Медицинская биология. Основы экологии (лекция 13)

1. Медицинская биология

Севастопольский государственный университет
Кафедра «Радиоэкология и экологическая безопасность»
Медицинская
биология
канд. биол. наук, ст. науч. сотр.
Сытников Денис Михайлович

2. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии (2 ч)

Введение. Экология как наука
Организм и среда его обитания (аутэкология)
Популяционная экология (демэкология)
Биотические сообщества и экосистемы (синэкология)
Учение о биосфере
Взаимодействие общества и природы
Экология человека

3. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.1. Введение. Экология как наука

В сферу компетенции экологии входит изучение жизни на организменном,
популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном уровнях организации живого.
По мере накопления знаний о механизмах взаимодействия живой и неживой природы
исследователи пришли к выводу, что на планете существуют своеобразные системы,
характеризующиеся высоким уровнем упорядоченности и организации связей между их
компонентами, а также способностью к поддержанию равновесия.
Э.Г. Геккель
Поскольку жизнь возможна только в сообществах организмов (биоценозах) при строго определенной
совокупности условий, которая характеризует особенности их существования (биотоп), основной концепцией
современной экологии является концепция единства биотопа и биоценоза или концепция экосистемы.
Экосистеме приблизительно соответствует понятие «биогеоценоз», который рассматривается как частный
пример совокупности растений, животных и микроорганизмов, населяющих однородное жизненное
пространство. Сегодня концепцию экосистемы называют одним из наиболее важных обобщений в биологии.
Немецкий естествоиспытатель и философ Эрнст Генрих Геккель (1834—1919) определил экологию как
науку о взаимоотношениях живых организмов с условиями их существования, в дальнейшем это понятие
значительно расширилось. По мере развития общества экология приобрела новое качество: стала научной
основой для рационального природопользования, охраны окружающей среды, а также мониторинга и
прогнозов изменений окружающей среды под воздействием человека.
Экология стала одной из сторон гуманизма, духовности, понимания единства человека и природы, а
также признаком высокой культуры. В современном понимании экология — это наука, изучающая
взаимоотношения живых организмов между собой и со средой обитания, а также закономерности изменения
организмов и их сообществ под влиянием природных и антропогенных факторов.

4. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.1. Введение. Экология как наука

Предмет экологии — совокупность или структура связей между организмами и средой. Экосистемы,
то есть единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания, это —
главный объект изучения в экологии. Основные методы экологии — полевые наблюдения, маршрутные и
экспериментальные (лабораторные и полевые) методы, а также методы моделирования, биоиндикации,
экологического мониторинга, ведения кадастров и др.
Современная экология — фундаментальная наука о природе, является комплексной и объединяет
знания основ нескольких классических естественных наук (биология, химия, геология, физика), тесно
связана с техническими науками, а также с экономикой, социологией, правом (экологическое,
международное), педагогикой и психологией. В структуре современной мегаэкологии можно выделить
несколько направлений:
Общая экология, или биоэкология (изучение живых систем на различных уровнях организации
живого), включает следующие разделы: 1) аутэкология (организм и среда), сюда относят дисциплины —
экология микроорганизмов, экология растений, экология животных; 2) демэкология (экология популяций);
3) синэкология (экология сообществ или биогеоценология) и 4) учение о биосфере.
Геоэкология изучает геосферы, их динамику и взаимодействие, геофизические условия жизни,
факторы (ресурсы и условия) неживой окружающей среды, воздействующей на организмы.
С научно-практической точки зрения предмет изучения экологии может находиться не только в
теоретической, но и в прикладной плоскости. Теоретическая экология раскрывает общие закономерности
организации жизни. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы
предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования.
Прикладная экология формируется по сферам деятельности человека. Отдельно рассматривают экологию
человека и ноосферологию.

5. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.1. Введение. Экология как наука

Медицинская биология
Вернадский В.И.
(1863—1945)
Лекция 13. Основы экологии
13.1. Введение. Экология как наука
В истории развития самой экологии можно выделить три основных этапа. Первый этап —
зарождение и становление (до сер. XIX в.). На этом этапе накапливались знания и были
сделаны первые научные обобщения, сформировались представления о биосфере. Второй
этап — формирование экологии как самостоятельной науки (вторая пол. XIX в. — первая пол.
ХХ в.). Третий этап — преобразование экологии из строго биологической в комплексную науку
с широкими междисциплинарными связями (сер. ХХ в. — наши дни).
В ХХ ст. в экологии просматривается нарастающая тенденция превращения её в науку, в
которой для охвата всех сторон изучаемого предмета исследовательская работа проводится
группами учёных разных специальностей. К концу ХХ в. происходит экологизация науки. Это
было связано с осознанием роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность
человека может не просто наносить вред окружающей среде, но и изменяет условия жизни и
может угрожать существованию самого человечества.
В последнее время в экологии обозначился круг вопросов, обусловленных ценностными
представлениями о процессах социального характера и сопряжённых с жизнью человека и
общества в природе. В сферу экологической науки вошли этические, правовые, политические,
эстетические, гуманистические и другие культурологические категории. Экология вышла за
рамки исследования экосистем, а экологические проблемы приравниваются к социальным и
научно-техническим.
Вернадский В.И. создал учение о биосфере (1926). Сукачев В.Н. (1880—1967) ввёл термин
«биогеоценоз». Реймерс Н.Ф. (1931—1993) систематизировал более 200 экологических законов
и принципов. Моисеев Н.Н. (1917—2000) разрабатывал концепцию глобального эволюционизма,
выдвинул идею коэволюции, ввёл понятие экологического императива.
Сукачёв В.Н.
Реймерс Н.Ф.
Моисеев Н.Н.

6. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.2. Организм и среда его обитания (аутэкология)

Главным в понимании широкого круга вопросов аутэкологии является представление о границах
устойчивости и преимуществах организма, взаимодействующего с окружающей средой, по отношению к
различным экологическим факторам. Этот раздел общей экологии (факториальная экология) изучает
воздействие среды на морфологию, физиологию и поведение организма.
Среда обитания — совокупность всех окружающих организм элементов и условий, влияющих на
организм, в той части пространства, где он обитает. Живые организмы освоили четыре основных среды
обитания – водная (гидробионты), наземно-воздушная (дендробионты, хортобионты), почвенная (геобионты) и
сами живые организмы (паразиты и симбионты).
Экологический фактор — это любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять
на живой организм, хотя бы на одном из этапов его онтогенеза. Каждый фактор является совокупностью
условий среды и его ресурса (запаса в среде). Факторы можно разделить на: абиотические или абиогенные
(неживая природа) и биотические или биогенные (живая природа). В отдельную группу часто выделяют
антропогенные факторы. По своему происхождению природные экологические факторы, могут быть связаны
с деятельностью человека, который через свою деятельность способен изменять режим воздействия
практически всех природных факторов.
К абиотическим факторам относят: 1) климатические (энергия Солнца, температура, осадки, влажность,
атмосферное давление, ионизирующее излучение, радиационный фон, пожары); 2) топографические или
геоморфологические (высота над уровнем моря и связанная с ней горизонтальная зональность, горные
барьеры, экспозиция и крутизна склонов, рельеф местности); 3) состав среды (солёность и газовый состав
гидросферы, газовый состав атмосферы); 4) эдафические (состав, свойства почв и горных пород); 5)
планетарные (вращение Земли, наклон земной оси, форма планеты и связанные с ними широтные
географические пояса); 6) космические (различные объекты, излучения).

7. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.2. Организм и среда его обитания (аутэкология)

Биотические факторы — совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на
жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые взаимодействия), а также на неживую среду
обитания. Среди разнообразия биотических связей выделяют следующие виды отношений (Н. Наумов,
1963 г.): симбиоз или сожительство — форма сосуществования, при которой оба партнера или один из них
получают пользу (мутуализм, протокооперация, комменсализм); нейтрализм — вид биотической связи, при
которой совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга; антибиоз —
биотическая связь, при которой оба партнера или один из них испытывают отрицательное влияние друг друга
(аменсализм, конкуренция, хищничество, антагонизм).

8. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.2. Организм и среда его обитания (аутэкология)

Экологические факторы динамичны, изменчивы во времени и пространстве. Живой организм подвержен
воздействию многих экологических факторов одновременно, но существуют лимитирующие факторы,
ограничивающие развитие организмов из-за их недостатка или избытка по сравнению с оптимальной
потребностью. В 1840 г. Ю. Либих сформулировал закон минимума (бочка Либиха): величина урожая
определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором
удовлетворена меньше всего (др. пример: авитаминоз). В 1930 г. Э. Рюбель установил закон компенсации
факторов, согласно которому отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть
компенсировано аналогичным фактором. Однако В. Вильямс (1863—1939 гг.) показал ограниченность таких
возможностей, сформулировав закон незаменимости (независимости) фундаментальных факторов: полное
отсутствие в среде таких факторов (свет, вода, биогены) не может быть заменено другими.
Закон толерантности В. Шелфорда (закон
лимитирующих факторов или закон оптимума)
был сформулирован в 1913 г.
Любой живой организм имеет определенные,
эволюционно унаследованные верхний и нижний
пределы устойчивости (толерантности) к любому
экологическому фактору. Даже единственный
фактор за пределами зоны своего оптимума
приводит к стрессовому состоянию организма и в
пределе — к его гибели. Организмы с широким
диапазонам
толерантности
называют
эврибионтными, с узким — стенобионтными.

9. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.2. Организм и среда его обитания (аутэкология)

Адаптация — приспособление организмов к среде — фундаментальное свойство живой природы. Развивается
под действием изменчивости, наследственности, естественного или искусственного отбора. При перемене условий
существования (отклонения экологических факторов) одни организмы адаптируются, другие — вымирают.
Выживание вида обеспечивается его генетическим разнообразием и слабыми колебаниями экологических факторов.
В процессе филогенеза циклические явления неживой природы, повторяющиеся в определенном ритме
(космические ритмы), были усвоены живой материей, в результате организмы приобрели свойство изменять своё
физиологическое состояние — «биологические ритмы» (ультрадианные, циркадные, инфрадианные,
цирканнуальные). Их изучением занимается хронобиология и хрономедицина.
Все организмы адаптированы к определенным условиям внешней среды. Требования организма к тем или иным
факторам обусловливают ареал видов, в пределах которого выделяют местообитания — пространственно
ограниченные совокупности условий среды, обеспечивающие весь цикл развития особей (живая изгородь, пруд,
роща и т.д.). Экологическая ниша — это совокупность всех требований организма к условиям среды (состав и режим
экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются (фундаментальная и реализованная). Это
биологические характеристики и физические параметры среды, определяющие условия существования вида,
преобразование им энергии, обмен информацией со средой (местообитание — «адрес», экологическая ниша — «род
занятий», «стиль жизни» или «профессия»). Согласно установленному в 1934 г. Г. Гаузе принципу конкурентного
взаимоисключения два вида не занимают одну и ту же экологическую нишу. При этом в природе действует правило
обязательности заполнения экологических ниш: пустая экологическая ниша всегда и обязательно будет заполнена.
Организмы, обитающие в сходных условиях, обладают похожей приспособленностью. Жизненная форма — это
сформированный комплекс морфоэкологических и физиологических свойств, определяющих реакцию организма на
окружающую среду. В ботанике это внешний облик (габитус) растения, отражающий приспособленность к условиям
среды (системы К. Раункиера и И. Серебрякова). В зоологии понятие жизненной формы стало применяться
несколько позже в системе Д. Кашкарова (плавающие, роющие, наземные, древесные лазающие, воздушные).

10. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.3. Популяционная экология (демэкология)

Любой вид утверждает себя во внешней неблагоприятном среде не индивидуально, и даже не как
отдельная группа особей, а как своеобразное сообщество организмов, представляющее собой единое
функциональное целое. Популяция — это минимальная группа (совокупность) особей одного вида, способная
к самовоспроизведению, населяющая определенное пространство на протяжении эволюционно длительного
времени, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу. Обновление
популяции сопровождается процессами обмена генетическим материалом, происходящего в результате
случайного подбора родительских пар. Это своеобразный котел, в котором происходит постоянное
перемешивание материала, идущего на создание новых свойств нарождающихся организмов. Одновременно
происходит отбор и закрепление видовых признаков и свойств, полезных для жизни популяции в сложившихся
условиях.
Популяция — форма существования вида, обеспечивающая приспособленность его к конкретным
условиям. Она обеспечивает воспроизводство живого вещества, выживание вида благодаря наследственности
адаптационных качеств, дает начало новым популяциям и процессам видообразования, то есть является
элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид является его качественным этапом. По
территориальной иерархии выделяют элементарную (микропопуляция), экологическую (местная) и
географическую популяции, составляющие ареал вида (область географического распространения вида —
территория, акватория).
Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих её организмов, но и
собственными, присущими группе в целом. Популяции характеризуются статическими показателями,
описывающими состояние популяции на данный момент (численность, плотность, структура по возрасту, полу
и поведению), и динамическими показателями за промежуток (интервал) времени, в зависимости от влияния
экологических факторов (рождаемость, смертность, скорость роста).

11. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.3. Популяционная экология (демэкология)

Принцип Олли — закономерность по которой, объединение особей в группы (агрегация), с одной стороны,
усиливает конкуренцию между группами за пищевые ресурсы и пространство, с другой — увеличивает
способность выживания группы в целом.
Различают физиологическую (возможности вида) и максимальную продолжительность жизни, для изучения
которой используют демографические таблицы (статические и динамические). Данные таблиц позволяют
построить кривые выживания (дрозофилы, гидры и устрицы). Внутривидовые отличия кривых связанны с
полом и др. причинами.
Динамика роста численности популяции выражается экспоненциальной и логистическими кривыми.
Экспоненциальный рост происходит в неизменяющихся условиях, представлен J-образной кривой на
графике. В природе может наблюдаться какое-то время, после чего стабилизируется лимитирующими
факторами. Дальнейшее развитие популяции идёт по логистической модели, что описывается S-образной
кривой. Скорость роста снижается по мере роста численности популяции (истощение ресурсов,
перенаселение).
От поколения к поколению размеры популяции продолжают колебаться, изменения численности
отображаются кривыми (стабильными, скачкообразными, циклического изменения). Флуктуации —
колебания численности вызванные абиотическими и биотическими факторами. Осциляции (волны жизни) —
кратковременные биотические изменения численности.
Ёмкость среды — способность обеспечивать нормальную жизнедеятельность определённому количеству
особей популяции без видимых нарушений в окружающей среде (потребление = восстановление).
Гомеостаз популяции — свойство поддерживать численность особей на определённом уровне за счёт
физиологических особенностей и поведения особей в ответ на изменение количества членов популяции,
выработанное эволюционным путём.

12. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.3. Популяционная экология (демэкология)

Комплекс свойств популяции, направленных на повышение вероятности выживания и оставления плодовитого
потомства называется экологической стратегией выживания.
r-стратегия — это отбор, направленный на повышение скорости роста популяции за счёт плодовитости, ранней
половозрелости, короткого жизненного цикла, способности быстро распространяться и переживать
неблагоприятный период. Характерна ранним стадиям развития популяции. r-стратеги стремятся к
экспоненциальному росту численности.
K-стратегия направлена на повышение выживаемости в условиях стабилизировавшейся численности особей.
Отбор здесь направлен на конкурентоспособность, повышение защищённости от хищников и паразитов,
развитие новых механизмов повышения численности. Характерен для стабилизированных популяций. Kстратеги стремятся к устойчивому существованию популяций длительное время.
Л.Г. Раменский выделил три основных типа экологических стратегий выживания среди растений (1938): 1)
виоленты (силовики) — подавляют конкурентов (деревья, образующие коренные леса, тростники, сфагновые
мхи); 2) патиенты — способны выжить в неблагоприятных условиях (тене-, сухо-, солелюбивые); 3)
эксплеренты (наполняющие) — появляться на месте нарушенных коренных сообществ (вырубки, гари, отмели,
свалки). Выделенные Джоном Граймом типы (1979): 1) конкуренты (С) соответствуют виолентам; 2) стресстолеранты (S) — патиентам; 3) рудералы (R) — эксплерентам. Грайм, показал, что не существует чистых
стратегий, построив схему, сочетающую символы (СR, СS, RS, СRS). Такой подход применим и к животным.
Особи, входящие в состав популяции, обладают общностью происхождения и приспособлениями к совместной
жизни, охватывающими морфофизиологические и этологические черты — конгруэнции. Их взаимодействия
разнообразны, проявляются в форме взаимополезных связей, обеспечивающих преимущества вида
(приспособления к скрещиванию, забота о потомстве, половой паразитизм, группирование в стаи), и
соревнований, обеспечивающих преимущества особи (состязания, конкуренция, антагонизм, агрессия).

13. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.4. Биотические сообщества и экосистемы (синэкология)

Синэкология (экология сообществ) изучает ассоциации популяций различных видов растений, животных и
микроорганизмов, образующих биоценозы, пути их формирования и развития, структуру и динамику,
взаимодействие с физико-химическими факторами окружающей среды, энергетику и продуктивность. Таким
образом, основываясь на аутэкологии и демэкологии, синэкология приобретает общебиологический характер.
Термин «биоценоз» обозначает организованную группу растений, животных и микроорганизмов,
приспособленных к совместному обитанию в пределах определенного пространства. В пределах биоценоза
различают фитоценоз — устойчивое сообщество растительных организмов, зооценоз — совокупность
взаимосвязанных видов животных и микробоценоз — сообщество микроорганизмов. В чистом виде в природе
биоценозы не встречаются, также как и в отрыве от биотопа (пространство с однородными условиями,
заселённое определенным сообществом).
Биогеоценоз — это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы,
растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определенном
участке поверхности Земли. Его контур устанавливается по границе фитоценоза (В. Сукачёв, 1944 г.).
Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое
сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии
создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями,
представляет собой экологическую систему (Ю. Одум, 1986 г.).
Однако, «экосистема» и «биогеоценоз» — это не синонимы. Под экосистемой сегодня понимают любую
совокупность организмов и среды их обитания, например, горшок с цветами, аквариум, муравейник, болото,
планета, даже космический корабль. Термин «экосистема» применяется как к естественным, так и к
антропогенным объектам различной сложности (искусственные или культурные экосистемы, агроценозы).
Таким образом, «биоценоз» и «биогеоценоз» — частные случаи более широкого понятия — «экосистема».

14. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.4. Биотические сообщества и экосистемы (синэкология)

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии являются процессы трансформации
вещества и энергии между биотой и физической средой, то есть биогеохимический круговорот веществ в экосистеме
в целом. Это позволяет дать обобщенную интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих
отдельных организмов. Сегодня концепция экосистемы играет важную роль в экологии, благодаря гибкости самого
понятия: к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба вместе со средой их обитания.
Необходимо отметить, что концепция экосистемы — одно из наиболее важных обобщений в биологии.
Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. По
ней движутся питательные вещества и энергия. Каждое звено называют трофическим уровнем. В пастбищных
цепях первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй — пастбищные животные, третий — хищники
(нектар — муха — паук — землеройка — сова). Детритная цепь — детрит, детритофаг, хищник (листовая подстилка —
дождевой червь — черный дрозд — ястреб-перепелятник). Всеядные организмы питаются консументами и
продуцентами, так пищевые цепи переплетаются, образуя трофические сети. Редуценты подвергают всю органику
деструкции и минерализации (бактерии, грибы). Для наглядности взаимоотношений организмов используют
пирамиды численности, биомасс и энергии. Экологические пирамиды Одума иллюстрируют количество и биомассу
организмов в данный момент и количество энергии (на единицу площади или объёма), прошедшей через
определенный трофический уровень за принятый период. Закон пирамиды энергий или правило 10 % (Р. Линдеман,
1942): с одного трофического уровня пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по лестнице
продуцент — консумент — редуцент), ок. 10 % энергии, поступившей на предыдущий уровень пирамиды.
Видовая структура биоценозов — количество видов, образующих биоценоз, и соотношение их численностей.
Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называют доминантными. Виды-эдификаторы своей
жизнедеятельностью формируют среду обитания для др. организмов. Пространственная структура биоценозов
определяется расположением видов. Популяции видов биоценоза, подчиняясь природным закономерностям,
располагаются в пространственных границах биотопа как по площади, так и по высоте (мозаичность и ярусность).

15. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.4. Биотические сообщества и экосистемы (синэкология)

Продуктивность экосистем — это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя
взвесить, а можно рассчитать в единицах энергии или накопления органических веществ. Первичная продукция —
биомасса продуцента, накопленная в результате фотосинтеза или хемосинтеза. Чистая первичная
продуктивность — запасаемое автотрофными организмами органическое вещество, которое идёт на рост
фитомассы. Выражается как разность между валовой первичной продуктивностью и количеством органического
вещества, израсходованного на поддержание системы (дыхание и пр.). Валовая первичная продуктивность —
валовой фотосинтез, или общее количество органического вещества, продуцируемого автотрофами в процессе
фотосинтеза в течение определённого периода времени, включая ту органику, которая расходуется на
дыхание. Вторичная продукция — суммарная биомасса консументов и редуцентов.
Суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и внутренних ритмов организмов, а также
флуктуации популяций синхронно отражаются в цикличности всей экосистемы. Экологическая сукцессия —
развитие, при котором в пределах одной и той же территории (биотопа) происходит последовательная смена одного
биоценоза другим в направлении повышения устойчивости экосистемы. Сукцессионный ряд — цепь сменяющих друг
друга биоценозов. Процессы сукцессии занимают определенные промежутки времени. Сукцессия завершается
формированием сообщества, наиболее адаптированного к комплексу сложившихся климатических условий, такое
сообщество называют климаксом. Концепция климакса подразумевает, что в условиях однородного климата
фитоценозы, завершившие сукцессионный процесс, образуют климаксные сообщества. Различают антропогенные,
катастрофические, пирогенные, зоо- и фитогенные сукцессии; первичные (сообщества изначально формируются на
неизменённом жизнью субстрате) и вторичные (чаще связаны с деятельностью человека).
Биомы — наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли
(пустынные, травянистые и лесные). Водные экосистемы — основные экосистемы, существующие в гидросфере
(реки, озера и океаны). Биосфера — наибольшая (глобальная) экосистема нашей планеты.

16. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.5. Учение о биосфере

Биосфера — это одна из геосфер Земли, заселённая организмами, которые в совокупности составляют живое
вещество планеты; основной компонент природной среды, окружающей человека. Границы биосферы определяются
областью распространения организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Жизнь сосредоточена в тропосфере и
ограничивается озоновым слоем при этом организмы проникают на всю глубину Мирового океана и на глубину до 3–7
км в земной коре. Биосфера — глобальная экосистема, состоящая из абиотической и биотической части.
Первоначально термин использовали для названия совокупности живых организмов планеты, отмечая их связь с
географическими, геологическими и космическими процессами. Научное наследие В.И. Вернадского (1926)
определило место человека и научной мысли в эволюции биосферы, его труды позволили по-новому взглянуть на
природу как среду обитания человека, обозначили широкий круг актуальных проблем и пути их решения в будущем.
Существование биосферы выражается в круговороте вещества и энергии при участии живых организмов. Большой
(геологический) круг — обусловлен взаимодействием солнечной энергии и глубинной энергией Земли, осуществляет
распределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли; малый (биогеохимический), в
пределах биосферы. Сущность последнего в образовании живого вещества из неорганических соединений в
процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические
соединения. Этот круговорот главный, он является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое
вещество поддерживает жизнь, обеспечивая малый круговорот. Функции живого вещества: энергетическая,
газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, деструктивная, средообразующая, транспортная.
Приняв за исходную биогеохимическую основу биосферы Вернадского, философ Э. Леруа (1927) предложил понятие
ноосферы, назвав так современную ему стадию развития биосферы, «мыслящий пласт», разворачивающийся вне
биосферы. Вернадский принял и развил понятие сферы разума как высшей стадии развития биосферы, связанной со
становлением в ней цивилизованного человека, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится
главным, определяющим фактором развития жизни на Земле. Цель построения ноосферы — неизменность того типа
биосферы, в которой возник и может существовать человек, сохраняя своё здоровье и образ жизни.

17. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.6. Взаимодействие общества и природы

По мере роста населения и интенсивности его хозяйственной деятельности происходило возрастание антропогенной
нагрузки на природную среду. Так возник вопрос о пределах устойчивости природной среды и о способах
формирования сбалансированных отношений между обществом и природой в ходе хозяйственной деятельности
человека. Главным условием в этом направлении является постижение и соблюдение основных экологических
законов, правил и принципов.
Закон внутреннего динамического равновесия заключается в представлении о том, что вещество, энергия,
информация и динамические качества отдельных природных систем находятся в тесной взаимосвязи, при этом
любое изменение среды приводит к развитию ответных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации изменений
или формирования новых природных систем, образование которых принимает нежелательный характер.
Закон максимизации энергии: в соперничестве с другими экосистемами выживает та из них, которая наилучшим
образом способствует поступлению энергии и эффективно использует максимальное её количество.
Закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях (закон Г. Хильми): индивидуальная система,
существующая в среде с уровнем организации более низким, чем её уровень организации, теряет свою структуру,
растворяясь в окружающей среде. Сложные биотические сообщества, сохраненные на незначительных ограниченных
пространствах, обречены на деградацию, что диктует необходимость создания буферных зон.
Закон ограниченности природных ресурсов говорит о том, что все природные ресурсы Земли являются конечными, а
антропогенные изменения в биосфере сверх допустимого предела выводят её из равновесия. Крупномасштабные
изменения на поверхности Земли (циклоны, извержения, глобальный фотосинтез), в соответствии с правилом 1 %
имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии падающего солнечного излучения (допустимый предел).
Правило «мягкого управления природой» заключается в опосредованном, направляющем, восстанавливающем
экологический баланс управлении природными ресурсами, в организации желательных цепных реакций.
Законом незаменимости биосферы подчёркивается, что биосферу нельзя заменить искусственной средой, в свою
очередь, закон ноосферы В.И. Вернадского гласит о неизбежности перехода биосферы в ноосферу.

18. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.6. Взаимодействие общества и природы

Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в нахождении оптимальных способов
эксплуатации естественных и искусственных экосистем. Антропоэкологические системы — сообщества людей,
находящиеся в динамической взаимосвязи со средой и использующие эти связи для удовлетворения своих
потребностей. От природных систем отличаются наличием в их составе человеческих сообществ, которым
принадлежит доминирующая роль в развитии всей системы. Характерными для человека как экологического фактора
являются осознанность, целенаправленность и массированность воздействия на природу. Энергообеспеченность и
техническая вооруженность человечества превращает его в единственный вид, способный занимать любую
экологическую нишу, и делает его экологическим фактором с глобальным влиянием.
Урбанизация — рост городов и связанные с ним изменения биосферы; процесс концентрации производства, научных
и культурных объектов, учебных заведений, создающий предпосылки для роста культуры, улучшения быта,
занятости, снабжения и улучшения медицинского обслуживания. Однако изменения окружающей среды здесь могут
отрицательно влиять и на человека (появление «островов жары», «светового голода», смога; влияние шума,
вибраций, ультразвуковых и электромагнитных излучений; распространение инфекций; сдвиги в характере питания
людей; возможные негативные социальные последствия и т.д.).
Антропогенные факторы приводят к напряжению экологической обстановки как в городах, так и в районах
сельскохозяйственного освоения (сведение лесов, нарушение стока, эрозия и деградация почв, применение
минеральных удобрений и пестицидов). В результате антропоэкологические системы приобретают признаки
экстремальности как для природной среды, так и для человека.
Экологический кризис современности — напряжённое состояние между обществом и природой, характеризующееся
несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в обществе ресурсноэкономическим возможностям биосферы, ведёт к обострению глобальных проблем. Пути преодоления:
экологизация технологий, совершенствование механизмов охраны окружающей среды, административно-правовое,
эколого-просветительское и международно-правовое направления (переход к устойчивому развитию).

19. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.7. Экология человека

Экология человека — раздел об особом месте человека в биосфере, в связи с наличием разума и орудийной
деятельности, что привело к возникновению принципиально нового типа взаимодействия со средой (человек
активно преобразует окружающую среду). Среда обитания человека состоит из природных и техногенных
компонентов: жилищ, городов, промышленных предприятий, коммуникаций, искусственных экосистем, включая
агроценозы.
Глобальную совокупность технических средств, ресурсов и продуктов производства, созданных человеком,
называют техносферой. Поскольку человек является социальным существом, ему необходимы коммуникация,
информация, образование, достижения науки, культуры и т.д. В отличие от животных, люди имеют не только
первичные «обязательные» (биологические) потребности — в пище, воде, параметрах теплового комфорта, но и
вторичные «необязательные» (определяется индивидуально, зависит от социальной среды). На удовлетворение
«необязательных» потребностей расходуются огромные ресурсы среды.
Для удовлетворения своих первичных и вторичных потребностей человек активно преобразует окружающую среду,
что приводит к её деградации. В свою очередь деградация среды неблагоприятно сказывается на качестве
популяций людей, нарушает их здоровье.
Наличие интеллекта позволило людям разработать методы профилактики и лечения многих болезней,
искусственного поддержания жизни, что удлинило их индивидуальную жизнь. Однако появился новый спектр
болезней — «болезни цивилизации», вызванные изменением образа жизни и ухудшением качества среды:
гипертония, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь, иммунодефициты, аллергии, СПИД;
повышенный травматизм, отравления, алкоголизм, наркомания, ожирение и др. Многие из них стали следствиями
стрессовых факторов.
Задачей экологии человека является разработка теоретических основ оптимального существования людей в среде
обитания с учетом всех биологических и социальных аспектов.

20. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.7. Экология человека

Факторы окружающей среды (физические, химические и биологические факторы) оказывают непосредственное
влияние на популяции людей, в том числе и на здоровье каждого человека в отдельности. Под влиянием
нарастающих экологических проблем в середине 70-х гг. ХХ в. на стыке экологии и медицины сложилось новое
направление — медицинская экология, объектом изучения которой стали экологически обусловленные и
экологически зависимые заболевания человека.
Основными задачами медицинской экологии являются: 1) диагностика, лечение и профилактика заболеваний
экологического профиля, биогеохимических патологий — эндемических болезней, связанных с природным
дефицитом или переизбытком отдельных элементов или веществ; 2) определение рисков при изменении
техногенной нагрузки на среду обитания человека; 3) вопросы экологической безопасности.
Воздух, вода, питание в регионе, районе, доме, на рабочем месте (компоненты сложившейся среды) могут нести
неблагоприятные факторы (еnvironmental hazards) для здоровья. Связь между наличием опасности и её реализацией
определяет понятие риска — возможность получения повреждений, болезни, смерти в результате воздействия
неблагоприятных факторов. Риск для здоровья — возможность возникновения вредных эффектов для здоровья
людей при наличии какой-либо опасности. Поскольку определение риска даёт возможность управления состоянием
здоровья необходим его анализ, который описывает: 1) опасность (вещество или воздействие); 2) агенты риска
(события, создающие возможности возникновения опасности); 3) количественную оценку вероятности вреда. Органы
государственной власти призваны управлять рисками с целью их минимизации для населения.
В настоящее время возрастание частоты хронических заболеваний органов дыхания, генетических и врождённых
пороков развития, отравлений и лекарственных осложнений, злокачественных новообразований, заболеваний крови,
обострения язвенной болезни, артериальной гипертонии, атеросклероза и ишемической болезни сердца, неврозов,
неврастении и ВСД, нарушения зрения и слуха, а также увеличение смертности от токсико-химического цирроза
печени напрямую связывают с непосредственным влиянием неблагоприятных техногенных факторов.

21. Медицинская биология Лекция 13. Основы экологии 13.7. Экология человека

Для выявления влияния окружающей среды на здоровье человека в медицинской экологии применяются
разнообразные методы, нередко с использованием современных информационных технологий, таких как
мониторинг, диагностика, картографирование, районирование, моделирование, прогнозирование.
Профилактика экологически зависимых заболеваний включает целый комплекс мероприятий:
контроль за загрязнением (химическим, физическим, радиационным, биологическим) окружающей среды и защита
от химических, радиационных, биологических, шумовых и электро-магнитных воздействий;
создание эффективной системы очистки сточных вод;
разработка безопасных технологий по переработке бытовых отходов, а также санитарно-гигиенических нормативов
по воздуху, почве, воде, материалам для производства одежды, обуви, бытовых предметов и продуктов питания.
Согласно единым санитарно-гигиеническим нормам уровень допустимого шумового воздействия на организм
человека в течение длительного времени не должен превышать 40 Дб днём и 30 Дб ночью, а допустимый уровень
транспортного шума должен быть не выше 80—90 Дб. Для защиты от электромагнитного излучения создаются
охранные зоны шириной 15—30 м от линий электропередач, а также используются защитные экраны, в том числе из
зелёных насаждений. Коротковолновые радиостанции мощностью свыше 100 кВт должны размещаться вне пределов
населенных пунктов. Защита от биологического загрязнения предусматривает санитарную охрану территории и
санитарный контроль за очагами опасных вирусных и бактериальных инфекций, а также празитарных инвазий,
вплоть до организации в случае необходимости карантинных мер.
Экологический контроль должен осуществляться не только государственными, но и общественными
организациями. Он призван обеспечивать неукоснительное соблюдение экологического законодательства и
выполнение природоохранных мероприятий, вплоть до применения норм административного и уголовного права.
Экологическая безопасность человека — состояние защищённости личности от потенциальных или реальных угроз,
создаваемых последствиями вредного воздействия на окружающую среду.

22. Контрольные вопросы I (письменно)

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Что изучает наука экология и каковы её основные задачи? Какова структура современной экологии как науки?
Перечислите основные этапы исторического развития экологии как науки. Какова роль отечественных учёных в её становлении и
развитии?
Охарактеризуйте основные свойства живого. Какие уровни организации биологических систем изучает экология?
Что такое среда обитания? Какими организмами заселены известные среды?
Что называют экологическим фактором? Какие существуют классификации экологических факторов?
Опишите основные формы биотических связей организмов.
Как формулируется закон минимума? Какие существуют к нему уточнения?
Сформулируйте закон толерантности. Кто установил эту закономерность? Чем стенобионты отличаются от эврибионтов?
Что такое адаптации организмов и чем они обусловлены? Каковы их механизмы?
Поясните отличие понятий «экологическая группа» и «жизненная форма». Назовите классификации жизненных форм организмов.
Какие типы ритмов наблюдаются в природе?
В чем различие между местообитанием и экологической нишей? Сформулируйте правило обязательности заполнения
экологических ниш.
Дайте определение популяции и её статических и динамических показателей.
Почему популяцию считают элементарной единицей эволюции и функциональной единицей биогеоценоза?
Что такое продолжительность жизни и что отражают кривые выживания?
Каковы экологические причины, вызывающие изменения роста численности популяций по экспоненте и логистической кривой?
Определите, какое значение имеет ёмкость среды?
Как взаимосвязаны экологические стратегии выживания организмов и типы эволюционного отбора – r и K?
В чём суть экологических стратегий выживания по Л.Г. Раменскому и Дж. Грайму?
Каковы типы взаимоотношений между особями в популяции?

23. Контрольные вопросы II (письменно)

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Укажите главные отличия между понятиями «сообщество», «биоценоз», «биогеоценоз» и «экосистема».
В чём суть концепции экосистемы? Перечислите структурные компоненты экосистемы.
Что представляет собой видовая структура и видовое разнообразие биоценоза?
Что представляет собой пространственная структура биоценоза?
Опишите ритмические изменения (цикличность) экосистем и какими факторами они обусловлены?
Что такое физиологическая разнокачественность (продуценты, консументы, редуценты) и трофический статус организмов?
Что собой представляют трофические цепи и сети? Расскажите о потоке энергии, проходящем через пищевую цепь.
Что называют экологическими пирамидами, каковы их основные виды?
Что такое продуктивность экосистемы и каковы уровни производства органического вещества?
Какими основными экосистемами (биомами) представлено многообразие природных сообществ планеты? В чём особенность
функционирования искусственных экосистем?
Дайте определение биосферы. Какова её структура и как определяются границы биосферы?
Охарактеризуйте основные функции живого вещества биосферы?
Каковы важнейшие аспекты учения В.И. Вернадского о биосфере?
Какова роль круговорота веществ в биосфере?
Возможно ли возникновение ноосферы в результате коэволюции человеческого общества и природной среды?
Охарактеризуйте основные пути преодоления экологического кризиса. Какое развитие называют устойчивым?
Сформулируйте закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях (закон Г. Хильми). В чем его значение?
Как соотносятся закон ограниченности природных ресурсов и правило одного процента?
Сформулируйте закон пирамиды энергий (правило Р. Линдемана). В чем его значение?
Сформулируйте правило «мягкого управления природой». В чем его значение?
Дайте характеристику процесса урбанизации. Назовите положительные и отрицательные стороны этого явления.
Что отличает экологию человека от других разделов экологии? Каковы задачи экологии человека?
Что такое риск для здоровья и каковы основные задачи и методы медицинской экологии?
Что включает в себя профилактика экологически зависимых заболеваний?
Как соотносятся понятия «экологический контроль» и «экологическая безопасность человека»?

24. Практическое занятие 16 Экология человека: определение адаптационного потенциала организма (4 ч):

Задания
Изучить лекционный и дополнительный [1] материал по теме «Основы экологии» и
письменно ответить на контрольные вопросы (см. выше): 1—20 (первое занятие) и 1—25
(второе занятие).
Получить у преподавателя методические рекомендации (Пз_16) по теме практической
работы и 1) произвести оценку биологического возраста; 2) оценить функциональное
состояния организма методом вариабельности сердечного ритма, определить сдвиги
вегетативного тонуса; 3) определить гемодинамические показатели при физической
нагрузке.
1.
Биология : учебник / коллектив авторов ; под ред. А.Г. Мустафина. — Москва : КНОРУС, 2022. — С. 103—106;
256—330.