Демэкология. Виды популяций. Типы пространственного распределения особей в популяциях (равномерный, диффузный, агрегированный). Экологическая дифференциация человечества
Демэколо́гия — раздел общей экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения. В рамках демэкологии выясняются условия, при которых формируются популяции. Демэкология описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определённую территорию и относящихся к одному виду.
Типы пространственного распределения особей в популяции:
-Равномерный (регулярный) – равное удаление каждой особи от соседней.
-Диффузный (случайный) встречается в природе часто, особи располагаются случайно, нераномерно.
-Агрегированный (групповой, мозаичный) выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются достаточно большие незаселенные территории.
Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.
Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.
Экологическая дифференциация человечества
Основные типы:
Арктический. Характерно приспособление к влажному холодному климату и кислородной недостаточности. Повышение газообмена, высокое содержание иммуноглобулина и холестерина. Уменьшение длины конечностей.
Жители пустыни. Сухость, высокая температура. Повышенная теплоотдача, за счет испарения и длинные конечности и истощенное тело.
Жители высокогорья. Пониженная температура, гипоксия. Широкая грудная клетка, большая ЖЕЛ, больше эритроцитов, выше уровень гемоглобина, выше уровень окислительных ферментов.
Популяционная структура человечества. Люди как объект действия эволюционных факторов. Влияние мутаций, миграции, изоляции на генетическую конституцию людей. Дрейф генов. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях (пример с серповидноклеточной анемией).
В антропогенетике популяцией называют группу людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Изоляционные барьеры, препятствующие заключению брачных союзов, нередко несет выраженный социальный характер (например, вероисповедание). Размер, уровень рождаемости и смертности, возрастной состав, экономическое состояние, уклад жизни являются демографическими показателями популяций людей. Генетически они характеризуются генофондами. Большое значение в определении структуры браков имеет размер группы.
Популяции из 1500-4000 человек называют демами,
ДЕМ (от греческого demos — народ, население), локальная популяция, небольшая (до нескольких десятков экземпляров), относительно изолированная от других подобных внутривидовая группировка, для которой характерна повышенная по сравнению с популяцией, степень панмиксии. В отличие от популяции дем — относительно кратковременная (существует несколько поколений) группировка особей. Отдельные демы одной популяции могут отличаться друг от друга по каким-либо морфофизиологическим признакам. Генетическое понятие дема во многом соответствует экологическому понятию парцелла.
Популяции численностью до1500 человек — изолятами.
Для демов и изолятов типичен относительно низкий естественный прирост населения — соответственно порядка 20% и не более 25% за поколение. В силу частоты внутригрупповых браков члены изолятов, просуществовавших 4 поколения и более, являются не менее чем троюродными братьями и сестрами. В настоящее время усилились миграции населения в связи с ростом численности людей, совершенствованием средств транспорта, неравномерным развитием экономики.
Популяционные волны — периодические колебания численности людей на обширных или ограниченных территориях, изменение плотности населения (приросты совпадают с важнейшими достижениями человечества, упадок — чума, болезни, войны). Природа изоляционных барьеров между популяциями людей разнообразна. Специфическими для человеческого общества являются формы изоляции, зависящие от разнообразия культур, экономических укладов, религиозных и морально-этических установок.
Фактор изоляции оказывал влияние на генофонды популяций людей.
В основе мутаций лежат наследуемые изменения генетического материала. В результате мутации возникает мутантная аллель гена или мутантная хромосома, обусловливающие появление мутантного признака. Мутации могут возникнуть в любой момент, но их появление более вероятно в делящейся, а не в покоящейся клетке (например, при гаметогенезе, вовремя мейоза). В генетическом отношении важны те мутации, которые возникают при гаметогенезе и наследуются особями потомства. Частота мутации для единичного локуса составляет в среднем 1:100000 половых клеток, однако у человека в целом, генотип которого насчитывает до 120000 (а возможно, и более) генов, мутация вовсе не редкое явление.
Мутагенами по отношению к человеку выступают не только естественные факторы (ультрафиолетовое излучение, температура, ионизирующее излучение, определённая химическая среда), но и факторы, производные научно-технического прогресса (рентгеновские излучения и другие физические факторы, синтетические смолы и другие химические вещества). На частоту мутаций у человека оказывает влияние возраст: вероятность рождения ребёнка, страдающего ахондропластической карликовостью, у пожилых супругов выше, чем у молодых. Некоторые гены Х-хромосомы мутируют в мужском организме чаще, чем в женском.
Генотип человека - это высокоинтегрированная система взаимодействующих генов (а также составляющих их элементов), и случайные изменения в её составе влияют на неё чаще всего отрицательно. Поэтому большинство мутантных генов оказываются вредными для человека.
В небольших популяциях людей мутантные гены могут сохраняться (фиксироваться) или утрачиваться случайным образом. В них хорошо выражен дрейф генов - изменение частоты генов в популяции в ряду поколений под действием чисто случайных (стохастических) факторов. На дрейф генов влияют такие факторы, как число индивидуумов, способных оставить потомство, и вариабельность в размере семьи. Структура популяции человека в прошлом создавала идеальные условия для дрейфа генов. Так, численность сообществ человека палеолита, очевидно, не превышала нескольких сот индивидуумов, именно такова численность сообществ современных охотников и собирателей - аборигенов Австралии.
В настоящее время общепризнанным является тот факт, что различия в частоте некоторых групп крови между близкими поселениями людей в отдалённых уголках земного шара возникли вследствие дрейфа генов: частоты генов в существующих в США небольших религиозных изолятах немецкого происхождения отличаются от соответствующих частот в исходной популяции в Германии и в соседних популяциях в США. Обобщённым примером влияния дрейфа генов на частоту аллелей является «эффект родоначальника». Он возникает, когда несколько семей выселяются на новую территорию и поддерживают высокий уровень брачной изоляции, порвав практически все связи с родительской популяцией. В этом случае в генофонде переселенцев из-за неболыцой численности особей случайно закрепляются одни аллели и элиминируются другие.
Существенное влияние на генофонды популяций людей оказывал фактор изоляции. Длительным проживанием в состоянии относительной географической и культурной изоляции объясняют, например, некоторые антропологические особенности представителей малых народностей: своеобразный рельеф ушной раковины бушменов, большую ширину нижнечелюстного диаметра коряков и ительменов, исключительное развитие бороды у айнов. Сохранению высокого уровня генетической изоляции двух популяций (изолятов), существующих на одной территории, способствуют отличия по физическим признакам или образу жизни. Однако такие барьеры в последнее время исчезают, о чём свидетельствует, например, тот факт, что доля генов от белых людей возросла в настоящее время у американских негров до 25%, а у бразильских негров - до 40%.
Одним из наиболее важных эволюционных факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естественный отбор. За естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус.
(Естественный отбор — процесс, изначально определённый Чарльзом Дарвином как приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. )
О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус. 85% населения Европы имеет в эритроцитах антиген Rh и образует группу резус-положит-х индивидуумов, остальные 15% населения составляют резус-отрицательные индивиды. Синтез антигена Rh контролируется доминантным аллелем Д который проявляется в гомозиготе (DD) и гетерозиготе (Dd). Поэтому резус-отрицательные люди являются рецессивными гомозиготами (dd). Если, например, мать резус-отрицательная (dd), отец резус-положительный (DD или Dd), то при беременности резус-положительным плодом (Dd) эритроциты плода могут проникнуть при нарушении плаценты в организм матери и иммунизировать его. При последующей (второй и т. д. ) беременности резус-положительным плодом (Dd) антирезус-антитела, выработавшиеся в организме матери во время первой беременности, проникают через плаценту в организм плода и разрушают его эритроциты (эритробластоз) . Развивается гемолитическая болезнь новорождённого, ведущим симптомом которой является тяжёлая анемия. В настоящее время успешно применяются различные способы борьбы с этой патологией (например, переливание новорождённому младенцу резус-отрицательной крови) . В отсутствие медпомощи новорождённый с гемолитической болезнью часто погибал. Со смертью таких организмов (гетерозиготных по аллелю Dd) из популяции удаляется равное кол-во доминантных и рецессивных аллельных генов локуса «резус» . Такой направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного, d) аллеля в европейской популяции. Теоретически в ряду из 600 поколений доля рецессивного гена может снизиться с 15% до 1%, на что потребуется около 15000 лет… . Эти селективные факторы влияют на частоту аллелей, определяющих группы крови. Особой жёсткостью выделяется отбор, направленный против гомозигот: гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте. Каждая такая смерть элиминирует из популяции аллели одного вида (рецессивные) , что приводит к сравнительно быстрому снижению изменчивости по соответствующему локусу. Во многих популяциях людей частота аллелей аномальных гемоглобинов (включая аллель HbS) не превышает 1%. Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизн. силой гетерозигот (явление гетерозиса). Действию отбора, снижающего в генофондах некоторых популяций людей концентрацию определённых аллелей, может противостоять контр-отбор, который, наоборот, поддерживает частоту этих аллелей на высок. уровне. Проведённые в Сев. Греции обследования показали, что больные серповидноклеточной анемией (гетерозиготы с генотипом HbS/HbA) болеют малярией в 13 раз реже, чем нормальные люди (НЬА/НЬА) . ..Генофонд популяций чел-ка является рез-том наложения многочисленных и разнонаправленных векторов отбора, обеспечивающего сохранение в каждом поколении сравнительно приспособленных к данным условиям генотипов. При этом со временем влияние отбора на генетическую структуру популяций людей снижается в основном благодаря успехам лечебной и профилактической медицины, а также социально-экономическими преобразованиям цивилизации.
Биологический и социальный аспекты адаптации населения. Проблема адаптации человека к экстремальным условиям Крайнего Севера Тюменской области. Медико-биологические аспекты вахтовой и экспедиционно-вахтовой организации труда.
Биологическая адаптация - приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями и тд. Благодаря биосоциальной природе человека адаптации его к условиям обитания имеют отчасти биологическую, психологическую и социальную природу. В настоящее время преобладающее значение для освоение человеком новых сред обитания и создания лучших условий жизни в уже освоенных средах имеют социально-гигиенические мероприятия, результатом которых служит совершенствование комфорта в местообитаниях людей. Адаптации создаются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Длительное существование групп людей на территориях, различающихся преобладающими климатическими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений комплексов физиологических и психосоматических признаков. Эти комплексы соответствуют экологическим типам людей и обусловливают более высокий уровень приспособленности к проживанию в определенной биогеографической среде за счет адаптивных процессов. Такое положение свидетельствует об относительности понятия экстремальности природных условий в тех или иных регионах планеты.
Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль. Сообщества людей различаются по способу производства материальных ценностей и структуре социально-экономических отношений. Активностью сообществ людей на занимаемой территории определяется уровень воздействия их на окружающую среду. Развивающиеся сообщества (например, в период индустриализации) характеризуются ростом численности населения и увеличением потребностей его в продуктах питания, сырье, водных ресурсах, размещении отходов. В таких сообществах увеличена нагрузка на природную среду, интенсифицировано использование биотических и абиотических факторов. В антропоэкологических системах процессы осуществляются в двух главных направлениях: 1) изменяются биологические и социальные показатели индивидуумов и сообщества в целом как ответ на требования, предъявляемые человеку средой; 2) осуществляется перестройка самой среды для удовлетворения требований человека. В истории человечества усиливалась роль второго направления. Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека. Хорошо иллюстрируется роль естественных механизмов при переходе человека в экстремальные условия местообитаний (высокогорье; Арктика с её суровым климатом, необычными атмосферными явлениями и пониженным содержанием микроорганизмов в почвах и воздухе, специфической сменой дня и ночи). Как правило, люди, привыкшие жить в умеренных широтах, при перемещении в Заполярье болезненно реагируют на перемены, испытывают болезненные ощущения и длительно могут находиться в ухудшившемся состоянии (повышается артериальное давление, учащается пульс, падает работоспособность, снижается до 3000-3500 в 1 мм3 количество лейкоцитов). По прошествии определённого времени функциональные показатели возвращаются к нормальному уровню, восстанавливается работоспособность, оперативная память, защитные механизмы организма. Происходит акклиматизация человека к новым условиям обитания, основным критерием которой является восстановление высокого уровня трудоспособности. В основе акклиматизации лежат естественные приспособительные механизмы организма человека. Адаптации человека к факторам окружающей среды носят опосредованный характер. Действие экологических факторов всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В процессе труда человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между своим организмом и природой. К тому же естественные экосистемы в настоящее время всё больше вытесняются антропогенными экосистемами, в которых человек является абсолютно доминирующим экологическим фактором.
Среда обитания человека представляет собой переплетение взаимодействующих биологических, психических и антропогенных экологических факторов, набор которых различается в разных природно-географических и экономических регионах планеты. В таких условиях необходим единый интегральный критерий качества среды с точки зрения ее пригодности для обитания человека. Согласно Уставу Всемирной организации здравоохранения, принятому в 1968 г., этим критерием служит состояние здоровья населения. В исследования по экологии человека термин “здоровье” используют в широком смысле как показатель полного физического, психического и душевного благополучия.
В связи с ростом потребностей в природном газе и конденсате на севере Тюменской области была начата разработка новых газовых и газоконденсатных месторождений .Природные условия жизнедеятельности человека на Крайнем Севере характеризуются экстремальностью.Предпосылки нарушений в психоэмоциональной сфере и развитии психосоматической патологии создаются тем, что производственная деятельность в суровых условиях Крайнего Севера представляет много трудностей и нередко сопровождается длительной, чрезмерной профессиональной перегрузкой. ООО "Ямбурггаздобыча" функционирует в климатических условиях Крайнего Севера, практически мало пригодных для постоянного проживания людей из-за дополнительного воздействия на человека изменениями магнитного поля Земли, пониженного содержания кислорода в воздухе, нарушения суточной периодичности полярного дня и полярной ночи. Природа Крайнего Севера представляет заболоченную местность с множеством рек и озер, отсутствием кустарников и деревьев. Поэтому человек в этих условиях, как правило, испытывает дополнительно психологический дискомфорт, хотя некоторые исследования отмечают, что климатические условия Крайнего Севера, с точки зрения восприятия их людьми "материка", могут нести как положительные, так и отрицательные эмоции, что соответственно определяет направленность и характер течения тех или иных физиологических процессов в организме. Сроки пребывания на вахтовых работах в условиях Крайнего Севера являются одним из решающих обстоятельств, обуславливающих "аккумуляцию" экстремальных эффектов.
Правомерны суждения и о том, что увеличение периода проживания в экстремальных условиях влияет на устойчивость-изменчивость личностных диспозиций, воздействует на психологические свойства и состояния личности, постепенно ведет к депрессии, психофизиологическому кризису и эмоциональной неустойчивости, причинами чего являются условия почти постоянной жизни на Севере, узость социального окружения, однообразный быт. Другим, не менее важным условием при адаптации человека к экстремальным условиям жизнедеятельности на Крайнем Севере при работе вахтовым методом является возрастной фактор.
Экологическая дифференциация человечества подразумевает географическую приуроченность разных признаков организма и свидетельствует об устойчивых приспособительных реакциях у человечества. Особенности:
Независимо от расовой и этнической принадлежности реакция организма на одни и те же воздействия идет в одном и том же направлении.
Норма реакции осуществляется в пределах границ, присущих этнической группе, что говорит о генетической природе реакции.
Наличие у всех человеческих популяций компенсаторных реакций по отношению к их ОС.
Адаптации у человека проявляются в 2 формах:
Неспецифическая, связанных с общим повышением иммунных свойств и усилением устойчивости организма к неблагоприятным факторам.
Специфическая, узко направлена на приспособление к определенным условиям ОС (на холод, повышение теплопродукции).
Основные типы:
Арктический. Характерно приспособление к влажному холодному климату и кислородной недостаточности. Повышение газообмена, высокое содержание иммуноглобулина и холестерина. Уменьшение длины конечностей.
Жители пустыни. Сухость, высокая температура. Повышенная теплоотдача, за счет испарения и длинные конечности и истощенное тело.
Жители высокогорья. Пониженная температура, гипоксия. Широкая грудная клетка, большая ЖЕЛ, больше эритроцитов, выше уровень гемоглобина, выше уровень окислительных ферментов.
В связи с разработкой в Тюмени газовых месторождений на севере Тюменской области, приток пришлого населения резко увеличился. Лица пребывающие на севере испытывают: адаптационное напряжение, климатический дискомфорт.
Существует 2 вида организации труда:
Вахтовый. Радиус доставки рабочих 10-100км
Экспедиционно-вахтовый. Радиус доставки 1000 км. Более опасный, смена часовых поясов.
Задачи медиков: изучение, людей при отправке, резервных возможностей организма. Биоритмологический подход.