Ekologicheskaja_medicina-2011

функциональная организация биосистемы может оставаться без внешних изменений, но гомеостаз системы нарушен всегда

На молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях хрони-

ческое действие низких концентраций химических веществ или малых доз радиации проявляется в виде различных биохимических и физиологических нарушений.

На организменном уровне хроническое действие экофакторов приводит к развитию донозологических состояний и соматической патологии. Крайним проявлением реакции на стресс, помимо смерти, на организменном уровне является шок.

На популяционном уровне происходит исчезновение отдельных популяций или резкое сокращение их численности, например, в лесу после пожара, в агроценозе обработанного поля.

На экосистемном уровне наблюдается сокращение видового разнообразия, разрушение существовавшей пространственной структуры, сложившегося круговорота вещества и энергии, снижение продуктивности.

Изменения биосистем на 3-й стадии стресса

На организменном уровне избыточная реакция проявляется в виде активизации неадекватных, компенсаторноприспособительных реакций (пролиферации, гиперреакций).

На популяционном уровне – изменяются динамические и статические признаки популяции, растёт рождаемость, увеличивается коэффициент прироста, приближаясь к биотическому потенциалу, изменяется характер пространственного размещения, так как после стресса и разрушения сложившихся экологический ниш и связей резко обостряются конкурентные и другие формы биотических отношений. В результате жизнедеятельность многих, не выдержавших конкуренцию популяций, снижается или вовсе прекращается.

В результате избыточной реакции наиболее приспособленная конкурентоспособная в данных условиях популяция расширяет свою экологическую нишу, в том числе – трофическую, топическую и многомерную, а по численности достигает или даже превышает биотическую емкость среды.

На межвидовом уровне избыточная реакция проявляется в увеличении численности одного, 2-х или 3-х тесно связанных видов, вытеснении других, как правило, редких и малочисленных

41

видов живых существ, снижении видового разнообразия, появлении отчетливо доминирующего вида, снижении экологической ценности сообщества, процесс возвращается на стадию ранней сукцессии.

Изменения биосистем, соответствующие 4-й и 5-й стадиям

Четвертая стадия – этап стабилизированного состояния.

На организменном уровне формируются адекватные адаптационные приспособительные реакции со стороны преимущественно специфических систем (сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной).

На популяционном уровне этап стабилизации проявляется в формировании устойчивой комбинации демографических показателей (статистических и динамических признаков). В зависимости от вида предшествовавшего стресса преимущества в развитии приобретают экотипы с признаками r – или К-отбора.

Пятая стадия характеризуется формированием в биосистеме любого уровня организации нового состояния динамического равновесия (гомеостаза).

Перестройка гомеостаза в процессе адаптации

Влюбой биосистеме возможно формирование стабилизированного состояния не на одном, а на нескольких уровнях гомеостатического плато, то есть состояние гомеостаза может достигаться путем его смещения по определенной шкале, свойственной конкретному уровню организации биологической системы.

Подобная перестройка происходит благодаря обратным кибернетическим связям (отрицательным и положительным), поддерживающим любую биосистему в состоянии подвижного динамического равновесия.

Вразвитии адаптационных реакций прослеживаются 2 этапа.

Первый этап – начальной (срочной), но несовершенной адаптации.

Второй этап – совершенной долговременной адаптации. Начальная адаптация реализуется на основе готовых при-

способительных механизмов. Например, на организменном уров-

42

не на основе имеющихся физиолого-функциональных реакций: увеличения теплопродукции, легочной вентиляции, МОК. На по- пуляционно-видовом – путем включения механизмов регуляции численности; временного, пространственного избегания стресса. На межвидовом – переходом на стадию ранней сукцессии и включением соответствующий механизмов освоения пространства.

Долговременная адаптация развивается постепенно с включением дополнительных компенсаторных механизмов.

При этом на уровне особи долговременная адаптация придает организму новые качества, обеспечивающие достижение повышенной устойчивости, например, к гипоксии, теплу, холоду, большим дозам ядов. Долговременная, постепенно развивающаяся адаптация является фактором повышения резистентности организма и профилактики болезней.

На популяционно-видовом уровне при долговременной адап-

тации происходит стабилизация численности с преобладанием в пределах группы наиболее конкурентоспособных в данных условиях экотипов. Преимущество получают равновесные популяции с признаками К-отбора.

На межвидовом уровне – наблюдается формирование устойчивого сообщества с большим видовым разнообразием, специализированными экологическими нишами, замкнутыми круговоротами веществ.

Концепция механизма адаптационных изменений, благо-

даря которым неадаптированная биосистема превращается в адаптированную, исключительно важна для медикоэкологических исследований, так как позволяет решать следующие практические вопросы:

сохранения популяций исчезающих видов, естественных устойчивых биогеоценозов (тропических лесов), сложных трофических сетей морей и океанов;

формирования предварительной, перекрестной и комбинированной адаптации к одновременному действию нескольких стрессовых факторов;

получения фармацевтических препаратов, вакцин, сыворо-

ток;

43

 разработки системы профилактики стрессовых воздействий, создание условий для сложных форм деятельности (умственной, интеллектуальной) в экстремальных условиях непривычной или быстро меняющейся обстановки (человек в космосе) и т.д.

Генетически детерминированные предпосылки для формирования адаптации присутствуют в организме, но могут не реализоваться, так как в генетическую программу организма заложена не заранее сформировавшаяся адаптация, а возможность ее становления под влиянием условий.

Это обеспечивает:

реализацию только жизненно важных адаптаций;

экономное расходование энергетических и структурных ресурсов организма.

Фенотипические и генотипические адаптации

Фенотипическая адаптация – процесс, развивающийся в ходе индивидуальной жизни, в результате которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью.

Генотипическая адаптация (процесс на уровне вида, по-

пуляции): на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных и растений. Достижения адаптивной эволюции закреплены генетически и передаются по наследству. Комплекс популяцион- но-видовых наследственных признаков становится основой следующего этапа адаптации той, что приобретается в процессе индивидуальной жизни организма.

На организменном уровне в ответ на любой стрессовый фактор, нарушающий гомеостаз, развиваются ответные реакции двух типов:

1)специализированными реакциями со стороны системы, специфически реагирующей на этот раздражитель, в зависимости от его природы, присущими только данной системе;

2)в виде комплекса неспецифических изменений, таких как реакции напряжения или общего усилия организма приспосо-

44

биться к изменившимся условиям, с помощью стрессреализующей адренергической и гипофизарно-адреналовой системы.

Общий адаптационный синдром 

это сложный процесс структурно-функциональной перестройки, нацеленный на перепрограммирование адаптационных возможностей организма в целях решения новых задач, выдвигаемым средой;

процесс, который способствует образованию новой струк- турно-функциональной организации организма и более совершенного, соответствующего данным условиям, состояния гомеостаза;

процесс, который приводит, в конечном итоге, к изменениям фенотипа, создавая материальные предпосылки для появления новых популяций, видов.

Патологические процессы, развивающиеся в биосистеме при общем адаптационном синдроме

Катаболический эффект стресс-синдрома направлен на стирание старых, утративших свое биологическое значение, структурных следов.

Десинхроноз – универсальная реакция, неотъемлемая часть общего адаптационного синдрома, процесс разрушения старого биоритмологического стереотипа, изменения прежних биологических ритмов для формирования нового ритмологического стереотипа.

Полная и неполная адаптации

Неполная (cрочная) адаптация позволяет на протяжении более или менее длительного периода времени сохранять лишь саму жизнь отдельным представителям популяции, вида.

Полная адаптация обеспечивает полноценное существование особи и продолжение рода, оптимальную численность и процветание популяции, устойчивость и видовое разнообразие сообщества.

Для перехода срочной адаптации в долговременную на организменном уровне необходим процесс формирования функциональной доминирующей системы.

45

Доминирующая система (по Ухтомскому) – образование,

складывающееся в организме в ответ на действие среды и объединяющее воедино нервные центры и исполнительные органы, принадлежащие к различным анатомо-физиологическим системам, ради приспособления к фактору среды, для решения задачи, выдвигаемой средой.

Механизм формирования долговременной адаптации на организменном уровне заключается в формировании доминирующей системы, путем:

а) изменения состава и структуры за счет усиления биологического синтеза, прежде всего – белка;

б) временной активизации функции, однако данный процесс сам по себе не закрепляется, более того, со временем, по мере совершенствования адаптации, функциональная активность сложившейся доминирующей системы снижается;

в) синхронизации биологических ритмов, построенной на взаимном захватывании ритмов.

Структурная и функциональная цена адаптации биосистем к стрессовым воздействиям

Структурная цена адаптации – это то количество структур,

то есть белка и молекул нуклеиновых кислот, которые синтезируются организмом для реализации данной адаптационной реакции.

Структурная цена адаптации формируется путем: разрушения ранее сформированных структур; ускоренного обновления структур, ответственных за адап-

тацию; приращения массы структур доминирующей системы.

Функциональная цена адаптации – новый уровень биоритмо-

логического стереотипа, на который вынужден переходить организм.

Функциональная цена адаптации складывается из: разрушения ранее сформированных, синхронизированных

биоритмов, то есть частичной десинхронизации основных жизненных функций;

формирования новых биоритмов функционирования структур доминирующей системы;

46

синхронизации новых биоритмов функций посредством взаимного их улавливания.

Долговременная адаптация имеет определенную структур- но-функциональную цену и обеспечивается за счет увеличенного распада и еще большего увеличения биосинтеза нуклеиновых кислот и белков и синхронизации работы нового структурнофункционального образования.

В случаях, когда действующий фактор чрезмерно силен или сложен, требуемая приспособительная реакция оказывается неосуществимой. Например, повышенная температура в сочетании с высокой относительной влажностью в более значительной степени нарушают терморегуляцию. В результате первоначальные нарушения гомеостаза остаются, а стимулируемый ими стресссиндром достигает чрезмерной интенсивности и длительности, превращаясь в инструмент повреждения и причину возникновения многочисленных стрессорных заболеваний.

5.4 ЛЕКЦИЯ №4. Природные ресурсы Беларуси и основы охраны окружающей среды. Мониторинг окружающей среды и состояние здоровья населения

Природный ресурсный потенциал биологического разно-

образия охватывает используемые ресурсы растительного мира (включая лесные), ресурсы животного мира, а также "неэксплуатационные" ресурсы биоразнообразия, т.е. в настоящее время не используемые для промышленного, хозяйственного или прямого потребления в существенных объемах.

Неэксплуатационные ресурсы биоразнообразия, или просто ресурсы биоразнообразия, составляют несоизмеримо большую по числу видов категорию живых организмов по сравнению с используемыми ресурсными видами. Ресурсная ценность многих видов для человека еще не определена и не оценена.

На территории Беларуси произрастает около 12 тысяч аборигенных видов растений и грибов. Лучше других изучено разнообразие сосудистых растений, мхов и лишайников.

В спектре жизненных форм сосудистых растений преобладают травы – более 1500 видов.

47

Древесные растения представлены 107 аборигенными видами, из которых 28 – деревья, остальные – кустарники, полукустарники и кустарнички.

Среди сосудистых растений редких реликтовых видов более 130 (8% флоры), среди мохообразных – 90 (20%). 261 вид сосудистых растений (16%) находится на пределе сплошного распространения либо за его границами в островных местообитаниях.

Ресурсы животного мира Беларуси

На территории Беларуси зарегистрировано 310 видов птиц. За последние два столетия с территории Беларуси исчезло около 10 видов птиц, а за последние 50 лет появились на гнездовании 27 новых видов, в том числе ранее исчезнувшие виды – большой баклан, серый гусь, лебедь-шипун, что свидетельствует об активных процессах динамики фауны.

Из амфибий в Беларуси проживает 13 видов: 2 – тритонов и 11 видов отряда бесхвостых – жабы, лягушки, жерлянка, квакша, чесночница.

В фауне рептилий 7 видов: 1 вид черепах, 3 – ящериц и 3 – змей.

Ихтиофауна включает 62 вида, из которых 3 вида миног и 59 видов рыб.

Аборигенная фауна рыб представлена 46 видами; 13 видов заселены в водоемы с целью разведения. На протяжении 20 столетия исчезли минога речная и 9 видов рыб: осетры атлантический и русский, белуга, вырезуб и др.

Среди беспозвоночных Беларуси особенно высоким видовым разнообразием выделяются насекомые, которые составляют не менее 70% всех видов животных.

Наиболее изучены позвоночные животные, которых в стране известно 467 видов, а беспозвоночных насчитывается более 30 000 видов (простейшие, мшанки, моллюски, черви, насекомые, паукообразные, ракообразные, многоножки).

Среди позвоночных млекопитающие представлены 76 видами, включая 5 наиболее важных ресурсных видов копытных, 15 видов хищных, ряд видов грызунов, рукокрылых, насекомоядных и др., в том числе акклиматизированных в 20 столетии американскую норку, енота-полоскуна, ондатру и уссурийскую енотовидную собаку.

48

С начала 17 столетия в Беларуси исчезло около 10 видов млекопитающих, среди них 2 вида вымерших – лесной тарпан и тур. Перестали встречаться также северный олень, европейский лесной кот, лань, песец, росомаха, выхухоль. Целиком были истреблены благородный олень и зубр. Олень позже был реинтродуцирован, а популяция зубра восстановлена из особей, содержащихся в неволе.

Кадастры природных ресурсов

 свод экономических, экологических, организационных и

технических показателей, которые характеризуют количество и качество природного ресурса, а также его состав и категории природопользователей этого ресурса.

На основе кадастров природных ресурсов разрабатывается система мер по восстановлению и оздоровлению окружающей среды и определяется денежная оценка природного ресурса.

Кадастры представлены по видам природных ресурсов.

Земельный кадастр  содержит сведения о качественном составе почв, распределении земель по использованию, собственниках земли (владельцах, арендаторах, пользователях).

Данные кадастровой оценки земель учитывают при планировании использования земель, распределении по целевому назначению, их предоставлению или изъятию при определении платежей за землю, для оценки степени рационального использования земель.

Кадастр месторождений полезных ископаемых  включает в себя сведения о ценности каждого месторождения полезных ископаемых, горнотехнические, экономические, экологические условия разработки.

Водный кадастр  содержит характеристику водных объек-

тов.

Задачами государственного водного кадастра являются: текущая и перспективная оценка состояния водных объектов с целью планирования использования водных ресурсов, предотвращения истощения водных источников, восстановления качества воды до нормативного уровня. На основе материалов водного кадастра определяется целевое использование вод, проводится паспортизация и изъятие из хозяйственного оборота наиболее цен-

49

ных водных объектов, вводятся ограничительные меры по водопользованию с целью охраны водоисточников.

Лесной кадастр  содержит сведения о правовом режиме лесного фонда, о количественной и качественной оценке состояния лесов, о групповом подразделении и категории лесов по их защищенности, дается экономическая оценка леса.

Сведения лесного кадастра используются для определения экономической и экологической значимости лесов, при выборе сырьевых баз для заготовки древесины, для проведения лесовосстановительных работ, замены малопродуктивных лесов высокопродуктивными лесными угодьями.

Реестр охотничьих животных  используется для количе-

ственного и качественного учета животных охотничьего фонда, установления ограничения охоты на те виды, которые проявляют устойчивые тенденции к сокращению популяций.

С аналогичными целями формируется Реестр рыбных запа-

сов.

Своеобразным кадастром редких животных и растений служит Красная книга.

Особо охраняемые природные территории

 это территории или акватории, в пределах которых запрещено их хозяйственное использование и поддерживается их естественное состояние в целях сохранения экологического равновесия, а также в научных, учебно-просветительных, культурноэстетических целях.

Особо охраняемые природные территории предназначены для поддержания экологического баланса, сохранения генетического разнообразия природных ресурсов, наиболее полного отражения биогеоценотического разнообразия биомов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них антропогенных факторов, а также для решения различных хозяйственных и социальных задач.)

В зависимости от строгости охраны различают:

государственные природные заповедники (в том числе биосферные),

национальные парки, природные парки, государственные природные заказники,

50