ГЛАВА 2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ организма и среды § 1. Понятие о среде обитания и экологических факторах
Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни - самиживые организмы, заселенные паразитами и симбионтами. Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими. Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 2. 1). Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические. Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др. ). Например, температура, если она высокая - будет ожог, если очень низкая - обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т. п.
Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.
Эдафические факторы, т. е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влияния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п на рост и развитие растений.
Рис. 2. 1. Классификация экологических факторов (по Ю. Одуму, 1975, с изменениями)
Однако не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как на внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.
Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (Хрусталев и др. , 1996). В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особыймикроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда создается также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т. п. Особо следует отметить условия микросреды под снежным покровом, которая имеет уже чисто абиотическую природу. В результате отепляющего действия снега, которое наиболее эффективно при его толщине не менее 50-70 см, в его основании, примерно в 5-сантиметровом слое, живут зимой мелкие животные-грызуны, так как температурные условия для них здесь благоприятны (от 0 до -2 °С). Благодаря этому же эффекту сохраняются под снегом всходы озимых злаков - ржи, пшеницы. В снегу от сильных морозов прячутся и крупные животные - олени, лоси, волки, лисицы, зайцы и др. - ложась в снег для отдыха. Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты - термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в , территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы. Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны (см. рис. 2. 1). Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:
нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; конкуренция - каждый из видов оказывает на другой не-": благоприятное воздействие; мутуализм - виды не могут существовать друг без друга;
протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;
комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);
аменсализм - один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения; паразитизм - паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель; хищничество - хищный вид питается своей жертвой.
Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов). Антропогенные факторы - факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д. ), рассматриваются в прикладной экологии. Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др. ) и гидрографические - факторы водной среды (вода, течение, соленость и др. ). Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др. ). Факторы, изменение которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т. п. ) называются непериодическими. Подразделение факторов на периодические и непериодические (Мончадский, 1958) имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни. § 2. Основные представления об адоптациях организмов
Адаптация (лат. “приспособление”) - приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов - изменчивости, наследственности и естественного отбора ( равно как и искусственного - осуществляемого человеком). Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующимпериодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные. Первичные - это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др. Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная. Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена. В нормальных условиях в местообитании должны действовать только периодические факторы, непериодические - отсутствовать. Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть живого организма. Человек использовал это в своих интересах, искусственно вводя непериодические факторы: введением химической отравы уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворных бактерий, вирусов и т. п. Но оказалось, что длительное воздействие этого фактора также может вызвать к нему адаптацию: насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы - к антибиотикам, и т. д. Источником адаптации являются генетические изменения в организме - мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаряотбору мутации и их комбинирование приобретают значение “ведущего творческого фактора адаптивной организации живых форм” (БСЭ, т. 1, 1970). На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе. Известны как успешные адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и “безуспешные”, т. е. вместо адаптации вид вымирает. Прекрасный пример успешной адаптации - эволюция лошади в течение примерно 60 млн. лет от низкорослого предка до современного и красивейшего быстроногого животного с высотой в холке до 1, 6 м. Противоположный этому пример - сравнительно недавнее (десятки тысяч лет назад) вымирание мамонтов. Высокоаридный, субарктический климат последнего оледенения привел к исчезновению растительности, которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные к низким температурам (Величко, 1970). Кроме того, высказываются мнения, что в исчезновении мамонта “повинен” и первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо мамонтов употреблялось им в качестве пищи, а шкура - спасала от холода.
В приведенном примере с мамонтами недостаток растительной пищи вначале ограничивал количество мамонтов, а ее исчезновение привело к их гибели. Растительная пища выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют важнейшую роль§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу - природном или антропогенном - ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные методологические подходы к сохранению или даже улучшению экологической обстановки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального.
Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В. И. Данилов-Данильян и др. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в экологической науке известны две основные концепции взаимодействия биоты и окружающей ее среды. Согласно первой концепции - традиционной - окружающая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся условиям среды. При этом, любые виды организмов, способные адаптироваться к окружающей среде и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту. Согласно традиционной концепции - изменение окружающей среды под воздействием человека - это определенный этап естественного эволюционного процесса - превращения биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие - генетический ресурс человека, который следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных банках. При этом безостановочный экономический рост возможен лишь за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы. По мнению В. В. Горшкова и др. (1999), в традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограничения на численность популяций биологических видов (в том числе человека), а также причины образования естественных сообществ, устойчивость сообществ и их среды обитания.
Во второй концепции основная роль отводится биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна. В этой концепции главным свойством жизни считается способность видов к поддержанию тех условий окружающей среды, которые пригодны для существования биоты на любом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной адаптации к изменяющимся условиям этой среды. Биотическая регуляция окружающей среды возможна в результате скореллированного взаимодействия между организмами и средой, которая подобна скореллированности клеток и органов внутри многоклеточного организма. Работу по обеспечению поддержания окружающей среды выполняют виды с оптимальной, а не с максимальной численностью. Именно они образуют сообщества и составляют земную биоту, обеспечивая стационарность численности особей, регулярность популяционных колебаний видов и предотвращают популяционные взрывы, разрушающие сообщества. Переход любого вида к производству максимального количества потомков, относится к генетическому отклонению от нормы и они немедленно вытесняются из популяции. Механизм отбора в этом случае - конкурентное взаимодействие однородных сообществ. При переходе окружающей среды в новое состояние (например, изменение восстановительной атмосферы на окислительную), обязательно происходит существенная перестройка биоты. Но перестройка осуществляется без потери биотой способности предотвращать переход среды в состояние, непригодное для существования любой биоты. Это связано с тем, что существует несколько различных условий окружающей среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота способна перебирать все приемлемые для жизни условия. Жизнь на Земле существует около 4 млрд. лет, причем альтернативность вышеописанных концепций сохраняется на протяжении всего этого периода. Но за этот период изменился диапазон условий, пригодных для жизни, от локальных до глобальных масштабов. Это значит, что жизнь все это время активно изменяла окружающую среду в благоприятном для себя направлении, т. е. биотическая регуляция среды имела место с самого момента возникновения жизни.
Существование биотической регуляции окружающей среды доказывается рядом факторов, важнейшими из которых являются следующие (Горшков и др. , 1999):
1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в атмосферу с огромной точностью соответствуют содержанию органического углерода в осадочных породах, что обеспечивает практически постоянное содержание неорганического углерода в атмосфере в течение сотен миллионов лет. 2. Концентрации биогенных элементов (С, N, Р, О2) в океане сформированы и поддерживаются биотой, о чем свидетельствует отношение C/N/P/02, совпадающее с таковым при синтезе органического вещества. 3. Круговорот воды на суше также определяется биотой, так как 2/3 осадков связано с испарением воды на суше, в котором доминирующая роль принадлежит биоте.
4. Незатронутая деятельностью человека биота океана поглощает избыток диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу человеком, т. е. действует в соответствии с отрицательными обратными связями, в то время как измененная человеком биота суши утратила эту способность.
5. Биотой океана поддерживается концентрация диоксида углерода в океане в три раза меньше, чем если бы ее воздействие отсутствовало, так как потеря неорганического углерода океаном в атмосферу компенсируется поступлением в океан органического углерода. Биотическая регуляция исключает адаптацию и наоборот. Адаптационные процессы связываются со способностью выживания организмов в определенных условиях, а если условия не меняются нет и адаптации. При отсутствии адаптации биоты к искаженным условиям среды разрушение биотической регуляции обратимо. После прекращения антропогенного возмущения происходит восстановление аборигенных сообществ, содержащих правильную информацию о нормальных условиях среды и способах их регуляции путем уже описанных выше сукцессионных процессов (см. гл. 5, § 6). Таким образом, биотическая регуляция окружающей среды - это механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, содержащих необходимую для управления средой генетическую информацию. Возможность выживания человечества состоит в восстановлении естественной биоты на территориях, достаточных для сохранения ее способности к регуляции окружающей среды в глобальных масштабах. Главной экологической задачей человечества должно считаться сохранение естественной биоты на Земле, которое должно сопровождаться полным прекращением дальнейшего освоения естественной биоты океана и ее восстановлением на значительной освоенной части суши.
Человек, став мощным геологическим фактором, оказывает глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, со своей стороны, через свои экологические законы, которые он вынужден соблюдать, чтобы выжить, в том числе и закон о биотической регуляции окружающей среды, воздействует на человека. Создаются условия, очень напоминающие сопряженную эволюцию или коэволюцию человек-биосфера. Продуктом такой коэволюции может стать так называемая “ноосфера”, т. е. сфера разума. в выживании и адаптации организмов § 3. Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человека Общие представления
В самом общем виде, применительно к человеку “ресурсы - это нечто, извлекаемое из природной среды для удовлетворения своих потребностей и желаний” (Миллер, 1993, т. 1). Потребности человека можно разделить на материальные и духовные. Природные ресурсы в прямом их применении в какой-то части удовлетворяют духовные потребности человека, например эстетические (“красота природы”), рекреационные и т. п. Но главное их назначение - удовлетворять материальные потребности, т. е. созданиематериальных благ.
Итак, природные (естественные) ресурсы - это природные объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни. Природные объекты и явления - это различные тела и силы природы, используемые человеком как ресурсы. Организмы, кроме человека и в значительной степени домашних животных, - черпают живые энергетические ресурсы непосредственно из окружающей природной среды, являясь частью биогеохимических циклов. Эти ресурсы по своему действию можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе и как лимитирующие, например большая часть пищевых ресурсов. Человек, благодаря своим все возрастающим материальным потребностям, не может довольствоваться дарами природы только в той мере, при которой не должен нарушать ее равновесие, т. е. около 1% от ресурсов природной экосистемы, поэтому ему приходится использовать и те природные ресурсы, которые накоплены за миллиарды и миллионы лет в недрах Земли. Для создания материальных благ человеку необходимы металлы (железо, медь, алюминий и др. ) и неметаллическое сырье (глина, песок, минеральные удобрения и др. ), а также лесная продукция (строительный лес, для производства целлюлозы и бумаги, и т. д. ) и многое другое. Иными словами, природные ресурсы, используемые человеком, многообразны, многообразно их назначение, происхождение, способы использования и т. п. Это требует определенной их систематизации. Глава 11 Экология и здоровье человека § 1. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
Изначально Homo sapiens жил в окружающей природной среде, как и все консументы экосистемы, и был практически незащищен от действия ее лимитирующих экологических факторов. Первобытный человек был подвержен тем же факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир, продолжительность его жизни была небольшой, и весьма низкой была плотность популяции. Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные (вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью. Суть природной очаговости в том, что возбудители болезней, специфические переносчики и животные аккумуляторы, хранители возбудителя, существуют в данных природных условиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь человек или нет. Человек может заразиться от диких животных (“резервуара” возбудителей), проживая в этой местности постоянно или случайно оказавшись здесь. К таким животным обычно относятся грызуны, птицы, насекомые и др.
Все эти животные входят в состав биоценоза экосистемы, связанного с определенным биотопом. Отсюда природные очаговые болезни тесно связаны с определенной территорией, с тем или иным типом ландшафта, а значит, с климатическими его особенностями, например, отличаются сезонностью проявления. Е. П. Павловский (1938), впервые предложивший понятие природного очага, относил к природно-очаговым болезням чуму, туляремию, клещевой энцефалит, некоторые гельминтозы и др. Исследования показали, что в одном очаге могут содержаться несколько болезней.
Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала XX в. Наиболее страшной из таких болезней была чума, смертность от которой во много раз превосходила гибель людей в бесконечных войнах средневековья и более позднего времени. Чума - острое инфекционное заболевание человека и животных, относится к карантинным болезням. Возбудителем является чумной микроб в виде яйцевидной биполярной палочки. Эпидемии чумы охватывали многие страны мира. В VI в. до н. э. в Восточной Римской империи за 50 лет погибло более 100 млн. человек. Не менее опустошительной была эпидемия в XIV в. С XIV в. чума неоднократно отмечалась в России, в том числе и в Москве. В XIX в. она “косила”людей в Забайкалье, Закавказье, в Прикаспии и даже в начале XX в. наблюдалась в портовых городах Черного моря, в том числе и в Одессе. В XX в. крупные эпидемии регистрировались в Индии.
Заболевания, связанные с окружающей человека природной средой, существуют и в настоящее время, хотя с ними : ведется постоянная борьба. Их существование объясняется, в частности, причинамисугубо экологической природы, например резистентностъю (выработкой сопротивления к различным факторам воздействия) носителей возбудителей и самих возбудителей болезней. Характерным примером этих процессов является борьба с малярией. Малярия - заболевание, вызываемое заражением паразитами рода Plasmodeum, передаваемое укусом зараженного малярийного комара. Это заболевание - экологическая и социально-экономическая проблема. В 1955 г. , по данным ЮНЕП (1979), число заболевших малярией составляло от 200 до 255 млн. человек из 2, 65 млрд. , проживавших в то время в малярийных районах, и умирало ежегодно примерно 2 млн. человек. Против комаров в 1943 г. начали применять ДДТ, особенно интенсивно - с 1956 г. ДДТ и другие пестициды - мощные и стойкие, но уже к 70-гг. число популяций комаров, стойких к ДДТ, возросло настолько, что число заболеваний, например, только в Индии возросло до 6 млн. уже в 1976 г. , в то время как в 1966 г. их было всего 40 тыс. (Состояние окружающей среды, 1978 (выбранные темы), 1979). К 1976 г. 43 вида комаров стали резистентны к различным инсектицидам. Другой фактор, препятствующий ликвидации малярии, - у ее паразита появилась устойчивость к лекарствам от малярии (хлохину и др. ). Все более уделяется внимание комплексным, экологически оправданным методам борьбы с малярией - методам “управления жизненной средой”. К ним относятся осушение заболоченных территорий, уменьшение солености воды и др. Следующие группы методов - биологические - использование других организмов для снижения опасности комара; в 40 странах для этого используются не менее 265 видов личино-ядных рыб, также микробы, вызывающие болезни и гибель комаров.
Чума и другие инфекционные болезни (холера, малярия, сибирская язва, туляремия, дизентерия, дифтерия, скарлатина и др. ) уничтожали людей различного возраста, в том числе и репродукционного. Это обусловило достаточно медленный рост населения - первый миллиард жителей на Земле появился в 1860 г. Но открытия Пастера и др. в конце XIX в. , давшие мощный толчок развитию профилактической медицины XX в. в лечении весьма тяжелых заболеваний, резкое улучшение санитарно-гигиенических условий жизни, культуры и образованности человечества в целом, привели к резкому снижению заболеваемости природно-очаговыми болезнями, а некоторые из них практически исчезли в XX в. Однако, чтобы бороться с действием естественных факторов регуляции экосистемы, человеку пришлось использовать природные ресурсы, в том числе и невосполнимые, и создать искусственную среду для своего выживания. Искусственная среда также требует адаптации к себе, которая происходит через болезни. Главную роль в возникновении болезней в этом случае играют следующие факторы: гиподинамия, переедание, информационное изобилие, психоэмоциональный стресс. В связи с этим наблюдается постоянный рост “болезней века”: сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических заболеваний, психических расстройств и, наконец, СПИДа, и др. § 2. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
Природная среда сейчас сохранилась лишь там, где она не была доступна людям для ее преобразования. Урбанизированная или городская среда - это искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в природе и способный существовать только при постоянном обновлении. Социальная среда сложно интегрируется с любой окружающей человека средой и все факторы каждой из сред “тесно взаимосвязаны между собой и испытывают объективные и субъективные стороны „качества среды жизни"” (Реймерс, 1994).
Эта множественность факторов заставляет более осторожно подходить к оценке качества среды жизни человека по состоянию его здоровья. Необходимо тщательно подходить к выбору объектов и показателей, диагностирующих среду. Ими могут быть короткоживущие изменения в организме, по которым можно судить о разных средах - дом, производство, транспорт, и долгоживущие в данной конкретной городской среде, - некоторые адаптации акклиматизационного плана и др. Влияние городской среды достаточно ярко подчеркивается определенными тенденциями современного состояния здоровья человека. С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на следующие тенденции: 1) процесс акселерации, 2) нарушение биоритмов, 3) аллергизация населения, 4) рост онкологической заболеваемости и смертности, 5) рост доли лиц с избыточным весом, 6) отставание физиологического возраста от календарного, 7) “омоложение” многих форм патологии, 8) абиологическая тенденция в организации жизни и др. Акселерация - это ускорение развития отдельных органов или частей организма по сравнению с некой биологической нормой. В нашем случае - это увеличение размеров тела и значительный сдвиг во времени в сторону более раннего полового созревания. Ученые полагают, что это эволюционный переход в жизни вида, вызванный улучшающимися условиями жизни: хорошее питание, “снявшее” лимитирующее действие пищевых ресурсов, что спровоцировало процессы отбора, ставшие причиной акселерации. Биологические ритмы - важнейший механизм регуляции функций биологических систем, сформировавшийся, как правило, под воздействием абиотических факторов, в условиях городской жизни могут нарушаться. Это прежде всего относится к циркадным ритмам: новым экологическим фактором стало использование электроосвещения, продлившее световой день. На это накладывается десинхроноз, возникает хао-тизация всех прежних биоритмов и происходит переход к новому ритмическому стереотипу, что вызывает болезни у человека и у всех представителей биоты города, у которых нарушается фотопериод. Аллергизация населения - одна из основных новых черт в измененной структуре патологии людей в городской среде. Аллергия - извращенная чувствительность или реактивность организма к тому или иному веществу, так называемому аллергену (простые и сложные минеральные и органические вещества). Аллергены по отношению к организму бывают внешние - экзоаллергены и внутренние - аутоаллергены. Экзоаллергены могут быть инфекционными - болезнетворные и неболезнетворные микробы, вирусы и др. и неинфекционными - домашняя пыль, шерсть животных, пыльца растений, лекарственные препараты, другие химические вещества - бензин, хлорамин и т. п. , а также мясо, овощи, фрукты, ягоды, молоко и др. Аутоаллергены - это кусочки тканей поврежденных органов (сердце, печень), а также ткани, поврежденные при ожоге, лучевом воздействии, обморожении и т. п. Причина аллергических заболеваний (бронхиальная астма, крапивница, лекарственная аллергия, ревматизм, волчанка красная и др. ) - в нарушении иммунной системы человека, которая в результате эволюции находилась в равновесии с природной средой. Городская же среда характеризуется резкой сменой доминирующих факторов и появлением совершенно новых веществ - загрязнителей, давление которых ранее-иммунная система человека не испытывала. Поэтому аллергия может возникнуть без особого тому сопротивления организма, и трудно ожидать, что он вообще станет к ней резистентным. Онкологическая заболеваемость и смертность - одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной радиацией сельской местности (Яблоков, 1989; и др. ). Эти заболевания вызваны опухолями. Опухоли (греч. “onkos”) - новообразования, избыточные патологические разрастания тканей. Они могут быть доброкачественными - уплотняющими или раздвигающими окружающие ткани, и злокачественными - прорастающими в окружающие ткани и разрушающими их. Разрушая сосуды, они попадают в кровь и разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы. Доброкачественные опухоли метастазов не образуют.
Развитие злокачественных опухолей, т. е. заболевание раком, может возникнуть в результате длительного контакта с определенными продуктами: рак легких - у рудокопов урановых рудников, рак кожи - у трубочистов, и т. п. Это заболевание вызывается определенными веществами, называемыми канцерогенными. Канцерогенные вещества (греч. “рождающие рак”), или просто канцерогены, химические соединения, способные вызвать злокачественные и доброкачественные новообразования в организме при воздействии на него. Их известно несколько сот. По характеру действия они разделяются на три группы: 1) местного действия; 2) органотропные, т. е. поражающие определенные органы; 3) множественного действия, вызывающие опухоли в разных органах. К канцерогенам относятся многие циклические углеводороды, азотокрасители, алкалирующие соединения. Они содержатся в загрязненном промышленными выбросами воздухе, в табачном дыме, каменоугольной смоле и саже. Многие канцерогенные вещества оказывают мутогенное воздействие на организм. Помимо канцерогенных веществ опухоли вызывают еще и опухолеродные вирусы, а также действие некоторых излучений - ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др. Кроме человека и животных опухоли поражают и растения. Они могут быть вызваны грибами, бактериями, вирусами, насекомыми, действием низких температур. Они образуются на всех частях и органах растений. Рак корневой системы приводит к их преждевременной гибели. В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте. Но не обязательно все виды рака встречаются в одном и том же районе. Известна приуроченность отдельных форм рака к тем или иным условиям, например, рак кожи чаще встречается в жарких странах, где избыток ультрафиолетового излучения. Но заболеваемость раком определенной локализации у человека может изменяться в зависимости от изменений условий его жизни. Если человек переехал в ту местность, где эта форма встречается редко, снижается опасность заболевания именно данной формой рака и, соответственно, наоборот. Таким образом, ярко выделяется зависимость между раковыми заболеваниями и экологической обстановкой, то есть качеством окружающей среды, в том числе и городской. Экологический подход к этому явлению говорит о том, что первопричиной рака в большинстве случаев являются процессы и приспособления обмена веществ к воздействию новых, отличных от природных факторов, и в частности канцерогенных веществ. Вообще, рак надо рассматривать как результат разбалансирования организмам, поэтому, его вызвать может в принципе любой фактор среды или их комплекс, способные привести организм в разбалансированное состояние. Например, вследствие превышенияверхней пороговой концентрации загрязнителей воздуха, питьевой воды, токсичных химических элементов в рационе питания и т. п. , т. е. тогда, когда нормальная регуляция функций организма становится невозможной (рис. 11. 1). :
Рис. 11. 1. Зависимость регуляторных процессов в организме от содержания химических элементов в рационе (по В. В. Ковальскому, 1976) Рост доли лиц с избыточным весом - также явление, вызванное особенностями городской среды. Переедание, малая физическая активность и прочее, безусловно, здесь имеют место. Но избыток питания необходим для создания энергетических запасов, чтобы противостоять резкому дисбалансу средовых воздействий. Тем не менее одновременно наблюдается рост в популяции доли представителей астенического типа: происходит размывание “золотой середины” и намечаются две противоположные стратегии адаптации: стремление к полноте и похуданию (тенденция значительно слабее). Но и то и другое влечет за собой целый ряд патогенных последствий.
Рождение на свет большого количества недоношенных детей, а значит физически незрелых - показатель крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате и просто с ростом адаптируемости к изменениям среды. Физиологическая незрелость является результатом резкого дисбаланса со средой, которая слишком стремительно трансформируется (Городская среда.... , 1990) и может иметь далеко идущие последствия, в том числе привести к акселерации и другим изменениям в росте человека. Современное состояние человека как биологического вида характеризуется еще целым рядом медико-биологических тенденций, связанных с изменениями в городской среде: рост близорукости и кариеса зубов у школьников, возрастание удельного веса хронических заболеваний, появление ранее неизвестных болезней производных научно-технического прогресса: радиационная, авиационная, автомобильная, лекарственная, многие профессиональные заболевания, и т. д. В большинстве своем эти болезни есть результат воздействия антропогенно-экологических факторов, которые рассматриваются во второй части учебника. Инфекционные болезни тоже неискоренены в городах. Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами. Многие медики считают, что следует говорить не о “победе”, а лишь о временном успехе в борьбе с этими болезнями. Объясняется это тем, что слишком коротка история борьбы с ними, а непредсказуемость изменений в городской среде может свести на нет эти успехи. По этой причине“возврат” инфекционных агентов фиксируется среди вирусов, а многие вирусы “отрываются”от природной основы и переходят в новую стадию, способную жить в среде обитания человека, - становятся возбудителями гриппа, вирусной формы рака и других болезней (возможно, такой формой является вирус ВИЧ). По своему механизму действия эти формы можно приравнять кприродно-очаговым, которые и в городской среде тоже имеют место (туляремия и др. ). Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и др. , тоже являются причиной многих заболеваний - ожирение, рак, кардиологические болезни и др. К этому ряду относится и стериализация среды - фронтальная борьба с вирусно-микробным окружением, когда вместе с вредными уничтожаются и полезные формы живого окружения человека. Это проистекает от того, что в медицине еще есть недопонимание важной роли в патологии надорганизменных форм живого, т. е. человеческой популяции. Поэтому большим шагом вперед является развиваемое экологией представление о здоровье как о состоянии биосистемы и его теснейшей связи со средой, а патологические явления при этом рассматриваются как вызванные ею приспособительные процессы. В приложении к человеку нельзя отрывать биологическое от воспринятого в ходе социальной адаптации. Для личности важна и этническая среда, и форма трудовой деятельности, и социальная, экономическая определенность - дело лишь в степени и времени воздействия.
Итак, сохранение здоровья или возникновение болезни - это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов окружающей среды. Познание этих сложных взаимодействий явилось основой для возникновения профилактической медицины и ее научной дисциплины - гигиены.