Адаптация живых организмов к среде их обитания
• • • План Факторы воздействия окружающей среды Понятие об адаптации. Генотипическая и фенотипическая адаптация. Пределы адаптивных возможностей (норма реакции). Адаптивные формы поведения. Неспецифические и специфические компоненты адаптации. Перекрестная адаптация. Признаки достижения адаптации.
Факторы воздействия окружающей среды • Человек постоянно испытывает на себе влияние факторов окружающей среды. • Их многообразие условно можно подразделить на две большие группы: природные и социальные.
Природные факторы – это факторы живой и неживой природы (биотические и абиотические). • • Абиотические факторы: – факторы воздушной среды; – атмосферное давление; – световое излучение; – магнитные поля; – температура окружающей среды; – метеопогодные факторы и т. п. Биотические факторы – все многообразие животного и растительного мира, включая микроорганизмы.
• Как правило, на человека действует комплекс природных факторов. Так сезонные факторы включают в себя изменения освещенности, температуры, влажности и т. п.
Социальные факторы. • В последнее время большое значение приобрели антропогенные факторы, особенно загрязнения почвы, воздушной и водной среды. • Традиционно социальными считаются факторы различных видов трудовой деятельности, условия жизни в городе и селе.
• Технический прогресс характерен тем, что изменяется соотношение физического и умственного труда, а значит, и комплекс сопровождающих их факторов. • Освоение труднодоступных районов, богатых полезными ископаемыми, глубоководные погружения, полеты в космос – все перечисленное сопряжено с экстремальными воздействиями на организм. • Это может быть влияние высоких и низких температур, шумов, вибраций, изменение газовой среды и барометрического давления, действие измененной гравитации – перегрузок или невесомости.
Вместе с тем и обычная трудовая деятельность в нормальных условиях, включая учебный процесс, также требует адаптации к ней организма.
Понятие об адаптации • Адаптация (лат. adaptio – прилаживание, приспособление) – совокупность приспособительных реакций живого организма к изменяющимся условиям существования, выработанных в процессе длительного эволюционного развития (филогенеза) и способных преобразовываться, совершенствоваться на протяжении индивидуального развития (онтогенеза). Различные авторы выделяют такие типы адаптаций, как биологическая, физиологическая, биохимическая, психологическая, социальная и т. п. Для нас наибольший интерес представляет физиологическая адаптация.
• 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 (природных и социальных), а также способность к воспроизведению потомства. • Однако следует учитывать, что физиологическая адаптация – это широкое понятие. Оно включает ряд индивидуальных адаптаций: видовых, наследственно закрепленных и популяционных. • Вместе с тем исследование механизмов адаптационных процессов указывает на то, что невозможно судить об адаптации человека, не учитывая психологических, биохимических и других аспектов.
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 (природных и социальных), а также способность к воспроизведению потомства.
В экологии человека, как правило, принято ограничиваться изучением адаптации, приобретаемой в ходе индивидуальной жизни организма – онтогенеза. • В основе индивидуальной адаптации лежит генотип – комплекс видовых признаков, закрепленных генетически и передающихся по наследству. • В результате генетической адаптации на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных.
Однако генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды. • Это согласуется с суждением И. И. Шмальгаузена (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. • Наличие такой пластичности позволяет сохранить относительное постоянство видоспецифических характеристик, т. е. поддерживать гомеостаз, несмотря на неизбежные различия, в которых протекает развитие отдельных особей. (А. С. Северцев).
«Нормой реакции называют пределы, в которых может изменяться фенотип без изменения генотипа» . • Такая норма реакции вырабатывается в онтогенезе по отношению к любым колебающимся факторам среды: атмосферному давлению, климатическим и метеорологическим условиям и т. п. • Широкой нормой реакции обладают почти все онтогенетические реакции, обычно именуемые модификациями, а также физиологические реакции и большинство поведенческих реакций. • В настоящее время под нормой адаптивной реакции понимают пределы изменения системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушаются ее структурнофункциональные связи.
Если воздействие факторов среды на организм превышает норму адаптивной реакции, он теряет способность к адаптации. • Адаптация, приобретаемая в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, называется фенотипической. • При этом изменения, которые накапливаются в организме, не передаются по наследству, а как бы накладываются на наследственные признаки. Это позволяет следующим поколениям приспособиться к новым условиям, используя не специализированные реакции предков, а потенциальную возможность адаптации.
Адаптивные формы поведения При воздействии нового фактора первой включается в реакцию психофизиологическая сфера. • Существует несколько классификаций адаптивных форм поведения. различают три типа приспособительного поведения: • В одной из них • – бегство от неблагоприятного раздражителя; • – пассивное подчинение ему; • – активное противодействие (специфические адаптивные реакции).
• Примером первого типа у человека может быть ношение одежды, обитание в помещениях, преобразование среды с помощью технических средств, миграции в наиболее благоприятные районы существования и др. • Второй тип состоит в формировании устойчивости функций при изменении силы воздействия экологического фактора по принципу толерантности. • Третий тип – активная адаптация по принципу резистентности (специфические адаптивные механизмы поддержания гомеостаза) – включается, когда организм не имеет возможности использовать первые два типа адаптивного поведения.
В адаптивном поведении человека существует компромисс между биологическими и социальными аспектами.
4. Неспецифические и специфические компоненты адаптации. Перекрестная адаптация. • По мере развития адаптации наблюдается определенная последовательность изменений в организме: сначала возникают неспецифические адаптационные изменения, затем – специфические. еспецифические компоненты адаптации. х изучение принято связывать с именем канадского ученого Ганса Селье, отя отдельные аспекты данной проблемы разрабатывались другими учеными (Н. Е. Введенский, У. Кеннонон, Д. Н. Насонов и др. ).
• Однако наиболее подробно неспецифические компоненты адаптации были исследованы Г. Селье (1936). • Он показал, что в ответ на действие раздражителей самой различной природы (механических, физических, химических, биологических и психических) в организме возникают стереотипные изменения. • Такое приспособление выработалось в ходе эволюции как способ адаптации организма с минимизацией затрат морфофизиологических структур.
Состояние организма, вызываемое неблагоприятными воздействиями, Г. Селье (1960) назвал реакцией напряжения или стресс-реакцией. • Независимо от качества стрессора, т. е. фактора, вызывавшего стресс, реакция напряжения сопровождается совокупностью постоянных симптомов. Важнейшими из них являются: – увеличение коркового слоя надпочечников с уменьшением в них липоидов и холестерина; – инволюция тимико-лимфатического аппарата; – эозинопения; – возникновение язв желудочно-кишечного тракта.
Классический адаптационный синдром описан в 1936 году Г. Селье как процесс, состоящий их трех последовательных стадий. • 1. Стадия тревоги (аларм-реакция), по мысли автора, в свою очередь, характеризуется двумя фазами: фазой шока и фазой противотока. • При значительной силе стрессора стадия тревоги может закончиться гибелью организма. • Что происходит в организме? • Датчики великолепной живой машины обнаруживают превышение допустимых уровней и подают предупредительные сигналы. Системы регуляции организма энергично мобилизуют защитные резервы.
• 2. Если организм переживает эту по сути защитную стадию синдрома, наступает стадия резистентности (приспособление к трудной ситуации). • Это второй этап борьбы сосуществования приспособительных механизмов со стрессором. Возникает равновесие между непривычным требованием окружающей среды и силой ответа – изменением гомеостаза, новым уровнем равновесий внутренней среды организма. • Эта стадия может длиться очень долго – месяцами или даже годами.
• 3. При продолжительном действии стрессора она переходит в стадию истощения, когда резервные, приспособительные возможности систем внутренних равновесий будут исчерпаны. • И снова внутренние датчики организма просигналят – тревога, защитные возможности подошли к концу, надо отступить.
Сегодня доказано, что само по себе состояние стресса – не болезнь • . Если бы не было стресса, жизнь, превратившись в абсолютное равновесие, замерла бы. Именно стресс поддерживает активность систем организма на уровне нормы. Если угодно уровень стресса – это «температура жизни» . Не надо повышать ее до лихорадочных величин, но нельзя и снижать до теплового равновесия с окружающей средой, в которой покоится мертвое тело. • Через сорок лет после открытия стресса основатель его теории Г. Селье написал книгу «Стресс без дистресса» , как раз о том, как поддерживать правильный уровень стресса. • Если сравнить системы организма со струнами, то образно говоря, мелодия жизни должна звучать на точно натянутых, хорошо настроенных «струнах» . Это натяжение обеспечивается напряженным здоровьем – нормой стресса. • Тогда дистресс следует сравнить с чрезмерным натяжением струны, когда она необратимо удлиняется, когда ей грозит обрыв, а мелодия жизни начинает звучать фальшиво, болезненно.
• Исследования последних лет несколько дополнили классическую модель Г. Селье теми физиологическими изменениями, которые возникают в организме на каждой из стадий. • Во время стадии тревоги неспецифическая сопротивляемость организма повышается, при этом он делается более устойчивым к различным воздействиям. • С переходом в стадию резистентности неспецифическая сопротивляемость уменьшается, но возрастает устойчивость организма к тому фактору, которым был вызван стресс.
Специфическая адаптация • Специфический характер адаптации, по мнению ученых, основан не избирательном действии качественно различных физических и химических факторов на физиологические системы организма и клеточный метаболизм. • Полагают, что при повторном действии раздражителя включается определенная функциональная система. Причем ее защитный эффект проявляется только во время действия этого раздражителя. • Отмеченная закономерность подчеркивает, таким образом, принцип специфичности в развитии повышенной устойчивости организма. • Примером специфических адаптационных изменений является адаптация к гипоксии, физическим нагрузкам, высоким температурам и т. д. • Специфичность адаптационных изменений может быть весьма высокой.
По данным И. А. Шилова (1985), существует как бы два уровня специфической адаптации. Первый уровень относится к обычным условиям существования организма, второй – к чрезвычайным (экстремальным, изменяющимся, лабильным). Для нормального функционирования организма необходим определенный диапазон колебаний факторов окружающей среды (газовый состав атмосферного воздуха, его влажности, температуры и т. п. ). Избыток или недостаток этих факторов неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности.
Уровень колебания ( «доза» ) факторов, соответствующий потребностям организма и обеспечивающий благоприятные условия для его жизни, считают оптимальным. Рис. 1. Принципиальная схема влияния количественного выражения фактора среды на жизнедеятельность организма
Отклонения от зоны оптимума в сторону недостаточной или избыточной дозировки факторов без нарушения жизнедеятельности организма называют зонами нормы. • Такие отклонения человек способен переносить благодаря наличию специфических адаптивных механизмов, требующих затрат энергии. При этом их диапазон индивидуально обусловлен и зависит от пола, возраста, конституции и т. п. Например, оптимальные параметры температуры 18 -20 градусов, зоны нормы 17 -18 и 20 -23. (1 группа адаптивных механизмов). • При дальнейшем сдвиге факторов за пределы нормы в сторону избытка или недостатка наступают зоны пессимума. Они соответствуют нарушению гомеостаза и проявлению патологических изменений, но жизнедеятельность организма еще сохраняется (2 группа адаптивных механизмов). • Вне зон пессимума адаптивные реакции, не смотря на полное напряжение всех механизмов, становятся малоэффективными и наступает гибель.
Взаимодействие двух уровней специфической адаптации обеспечивает соответствие функций организма конкретным факторам и его устойчивое существование в сложных и динамичных условиях окружающей среды. • В качестве примера можно привести людей, недавно попавших в горы (лабильные реакции), и горцев (стабильная адаптация) • • Для стабильной адаптации жителей гор характерна стойкая перестройка в организме, вплоть до изменения тканевого дыхания, направленного на поддержание эффективного газообмена в условиях гипоксемии (недостатка кислорода). • У равнинных жителей при подъеме в горы наблюдается учащение дыхания, тахикардия, выброс в кровь депонированных эритроцитов и ускорение эритропоэза.
О наличии в адаптационном процессе как специфических, так и неспецифических компонентов свидетельствуют явления, получившие названия перекрестная адаптация, покрывающая адаптация и т. п. • • • Речь идет о том, что организм, адаптированный к действию какого-либо одного фактора, становится в результате этого более устойчивым к действию другого или других факторов. Так было показано, что у человека, адаптированного к гипоксии, повышается устойчивость к статической и динамической мышечной работе. В свою очередь мышечная работа ускоряет и усиливает адаптацию к гипоксии, к холоду. Гипоксия увеличивает устойчивость к теплу. Адаптация к теплу способствует адаптации к гипоксии. Гипоксические явления и развитие антигипоксических реакций у человека в той или иной степени наблюдаются при действии холода, тепла, сдвигах барометрического давления, изменении влажности, газовой среды, светового режима, гравитации, при влиянии сильных эмоциогенных раздражителей, уменьшении или увеличении информационного потока, необходимого для формирования различных видов деятельности при физической и умственной работе. Считается, что изменение энергетики является составной (неспецифической) частью всех адаптационных процессов, а антигипоксические реакции формируют аппарат защиты энергетического обмена.
• Однако Г. Селье (1960) и другие исследователи отмечают, что не всегла повышенная резистентность к одному фактору обеспечивает устойчивость организма к действию раздражителей другой природы. • Наоборот, эта так называемая перекрестная адаптация в ряде случаев отсутствует, и проявляется перекрестная сенсибилизация. • При этом резистентность к определенному агенту сопровождается повышением чувствительности к другому агенту. • Это явление дало основание Г. Селье высказать мысль о существовании адаптационной энергии, мера которой для каждого организма ограничена и обусловлена генетическими факторами.
Признаки достижения адаптации. • По своей физиологической и биохимической сути адаптация – это качественно новое состояние, характеризующееся повышенной устойчивостью организма к экстремальным воздействиям. • Главная черта адаптированной системы – экономичность функционирования, т. е. рациональное использование энергии. • Состояние адаптации характеризуется физиологическими, биохимическими и морфологическими сдвигами, возникающими на разных уровнях организации от организменного до молекулярного. Важным показателем адаптационной перестройки организма является повышение его защитных свойств и способность осуществлять быструю и эффективную мобилизацию иммунных систем. Следует отметить, что при одних и тех же адаптационных факторах и одних и тех же результатах адаптации организм использует индивидуальные стратегии адаптации. При этом в адаптационном процессе могут быть преимущественно задействованы различные механизмы: поведенческие, физиологические, биохимические. • •
Адаптация – это качественно новое состояние, характеризующееся повышенной устойчивостью организма к экстремальным воздействиям.
Важным показателем адаптационной перестройки организма является повышение его защитных свойств и способность осуществлять быструю и эффективную мобилизацию иммунных систем.
Переход организма на новый уровень функционирования требует определенного напряжения управляющих систем. • Дополнительные затраты организма, необходимые для осуществления адаптационных реакций, называют ценой адаптации. • В процессе адаптации любая активность требует гораздо больше затрат энергии, чем в обычных условиях. Например, это имеет место при выполнении физических упражнений на высоте, что используется в спортивной медицине.
Дополнительные затраты организма, необходимые для осуществления адаптационных реакций, называют ценой адаптации.
Скачать презентацию Адаптация живых организмов к среде их обитания
Адаптация (Экология и здоровье).pptx