Лекция 5
Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности;; глобальная экосистема Земли. Термин «биосфера» был введён Ж.-Б.Ламарком ( 1803) в геологии предложен Эдуардом Зюссом ( 1875) Целостное учение о биосфере создал В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Живое вещество – совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Биогенное вещество – это геологические породы, сожданные благодаря жизнедеятельности живых организмов (н-р, каменный уголь). Косное вещество – вещество, которое образуется без участия живого вещества (н-р, горные породы). Биокосное вещество – создается одновременно живыми организмами и косными процессами (н-р, почвы). Радиоактивные вещества. Рассеянные атомы. Вещества космического происхождения
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев: тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). стратосфера, мезосфера, термосфера ионосфера – переходит в межпланетарное пространство, высокая степень ионизации воздуха, живое вещество отсутствует
Гидросфера – водная оболочка Земли. Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород.
Магнитосфера Земли – зона проявления магнитных свойств Земли как космического тела. Геомагнитное поле является естественным электромагнитным полем, которое влияет на все процессы, происходящие на Земле и в окружающем пространстве.
1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.
2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы). Основные этапы развития биосферы
3) Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека). Основные этапы развития биосферы
4) Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений). Основные этапы развития биосферы
5) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально–природной системы ( ноосферы ). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное использование природы, т.е. рациональное природопользование; б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества. Основные этапы развития биосферы
1) Энергетическая - поглощение энергии при фотосинтезе и химической энергии в результате разложения веществ; передача энергии по пищевой цепи 2) Концентрационная – аккумуляция живыми организмами химических элементов (азот, фосфор, кремний, магний и др.)
3) Окислительно-восстановительная – превращение веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (окисление углеводов до углекислого газа и восстановление ) 4) Газовая функция заключается в участии живых организмов в миграции газов и их превращениях (кислород, озон, азот, диоксид углерод). Основные функции живого вещества в биосфере
5) Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот. Основные функции живого вещества в биосфере
6) Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества). 7) Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Основные функции живого вещества в биосфере
1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере, 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
Геологический (большой) круговорот веществ связан с образованием и разрушением различных форм рельефа в результате геологических процессов при участии энергии Солнца. Протекает без участия живых организмов и захватывает области за пределами биосферы.
Биологический (биогеохимический или малый) круговорот веществ осуществляется за счет деятельности живых организмов, а главным источником является энергия Солнца. Совершается в пределах биосферы, определяется температурой окружающей среды и количеством воды
Антропогенный круговорот веществ. Движущей силой его является хозяйственная деятельность человека, которая приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды.
Изменение химического состава атмосферы, ведущее к выпадению кислотных дождей, «парниковому эффекту», разрушению озонового слоя и т.д. Рост дефицита водных ресурсов и ухудшение их качества. Загрязнение токсическими веществами морей и океанов. Обезлесивание и опустынивание. Снижение биологического разнообразия планеты. Проблема накопления опасных отходов.
Экология человека – это междисциплинарная наука о взаимодействии человека со средой обитания, зародившаяся в 70-е годы XX века. экология человека рассматривает адаптацию человека к изменениям окружающей среды с учетом социальных условий.
1) Исследуются закономерности и механизмы адаптации человека к измененным условиям среды, различные уровни адаптации, предел адаптивных возможностей организма и цена адаптации, приспособительные формы поведения. Особое внимание уделяется методам увеличения эффективности адаптации и ее оценке, экологическим аспектам заболеваний.
2) исследуется адаптация человека к различным природным факторам (излучение, магнитные поля, воздушная среда, изменения температуры, барометрического давления и метеопогодных условий) и климатогеографическим условиям – в зонах Арктики и Антарктики, высокогорья, аридной (пустыни), юмидной (тропики), морского климата и т. п. Уделяется внимание экологическим аспектам хронобиологии – перестройке биоритмов под влиянием климата и сезонных колебаний, при пересечении часовых поясов, сдвинутых режимах труда и отдыха. Основные вопросы, изучаемые в экологии человека
3) рассматривается адаптация человека к экстремальным условиям, в частности физиологические эффекты измененной гравитации, вибраций, длительных и интенсивных звуковых нагрузок, гипоксии и гипероксии, высоких и низких температур, электромагнитных полей и ионизирующего излучения, катастроф. Изучается деятельность людей в условиях авиационных и космических полетов, подводных погружений. Основные вопросы, изучаемые в экологии человека
4) анализируются аспекты социальной адаптации – к городским и сельским условиям, к различным видам трудовой и профессиональной деятельности, исследуются демографические процессы. Рассматривается реакция организма на стресс. Изучаются вопросы адаптации к антропогенным факторам, включая загрязнение окружающей среды. Основные вопросы, изучаемые в экологии человека
Физиологическая адаптация - устойчивый уровень активности физиологических систем, органов и тканей, а также механизмов управления, которые обеспечивают возможность длительной активной жизнедеятельности организма человека и животного в измененных условиях существования (общеприродных и социальных), а также способность к воспроизведению потомства.
1) срочная - изменения развиваются непосредственно во время действия фактора, 2) долговременная – это многократное повторение срочных адаптацинных процессов (например, у спортсменов), 3) специфическая – совокупность изменений, обеспечивающих гомеостаз в условиях влияния факторов внешней среды или напряженной жизнедеятельности, 4) общая (неспецифическая) – совокупность измменений, приводящих к мобилизации энергетических и пластических ресурсов организма для специфических адаптационных реакций
1) основной обмен веществ и терморегуляция (уровень ОВ понижается по направлению от северных районов к экваториальным), 2) липиды сыворотки крови (оценивается холестерин – уровень понижается в направлении с севера на юг), 3) белки сыворотки крови (у жителей тропических стран – количество альбуминов меньше (связано с дефицитом белка в пище) и гамма-глобулинов больше (связано с распространением в этих регионах патогенных организмов)
В основе индивидуальной адаптации лежит генотип – комплекс видовых признаков, закрепленных генетически и передающихся по наследству. В результате генотипической адаптации на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных. генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды.
И. И. Шмальгаузен (1968): наследственным является не внешнее проявление какого-либо признака, а способность реагировать определенным образом на определенные изменения во внешней среде, т. е. норма реакции на условия внешней среды.
под нормой адаптивной реакции понимают пределы изменения системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушаются ее структурно-функциональные связи. Если воздействие факторов среды на организм превышает норму адаптивной реакции, он теряет способность к адаптации.
1. поддержание структурной целостности макромолекул при функционировании в специфических условиях. 2. достаточное снабжение клетки: Энегией, Молекулами предшественниками 3. поддержание систем, ругулирующих скорости и направления метаболических процессов в соответствии с потребностями
Адаптивный тип представляет собой норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды и проявляется в развитии морфофункциональных, биохимических и иммунологических признаков, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания.
1. Арктический адаптивный тип (холодный климат и преимущественно животная пища). - сильное развитие костно-мускульного компонента тела, - большие размеры грудной клетки, - высокий уровень гемоглобина, - высокое содержание минеральных веществ в костях, - высокое содержание в крови белков, холестерина, - повышенная способность окислять жиры, - усиленный энергетический обмен Адаптивные экологические типы человека
2. Тропический адаптивный тип (жаркий влажный климат, низкое содержание животного белка в рационе, в среде большое количество микроорганизмов, яиц гельминтов и цист простейших). - удлиненная форма тела, - сниженная мышечная масса, - относительное уменьшение массы тела при увеличении длины конечностей, - уменьшение окружности грудной клетки, - более интенсивное потоотделение (за счет повышения количества потовых желез), - основной обмен веществ снижен, синтез жиров снижен, - концентрация холестерина в крови снижена
3. Адаптивный тип умеренного климата (неравномерное распределение районов, отличающихся по количеству тепла и влаги, типу растительности, богатству животного мира). По соматическим показателям и уровню обмена веществ занимает промежуточное положение между коренными жителями арктического и тропического регионов.
4. Высокоогорный адаптивный тип (низкое атмосферное давление, сниженное парциальное давление кислорода, холод, относительное однообразие пищи, основной фактор формирования типа - гипоксия). - повышенный уровень основного обмена веществ, - удлиннение длинных трубчатых костей скелета, - расширение грудной клетки, - повышение кислородной емкости крови (увел. кол-ва эритроцитов, гемоглобина), - менее интенсивно идут процессы роста и развития, позднее наступает старость, - жизненный цикл продолжительней
5. Аридный адаптивный тип (зона пустынь) - астеническое телосложение, уплощенная грудная клетка, - крупные размеры тела (кроме населения тропических пустынь), - развитие мускульного и жирового компонента понижено, - понижены: уровень обмена веществ, уровень холестерина в крови минерализация скелета, - хорошо развита сосудистая регуляция потери тепла в условиях резких суточных колебаний температуры среды.
6. Адаптивный тип континентальной зоны Сибири - укороченные пропорции тела, - уплощенная грудная клетка, - повышенное жироотложение, явное увеличение массы тела, - понижение содержания минеральных веществ в скелете,
1. Превентивная поведенческая адаптация (изменение активности). 2. Стабилизационная поведенческая адаптация (Сохранность общей структуры поведения). 3.Социально обусловленные формы поведения (формирование навыка, создание индивидуальной среды, создание коллективной среды). 4. Психологически обусловленные формы поведения (формирование установки, бдительности, переориентировка на лидера и т.д.)
Стратегия адаптации – функционально-временная структура потоков информации, энергии, вещества, обеспечивающая оптимальный уровень морфофункциональной организации биосистем. Зная стратегию адаптации можно прогнозировать характер поведения организма во времени при его контакте с измменяющейся средой.
1. Стратегия типа «спринтер». Организм обладает способностью мощных физиологических реакций с высокой степенью надежности в ответ на значительные, но кратковременные колебания во внешней среде. Может поддерживать высокий уровень реакций только короткое время. Мало приспособлен к длительным физическим перегрузкам, даже если они средней величины.
2. Стратегия типа «стайер». Организм менее устойчив к кратковременным значительным колебаниям среды, но обладает свойством выдерживать длительное время физические нагрузки средней силы. 3. Промежуточный тип. Организм по устойчивости занимает промежуточное положение. Варианты стратегии адаптации
