Человек и среда его обитания. Экологические факторы, влияющие на человека.

Человек как часть органического мира находится в тесном контакте со своей средой обитания. Среда обитания – это та часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности.

Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику действия. По значимости для организма их подразделяют на две группы.

1. Условия существования или условия жизни – это те экологические факторы, без которых организм существовать не может и с которыми он находится в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.

2. Второстепенные факторы – это те экологические факторы, которые не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его.

Анализ огромного разнообразия экологических факторов по природе их происхождения позволяет разделить их на три большие группы, в каждой из которых, в свою очередь, можно выделить подгруппы.

I. Абиотические факторы – это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы:

a) климатические факторы – это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.);

б) эдафические, или почвенные, факторы – это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они, в свою очередь, разделяются на физические (механический состав, комковатость, капиллярность, скважность, воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;

в) орографические факторы, или факторы рельефа, – это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (например, высота местности над уровнем моря или широта местности по отношению к экватору);

г) гидрофизические факторы – это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.

II. Биотические факторы – это факторы живой природы, влияние живых организмов друг на друга. Они носят самый разнообразный характер и действуют не только непосредственно, но и косвенно через окружающую неорганическую природу. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:

а) внутривидовые факторы – это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);

б) межвидовые факторы – это влияние особей других видов на организм (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).

В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:

а) фитогенные факторы – это влияние растений на организм;

б) зоогенные факторы – это влияние животных на организм;

в) микробогенные факторы – это влияние микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие, риккетсии) на организм;

г) микогенные факторы – это влияние грибов на организм.

III. Антропогенные факторы – это совокупность воздействий человека на жизнь организмов. В зависимости от характера воздействий они делятся на две группы:

а) факторы прямого влияния – это непосредственное воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т.д.);

б) факторы косвенного влияния – это влияние человека фактом своего существования (ежегодно в процессе дыхания людей в атмосферу поступает 1,1*1012 кг углекислого газа, из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7*1015 ккал энергии) и через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).

В зависимости от последствий воздействия обе эти группы антропогенных факторов, в свою очередь, еще подразделяются на положительные факторы (посадка и подкормка растений, разведение и охрана животных, охрана окружающей среды и т.д.), которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность, и отрицательные факторы (вырубка деревьев, загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, прокладка дорог и других коммуникаций), которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность.

Все элементы среды по отношению к организму, в том числе и человеческому, неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды сгруппированы следующим образом.

1. Нейтральные факторы – это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции.

2. Экологические факторы – это те элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние на организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию.

В зависимости от возможности потребления при взаимодействии с организмом экологические факторы подразделяют на две категории.

1. Условия – это изменяющиеся во времени и пространстве экологические факторы среды обитания, на которые организм реагирует по-разному в зависимости от силы фактора (температура, влажность, атмосферное давление, физические свойства почвы и т.д.). Условия организмом не расходуются и не исчерпываются.

2. Ресурсы – это все экологические факторы среды обитания, которые организм потребляет, в том смысле, что количество их (наличный запас) в результате взаимодействия с организмом может уменьшиться. Ресурсы – это, по преимуществу, вещества, из которых состоит тело организма, энергия, вовлекаемая в процессы его жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы его жизненного цикла.

Природные (естественные) ресурсы – это природные объекты и явления, т.е. различные тела и силы природы, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни.

Организмы дикой природы черпают ресурсы, являясь частью биогеохимических циклов, непосредственно из окружающей природной среды. Эти ресурсы можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе и как лимитирующие, например, большая часть пищевых ресурсов. Но человек не может довольствоваться дарами природы только в той мере, при которой не должно нарушаться ее равновесие (около одного процента 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 и неметаллическое сырье, а также лесная продукция (строительный лес) и многое другое.

Иными словами, природные ресурсы, используемые человеком, многообразны, многообразно их назначение, происхождение, способы использования и т.п. По источникам происхождения ресурсы подразделяются на биологические, минеральные и энергетические.

Биологические ресурсы – это все живые компоненты биосферы. К ним относятся промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты, микроорганизмы, т.е. ресурсы растительного и животного мира.

Минеральные ресурсы – это все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы, используемые в хозяйстве как минеральное сырье или источники энергии, т.е. рудное и нерудное сырье. Если сырье используется как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно как источник энергии в двигателях, то его называют топливно-энергетическими ресурсами.

Энергетическими ресурсами называют совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических, топливно-энергетических, термальных и других источников энергии.

Второй признак, по которому классифицируют ресурсы, – их использование в производстве. Сюда относятся такие ресурсы как земельный и лесной фонд, водные ресурсы, полезные ископаемые и т.д.

Человек – существо биосоциодуховное. Развитие человека происходит на основе единства биологического и социального.

Социальное:

1)            Труд и речь развивались одновременно.

2)            Культура - это то, что одно поколение передаёт другому (в генах этого нет).

3)            Эволюция человека сопровождалась накоплением информации, одновременно с этим шло развитие мозга.

Биологическое:

1) Естественный отбор был для человека движущим, пока шло видообразование. Сейчас естественный отбор стабилизирующий. Он сместился на ранний внутриутробный период жизни: увеличилась гибель эмбрионов, усложнились роды.

2) Человек качественно отличается от животных. Как социальное существо человек есть продукт истории, как часть природы - биологическое явление.

Будучи, безусловно, природным существом, живущим по законам природного мира, полноценно жить и развиваться человек может только в обществе подобных ему людей. Такие важные факторы жизнедеятельности человека, как сознание, речь, не передаются людям в порядке биологической наследственности, а формируются у них прижизненно, в процессе социализации, т. е. усвоения индивидом общественно-исторического опыта предшествующих поколений. Следовательно, средой обитания человека как биосоциодуховного существа является общество.

Окружающая среда оказывает большое влияние на человека, в первую очередь – на здоровье

В широком смысле слова понятие здоровье человека включает в себя не только отсутствие болезней и физических дефектов, а соответствует состоянию полного физического, душевного и социального благополучия.

Остановимся подробнее на основных каналах воздействия окружающей среды на человека:

К абиотическим факторам любой экосистемы относятся ионизирующее излучение и загрязняющие вещества. Токсичность и мутагенность среды — это два взаимосвязанных понятия. Одни и те же факторы среды могут оказывать и токсичное, и мутагенное действие. Токсичное действие проявляется вскоре после контакта с фактором, не более чем через месяц. Оно может выражаться в виде аллергии, ослабления иммунной системы, отравления, развития неврозов, возникновения неизвестных ранее патологий.

Гораздо чаще токсичность среды проявляется в виде устойчивых отклонений от нормального физиологического состояния организма у большого количества людей, которые заняты на вредном производстве или живут в прилегающих к предприятию районах.

Загрязняющие вещества чаще всего — это отходы производства и автомобильного транспорта: сернистый ангидрид, оксиды азота и углерода, углеводороды, соединения меди, цинка, ртути, свинца.

Загрязняющими веществами также могут быть химические соединения, созданные человеком, например пестициды, используемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Мутагенность окружающей среды никогда не проявляется сразу после контакта с фактором. Опасность мутагенов для человека состоит в том, что их многократное и длительное контактное действие приводит к возникновению мутаций - стойких изменений в генетическом материале. С накоплением мутаций клетка приобретает способность к бесконечному делению и может стать основой развития онкологического заболевания (раковой опухоли).

Возникновение мутаций — процесс длительный и сложный, поскольку в клетках имеется надежная защитная система, которая противостоит мутационному процессу.

Развитие мутации зависит от дозы мутагена и длительности его действия, а также от того, насколько часто мутаген действует на организм, т.е от ритма его действия. Процесс развития мутаций может быть растянут на годы. Например, резкое увеличение количества людей с лейкозами среди жителей Хиросимы и Нагасаки, подвергшихся атомной бомбардировке, отмечалось только через 8 лет. Другим примером может служить химический мутаген бензопирен - компонент табачного дыма и угольной смолы. По данным статистики для курильщиков, чья дыхательная система постоянно контактирует с бензопиреном, вероятность возникновения рака легкого, в основе которого лежат мутации, резко возрастает не сразу, а через 10 -20 лет курения.

На первом месте среди воздействий, вызывающих глубокие изменения генетического аппарата, стоит радиация. Наглядный пример мутагенного действия окружающей среды - развитие прогрессирующей лучевой болезни, которая заканчивается смертельным исходом у людей, получивших высокую дозу радиации. Такие случаи встречаются редко. Обычно они обусловлены аварийными ситуациями, нарушением технологических процессов.

Радиационный распад, или явление радиоактивности, связан со способностью атомов отдельных химических элементов испускать частицы, несущие энергию. В зависимости от того, какие частицы испускаются, выделяют корпускулярные (а-, b-) и волновые (у-) типы излучения.

B-лучи представляют собой поток электронов. Этот тип излучения обладает незначительной проникающей способностью. Их воздействию подвергается слой клеток, равный толщине слоя кожи человека, ос-частицы есть не что иное, как поток ядер гелия. Проникающая способность а-частиц небольшая, их задерживает даже простой лист бумаги. Они очень опасны при попадании внутрь организма через органы дыхания, пищеварения, открытые раны, ожоги, у-лучи представляют собой электромагнитные волны определенной длины. Они обладают большой проникающей способностью, для защиты от них не всегда эффективен даже металлический экран.

Основной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на организм, является доза. Доза - это количество переданной организму энергии. Однако, при одинаковой поглощенной дозе, разные типы излучения могут иметь разный биологический эффект.

Под действием радиоактивного излучения в клетках происходит ионизация атомов и молекул, в том числе и молекул воды, что вызывает цепь каталитических реакций, приводящих к функциональным изменениям клеток. Наиболее радиочувствительны клетки постоянно обновляющихся органов и тканей: костного мозга, половых желез, селезенки. Изменения касаются механизмов деления, наследственного материала в составе хроматина и хромосом, регуляции процессов обновления и специализации клеток.

Радиация как мутагенный фактор вызывает повреждение генетического аппарата клеток: молекул ДНК, изменение кариотипа в целом. Мутации в соматических клетках облученного человека приводят к развитию лейкозов или других опухолей разных органов. Мутации в половых клетках проявляются в последующих поколениях: у детей и более отдаленных потомков человека, подвергшегося облучению.

Генетические дефекты мало зависят от дозы и кратности облучения. Даже сверхмалые дозы радиации могут стимулировать мутации, иначе говоря, пороговая доза радиации отсутствует.

Опасность радиационного облучения связана с тем, что органы чувств человека не могут улавливать ни один из видов излучения. Установить факт радиоактивного заражения местности можно только приборами.

Радиационную опасность представляют старые захоронения, относящиеся к тому времени, когда радиационным проблемам еще не уделяли должного внимания. Опасные ситуации могут возникать при утилизации отработанного ядерного топлива от АЭС и атомных подводных лодок, при захоронении радиоактивных отходов, которые образовались после уничтожения ядерного оружия. Кроме того, радиоактивные отходы имеют множество промышленных предприятий, научных и медицинских учреждений

Радиация, связанная с развитием ядерной энергетики, составляет лишь малую долю, порождаемую деятельностью человека. Применение рентгеновских лучей в медицине, сжигание угля, длительное пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения.

Избежать облучения ионизирующим излучением невозможно. Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного естественного облучения. Помимо техногенных радионуклидов свой вклад в радиационный фон Земли вносят космическое излучение и излучение от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах природных радиоактивных компонентов.

Приспособленность живых организмов к условиям ионизирующей радиации зависит прежде всего от того, насколько в клетках активно работают ферментные системы, обладающие антимутагенным действием. Известны генетические патологии человека, связанные с нарушением работы таких систем. В основном эта генные мутации, затрагивающие структуру молекул ДНК. Люди, имеющие такие наследственные патологии, обычно умирают в молодом возрасте от раковых заболеваний.

Мутагенными свойствами обладают не только различного типа излучения, но и многие химические соединения: естественные неорганические вещества (окислы азота, нитраты, соединения свинца), переработанные природные соединения (продукты сжигания угля, нефти, древесины, соединения тяжелых металлов), химические продукты, не встречающиеся в природе (пестициды, некоторые пищевые добавки, промышленные отходы, часть синтетических соединений).

Выраженным мутагенным действием в атмосфере городов обладают оксиды азота (III) и (V), которые при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотистую и азотную кислоты, а также выбросы дизельных двигателей; бензопирен, пыль асбеста, диоксины, - образующиеся при неконтролируемом сжигании твердых бытовых и промышленных отходов.

В составе гидросферы наиболее выраженным мутагенным действием обладают соли тяжелых металлов (никель, марганец) и пестициды.

В почве к числу химических мутагенов относятся соли тяжелых металлов и металлорганических соединений, которыми почва загрязнена вдоль автомагистралей и в районах свалок мусора. Например, свинец — один из максимально опасных загрязнителей почв среди металлов. Он может накапливаться в организме человека, вызывая хронические отравления, проявляющиеся в истощении организма, нарушении работы почек, мышечной слабости, тяжелых расстройствах нервной и кровеносной систем.

Употребление в пищу растений, грибов и ягод, собранных вблизи автомагистралей, может привести к пищевому отравлению свинцом, а через несколько лет эффект может проявиться в виде мутации.

В отличие от радиоактивного излучения химические мутагены оказывают действие только при непосредственном контакте с клетками организма. Они могут попасть на кожу, слизистые оболочки дыхательных путей, с продуктами питания оказываться в пищеварительной системе, а затем с питательными веществами перейти в кровь.

С воздействием токсических факторов окружающей среды на эмбрион на ранних этапах его формирования может быть связано появление детей с врожденными пороками развития. Действие этих факторов чаще всего осуществляется через организм матери (через плаценту). Роль мутагенных факторов могут играть вирусные инфекции матери, лекарственные препараты, содержащие гормоны, химические соединения с противоопухолевым действием, успокаивающие и противосудорожные средства. Фактором риска может стать рентгеновское обследование матери. Эмбрион наиболее уязвим в первые три месяца развития. Так, если женщина заболеет краснухой между 3-9 неделями беременности, то возникает риск развития у плода порока сердца, катаракты, глухоты.

Причины, вызывающие врожденные пороки развития, не всегда генетические. Известно около десяти тяжелых наследственных патологий с грубыми пороками развития, которые обусловлены недостатком или избытком одной из хромосом в кариотипе человека. Кариотип при избытке 18-й хромосомы (так называемая трисомия по 18-й хромосоме).

Возникает тяжелая картина наследственной патологии с множественными пороками развития. Обычно дети погибают в течение нескольких месяцев после рождения. Это касается 21-й, 13-й, 18-й хромосом и Х-хромосомы. Причина таких наследственных патологий — неправильное расхождение хромосом к противоположным полюсам клетки во время мейоза при образовании половых клеток или в течение первого и второго деления митоза. К основным механизмам развития пороков на тканевом уровне относятся гибель отдельных клеточных масс, замедление распада и рассасывания отмирающих клеток, нарушение взаимодействия тканей. В результате тот или иной орган недоразвивается или развивается неправильно. Например, смещается устье аорты и развиваются врожденный порок сердца или пороки, связанные с незакрытием нервной трубки, деформацией ушей, укорочением рук, ног и др.

В последние годы все большее внимание к себе привлекают наследственные патологии, проявление которых зависит от согласованной работы многих параллельных генов и факторов окружающей среды. В данном случае под факторами среды имеется в виду не ее токсичность, а образ жизни человека: питание, стрессовые ситуации, аллергены и др. К числу таких патологий относятся сахарный диабет, бронхиальная астма, алкоголизм, гипертоническая болезнь и др. О подобных патологиях говорят, что к ним имеется генетическая предрасположенность. Чаще всего они не проявляются в раннем детстве. Вероятность их развития возрастает по мере прохождения жизни человека, так как значительную роль в развитии названных патологий играет окружающая среда. О возможности развития заболеваний с наследственной предрасположенностью судят на основе анализа родословной семьи на протяжении нескольких поколений.

В качестве примера рассмотрим, как проявляется генетическая предрасположенность к алкоголизму.

Для детей алкоголиков характерны тяжелые умственные поражения, нарушения речи, повышенная расторможенность, неспособность удерживать внимание.

Основу алкоголя составляет этиловый спирт. После попадания в кровь под действием ферментов в процессе обмена веществ он превращается в уксусный альдегид. Именно это соединение воздействует на нервную систему человека, вызывая состояние расторможенности, освобождения от проблем, легкую эйфорию. Под действием другого фермента уксусный альдегид превращается в уксусную кислоту и эффект алкоголя прекращается. У потомственных алкоголиков активность фермента, разрушающего уксусный альдегид, в несколько раз ниже, чем у здоровых людей. Фермент работает более медленно, нейротропное соединение накапливается в крови, и человек быстрее привыкает к алкоголю при регулярном его потреблении. Таким образом, риск стать алкоголиком среди детей алкоголиков в несколько раз выше, чем среди ведущих трезвый образ жизни. Знание о предрасположенности к конкретному заболеванию поможет человеку организовать свой образ жизни так, чтобы максимально уменьшить роль факторов окружающей среды в развитии патологии.

Получение таких конкретных знаний вполне реально в ближайшем будущем. В настоящее время в основном завершена международная программа «Геном человека». Одна из ее задач - узнать тонкую структуру генов, отвечающих за развитие наследственных патологий. Это: необходимо для того, чтобы любой человек из семьи с наследственными патологиями еще в детстве мог сделать анализ ДНК для выяснения предрасположенности к семейным наследственным заболеваниям и при необходимости разработать меры борьбы с ними.