ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Лекция №1. Вводная ПЛАН 1. Экологическая физиология как самостоятельная наука. 2. Предмет экологической физиологии и методы исследования. 3. Экстремальные факторы окружающей среды. 4. Адекватные и неадекватные условия среды. 5. Влияние на организм комбинированных факторов среды. ЛИТЕРАТУРА 1. 2. 3. 4. 5. 6. Экологическая физиология человека. Адаптация человека к экстремальным условиям среды. М.: Наука. 1979. Экологическая физиология человека. Адаптация человека к различным климато-географическим условиям. М.: Наука. 1979. Экология человека. Е.П.Гора. М.:Дрофа.2007. Физиология животных: приспособление и среда. К.Шмидт-Ниельсен, М.:Мир. 1982. Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта. Т.3.М.:Мир. 1996. Шошенко К.А. Избранные лекции по экологической физиологии. - Новосибирск:НГПУ. 2010. Географическое распределение населения Земли по климатическим регионам Зависимость между количеством, заболевших холерой в России с 1823 по 1923 годы и интенсивностью деятельности Солнца (ось ординат справа в числах Вольфа-Вольфера Деятельность солнца (красная линия) и рождаемость (пунктирная линия) в Европе с 1800 по 1900 г.г. (из Чижевского, 1976) Сезонные колебания настроения Предмет исследования экологической физиологии • Экологическая физиология, раздел физиологии, изучающий зависимость функций животных и человека от условий жизни и деятельности в различных физико-географических зонах, в разные периоды года, суток, фазы лунного и приливного ритмов; раскрывает физиологические основы приспособлений (адаптации) к природным факторам. (А.Д.Слоним) Предмет исследования экологической физиологии • При более широком взгляде на предмет экологическую физиологию можно определить как науку, исследующую реакции организма на острые и длительные воздействия факторов среды, в том числе экстремальные и их сложные сочетания. Это также наука, изучающая механизмы приспособлений, адаптаций организма к условиям среды. Предмет исследования экологической физиологии • предметом экологических исследований является не только отдельный организм, но и популяция. Популяция- это сообщество особей одного биологического вида, населяющее одну территорию и, имеющее один генофонд. История развития экологической физиологии • …скифское племя значительно отличается от прочих людей и похоже только само на себя … в этой стране и животные водятся лишь очень немногие и небольшие. Это потому, что она лежит под самым севером и у подножья Рипейских гор, откуда дует северный ветер… Перемены погоды там не велики и не сильны: она стоит почти одинаково и мало изменяется. Поэтому-то и обитатели страны так похожи друг на друга: они всегда употребляют одну и ту же пищу, носят одну и ту же одежду летом и зимою, дышат сырым и густым воздухом, пьют снеговую и ледяную воду и не знают усталости… Гиппократ из Коса ("О воздухе, водах и местностях", 460-370 гг. до н.э.). История развития экологической физиологии • В России работы по экологическая физиология проводятся с 30-х гг. 20 в.: эколого-физиологические исследования терморегуляции (А. Д. Слоним, О. П. Щербакова), • адаптации к жаркому и холодному климату (А. Ю. Юнусов, И. А. Израэль) и горным условиям (А. Г. Гинецинский, Н. Н. Сиротинин, М. М. Миррахимов), • к среде с различным газовым составом (Е. М. Крепс, З. И. Барбашёва), • механизмов зимней спячки животных (Н. И. Калабухов). • С 50-х гг. исследования по Экологическая физиология расширились в связи с освоением новых территорий (Арктика, Субарктика, пустынные и горные районы); созданы стационары на высокогорных, пустынных и морских станциях, лаборатории при заповедниках. Актуальным становится изучение влияния шума, вибрации, температурных факторов на организм человека в целом и на функции отдельных органов (В. В. Парин, А. С. Трошин). История развития экологической физиологии • С 20-х гг. 20 в. различные проблемы Экологической физиологии (environmental physiology) разрабатываются за рубежом: • сравнительная физиология дыхания и мышечной деятельности (А. Крог), • влияние пониженного атмосферного давления на дыхательные функции крови (Дж. Баркрофт), • адаптация к низким температурам (К. Л. Проссер, Т. Х. Баллок, П. Ф. Шоландер; США), • эколого-физиологические приспособления животных к жизни в пустыне (К. Шмидт-Нильсен; США), • физиология труда человека в экстремальных условиях севера и пустыни (О. Г. Эдхолм; Великобритания). Основные направления исследований экологической физиологии человека Экологическая физиология человека Адаптация человека к экстремальным условиям среды Адаптация человека к различным климато-географическим условиям Экологическая физиология и ее основные направления Экологическая физиология Environmental Physiology Арктическая физиология Arctic Physiology Физиология пустынь Desert Physiology Физиология высокогорья Mountain Physiology Подводная физиология Diving Physiology Космическая физиология Space Physiology Увеличение легочной вентиляции в условиях высокогорья Высота в метрах 0 Увеличение лёгочной вентиляции в % (при одной и той же работе) 100 3000 110 4500 125 6000 144 7500 181 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Общие для физиологии и экологии Метод наблюдения Специфические Моделирование условий внешней среды Метод эксперимента Математическое моделирование Инструментальные методы Исследования в реальных природных условиях ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ • совокупность физиологических особенностей, обусловливающих уравновешивание организма с постоянными или изменяющимися условиями среды. (по А.Д.Слониму) АДАПТАЦИЯ • Приспособления, которые выработались в организме в процессе эволюции в ответ на воздействия внешней среды, или вырабатываются в процессе жизни каждого индивидуума, называются адаптациями. УРОВНИ АДАПТАЦИИ Организменный Системный Органный Тканевой Клеточный КОМПЕНСАТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ • первичные рефлекторные реакции направленные на устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме. (аварийное обеспечение деятельности организма). АККЛИМАТИЗАЦИЯ • Акклиматизация – процесс приспособления организмов к различным климатическим условиям природной среды. • Акклиматизация – частный случай адаптации но он обладает особенностями отграничивающими его от других форм приспособительных процессов. Факторы внешней среды Адекватные условия Неадекватные условия Адекватные условия внешней среды соответствуют врожденным и приобретенным свойствам организма Неадекватные условия внешней среды не соответствуют врожденным и приобретенным свойствам организма Закономерности взаимодействия между организмом и окружающей средой в различных условиях Неадекватные условия Адекватные условия Организм адаптирован к существованию в адекватных условиях в силу длительной эволюции и онтогенеза Действующие факторы Сильные Очень сильные Развивается и полностью завершается адаптация организма к изменившимс я условиям среды Достигается только частичная адаптация организма к изменившимся условиям среды Сверхсильные Сдвиги адаптации в сторону патологии Примечание Очень сильные и сверхсильные факторы =экстремальн ые факторы окружающей среды Влияние на организм комбинированных факторов среды Аддитивный Суммарный эффект равен сумме эффектов отдельных факторов (ускорение+вибраци я) (вибрация + шум) Синергический Суммарный эффект больше суммы эффектов отдельных факторов. (ускорение + гиподинамия) (холод + гипоксия) (курение + консервированное мясо) (курение до 6% гемоглобина в карбоксигемоглобин) (консерв. Мясо до 5,7%, нитриты + гем = метгемоглобин) Антогонистический Суммарный эффект меньше суммы эффектов отдельных факторов. (гипоксия + углекислота), (гипоксия + ионизирующая радиация), (вибрация и тепло) История формирования взаимоотношений человека и природы История формирования взаимоотношений человека и природы АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. Арктический адаптивный тип (АТ) Континентальный АТ Тропический АТ Аридный АТ Высокогорный АТ АТ умеренной зоны. АДАПТИВНЫЙ ТИП • Это норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающий состояние равновесия популяций с этой средой и находящей внешнее выражение в морфофункциональных особенностях популяций. АДАПТИВНЫЙ ТИП • Если мы обобщим картину изменчивости отдельных признаков, то увидим, что для жителей разных экологических зон Земли оказывается характерным совершенно определенное сочетанием биологических свойств: – в одних и тех же географических условиях разные по происхождению народы имеют одно и то же направление приспособительных реакций; – наоборот, в различных условиях обитания близкие в генетическом отношении группы характеризуются различными адаптивными чертами. АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ • Таким образом, с некоторой натяжкой, но все же могут быть применимы и для человека климатические правила, разработанные для оценки географических закономерностей строения тела у животных еще в конце XIX в.: – – – согласно т.н. "правилу Бергмана", у близких видов наиболее массивные формы сосредоточены на севере, а грацильные - на юге; согласно "правилу Аллена", на севере преобладают формы с удлиненным туловищем и укороченными конечностями, на юге - с укороченным туловищем и удлиненными конечностями; согласно "правилу Рубнера" - относительная поверхность тела у северных животных меньше, нежели у южных. АДАПТИВНЫЙ ТИП • Норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды была названа адаптивным типом. Определенное сочетание черт строения тела и типа обмена веществ, которое входит в понятие адаптивного типа, обеспечивает состояние равновесия популяции с этой средой (Алексеева Т.И., 1977). . АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ • адаптивные типы независимы от расовой и этнической принадлежности. • адаптивные типы проявляются лишь в виде тенденции к изменению структурных и функциональных признаков в направлении, наиболее благоприятном для существования в определенной среде, что не препятствует возможности существования в других экологических нишах. ВЫВОДЫ 1. Суммарное влияние на организм зависит от типа взаимодействия факторов внешней среды: аддитивный, синергический, антогонистический. 2. Развитие человека в различных условиях внешней среды привело к формированию различных адаптивных типов.
