Общая и медицинская экология

1.1. Основы общей экологии

Термин «экология» предложен в 1869 г. немецким биоло­гом Эрнстом Геккелем и образован от греческих слов оЦсоз — дом и 1оео8 — наука. В буквальном смысле слова экология — это наука о живых организмах в местах их обитания.

В современном понимании экология — наука о взаимоот­ношениях между живыми организмами и средой их обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Как самостоятельная научная дисциплина экология воз­никла около 1900 г., но ее название вошло в обиход только в последней четверти XX в.

Классификация экологии осуществляется по конкрет­ным объектам и средам исследования. Выделяют экологию микроорганизмов, растений, человека и животных.

В последние годы появилось понятие «экологическая медицина», которую называют медициной XXI в.

Согласно учению В.И. Вернадского, биосфера представ­ляет собой оболочку Земли, включающую в себя как область распространения живого вещества, так и само это вещество.

Биосфера возникла на Земле около 4 млрд лет назад. При этом отдельные организмы не только сами приспосаб­ливались к физической среде, но и своей деятельностью приспосабливали среду к собственным биологическим пот­ребностям.

За миллиарды лет существования биосфера прошла сложный путь развития, который именуется биогенезом. Когда появился человек, он своей деятельностью стал вно­сить изменения в окружающую среду. Этот «разумный» этап развития биосферы именуют ноогенезом и, следова­тельно, биосфера трансформировалась в ноосферу.

Органическая жизнь сосредоточена в литосфере (верх­няя часть твердой поверхности земной коры), в гидросфере, а также в тропосфере (нижние слои газообразной оболочки Земли).

Нижняя граница биосферы опускается на 2—3 км ниже поверхности суши, на 1—2 км ниже дна океана, а верхней границей служит озоновый слой на высоте 20—25 км, выше которого жизнь исключена из-за мощного ультрафиолетово­го излучения.

Около 99% всего вещества сосредоточено в литосфере, остальное — в гидросфере и атмосфере.

Биосфера — это тысячи связей, ее составляющих (эле­ментов, явлений, условий). Основная функциональная еди­ница в экологии — экосистема, или биогеоценоз.

Экосистема — сообщество различных видов организмов и среды их обитания, находящихся во взаимосвязи друг с другом.

Выделяют микроэкосистемы — капля воды, горшок с цве­тами, ствол гниющего дерева; мезоэкосистемы — лес, пруд, космический пилотируемый корабль; макроэкосистемы — океан, континент. Биосфера — это тоже экосистема.

Любая экосистема включает в себя две главные составля­ющие: экотоп, т.е. совокупность абиотических факторов (климатические, почвенно-грунтовые), и биоценоз — сово­купность живых организмов: животных (зооценоз), расте­ний (фитоценоз), микроорганизмов (микробоценоз).

Экосистемы характеризуются:

• потоком энергии;

• круговоротом веществ;

• развитыми информационными связями (потоки физи­ческих и химических сигналов).

Живые организмы, входящие в состав биоценоза, не одинаковы и различаются по способу получения энергии. В этой связи различают продуценты, консументы и редуцен­ты. И, как было уже отмечено, в экосистеме эти группы ор­ганизмов тесно взаимодействуют. Данное взаимодействие осуществляется за счет функционирования так называемых трофических или пищевых цепей. Особенность функциони­рования трофических цепей состоит в том, что именно они могут быть причиной некоторых заболеваний человека.

Сообщество организмов, использующих ту или иную форму энергии (лучистую, или энергию в форме эквива­лентного ей вещества), называется трофическим уровнем.

Перенос энергии в виде эквивалентного ей вещества от одного вида организмов к другим называют пищевой или трофической цепью.

Функционирование пищевых цепей имеет свои особен­ности. .

• Закон прогрессивного уменьшения энергии в трофической цепи. При переносе энергии по трофической цепи часть ее теряется. Каждое звено уменьшает долю энергии (массы) примерно на порядок. Отсюда следует, что число консумен-тов (в том числе и людей), которые могут прожить при дан­ном выходе первичной продукции, сильно зависит от длины пищевой цепи. Если предполагается, что на основе имею­щейся первичной продукции придется кормить большое ко­личество населения, то иногда нужно вовсе отказаться от какого-то продукта, например мяса, или резко снизить его потребление. С этим свойством связано ухудшение качества рациона человека, дисбаланс по необходимым компонентам и, следовательно, создание условий для формирования пато­логического процесса. Пример — заболевание квашиоркор, возникающее при недостаточности белкового питания.

• Принцип концентрирования в трофической цепи. Одно из следствий функционирования пищевых цепей — эффект концентрирования. Токсичные соединения, которые попа­дают в окружающую среду, способны мигрировать по тро­фическим цепям, при этом их концентрация на каждом тро­фическом уровне увеличивается на порядок. Это нагляднее всего демонстрируется на радионуклидах и пестицидах. Так, если количество выброшенного от аварии на ЧАЭС строн­ция в почве принять за условную единицу, то в траве он кон­центрируется с фактором 27, а в костях животных — с фак­тором 714. Поэтому чем длиннее пищевая цепочка, тем больше радионуклида накапливается.

Наиболее ярко последствия подобного явления демон­стрируются следующим примером. Для того чтобы сокра­тить численность комаров на Лонг-Айленде (США), болота много лет обрабатывали ДДТ Концентрации этого пестици­да были весьма малыми. Тем не менее остатки ДДТ, сорби­рованные на детрите, попадали в ткани детритофагов, затем мелких рыб и, наконец, рыбоядных птиц (бакланов). Коэф­фициент концентрации для птиц составил 500 ООО. Действие ДДТ привело к гибели данной популяции из-за то­го, что этот инсектицид относится к группе эффекторов эн­докринной системы (см. гл. 3), снижает в крови концентра­цию стероидных гормонов (минералокортикоидов) и нару­шает образование яичной скорлупы. При высиживании птенцов скорлупа яиц не выдерживала массы птиц, и бакла­ны не могли выводить потомство.

Следовательно, принцип биологического накопления на­до учитывать при любых решениях, связанных с загрязнени­ем среды, и при рассмотрении причин заболеваний, кото­рые можно отнести к экологически зависимым.

В зависимости от доступного источника энергии выделя­ют четыре типа экосистем:

• природные, субсидируемые только солнечной энерги­ей. К ним относятся океаны. Они занимают огромные пло­щади и являются гомеостатом для Земли;

• природные, субсидируемые другими естественными ис­точниками энергии (приливы, течения);

• природные, субсидируемые дополнительно человеком (агроэкосистемы);

• индустриально-городские, субсидируемые сжиганием ископаемого топлива. Оказывают наиболее сильное воздей­ствие на человека.