У различных организмов требования к условиям окружающей среды различны: одни организмы способны выживать в широких пределах колебаний конкретного фактора, другие - при более узких.
Толерантность к факторам среды определяет область географического распространения особей данного вида, т.е. ареал вида. Изменения, колебания факторов среды влияют на численность вида, которая почти никогда не остается постоянной и меняется в более или менее широких пределах.
Формы и особенности адаптаций
Изменения экологических факторов зависят от астрономических, климатических, геологических процессов. Животные и растения приспосабливаются к множеству факторов, и это закрепляется в процессе эволюции и естественного отбора на генетическом уровне.
Такие особенности живых организмов, которые вырабатывались и закреплялись в процессе эволюции и которые обеспечивают жизнеспособность организмов в условиях изменяющихся экологических факторов, называются адаптациями.
Формы адаптации
Морфологические адаптации.
|
|
Примеры:
Приспособления плаванию у китов и дельфинов - изменялось строение тела.
В растительном мире: растения пустынь приспособились к условиям сухого климата.
Физиологические адаптации
В условиях пустынь животные способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров (верблюд).
Зеленые растения - фотосинтез в условиях определенного газового состава воздуха (СО2).
Поведенчески е адаптации
Приспособление к изменениям температуры: сезонные кочевки животных, перелеты птиц.
Хищники - выслеживание и преследование добычи - лисы.
Жертвы - ответные реакции - затаивание или запутывание следов.
Фазы развития процесса адаптации
Первая фаза - аварийная. При этом реакциями организма человека управляет центральная нервная система, вовлекая гормональные факторы. В результате этого организм получает повышенную энергию: усиливается кровообращение, меняется дыхание.
В этой фазе изменения функций органов носят хаотический, поисковый характер, это попытка адаптации к новым условиям.
Вторая фаза - переход к устойчивой адаптации. Организм выбрал направление изменения функций различных органов.
На этом этапе снижается интенсивность гормональных сдвигов, реакция организма переключается на более глубокий тканевый уровень - изменения на клеточном уровне.
Третья фаза - фаза устойчивости адаптации. Она включает новый уровень деятельности клеток, клеточных мембран который обеспечивает устойчивость организма.
Особенность третьей фазы:
1. Мобилизация энергетических ресурсов организма.
2. Повышенный синтез белков (структурных и ферментов).
|
|
3. Мобилизация иммунных систем.
Но любая адаптация не проходит организму даром, т.к. организм испытывает определенное напряжение управляющих систем и в третьей фазе. Это называется "ценой адаптации".
Третья фаза не есть нечто неизменное. Организм не может оставаться стабильным долгое время - возможны флуктуации: временное снижение устойчивости, с последующим восстановлением. Эти изменения устойчивости связаны как с состоянием организма, так и с действием разных побочных факторов.
Адаптация организма человека к различным условиям
Организм человека вырабатывает специфические приспособительные реакции в отношении каждого фактора и эти реакции различны, как различны сами действующие факторы. Например, адаптация к холоду отличается от адаптации к невесомости.
Адаптация к действию низких температур
Если низкие температуры действуют на организм человека не круглосуточно, а, чередуясь с нормальными температурами (работа в холодных цехах или холодильниках), то адаптации выражаются не слишком явно, они стерты.
Другое дело - жизнь в условиях Севера. Здесь и низкая температура, другой режим освещенности, другой уровень радиации.
После первой "аварийной" фазы адаптации наступает устойчивая адаптация, благодаря изменениям в ферментативных системах: усиливается липидный обмен, что повышает энергетические процессы организма. В крови повышается уровень жирных кислот и понижается уровень сахара. Таким образом, происходят специфические изменения тканевых процессов. Этому способствуют также нервные и гуморальные (связанные с различными железами) механизмы. Так в условиях Севера повышена активность щитовидной железы (это способствует выработке тепла) и надпочечников.
Адаптация к действию высокой температуры
Система, регулирующая температуру тела, делится на три отдела:
1) периферический или рецепторный, где осуществляется количественная оценка действия холода или тепла;
2) проводниковый, по которому происходит передача информации;
3) центральный, где информация анализируется, и формируются физиологические и поведенческие реакции.
Между организмом и средой происходит обмен энергией: от более нагретого предмета (человека) тепло переходит к окружающим предметам путем радиации, конвекции и за счет испарения жидкости с поверхности тела и из дыхательных путей. Этот процесс называется теплоотдачей. Образование тепла или теплопродукция происходит в ходе окислительных процессов. В устойчивом состоянии величина теплопродукции равна теплоотдаче.
Уравнение теплового баланса:
DQ = M - E = 0, где
М - теплопродукция;
Е - теплоотдача.
Не всегда DQ = 0, но в организме всегда поддерживается постоянная температура жизненноважных органов: сердца, мозга, печени, почек.
Химические механизмы терморегуляции - это биохимические процессы, позволяющие увеличить или уменьшить выработку организмом тепла. Большую роль здесь играет щитовидная железа. В организме источником энергии является богатое энергией соединение аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). При её расщеплении выделяется большое количество энергии. Эта реакция катализируется особым ферментом, активность которого регулируется гормоном щитовидной железы. Таким образом, в условиях жаркого климата происходит угнетение функции щитовидной железы и уменьшение теплопродукции.
Адаптация к различному режиму двигательной активности
Двигательная активность - основное свойство животных и человека.
Если двигательная активность человека становится высокой, то его организм должен приспосабливаться к новому состоянию. Адаптация сводится тогда к перестройке мышечной ткани, её массы в соответствии с повышенной функцией.
В основе этого лежит активация синтеза мышечных белков.
|
|
При пониженной двигательной активности (гипокинезии, гиподинамии) снижается активность окислительных реакций, т.е. уменьшается выделение энергии. Падает частота сердечных сокращений, ниже становится кровяное давление. Если при этом питание остается прежним, то в организме накапливаются жиры и углеводы, ожирение, атрофия сердечной мышцы, ослабление работы других органов - печени, сосудов, органов пищеварения.
Временные параметры организма человека
Любой живой организм, как и любой вид материи, имеет пространственно-временную организацию.
В клетках и тканях организма непрерывно идут процессы ассимиляции и диссимиляции. Они складываются из различных дискретных реакций, каждой из которых характерен некий промежуток времени.
Физиологические системы функционируют также дискретно: или в виде замкнутых циклов, например, дыхание, сердцебиение, или в виде последовательно идущих этапов - пищеварение.
Каждый из этих процессов имеет свои временные параметры.
Пример: сердечно-сосудистая система характеризуется сердечным циклом (~ 0,8 с). Скорость кругооборота крови, т.е. время, за которое частица крови пробегает малый и большой круги кровообращения составляет 23-24с. Дыхание: ритм дыхания ~ 12 дыханий в минуту
Связь между ритмической активностью различных систем неодинакова: например, сердечные сокращения и ритм дыхания тесно связаны: изменения сердечного цикла однозначно изменяют и ритм дыхания. Но с пищеварением эти процессы не связаны во времени.
Особенно сложными и многообразными по временным характеристикам являются элементы ЦНС и элементы двигательного аппарата (первый способен давать до 500 имп/с, мышца ~ 150-200 имп/с).
В здоровом организме все функции согласованы во времени, т.е. существует строгая синхронизация всех процессов в организме. Усвоение ритмов - характерное универсальное свойство всего живого.
Бег без изменения скорости энергетически эффективней, чем бег с переменной скоростью.
Музыка облегчает ходьбу на большие расстояния (С песней весело шагать). Это происходит благодаря синхронизации - усвоению ритмов. Человек интуитивно подстраивает ритм ходьбы к ритму работы сердца. Ритмичная по своему характеру работа, например косьба, идет легко.
|
|
Было установлено, что собственные ритмы организма не являются самостоятельными и независимыми, а связаны с колебаниями внешней среды, главным образом сменой дня и ночи. Были выявлены также колебания связанные с месячным циклом, с сезонными, годовыми.
Отрасль биологии, занимающейся биоритмами организма, называется хронобиологией. Особая заслуга здесь принадлежит русским ученым И.М. Сеченову и И.П. Павлову.