Организм и внешняя среда. Адаптация
Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой, и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям. Однако понятие адаптации имеет и более широкий смысл и значение.
Адаптация (от лат. adaptatio - приспособление) - все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.
Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим - частично, к третьим - не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности. В этих условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (на пример, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жестким - субэкстремальным влияниям человек может адаптироваться, однако длительное нахождение человека в субэкстремальных условиях ведет к перенапряжению адаптационных механизмов, болезням, а иногда и смерти.
Различают многие виды адаптации. Физиологической адаптацией называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования (в том числе социальных) и способность воспроизведения здорового потомства. Физиология исследует формирование и механизмы индивидуальной адаптации.
Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, по лом, возрастом конкретного человека.
Адаптационные реакции также делят на общие, или неспецифические, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и частные, или специфические, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздействующего фактора или их комплекса.
Неспецифический ответ организма на любое интенсивное воздействие на него Г. Селье назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор - стрессором. По Селье, общий адаптационный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельности гипоталамуса, гипофиза с увеличением продукции АКТГ, гипертрофию коры надпочечников, атрофию вилочковой железы, изъязвление слизистой оболочки желудка. В дальнейшем были доказаны участие в стрессорной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.
В общем адаптационном синдроме Г. Селье выделил три фазы изменения уровня сопротивления организма стрессору: 1) реакция тревоги, когда сопротивление снижалось; 2) фаза повышенного сопротивления; 3) фаза истощения механизмов сопротивления. В повседневной жизни встречаются все эти фазы реакций организма - ощущение трудности перенесения сложной ситуации, «втягивание» - привыкание к ней, затем ощущение невозможности дальнейшего нахождения в этой ситуации, острая потребность выхода из нее.
Предложены и другие классификации фаз адаптации организма человека, о которых будет сказано в соответствующих главах учебника.
Каждая реакция адаптации имеет некую «стоимость», т. е. цену адаптации, за которую «платит» организм затратой веществ, энергии, различных резервов, в том числе защитных. Истощение этих резервов приводит к фазе дизадаптации, для которой характерны состояние сдвигов гомеостаза, мобилизация вспомогательных физиологических систем, неэкономная трата энергии.
Если организм возвращается к исходным условиям, то он постепенно утрачивает приобретенную адаптацию, т. е. реадаптируется к исходным условиям. Повторная адаптация возможна. Если организм вновь окажется в неких условиях, к которым он был адаптирован. При этом в одних случаях способность к повторной адаптации может быть повышена, в других - понижена в зависимости от истощенности или тренированности механизмов адаптации. Тренировка механизмов адаптации благоприятна для мобильности и стой кости адаптации. Готовность к адаптации и ее эффективность динамичны и зависят от многих факторов, в числе которых состояние здоровья, рациональное питание, режим сна и бодрствования, труда и отдыха, физическая активность и тренировка, закаливание, адаптирующие лекарственные средства (адаптогены), воздействие гипоксии.
Состояние стресса может быть тем фоном, на котором на организм действуют иные раздражители. Такая ситуация является типичной для повседневной жизни. Реакция на такой добавочный раздражитель может усилиться, что рассматривают как перекрестную сенсибилизацию, а может быть ослаблена - это обозначают как перекрестная резистентность.
Добавочный раздражитель сам по себе влияет на выраженность стрессорной реакции. Так, отрицательные эффекты распространенного в нашей жизни эмоционального стресса ослабляются или снимаются интенсивной физической нагрузкой, любимым занятием, философией оптимизма и многими другими приемами.
Описанные фазы неспецифической адаптации характеризуют активность адаптационных реакций, которые должны быть дополнены еще и адаптивным поведением, целью которых является ускорение адаптации и уменьшение отрицательных влияний адаптогенных факторов.
Существует и пассивная форма адаптации по принципу «экономизации активности», которая проявляется в гипореактивности или ареактивности. Ее выражением может быть такое общее состояние организма, как сон. Физиологический сон выступает в роли экономизирующего энергетические затраты фактора, «охранительное» его значение отмечал И.П.Павлов. Известно лечебное применение раз личных видов сна.
Ареактивность может быть результатом снижения реактивности рецепторов (адаптация рецепторов), торможения центральной части рефлекторной дуги. В механизме адаптации может принять участие и эффекторный компонент, когда с помощью различных механизмов снижается интенсивность или исключаются реакции эффекторов - органов-исполнителей.
Объективное определение адаптированности или неадаптированности человека к субэкстремальным условиям вызывает значительные затруднения. Тем не менее, об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и умственной работоспособности; сохранение общей резистентности в ответ на действие дополнительного возмущающего фактора, его переносимость в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый (без дрейфа) уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.
В субэкстремальных условиях у человека проявляются не только неспецифические, но и специфические, частные, общие реакции, направленные на адаптацию организма к конкретным условиям внешней среды. В одних случаях эти условия созданы искусственно, например специфические условия производства, в других случаях это естественные условия, например климатические.
В развитии большинства адаптации прослеживается два этапа: начальный - «срочная» адаптация, и последующий - «долговременная» адаптация. «Срочная» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.
«Долговременная» адаптационная реакция развивается посте пенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество - из неадаптированного превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.
Адаптации значительно отличаются у разных людей скоростью и выраженностью в зависимости от индивидуальных особенностей каждого человека.
На основании результатов исследования адаптации лиц, переселяющихся в район Сибири и Крайнего Севера, выявлены следующие конституционные типы (по В. П. Казначееву): «спринтеры», «стай еры» и «миксты» (смешанный тип).
Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологические реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие значительных, но кратковременных факторов внешней среды. Высокий уровень надежности физиологических реакций может поддерживаться лишь относительно короткий срок. «Спринтеры» мало приспособлены к выдерживанию длительных и менее интенсивных нагрузок.
«Стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратко временных нагрузок. Однако после кратковременной перестройки его организм способен выдерживать продолжительные равномерные воздействия факторов внешней среды. Промежуточные варианты конституционных типов названы «микстами».
«Спринтеры» и «стайеры» различаются по ряду конституциональных, физиологических и биохимических показателей, а также заболеваемостью. В целом цикл адаптивной перестройки в новой экологической и климатической зоне с субэкстремальными условиями у людей длится 2-3 года. Это относительно короткий срок - у других биологических видов эквивалентные перестройки требуют смены нескольких поколений.
Вопросы адаптации человека к условиям гипоксии, различной по напряженности физической активности, временной, психосоциальной и других видов адаптации изложены в соответствующих главах учебника.
Адаптация организмов к различным условиям существования
1. Как приспосабливаются растения к жизни в суровых условиях?
2. Чем отличаются водные млекопитающие от наземных?
Зависимость строения и образа жизни организмов от среды обитания.
Адаптации организмов к условиям среды
Адаптации – различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации – одно из базовых свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех базовых факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.
Существуют три базовых пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. К примеру, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.
Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. К примеру, сезонные миграции животных.
Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды Покой должна быть разным по глубине и продолжительности, многие функции организма при этом ослабевают или не выполняются совсем, так как уровень обмена веществ падает под влиянием внешних и внутренних факторов. При глубоком подавлении обмена веществ организмы могут вообще не проявлять видимых признаков жизни. Полная временная остановка жизни получила название анабиоза . В состоянии анабиоза организмы становятся устойчивыми к разнообразным воздействиям. В сухом состоянии, когда в клетках оставалось не более 2% воды в химически связанном виде, такие организмы, как коловратки, тихоходки, мелкие нематоды, семена и споры растений, споры бактерий и грибов выдерживали пребывание в жидком кислороде (-218,4 °С), жидком водороде (-259,4 °С), жидком гелии (‑269,0 °С). Всякий обмен веществ прекращен. Анабиоз достаточно редкое явление и является крайним состоянием покоя в живой природе, состояние анабиоза возможно лишь при почти полном обезвоживании организмов. Гораздо шире распространены в природе другие формы покоя, связанные с состоянием пониженной жизнедеятельности в результате частичного угнетения метаболизма. Формы покоя в состоянии пониженной жизнедеятельности делят на гипобиоз (покой вынужденный ) и криптобиоз (покой физиологический ) . При гипобиозе торможение активности, или оцепенение, возникает под прямым давлением неблагоприятных условий (при недостатке тепла, воды, кислорода и т. п.) и прекращается почти сразу после того, как эти условия возвращаются к норме (некоторые морозостойкие виды членистоногих (коллемболы, ряд мух, жужелицы и др.) зимуют в состоянии оцепенения, быстро оттаивая и переходя к активности под лучами солнца, а затем вновь теряют подвижность при снижении температуры). Криптобиоз – принципиально другой тип покоя, он связан с комплексом физиологических перестроек, которые происходят заблаговременно, до наступления неблагоприятных сезонных изменений, и организмы оказываются к ним готовы. Криптобиоз широко распространен в живой природе (характерно, к примеру, для семян растений, цист и спор различных микроорганизмов, грибов, водорослей, спячка млекопитающих, глубокий покой растений). Состояния гипобиоза, криптобиоза и анабиоза обеспечивают выживание видов в природных условиях разных широт, часто экстремальных, позволяют сохранять организмы в течение длительных неблагоприятных периодов, расселяться в пространстве и во многом раздвигают границы возможности и распространенияжизни в целом.
Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.
Основные механизмы адаптации на уровне организма:
Биохимические адаптации – изменения во внутриклеточных процессах (к примеру, смена работы ферментов или изменение их количества).
Морфо-анатомические адаптации – изменения в строении организма (к примеру, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для привлечения опылителей и др.). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.
Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (к примеру, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий и др.).
Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (к примеру, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.). Этологические адаптации характерны для животных.
Онтогенетические адаптации – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.
Адаптации организмов к условиям среды - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Адаптации организмов к условиям среды" 2017, 2018.
Как известно, на территории нашей планеты проживает огромное количество самых разных живых организмов. Каждый из них обитает исключительно в тех условиях проживания, к которым он приспособлен. Свойство организмов перестраиваться на новые особенности среды обитания, носит наименование адаптации. Такая приспособленность представляет собой целую совокупность разных особенностей физиологического строения и поведенческих особенностей конкретного вида, которые дают ему возможность вести жизнедеятельность в определенных окружающих условиях. Поговорим об особенностях адаптации организмов к условиям среды обитания чуть более подробно.
Адаптация является важнейшей частью процесса эволюции, она помогает организму решать определенные экологические задачи, которые перед ним ставит среда обитания. Такие задачи решаются путем изменения, совершенствования, а иногда и исчезновения особей. Эти процессы помогают достигнуть состояния адаптированности организмов тем экологическим нишам, которые они занимают. Соответственно, адаптацию можно рассматривать как широкую основу для появления либо исчезновения определенных органов, разделения видов на разные, формирования новых популяций и разновидностей, а также для усложнения организации.
Адаптация является непрерывным процессом, который затрагивает самые разные признаки организма.
Некоторые новые приспособления способны возникать лишь при наличии у конкретной особи наследственной информации, которая способствует изменению структур либо функций в нужном направлении. Так развитие у млекопитающих и насекомых дыхательной системы возможно лишь под контролем определенных генов.
Рассмотрим разные виды адаптации живых организмов более подробно.
Пассивная защита
В течение эволюции многие живые особи выработали определенные средства для защиты себя и своего потомства. Так ярким примером подобной адаптации принято считать покровительственную окраску, вследствие которой особи становятся трудно различимыми и защищенными от хищников. К примеру, отложенные на песок либо землю яйца окрашены в серые и бурые цвета с разными пятнышками, соответственно, их трудно найти среди окружающей почвы. В недоступных для хищников участках яйца в большей части случаев лишены окраски.
Таким же типом адаптации пользуются и животные пустынь, ведь их цвет обычно представлен разными оттенками желто-бурого и песчано-желтого.
Как вариант пассивной защиты еще можно рассматривать и отпугивающую раскраску, ведь она помогает защититься от хищников, как бы предупреждая о несъедобности конкретного организма.
Кроме того такая разновидность адаптации может рассматриваться и в тех случаях, когда организм вырабатывает похожесть с окружающей средой. Как пример можно рассматривать жуков, схожих с лишайниками, цикад, похожих на шипы кустарников, и насекомых-палочников – неотличимых от веточек.
Механизмы пассивной защитной адаптации также включают в себя высокую плодовитость определенных особей, а также прочие средства, к примеру, твердое покрытие у раков и крабов, колючки, шипы и ядовитые волоски у растений.
Относительность и целесообразность адаптации
Изменения в строении и поведении организмов появляются в ответ на определенные экологические задачи, соответственно, они отличаются относительностью и целесообразностью. Так если говорить об относительности, то она состоит в ограниченности таких приспособительных изменений в зависимости от условий обитания. Так, к примеру, особая пигментированная окраска бабочек березовых пядениц в отличие от белых их разновидностей становится заметной и ценной лишь, если увидеть их на закопченном стволе дерева. При изменении условий окружающей среды такие адаптации могут не приносить никакой пользы организму, и даже вредить ему.
Например, активный и постоянный рост резцов у крыс полезен лишь в том случае, если они питаются твердой пищей. При переходе на мягкое питание, резцы могут вырасти до чрезмерного размера и сделать потребление пищи невозможным.
Также стоит подчеркнуть, что адаптационные изменения не способны обеспечить их обладателей стопроцентной защитой. Особая окраска пчел и ос защищает их от поедания многими птицами, однако есть разновидности пернатых, которые не обращают на нее никакого внимания. Ежи способны есть ядовитых змей. А тот твердый панцирь, который защищает наземных черепах от врагов, разбивается при сбрасывании их с высоты хищными птицами.
Адаптация организмов в жизни человека
Именно адаптационными свойствами различных организмов объясняется и появление новых бактерий и прочих микроорганизмов, которые устойчивы к лекарственным препаратам. Такая тенденция особенно четко просматривается при использовании антибиотиков, так как со временем их применение становится неэффективным. Микроорганизмы могут обучиться синтезировать особый фермент, который разрушает используемое лекарство, либо их клеточные стенки становятся непроницаемыми для воздействия активных веществ препарата.
Возникновение устойчивых штаммов микроорганизмов часто является виной врачей, которые применяют минимальные дозы препаратов, чтобы снизить вероятность развития побочных эффектов. Если перенести такую особенность на окружающий мир, то становится понятно, каким образом насекомые и млекопитающие вырабатывают резистентность к разного рода ядам.
Адаптационные свойства всех организмов стоит рассматривать, как часть естественного отбора.
Загрузка...
