Законы экологического минимума и экологической толерантности. Процесс адаптации

Процесс адаптации организма (биосистемы) к среде и его исходы развиваются во времени. На рис. 3.9 представлена одна из возможных моделей адаптации. Схема иллюстрирует, каким образом биосистема (организм) из адекватных условий среды, к которым она приспособлена (канал 1), попадает в неадекватные условия (канал 2).

Рис. 3.9. Схема, иллюстрирующая переход организма (биосистемы) из одних условии среды в другие

После некоторого временного пребывания в этих условиях организм (биосистема) снова оказывается в адекватных условиях среды (канал 3). При этом возможны следующие исходы:

1. Сохранность системы (биосистемы, организма).

2. Выход с прогрессивными изменениями.

3. Дефект системы:

а) во входе в канал;

б) в канале;

в) сразу после выхода;

г) после выхода через определенный срок;

д) укорочение срока полноценной жизни.

4. Гибель системы:

а) во входе в канал;

б) в канале;

в) сразу после выхода;

г) через некоторое время после выхода.

5. Влияние на потомство:

а) потомство с дефектом (генетическим, негенетическим);

б) гибель потомства.

Анализ последствий воздействия ионизирующей радиации на живой организм в полной мере подтверждает эту модель.

Классифицируя процессы адаптации, необходимо учитывать ряд обстоятельств, среди которых можно выделить:

1. факторы среды (физические, химические, психические, бактериально-вирусные);
2. свойства организма и жизненный период (детский, старческий, мужской, женский, национальные особенности);
3. характер адаптационных перестроек в различных системах биорегуляции (нервная, гормональная, иммунная и др.) и по всем уровням гомсостатических систем (сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и т.д.);
4. уровень организации биосистемы: орган, микрорайон, клетки, молекулы.

Биофизические механизмы рассматривают начиная с молекулярного и клеточного уровня организации и кончая организменным.

В физиологии под адаптацией понимают изменение чувствительности органов под влиянием действия раздражителя. В этом случае выделяют два типа адаптации - негативную и позитивную. Первая включает два случая:

полное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя;

притупление ощущения под влиянием действия сильного раздражителя.

Примером позитивной адаптации является, в частности, увеличение чувствительности глаза под влиянием пребывания в темноте.

Установлено, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя; или, иначе, при возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущения увеличивается в арифметической прогрессии. Математически это выражение выглядит так:

где S - интенсивность ощущения; У - сила раздражителя; К и С - константы.

Такое выражение называется законом Вебера - Фехнера, и его относят к одному из основных психофизиологических законов. Этот закон отражает количественное соотношение между изменениями параметров сенсорных стимулов и ощущениями и показывает, что разностная чувствительность относительна, а не абсолютна. Следовательно, отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной.

Порог различия характеризуется относительной величиной, постоянной для данного анализатора. Для зрительного анализатора это отношение составляет 1/100, для слухового - 1/10, для тактильного - 1/30 (только для раздражителей средней силы).

Установлено, что закономерности, аналогичные уравнению Вебера - Фехнсра, реализуются для многих адаптивных систем. Это находит свое выражение в графическом виде (рис. 3.10). На рис. 3.10, отражающем зависимость реакции от стимула для управляемых (адаптивных) систем, область ab является областью действия отрицательной обратной связи. Эта область называется гомокинетическим (гомеостатическим) плато и отражает зависимость, аналогичную выражению (3.1). Ниже точки а и выше точки b лежат области действия положительных обратных связей в анализируемой системе.

Рис. 3.10. Графическая зависимость сопротивления адаптивной системы управлению от величины управляющих воздействий [R - реакция (сопротивление системы управлению); S - стимул (управляющее воздействие)]

Движение по ним ведет в конечном счете к разрушению системы. Точки а и b применительно к экологическим системам называются экологическими порогами. Их установление и оценка очень важны для решения практических задач прикладной экологии.

Если совместить кривую толерантности (см. рис. 3.7) с кривой зависимости S-R (см. рис. 3.10), то можно увидеть,что область экологического оптимума совпадает с гомокинетическим (гомеостатическим) плато, а область экологической неустойчивости совпадает с областями экологических порогов.