МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ІНСТИТУТ ЗДОРОВ’Я, ФИЗИЧНОГО ВИХОВАННЯ ТА СПОРТУ
КАФЕДРА Педагогіки і психології
Лекція № 2
Тема: СРЕДА ОБИТАНИЯ,
ФАКТОРЫ И ВОЗДЕЙСТВИЯ
Для студентів денної форми навчання факультетів „спорт”, „здоров’я людини та фізичне виховання”
Затверджено на засіданні кафедри
Пр. №__1___від „___30_”_08_________2012р.
Завідувач кафедри _________________
Тема: СРЕДА ОБИТАНИЯ,
ФАКТОРЫ И ВОЗДЕЙСТВИЯ
Факторы среды. Общие закономерности их действия на живые организмы.
Окружающая среда представляет собой глобальную мегасистему, состоящую из взаимодействующих и тесно связанных между собой природной и техногенной среды.
Органическую и неорганическую природу, окружающую живые организмы, называют средой обитания.(Этот термин с более узким значением).
Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями. На нашей планете живые организмы освоили четыре среди обитания, сильно различающихся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.
Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов. Живые организмы реагируют на факторы окружающей среды в соответствии со своим генетическим кодом и своей генетической конституцией, которая направляет развитие приспособительных реакций, Способность организма к сопротивлению внешней среды зависит от наследственной нормы реакции, которую вызывает экологический фактор.
Изучение фундаментальных процессов обмена веществ в живом организме – предмет физиологии. Однако эти процессы протекают в сложной, динамичной обстановке естественной среды обитания, находятся под воздействием комплекса ее факторов. Поддержание устойчивого обмена веществ в колеблющихся условиях внешней среды невозможно без специальных адаптаций. И изучение этих адаптаций – задача экологии. В экологии физиологические показатели служат критериями реакции организма на внешние условия, а физиологические процессы рассматриваются, прежде всего, как механизм, обеспечивающий бесперебойное осуществление фундаментальных физиологических функций в сложной и динамичной среде.
Воздействия среды воспринимаются организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организмы.
Классификация факторов среды. Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям.
Абиотические факторы – факторы неорганической (неживой) природы. Их делят на физические, химические и почвенные. Это: свет, температура, влажность, давление и другие климатические и геофизические факторы; природа самой среды – воздушной, водной, почвенной; химический состав среды, концентрации веществ в ней. К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред (акустическое колебание, волны, ветер, течения, приливы), суточные и сезонные изменения в природе. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению.
Из группы климатических факторов основное экологическое значение имеют температура, влажность и свет. От напряженности температурного фактора зависит интенсивность обмена веществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способен жить в пределах определенного интервала температур. Температурные пределы, в которых жизненные процессы протекают нормально, носят название биокинетических температур (0-50 С).
Многие живые организмы могут выдерживать значительные колебания температуры, которые не сказываются серьезным образом на их жизнедеятельности.
Солнечная радиация. Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая извне. Основным источником ее является солнечная радиация, на которую приходится около 99,9 % в общем балансе энергии Земли.
Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 %, то примерно 19 % ее поглощается при прохождении через атмосферу, 33 % отражается обратно в космическое пространство и 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая солнечная радиация – это континуум электромагнитного излучения с длинами волн от 0,1 до 30000 нм. На ультрафиолетовую часть спектра приходится от 1 до 5 %, на видимую – от 16 до 45 % и на инфракрасную – от 49 до 84 % потока радиации, падающего на Землю. Распределение энергии по спектру существенно зависит от массы атмосферы и меняется при различных высотах Солнца. Количество рассеянной радиации (отраженные лучи) возрастает с уменьшением высоты состояния Солнца и увеличением мутности атмосферы. Спектральный состав радиации безоблачного неба характеризуется максимумом энергии в 400-480 нм.
Действие различных участков спектра солнечного излучения на живые организмы. Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290-380 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20-25 км озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы О3.
Ультрафиолетовые лучи характеризуются самой высокой фотохимической активностью и энергией квантов. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие необходимы многим видам. В диапазоне 250-300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие и вызывают у животных образование из стеролов антирахитичного витамина D; при длине волна 200-400 нм – у человека загар, который является защитной реакцией кожи. Но органами чувств человека эти волны не воспринимаются.
У растений ультрафиолетовая энергия Солнца вызывает синтез биологически активных соединений и вызывает формообразовательный эффект. Инфракрасные лучи с длиной волны более 750 нм оказывает тепловое действие, они не воспринимаются человеческим глазом.
Видимая радиация( физиологически активная радиация или ФАР) несет приблизительно 50 % суммарной энергии. С областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает физиологическая радиация (ФР) (длина волны 300-800 нм), в пределах которой выделяют область фотосинтетически активной радиации ФАР (380-710 нм). Область ФР можно условно разделить на ряд зон: ультрафиолетовую (менее 400 нм), сине-фиолетовую (400-500 нм), желто-зеленую (500-600 нм), оранжево-красную (600-700 нм) и дальнюю красную (более 700 нм).
Самое большое значение имеет свет в воздушном питании растений в использовании ими солнечной энергии для фотосинтеза. С этим связаны основные адаптации растений по отношению к свету. Видимый свет влияет на рост и развитие животных и растений, образование хлорофилла, газообмен, фотопериодизм у животных и растений. Фотопериодизм- это реакция организмов на продолжительность светового дня. Фотопериодизм влияет на рост, цветение растений, накопление жира, миграции, размножение и др. процессы у животных. Фотопериодизм связан с широко известным механизмом биологических часов и является универсальным механизмом регулирования функций во времени. Представители животного мира проявляют очень четкую зависимость от суточного цикла. Есть животные дневной активности, у которых 75% активности наблюдается в дневные часы. У животных с ночной активностью – наоборот, Но есть животные с круглосуточной активностью. Видимый свет влияет на размножение; например, для прорастания семян очень многих растений необходимо влияние световых импульсов. Свет также влияет и на поведение животных. Все живые организмы обладают биологическими часами – приспособлением, которое помогает им реагировать на изменение светового дня, сезонные соотношения продолжительности дня и ночи в течение суток. Все живые организмы, обладающие биологическими часами, способны к адаптации и согласованию своей активности с временными интервалами. У живых организмов в процессе эволюции выработались свои биологические ритмы, которые зависят от условий среды. Сезонными ритмами называется осуществление определенных периодов жизненного цикла в соответствующее время года. Существует также суточная ритмичность активности организма в целом. Суточная ритмичность влияет на физиологические и биохимические процессы: на частоту дыхания и сердечные сокращения, деление клеток, синтез веществ.
Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможны только при достаточном обеспечении его водой – необходимым условием жизни. Общие запасы воды на планете в свободном состоянии составляют 1386 млн км2. Пресная вода составляет примерно 3% от этого количества. Из них 75% пресной воды находится в виде льда, значительная часть – это подземные воды, и лишь 1% доступен для живых организмов. Под влиянием энергии Солнца и жизнедеятельности организмов поддерживается определенный баланс воды на планете.
Наземно-воздушная среда самая сложная по экологическим условиям. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые оказались возможными лишь при достаточно высоком уровне организации растений и животных.
Газовый состав воздуха. Кроме физических свойств воздушной среды для существования наземных организмов чрезвычайно важны ее химические особенности. Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 75,5, кислород – 23,2, аргон – 1,28, углекислый газ – 0,046 %) благодаря высокой диффузионной способности газов и постоянному перемешиванию конвекционными и ветровыми потоками. Кислород появился на Земле примерно 2 млрд лет назад. Главную роль в этом играло развитие растительного мира суши и океана. Современная атмосфера Земли представляет собой астрономическое чудо. Пятая часть атмосферы состоит их химически очень активного газа – кислорода. В атмосфере он находится в состоянии динамического равновесия благодаря жизнедеятельности растений. Иначе бы эти активные молекулы вступили бы в различные химические реакции и за 10000 лет исчезли бы из атмосферы. Например, взрослое дерево за сутки производит 180 л кислорода, а взрослый человек потребляет его в состоянии покоя в количестве 360 л, при работе – 700-900 л. Но это очень мало на фоне того, сколько расходует один автомобиль или реактивный самолет.
Особенности почвы. Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов.
Биотические факторы – это прямые или опосредованные воздействия других организмов, населяющих среду обитания данного организма.
Особую группу составляют антропические факторы, порожденные деятельностью человека, человеческого общества. Антропические воздействия обусловлены загрязнением природной среды (в том числе и среды обитания человека) – воздуха, водоемов, земли побочными продуктами, отходами производства и потребления. Преобладающая часть антропических факторов, связанная с производством, с применением техники, машин, с влияниями промышленности, транспорта, строительства на природные экологические системы и окружающую человека среду, носит название техногенных факторов.
Нетехногенная часть антропогенных факторов связана в основном с бытом и поведением человека в природе – нетехнизированным промыслом и «активным отдыхом».
Антропогенные факторы – факторы, влияющие на человека, на формирование вида «человек разумный» в процессе антропогенеза.
Разделяя экологические факторы на абиотические, биотические и антропогенные, следует иметь в виду, что границы между ними условны: некоторые абиотические факторы имеют биогенное или техногенное происхождение (состав воздуха, региональный мезоклимат, гидрологический режим водоемов, радиоволны, нейтронное изучение и т.п.).
Закономерности действия экологических факторов. Несмотря на разнообразие абиотических факторов среды, в характере их воздействия на организмы и ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Процесс адаптации охватывает строение и функции организмов ( видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного отбора. Источником адаптации являются генетические изменения в организме – мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов в ходе эволюции, так и в результате искусственного влияния на организм.
Абиотические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обуславливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.
Правило минимума. Для жизнедеятельности организмов необходимо определенное сочетание условий. Развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента ( минеральных солей, влаги или света). Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Принцип лимитирующих факторов справедлив для всех типов живых организмов и относится как к абиотическим так и к биотическим факторам. Например, лимитирующим фактором для развития организмов данного вида может стать его конкуренция с другим видом. 2. Закон оптимума. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного воздействия на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора, или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем более выражено угнетающее действие данного фактора (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора- это критические точки, за пределами которых существование невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью по отношению к конкретном фактору среды. Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспособиться к разной экологической обстановке – эврибионтными.
3. К каждому из факторов среды организмы приспосабливаются относительно независимым путем. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. И это создает чрезвычайное разнообразие адаптаций в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.
4.Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.
5.Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность называется взаимодействием факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Но вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один экологический фактор другим невозможно..
Все экологические факторы взаимосвязаны друг с другом, изменение одного какого-либо фактора вызывает изменение ряда других факторов. Если какой-нибудь экологический фактор изменяет оптимальную интенсивность своего воздействия на организм, то в результате сужаются пределы выносливости организмов к другим факторам. Т.е. действие каждого фактора зависит от количественного выражения других факторов. Но воздействие ни одного необходимого фактора не может быть заменено действием другого фактора.
6.. Закон ограниченности природных ресурсов. Правило одного процента. Поскольку планета Земля представляет собой естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные ресурсы Земли являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически вечный источник получения полезной энергии. Ошибка здесь заключается в том, что при таких рассуждениях не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1 % выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержение вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один математический порядок – в 10 раз). 7.Соответствие условий среды генетическим возможностям организма. Вид может существовать до тех пор, пока окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид возник в определенной среде, приспособился к ней и его существование возможно из гипотез вымирания крупных пресмыкающихся в связи с резким изменением абиотических условий на планете: крупные организмы менее изменчивы, чем мелкие, поэтому для адаптации им необходимо гораздо больше времени.
Основные пути приспособления живых организмов к условиям среды.
С течением времени любые условия существования изменяются в разной степени. Это могут быть :
- циклические изменения, периодически повторяющиеся, как при смене времен года, при приливах и отливах, при смене темного и светлого времени суток;
- направленные изменения, при которых они остаются стабильно однонаправленными в течение времени, иногда превышающего по продолжительности жизненный цикл организмов;
лишь в сходных условиях. Быстрое изменение среды может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям. На этом основана одна
- хаотические изменения, с отсутствием определенного направления, аритмические изменения: непредсказуемо возникающие циклоны, шквалы, ураганы, наводнения, пожары.
Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям среды можно выделить 2 основных пути. Существует два типа приспособлений к внешним факторам. Первый заключается в возникновении определенной степени устойчивости к данному фактору, способности сохранить функции при изменении силы его воздействия.
Это – пассивный путь адаптации – адаптация по принципу толерантности (от лат. терпеливость, выносливость). Такой тип приспособления формируется как характерное видовое свойство и реализуется преимущественно на клеточно-тканевом уровне (холоднокровные).
Второй тип приспособлений – активный. В этом случае организм с помощью специфических адаптивных механизмов компенсирует изменения, вызванные воздействующим фактором, таким образом, что внутренняя среда остается относительно постоянной. Активные приспособления – адаптация по резистентному типу (от лат. сопротивление, противодействие) – поддерживают гомеостаз внутренней среды организма (теплокровные).
В качестве иллюстрации можно рассмотреть адаптации живых организмов к температурному фактору. Термин « теплота» обозначает меру энергии, которая содержится в данном веществе. Температура отражает среднюю кинетическую скорость атомов и молекул в какой-либо системе. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Большинство биохимических реакций в организмах осуществляется при участии ферментов – специализированных белковых катализаторов, которые понижают энергию активации молекул на 8-12 порядков. Поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до +500С.Постоянный теплообмен между организмом и средой состоит из поступления тепла, его образования в результате метаболических реакций и отдачи во внешнюю среду. Однако целый ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные пределы.
В экологии разработано понятие «эффективных температур». Э.т. называют температуры выше того минимального значения, при которых возможно развитие живого организма. Эту величину температуры называют еще биологическим нулем развития. Биологический ноль развития практически у всех организмов превышает 0 С.
В ходе эволюции у живых организмов выработались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Это достигается двумя путями: 1) различными биохимическими перестройками, 2) поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура окружающей среды.
Существуют организмы с изменяющейся температурой тела, они не обладают достаточно высоким уровнем обмена веществ и не имеют приспособлений, позволяющих удерживать образующееся тепло. Их жизнедеятельность и активность зависит, прежде всего от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Такие организмы называют пойкилотермными или холоднокровными. Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным животным и части хордовых. Источник их тепла –внешняя энергия. У животных изменяется поведенческая активность, у растений – скорость поступления воды и органических веществ. Все пойкилотермные организмы способны впадать в состояние оцепенения, если температура окружающей среды выходит за пределы температурного диапазона, обеспечивающего жизнедеятельность организма. Наступление процесса оцепенения является одним из средств адаптации. Организм, который не функционирует, не подвергается влиянию со стороны внешней среды и это позволяет выжить в неблагоприятных условиях. Его рассматривают как форму активной перестройки реакции на температуру внешней среды. Адаптация к разным температурам основана на изменении тканевой устойчивости. Тканевая устойчивость в свою очередь связана с термостабильностью белков и различной термической настройкой ферментных систем.
У ряда групп высокоорганизованных животных на основе выработки собственного тепла развилась способность поддерживать постоянную оптимальную температуру тела, независимо от температуры среды. Таких животных называют гомойотермными или теплокровными. К ним относятся птицы и млекопитающие. Частный случай гомойотермии – гетеротермия – свойствен животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение. В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ.
В отличие от растений животные, обладающие мускулатурой, производят гораздо больше собственного, внутреннего тепла. При сокращении мышц освобождается значительно больше тепловой энергии, чем при функционировании любых других органов и тканей, так как КПД использования химической энергии для совершенствования мышечной работы относительно низок. Чем мощнее и активнее мускулатура, тем больше тепла может генерировать животное. У животных существует несколько путей температурных адаптаций: 1) химическая терморегуляция – активное изменение величины теплопродукции в ответ на изменение температуры среды; 2) физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток. Физическая терморегуляция осуществляется благодаря особым анатомическим и морфологическим чертам строения животных: волосяному и перьевому покрову, деталям устройства кровеносной системы, распределению жировых запасов, возможностям испарительной теплоотдачи и т.д.; 3) поведение организмов – перемещаясь в пространстве или изменяя свое поведение более сложным образом, животные могут активно избегать крайних температур .Теплоотдача – переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую среду осуществляется излучением, испарением, проведением, теплопроводностью. Задержка теплоотдачи может привести к повышению температуры тела и перегреванию организма. Угроза перегревания возникает при резком повышении теплопродукции и температуры окружающей среды. Усиленной теплоотдаче способствуют увеличение кожного кровотока, повышение температуры кожи, испарение пота. Диапазон колебаний приспособительных реакций организма человека в зависимости от условий среды. Итак, адаптация – это совокупность морфофункциональных, поведенческих и других физиологических, биохимических особенностей данного вида, обеспечивающих возможность специфического образа жизни в конкретных условиях среды.
Назначение адаптации – сохранение биологического гомеостаза, т.е. совокупности устойчивых состояний, поддерживаемых в организме. Он обеспечивается выработавшимся в процессе эволюции механизмом само регуляции; у видов с высоким полиморфизмом, к числу которых принадлежит и человек, адаптация возникла в ходе экологической дифференциации. По этому под адаптацией понимается и сам процесс выработки приспособлений, или привыкания, к конкретным условиям среды. Помимо адаптации в физиологии и медицине используется также термин «акклиматизация» как приспособление, привыкание живых организмов к новым, прежде всего климатическим, факторам. Под акклиматизацией понимают те однотипные индивидуальные реакции, которые являются первой и непосредственной приспособительной реакцией на изменяющиеся условия среды. А адаптация – это новая наследственно закрепленная норма реакции, возникающая в данных условиях.
Существует ли аналогия адаптивности, присущей человечеству в целом, в закономерностях приспособления наземных животных к различным ландшафтным условиям? Если применять представление о разных типах адаптаций к человеку, имея в виду комплекс его биологических особенностей, то для человечества наиболее распространенной формой приспособления к естественной среде будут активные морфофизиологические адаптации. В то же время в некоторых регионах наряду с активными возможны и пассивные адаптации, повышающие резистентность организмов к неблагоприятным условиям среды и способствующие более экономным энергетическим тратам. При определенном сходстве приспособительных реакций человека и наземных животных в характере биологической адаптации есть одно фундаментальное различие между ними: адаптация человека к географическим условиям не представляет собой экологической специализации, ограничивающей существование в других ландшафтно-климатических зонах.Жизненной ( биологической) формой называется адаптация растений и животных к соответствующим специфическим условиям существования, которая выражается в изменениях морфологических признаков о образа жизни независимо от систематического положения вида. Примером жизненных форм может быть адаптация, которая одинаково изменила способ жизни кенгуру и тушканчика, Эти животные передвигаются с помощью прыжков. Существуют понятие адаптивный тип – представляющей собой норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающей состояние равновесия популяции с этой средой и находящей внешнее выражение в морфофункциональных особенностях популяций. Адаптивные реакции осуществляются в двух формах: общей и специфической. Общей особенностью адаптивных типов можно считать повышение сопротивляемости организма неблагоприятным условиям среды. Это выражается в увеличении костно-мускульной массы тела. Специфические же реакции очень разнообразны. В одном случае – это повышение теплопродукции, в другом – относительной поверхности испарения, в третьем – и того, и другого признака. Адаптивный тип – это лишь одна из форм приспособительной реакции у человека – биологическая. Но в то же время адаптивные типы не эквивалентны экологически специализированным типам животных. Выделены арктический, высокогорный, аридный, тропический, континентальный и умеренный адаптивные типы.
К арктическому типу относятся обитатели высоких широт, т.е. территорий, расположенных к северу от 660 с.ш. Характерный климатический комплекс высоких широт – суровость климата, низкие температуры, сильные ветры, своеобразный радиационный режим, высокая активность геофизических процессов (частные непериодические геомагнитные возмущения) и др. Типична диета с повышенным содержанием белков и жиров и пониженным – витаминов.
Тропический тип охватывает группы весьма разнообразного населения – обитателей теплых и влажных (реже засушливых) регионов Земли, для которых, в общем характерно сочетание высокой температуры, влажности нередко дефицита животного белка при значительном преобладании растительной пищи, распространении ряда эндемических заболеваний. В то же время экологически эти территории неоднозначны и наряду с влажными тропическими лесами включают в определенной мере саванны и пустынные области. Влажная (юмидная) зона предъявляет особенно высокие требования к организму человека. Существует определенное разнообразие морфологического типа, с экологической спецификой и пестротой расового состава (европеоиды, монголоиды, негроиды).
Аридный тип - включает обитателей пустынь – экологического региона со специфическим комплексом климатических факторов, характеризующимся прежде всего крайней сухостью и высокой испаряющей способностью воздуха, высокой температурой в тропических районах и холодной зимой во внетропической зоне. Развитие мускульного и жирового компонента понижено, снижены уровень основного обмена, минерализации, холестерина.
Высокогорье – регион, где основные экологические факторы – пониженное атмосферное давление, недостаток кислорода в сочетании с обычно пониженной температурой. Характерные особенности населения – крупные размеры длинных костей скелета, что связывается с интенсивным эритропоэзом, увеличением числа эритроцитов и гемоглобина, объемистая грудная клетка. Этот комплекс можно рассматривать как проявление адаптации к условиям гипоксии : реакции, протекающие на тканевом уровне и обеспечивающие устойчивость к недостаточному снабжению тканей кислородом.
Адаптивные типы представляются результатом длительной истории приспособления популяций человека к условиям различных экологических ниш. Те особи, которые обладали оптимальным для данного место обитания соотношением морфофункциональных черт, имели больше оснований оставить после себя потомство. Примеров доказательства наследственной обусловленности многих особенностей биологии человеческих популяций немало. К их числу относятся многочисленные данные об избирательном характере разных заболеваний в зависимости от той или иной группы; о различной иммунологической реактивности организмов – представителей разных рас. Есть данные о высокой резистентности негроидов к инфекционным заболеваниям, распространенным в Африке, и восприимчивости к заболеваниям, принесенными европейцами.
С точки зрения истории развития такой важной черты человеческого вида, как адаптивность, то тропическая зона представляется колыбелью адаптивных возможностей человечества. Недаром с тропической зоной связывают истоки вида «человек разумный».
Освоение человеком Земли происходило неравномерно и в течение длительного времени. Первоначально гоминиды были связаны в своем обитании преимущественно с тропическими районами – лесом и лесосаванной, как и современные человекообразные обезьяны. «Выход» в зоны умеренного климата произошел, вероятно, около 1 млн. лет назад. Последними были освоены пери гляциальные области и Север. До сих пор еще самые многочисленные популяции обитают в тропических и смешанных лесах, кустарниковых зонах Средиземноморья, горных районах. На эти зоны приходятся около 80% всего населения Земли, минимально оно в зоне тайги, тундры и полярных земель.
Если в этой связи обратиться к хронологии адаптивных типов, то тропический тип представляется наиболее древним, по отношению к которому остальные могут рассматриваться как дочерние .Все люди принадлежат к одному виду «человек разумный», который состоит из нескольких больших популяций, называемых расами. Раса представляет собой совокупность наследственно закрепленных биологических особенностей человека. Наиболее приемлемая классификация рас такая: экваториальная или австрало-негроидная раса; евразийская или европеоидная раса; азиатско-американская или монголоидная раса. В пределах больших рас выделяют малые расы или расы второго порядка, отличия которых сформировались в более позднее время по мере расселения человека.
Адаптивные типы сложились исторически в разное время, отражая последовательность освоения человеком климатических поясов и разных экологических ниш.
Итак, разнообразные природные, климатические, геологические условия на поверхности планеты сказываются на человеческих популяциях, которые в ходе освоения планеты распространились от крайнего Севера до пустынь и тропиков.
Ранее приводились примеры адаптивных типов человечества. Действие факторов внешней среды проявляется в морфофункциональных отличиях ( массе, площади поверхности тела, строении грудной клетки, пропорциях тела ) жителей разных географических зон. Своеобразными являются структура белков, изоферментов, тканей, генетического аппарата клеток. Особенности строения тела, протекание энергетических процессов зависят от температуры окружающей среды, питания, а минеральный обмен в организме – от геохимической ситуации на местности. У коренного населения местности, например, якутов, чукчей, эскимосов основной обмен по сравнению с некоренными жителями на 13-16% выше. Высокий уровень жиров в пище, повышенное их содержание в крови с высокой возможностью к утилизации является важным условием обеспечения энергообмена в холодном климате. Например, ткани организма эскимосов, проживающих на островах Гудронового залива, больше наполнены кровью, чем у американцев европеодного происхождения. У эскимосов также более высокий процент жировой ткани в организме и это является доказательством усовершенствованных теплоизоляционных возможностей организма. Артериальное давление у большинства арктических популяций ниже, чем у людей, проживающих в средних широтах. У жителей высокогорья – увеличение размеров грудной клетки, повышение скорости кровотока, высокая вентиляция легких, кислородная емкость крови, количество и величина капилляров, понижено артериальное давление.
Для населения тропических широт характерны продолговатые формы тела, которые обеспечивают увеличение испаряющей поверхности, количества потовых желез и более активное потоотделение, специфическую регуляцию водно-солевого обмена, повышенное артериальное давление, пониженный уровень метаболизма.
Признаки тропического морфофункционального комплекса характерны для населения пустынь – это снижение основного обмена, повышенное содержание гемоглобина. Это необходимо для эффективной регуляции затрат тепла в связи с резкими колебаниями суточных температур.
Соподчинение размеров тела и климатических условий наблюдается также и тех, кто сравнительно недавно заселил определенные территории. Сила влияния новых условий проживания на морфологические особенности человека пропорциональна времени, которое прошло от момента переселения и рождения ребенка.