Законы экологического минимума и экологической толерантности

Адаптация

Активная жизнедеятельность любого организма или группы организмов зависит от комплекса определенных условий (факторов). Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, была впервые сформулирована в 1840 г. известным агрохимиком Ю.Либихом.

Изучая питание растений, он установил, что "рост растений зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве". Этот вывод определен как закон минимума.

К настоящему времени этот принцип дополнен двумя положениями. Первое - закон минимума применим только в условиях стационарного состояния, т. е. когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы. Второе положение касается взаимодействия факторов. Так, высокая концентрация или доступность одного вещества либо действие другого (не минимального) фактора может изменить скорость потребления элемента, содержащегося в минимальном количестве.

Иногда организм способен заменить, хотя бы частично, дефицитный элемент другим, химически близким. Так, в местах, бедных калием и кальцием, например в тундре, растения (лишайники) поглощали из почвы радиоактивный цезий-137 и стронций-90. Эти радионуклиды вначале концентрировались в растениях, а потом включались в пищевые цепочки, доходя в конце концов до человека.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток тех или иных экологически значимых условий (факторов), но и их избыток.Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом.

Диапазон между этими двумя величинами называется пределами толерантности (переносимости), а кривая, характеризующая зависимость переносимости от фактора (градиента фактора), называется кривой толерантности (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Кривая толерантности (А -активность организма, живучесть, приспособляемость, адаптация организма; F - количественное выражение экологического фактора - температура, влажность, содержание веществ и др.)

Закон толерантности был сформулирован В.Шелфордом в 1913 г.

Кривые толерантности обычно унимодальны(Унимодальная кривая — кривая распределения случайной величины, имеющая один максимум (наиоолее типичное значение).) и имеют форму колокола, вершина которого отвечает условиям, оптимальным для данного процесса (фактора), а хвосты соответствуют пределам толерантности. Соответствие между организмом и его средой (приспособление организма к среде его обитания) есть адаптация.

Растения и животные, в том числе и человек, адаптированы к окружающей среде посредством генетических, физиологических и эмбриональных механизмов.

Адаптацию рассматривают в двух аспектах: статическом - как состояние и динамическом - как процесс.

В первом случае выделяется особое свойство организма (биосистсмы) - его устойчивость к окружающим условиям. Это свойство оценивается по параметрам среды, в которой находится организм.

Во втором случае понятие адаптации отражает приспособление организма к меняющимся условиям среды.

Условия окружающей среды в общем случае можно подразделить на два типа: адекватные и неадекватные. Адекватные - это такие условия, которые соответствуют врожденным или приобретенным свойствам организма, а неадекватные условия не соответствуют таким свойствам.

Жизнедеятельность организма в неадекватных условиях среды требует включения дополнительных механизмов (процессов) и достигается обычно через особый биологический феномен - адаптацию.

Место адаптации среди других состояний организма представлено схематично на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Возможные состояния организма (биосистемы)

Особым случаем неадекватных условий среды являются экстремальные условия (факторы) среды, такие как температура, давление, наличие радиации и т.д. Можно определить экстремальные факторы как крайние, весьма жесткие условия среды, неадекватные врожденным и приобретенным свойствам организма.

Из массы раздражителей внешней среды экстремальные воздействия могут выделяться по интенсивности (силе), по социальной и биологической значимости, по специфичности или новизне своего действия на организм.

К экстремальным следует отнести также факторы, при действии которых на человека у него возникает состояние динамического рассогласования. Последнее может характеризоваться нарушением адекватности физиологических реакций (такая реакция возникает прежде всего при действии экстремальных физических или химических факторов, обычно формирующих производственную среду).

Нарушение адекватности психологических и поведенческих реакции характерно для информационно-семантических экстремальных (при взаимодействии близких по значению или по звучанию языковых единиц) факторов.

Однако наиболее частым, хотя и не обязательным, является смешанный тип ответа, когда первичное изменение физиологических реакций является поводом для последующего и вменения поведенческих реакций или, наоборот, вторичное появление физиологических сдвигов является следствием первичного изменения психологических характеристик.

Провести четкую границу между обычными и экстремальными факторами не представляется возможным. Одни и те же воздействия в одно и то же время для одних индивидуумов или особей могут являться обычными, для других - экстремальными. Различия определяются не только спецификой факторов, но и свойствами данного организма.

Отсюда ясно, что для характеристики экологических факторов обычных и экстремальных можно использовать графическую зависимость толерантности, представляя се на оси абсцисс в виде свойства приспосабливаемости (адаптации).

Наиболее часто экстремальные факторы проявляются в производственной среде. Факторы производственной среды, в результате воздействия которых на производственный персонал происходят травмы или заболевания, называются опасными и вредными производственными факторами (ФПО - факторы производственной опасности). ФПО представляют собой неадекватные условия среды.

Используя физиологические термины, можно сказать, что адаптация есть процесс поддержания функционального состояния гомеостатических систем(Гомеостатические системы — системы, обеспечивающие скоординированные реакции по поддержанию или восстановлению внутренней среды организма.) и организма в целом, обеспечивающий его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни в неадекватных условиях среды.