Лекция 4 для бакалавров

Лекция 4 для бакалавров. Экология человека.
4.1. Человек, как биологический вид. Полиморфизм
популяции человека. Среда обитания человека. Биологические
потребности человека.
Человек, как биологический вид, является биосоциальным
существом, и в то же самое время представителем вида «Человек
разумный» (Homo sapiens), принадлежащего к царству Животные,
типу Хордовые, классу Млекопитающие, подклассу Плацентарные,
отряду Приматы, семейству Гоминиды. Другие семейства,
входящие в отряд Приматы, это понгиды – крупные
человекообразные обезьяны (орангутанги, шимпанзе, гориллы) и
хилобатиды – малые человекообразные обезьяны (гиббоны).
Характерной чертой, отличающей человека от животного,
является, прежде всего, речь, способность к которой определяется
развитием мозга, а также артикуляционного аппарата. Развитие
мозга и руки дало возможность применять орудия труда. В свою
очередь все эти изменения связаны со способностью к
прямохождению и соответствующему изменению скелета и
пропорций тела человека. Еще человека отличает от животных
абстрактное мышление. Слова для людей являются не сигналом,
как для животных, а понятием. Люди способны к планированию
своих действий, словесной передаче опыта, к осознанию таких
понятий, как «совесть», «вера», «красота». Кроме того, человеку
характерны иные темпы онтогенеза, а именно удлиненные
периоды эмбриогенеза и детства, периода обучения и
экономической и физиологической зависимости от взрослых.
Первые люди существовали под властью природы и в ее
составе. Экологическая ниша этого вида определялась положением
его в трофических цепях и климатическими особенностями
биотопа. По своему положению в трофических цепях он
гетеротроф, полифаг, т.е. способен питаться различной пищей.
Многие современные исследователи и врачи считают, что
природой более всего человек предназначен и приспособлен к
употреблению растительной пищи – зерновых и плодов. Сейчас он
занимает положение на вершине трофических пирамид, питаясь
различными видами пищи.
Выход человека из-под контроля среды начался примерно 10
тысяч лет назад, когда впервые появились признаки сельского
хозяйства. Именно тогда они перестали зависеть от ресурсной
кормовой базы и начался постепенный рост их численности,
больший, чем предусмотрено законами биосферы. Очевидно, что
биосфера, как единая биологическая система, обладает
соответствующей емкостью и может прокормить ограниченное
количество людей, причем величина зависит и от уровня
потребления человека, т.е. от экологического сознания. Поэтому
воздействовать на будущее нашего вида, на его количество в
биосфере, возможно, не только влияя на численность населения,
но и изменяя сознание человечества и каждого человека в
отдельности, чтобы не превысить разумный уровень потребления
ресурсов биосферы и энергетических ресурсов.
Человечество, как и всякую популяцию живых организмов,
характеризуют статические характеристики (численность,
плотность, пространственная структура, половой и возрастной
состав), динамические характеристики (рождаемость, смертность,
миграционная активность, скорость роста, продолжительность
жизни, кривые выживания). Лимитирующие факторы –
ограничения распространения популяции в пространстве, лимиты и
регуляция численности населения. За время своего существования
человечество прошло путь от популяции первобытных людей,
зависимых от природы и находящихся под прессом естественного
отбора, до современного человечества, обладающего всеми
средствами медицины и технологической цивилизации; при этом и
численность и лимитирующие факторы претерпели значительные
изменения. Численность древнего человека в до
сельскохозяйственную эпоху регулировалась хищниками и
паразитами, конкурирующими видами, войнами, каннибализмом,
истощением ресурсов. По мере развития цивилизации все большее
значение для регуляции численности человечества приобретает
фактор истощения ресурсов.
Популяция человека представляет экологическое,
морфофизиологическое и генетическое единство особей вида.
Популяция является элементарной, т.е. неделимой эволюционной
единицей. Популяции характеризуются экологическими и
генетическими особенностями. Генетическая характеристика генофонд популяции (полный набор генов популяции). Он
характеризуется, наряду с другими свойствами, генетическим
полиморфизмом. Полиморфизм (многоформность) – любое
разнообразие форм одного и того же вида организмов.
Полиморфизм является наиболее универсальным явлением жизни.
Человек является самым полиморфным видом на земле. У
человека полиморфным практически все признаки (цвет глаз,
волос, форма носа и черепа, группа крови и т.д.).
Среда обитания человека, как и любого живого организма,
можно подразделить на несколько условных типов:
-информационная среда – фильтрат внешних впечатлений,
поступающих в мозг;
-минимальная среда, т.е. наличие тех необходимых ресурсов, без
которых невозможна жизнь;
-физиологическая среда жизни, т.е. минимальная среда плюс
наличие условий обеспечения;
-экологическая среда, или непосредственная среда жизни (среда
обитания каждого человека или группы людей). Это вся природная
среда.
Среда жизни каждого отдельного человека, окружающего его
как в природных экосистемах, так и в условиях городского или
сельского существования, также подразделяется на несколько
видов:
-собственно природная среда, т.е. те природные экосистемы, в
которых живет данная группа людей;
-агротехническая среда: сельскохозяйственные угодья, культурные
ландшафты, зеленые насаждения, постройки, бульвары, сады и
т.п.;
-социальная среда, в которой живет человек, его культурнопсихологическое окружение, социум и та часть информационной
среды, которая связана с культурой.
Биологические потребности человека делятся на несколько
групп:
-элементарные потребности: пища, одежда, жилище, воздух, вода;
-вторичные потребности в конкретных вещах и условиях при
возможности их выбора;
-кажущие потребности, т.е. потребности в предметах роскоши и
следовании определенным привычкам. Различают также базовые
и важнейшие биологические потребности человека и
псевдопотребности.
Базовые биологические потребности, кроме жилья и пищи,
относятся: безопасность, тепло, состав воздуха,
сбалансированность пищи, продолжение рода и т.п.
Важнейшие биологические потребности: полноценный отдых,
защита от заболеваний и антропогенных явлений,
пространственный комфорт (т.е. не перенаселенность), комфорт
природной среды, подвижность и труд, биолого-социальный
климат и т.п.
-псевдопотребности – если биологические потребности не
реализуются, то они заменяются на псевдопотребности, например,
в агрессии, или в лидерстве, или в предметах роскоши.
4.2. Экологические факторы и здоровье человека. Адаптация
к экстремальным условиям.
Понимание здоровья у людей в разные времена существенно
различалось. Существуют следующие основные концепции
здоровья:
-общепринятая концепция – отсутствие болезней;
-биологическая концепция – способность организма сохранять
гомеостатическое равновесие, т.е. устойчивость регуляционных
систем организма;
-по определению ВОЗ – это позитивное состояние,
характеризующее личность в целом, т.е. состояние физического,
духовного и социального благополучия.
Одним из главных показателей и следствий здоровья населения
является такой социально значимый фактор, как
работоспособность.
Классифицируя болезни, их можно разделить на несколько
основных групп.
Наследственные болезни – это заболевания, возникающие у
носителей мутантных генов. Они в значительной степени связаны с
условиями окружающей среды. В частности, мутации могут
появиться в организме не только самопроизвольно, но и под
действием определенных факторов среды, называемых
мутагенными: радиация, химические мутагены, ряд вирусных
заболеваний, делающих более изменчивой наследственность
отдельного человека и вызывающих наследственные
предрасположения к патологиям.
Экопатологии – это болезни, вызванные факторами среды. Это
«болезни образа жизни», связанные преимущественно с
недостаточностью или избыточностью питания. При недостаточном
питании содержание витаминов, микроэлементов белков в пище
ниже нормы, что приводит к тяжелым нарушениям здоровья. Эти
болезни зонные. Там, где в избытке потребляются углеводы и в
пище недостаточно белков, наблюдается болезнь квашиоркор
(белковое голодание). Общий недостаток калорийности пищи
ведет зачастую к слабоумию (маразму). В некоторых районах
Земли часты заболевания щитовидной железы, связанные с
недостатком в природной среде йода. Авитаминоз А и связанные с
ним нарушения зрения и болезни кожи возникают при недостатке
в рационе жиров. Недостаток витаминов группы В – причина
тяжелых заболеваний нервной системы, а витамина С – причина
снижения иммунитета, а также цинги. Недостаток никотиновой
кислоты вызывает болезнь пеллагру. В целом по характеру
потребляемой пищи выделяют три группы сообществ людей,
которым преимущественно характерны:
-белковая диета – сообщества охотников и пастухов;
-углеводная диета – сообщества земледельцев;
-смешанная диета – цивилизованное сообщество.
В первой группе болезни, связанные с недостатком углеводов и
микроэлементов, (нарушение зрения и болезни кожи), во второй –
авитаминозы и белковое голодание.
При избыточном питании развивается ожирение, которое
ведет к тяжелым патологиям, как диабет, рак, сердечно сосудистые болезни. Поэтому избыток или дисбаланс играет не
менее губительную роль, чем недостаток. Современные горожане
страдают болезнями от избытка калорийности,
несбалансированности питания, недостатка овощей, фруктов,
свежих натуральных продуктов.
Среда обитания человека является источником «стрессорных»
воздействий. Факторы физического стресса связаны с нарушениями
с нарушениями светового, акустического или вибрационного
режима, уровня электромагнитных излучений. Как правило, это
характерно для городской или производственной среды.
Факторы химического стресса чрезвычайно многообразны. В
последние годы синтезированы десятки тысяч различных веществ,
ранее чуждых для биосферы – ксенобиотиков. Редуценты в
естественных экосистемах не справляются с таким количеством
чуждых веществ, для разложения которых в природе не существует
специализированных биохимических механизмов, поэтому
представляют собой опасный вид загрязнений.
Помимо физических и химических стрессов, на человека в
современном мире воздействуют стрессы перенаселения,
характерны для современных городов. Он попадает в
многочисленные психологические стрессовые ситуации
напряженной социальной жизни. Это и в реальной и в виртуальной
жизни.
Другой большой группой экопатологий (болезней, связанных с
неблагоприятной средой), являются природно-очаговые
заболевания. Они вызваны тем, что человек живет либо в
местности, где обитают возбудители какой – либо болезни, либо в
районе земного шара, имеющем геохимические или
географические особенности. Так на территории России избыток
стронция на фоне недостатка кальция, а также интоксикация
фосфором и марганцем, характерны для Восточной Сибири.
Локальные участки поверхности Земли, имеющие аномалии
физических полей, называются геопатогенными зонами. С ними
связано явление «геопатогенного стресса», вызывающего
учащенный пульс, повышенного артериального давления,
бессонницу, кошмары, раннюю смертность. Эти явления
встречаются в местах, где выявлены разломы литосферы и газом
радоном, который выходит из разломов.
Крупная группа болезней и патологических состояний
человека связана с возрастными изменениями, так называемыми
болезнями старения: рак, диабет, гипертония, синдромы,
связанные не только с возрастом, но и с экологическими
факторами. Все экопатологии ведут к преждевременному
старению, что особенно хорошо видно в местах экологических
бедствий, экологических катастроф, в местах, где отмечены
геопатологические явления. Принято выделять 3 стадии старения:
климакс, старость, долгожительство.
4.2. Адаптация к экстремальным условиям.
Вид Homo sapiens характеризуется широкими способностями
к адаптации и полиморфизмом (разнообразием в проявлении
внешних признаков). Это позволило людям расселиться по всему
земному шару, освоив различные климатические зоны, географобиологические условия и приспособившись к различным диетам.
С генетических позиций это означает, что человек обладает
«широкой нормой реакции». Согласно концепции «нормы
реакции», это полный спектр, весь репертуар различных путей
развития, которые выявиться у носителей данного генотипа в
любой среде.
Природные экосистемы, в которых живут отдельные
популяции людей, многообразны. Исторически сложившиеся
популяции, приспособленные к определенным природным
условиям, условно называют экотипами. Представители различных
экотипов отличаются телосложением, типом лицевого скелета,
цветом кожи и волос, пищевыми адаптациями и энергетическим
балансом, иммунитетом к определенным заболеваниям, а также
скоростью роста и развития. Резкая перемена условий обитания
для представителей любого экотипа означает стрессовую, а часто
даже экстремальную ситуацию. Наиболее крупные экотипы:
арктический, тропический, аридный (обитатели пустынь),
высокогорный, средиземноморский, среднеевропейский. Типы
географо-биологической среды обитания, соответствуют основным
климатическим зонам. Для каждого типа среды обитания, как
правило, характерен тип хозяйственного уклада людей.
Наибольшая населенность, развитие городов, современный уклад
жизни и хозяйства более всего характерны для зон смешанных
лесов умеренного климатического пояса, а также для зоны
тропических лесов и степей – 79% населения земли. Еще 12%
людей обитают в горных районах, а остальные климатические зоны
заселены слабо. Возникновению древнейших цивилизаций на
Ближнем Востоке способствовал комплекс благоприятных
экологических условий.
Экстремальными условиями для отдельного человека являются
любые резкие изменения в образе жизни, а опасными для жизни –
условия, адаптация к которым невозможна, т.е. выходит за
пределы физиологической толерантности, видовой генетической
нормы реакции. Причем адаптационные возможности организма
человека определяются не только физиологическими, но и
социальными условиями и факторами. Наиболее комплексный
показатель индивидуальной адаптации человека к условиям среды
– его работоспособность и общий жизненный тонус.
Экстремальные ситуации, связанные с питанием и
энергетическим обменом. Энергия, получаемая человеком из
пищи, необходима для поддержания обмена веществ
(метаболизма), в том числе для поддержания постоянной
температуры тела в состоянии покоя, или основного обмена, а
также для всех видов деятельности, роста и размножения.
Регулирование общего энергетического баланса взрослого
человека, исключающее резкие колебания веса тела,
осуществляется нервной и эндокринной системами. Для разных
видов деятельности и возрастов существует необходимый расход
энергии, в соответствии с которым должен быть выбран рацион
питания. В нем также надо сбалансировать содержание белков,
жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов и воды. Средние
энергетические затраты человека принимают равными 8500…12500
кДж/сут. В примитивных обществах в связи с тяжелым трудом и
большей зависимостью от внешних температурных условий
затраты выше. В экстремальных ситуациях, связанных с питанием,
возникают болезни, на которые было указано выше. В случае
резкого отклонения количества пищи от указанных энергетических
затрат ситуация может быть экстремальной и привести к
различным негативным последствиям. Аналогично и в случае
получения неполноценного питания. Характерным с этой точки
зрения является выживание в экстремальных ситуациях, например,
в туристских походах.
Пример экстремальной ситуации, связанной с питанием,
рассмотрим для случая экстремальных ситуаций во время
туристических и иных походов, особенно походов повышенной
сложности. Во время походов люди длительное время пребывают в
среде, резко отличающейся от привычной среды: низкие и высокие
температуры, ливни, лавины, оползни, потеря имущества или
продуктов питания и т.д. В этих случаях возможно голодание.
Условно различают следующие типы голодания: абсолютное – при
отсутствии пищи и воды; полное – при наличии только воды;
неполное – при употреблении пищи в ограниченных количествах,
недостаточных для восстановления энергопотерь; частичное –
когда при достаточном количестве питания человек недополучает
с пищей одно или несколько веществ (витаминов, белков и т.п.).
При абсолютном голодании человек погибает в течение нескольких
дней, при полном, в благоприятных климатических условиях,
может прожить 60 – 65 суток. Продолжительность «безопасного
голодания» колеблется в широких пределах и зависит от возраста
человека, пола, индивидуальных особенностей организма. Она
заметно уменьшается под влиянием факторов, усиливающих
обмен веществ: холод, дождь, сильный ветер, повышенная
физическая активность, легкая одежда и т.п. В практике
экстремальных ситуаций голод крайне редко является
непосредственной причиной смерти человека. Обычно он
усиливает поражающее действие прочих неблагоприятных
факторов. Голодный человек легче заболевает и тяжелее
переносит болезнь, быстрее замерзает. При длительном голоде
ослабевает умственная деятельность, резко падает
работоспособность. Поэтому голодание, как и любое резкое
изменение экологических факторов окружающей среды, опасно и в
пределе может приводить к смерти.
Климатическая адаптация. Способность человека, т.е. людей
разных экотипов, к акклиматизации (длительной адаптации) к
высоким и низким температурам различна. В среднем
акклиматизация к теплу происходит быстрее, чем к холоду, так как
связана со скоростью изменения основного обмена, т.к. при
высокой температуре процессы метаболизма идут быстрее.
Изучение температурных границ организма человека при
выполнении различных видов квалифицированной работы
показало, что при достижении верхней границы температурного
оптимума для человека (27..28о С) эффективность работы
снижается, число ошибок возрастает. При более высокой
температуре нарушается сон. Нижняя граница температурного
оптимума является 18 градусов Цельсия. Установлено, что при
температуре ниже +13 градусов Цельсия несчастные случае на
производстве происходят на 34% чаще, чем при +18 градусах
Цельсия.
4.3. Проблемы питания и производства продовольствия.
Факторы, лимитирующие развитие человечества.
Почти 90% всех продуктов населения Земли получает
благодаря земледелию. К концу второго тысячелетия человечество
приблизилось к полной реализации потенциальных земельных
ресурсов. Практически остается один путь увеличения
производства продуктов питания – интенсивнее использовать
каждый гектар пашни. За последние 40 лет в человеческом
обществе произошло столько событий, сколько раньше за 1100 лет.
Признаками, сопутствующими современному этапу развития
технологической цивилизации, является экспоненциальный рост
населения Земли, постепенное истощение ресурсов, а также
растущее загрязнение окружающей природной среды.
Первопричина современного экологического кризиса –
демографические проблемы человечества, связанные с
экспоненциальным ростом численности и усилением миграции
населения. Международное сообщество принимает необходимые
меры по поддержанию популяционного равновесия человечества.
Истощаются относительно возобновимые и невозобновимые
ископаемые ресурсы, хотя запасы последних еще достаточно
велики. Катастрофичной является вырубка тропических лесов,
которые являются одним из крупнейших источников кислорода.
Естественный источник кислорода – фитопланктон – находится под
угрозой, так как моря и океаны сильно загрязнены. Из-за
загрязнения водоемов под угрозой исчезновения оказались запасы
чистой пресной воды. Человек для удовлетворения собственных
нужд вовлек в сферу своего потребления большое количество
новых для биосферы веществ и материалов, не имея достаточных
сведений об их безопасности. Большинство стран, особенно
развивающихся, пока что не могут сочетать рентабельность и
безопасность при использовании химических веществ. Развитие
технологической цивилизации в конце концов должно привести к
созданию ресурсосберегающих технологий, и тогда вершиной
цивилизации, также как и вершиной природной эволюции, станут
безотходные круговороты вещества. Человек же вмешивается в
безотходные природные круговороты и нарушает их, тем самым
разрушая системы саморегуляции в биосфере.