбок рода амфиприон. Примером трофобиоза могут служить стаи рыб-лоцманов, кормящиеся вблизи крупных хищных акул.

Кооперация происходит, когда обе популяции получают от ассоциации выгоду. Однако, не всегда эти отношения необязательны (например,

опыление пчелами разных луговых растений). Кооперация это самый простой тип симбиотических связей. Например, муравьи, живущие в симбиозе с гусеницами, равнокрылыми и растениями, получают от них питание и, в свою очередь, защищают растения от фитофагов, гусениц – от хищников (осы).