Текст книги "Экология"

Организм человека имеет ряд защитных систем, которые противостоят неблагоприятным воздействиям внешней среды, поэтому при различных экопатологиях поражаются в первую очередь.

Первой защитной системой являются кожные покровы, а также слизистые оболочки легких и пищеварительного тракта. Через них поступают различные вредные вещества, растворенные в воде или просто находящиеся в атмосферном воздухе. Для территорий с повышенным химическим загрязнением характерны различные типы легочных заболеваний, заболеваний верхних дыхательных путей, а также разнообразные кожные болезни.

Второй защитной системой организма является печень, обладающая способностью детоксикации вредных веществ (и даже ядов), попавших в организм вместе с пищей. Если печень человека оказывается перегруженной токсическими веществами, то возникают такие тяжелые болезни, как цирроз и онкологические заболевания.

Главной защитной системой, предназначенной для защиты целостности и здоровья организма, является иммунная система. Она включает процессы и средства клеточной и гуморальной защиты от бактериальных загрязнений внешней среды и чужеродных белков, т. е. от попавших в организм бактерий и прочих возбудителей заболеваний биологического происхождения. В случае, когда иммунная система испытывает экологический стресс, ее работа нарушается.

Заболевания иммунной системы очень характерны для нашего времени. Первая стадия таких заболеваний связана с ее гиперчувствительностью, приводящей к различным типам аллергий. Вторая стадия обусловлена иммунодефицитом – истощением иммунной системы, которое ведет к тому, что организм катастрофически теряет сопротивляемость к любым болезням и поражениям. Чувствительность человеческого организма к агрессии окружающей среды зависит также и от его возрастных особенностей.

Онтогенез человека делится на несколько крупных периодов, которые свойственны развитию всех многоклеточных существ и особенно высших животных, сходных с человеком.

Прежде всего это эмбриогенез, т. е. тот период развития, который проходит у человека в утробе матери под защитой специального барьерного органа – плаценты. В свою очередь эмбриогенез, длящийся 9 мес., состоит из нескольких принципиальных этапов. Первый этап связан с оплодотворением, т. е. с самим фактом встречи родительских половых клеток. В это время зародышевые клетки подвержены влиянию естественного отбора, так как далеко не все родительские клетки способны к дальнейшему развитию. Второй этап, с которого начинается эмбриогенез, – это превращение одной клетки – оплодотворенного яйца – в многоклеточный организм (дробление). Третий этап связан с началом дифференциации (специализации) клеток в организме и знаменуется появлением в нем трех первичных типов тканей. При этом в зародыше происходит перемещение клеточных пластов, а затем начинается этап органогенеза, т. е. закладка и образование различных органов и систем организма, характеризуемый сложными явлениями дифференциации клеток и объединением их в структуры. К двум месяцам развития складывается защитная система материнского организма – плацента, которая в дальнейшем и питает, и защищает развивающийся плод. В остальные семь месяцев развития человека под защитой плаценты его органы приобретают функциональную активность и быстро растут.

Значительным и драматичным для человеческого организма является появление на свет, т. е. роды. Этот период также подвержен действию естественного отбора: не все зародыши благополучно доходят до конца эмбриогенеза и благополучно рождаются на свет. Далее наступает период детства, первым этапом которого является грудное вскармливание, когда в течение года особенно важным для человека является фактор питания. За это время происходят большие изменения в нервной системе, созревают рецепторные системы (органы чувств), у ребенка закладывается интуитивный образ мира.

Следующий этап детства продолжается до шести-семи лет, когда окончательно созревает нервная система и вместе с ней способность к познанию окружающего мира. Увеличивается количество извилин в коре больших полушарий головного мозга, ребенок активно обучается, у него созревают условно-рефлекторные связи, т. е. в нервных связях запечатлевается жизненный опыт. Период детства сменяется препубертатным периодом, когда начинается и постепенно на протяжении нескольких лет происходит созревание эндокринной системы, завершающееся наступлением юношеского периода, когда у подростка созревает репродуктивная система и половые гормоны включаются в эндокринную систему регуляции организма. Таким образом, нервная система и эндокринная система, т. е. две координирующие системы организма, окончательно созревают уже после рождения ребенка.

Все эти сложные процессы роста и созревания завершаются в среднем к 18 годам у женщин и к 20–21 году у мужчин, после чего следует длительный репродуктивный период – период мощной и согласованной работы всех систем организма. Это период воспроизведения, размножения и наивысшей работоспособности человеческого организма во всех отношениях.

После завершения репродуктивного периода (у женщин к 45–50 годам, у мужчин – несколько позже) начинается переход к периоду старения, в котором принято выделять несколько стадий: климакс, пожилой возраст и долгожительство, начинающееся в наше время после 90 лет.

Созревание, согласованная работа и последующее старение у людей различных рас приходятся на несколько разный возраст. Вместе с тем возрастные характеристики связаны с состоянием окружающей человека среды. Ряд факторов среды обитания способствуют как более раннему созреванию, так и более раннему старению человеческого организма.

В онтогенезе человека, как и других живых существ, выделяют некоторые моменты, которые принято называть «критическими», т. е. наиболее чувствительными к повреждающим факторам и условиям среды. Так, первый период онтогенеза, связанный с оплодотворением, размножением, перемещением клеток, органогенезом, безусловно, является критическим. Также и после рождения переход от каждого очередного периода онтогенеза к последующему связан с изменениями в управляющих системах организма, следовательно, является критическим.

Все эти «чувствительные точки» являются возрастными мишенями для действия стрессорных факторов окружающей среды. По данным медицинской статистики соответствующие возрастные группы людей характеризуются повышенной заболеваемостью и смертностью.

Человеческая популяция, для того чтобы воспроизводиться полноценно, должна подвергаться воздействию фильтра – естественного отбора, который отметает, приводит к гибели наименее жизнеспособные особи. Наиболее результативно действие естественного отбора происходит именно в те моменты, которые были названы критическими периодами. В частности, из всех оплодотворенных яйцеклеток у человека до конца эмбрионального периода доходит не больше половины. Подверженными влиянию естественного отбора оказываются зародыши, несущие какие-либо летальные гены, а также те или иные уродства.

Детеныши, больные из-за мутантных генов (хромосомных изменений), а также в результате нарушений развития в течение эмбриогенеза, нежизнеспособны в условиях дикой природы и, скорее всего, были бы ею «отбракованы». Однако развитие медицины и общее повышение уровня жизни человека, особенно в XIX и XX вв., вывело человеческую популяцию из-под влияния естественного отбора, и поэтому у человечества накопился достаточно значительный генетический груз. В наше время известно более двух тысяч наследственных болезней человека, вызванных различными мутациями.

С другой стороны, если родительские клетки не содержат мутантных генов, но в течение эмбриогенеза происходят какие-либо нарушения развития, то зародыш превращается в неполноценного, «дефектного» ребенка. Вещества, вызывающие нарушения эмбрионального развития и приводящие к возникновению уродств, называются тератогенами, а соответствующий эффект – тератогенным.

Если уродства возникают в течение эмбриогенеза, то в природе такие маленькие человеческие существа были бы нежизнеспособны. Однако современная медицина позволяет им выжить. Такие люди, несущие уродства или мутантные гены, иногда могут давать потомство, тем самым отягощая генетический груз человечества.

Все это привело к тому, что в настоящее время до 30 % новорожденных имеют те или иные отклонения либо в строении, либо в функциональной деятельности различных систем организма, причем до 10 % из них могут обладать значительными отклонениями в своей морфологии, т. е. уродствами.

Следовательно, экологическая агрессия воздействует на различные системы, функции формирования и развития человека. Основными мишенями воздействия агрессивных факторов среды являются: генетический аппарат, репродуктивная функция и иммунная система.

Генетический аппарат. Воздействие непосредственно на генетический аппарат – гены, хромосомы, ДНК половых клеток приводит к мутагенному эффекту, что характерно для радиационного воздействия.

Канцерогенный эффект может возникать, когда различные изменения в ДНК происходят не в половых, а в других клетках организма. При этом трансформация различных тканей и клеток в опухолевые может происходить под влиянием не только радиации, но и ряда химических веществ.

Токсические воздействия могут вызвать тератогенный эффект, т. е. возникновение уродства у плода вследствие нарушений в процессе развития, или же эмбриотоксический эффект, т. е. врожденные изменения и болезни, не связанные с появлением уродств, но ведущие к тяжелым функциональным поражениям, например, нервной системы. Они часто вызываются алкоголем и вирусными заболеваниями.

Репродуктивная функция. В результате действия различных повреждающих факторов среды может нарушаться также репродуктивная функция мужчин и женщин. Так, в Москве в настоящее время на 50 % выросло количество бесплодных мужчин и значительно увеличилось количество страдающих бесплодием женщин. Изменения в репродуктивной функции связаны не только с химическим воздействием на половые железы, но также могут быть и результатом стресса, недостаточности или извращения питания, а также следствием повреждений на различных этапах матричного синтеза в клетках, вызываемых некоторыми антибиотиками и лекарственными препаратами.

Иммунная система. Мишенью действия токсичной среды является также иммунная система, чувствительность которой повышается при действии пестицидов, промышленной пыли и других техногенных факторов.

Метаболизм. Метаболизм человека – важная мишень токсического влияния техногенной среды. Прежде всего происходит поражение печени тяжелыми металлами, алкоголем, инфекционной патологией, некоторыми вирусами.

Нервная система. Нервная система – серьезная мишень техногенного воздействия. Воздействие на центральную нервную систему ведет к болезням, которые называют неврозами, а также страдает вегетативная нервная система и рецепторы. В частности, рецепторы (органы чувств человека) могут сильно повреждаться такими факторами среды, как изменение светового режима, вибрации, шумовые перегрузки и др.

Воздействие стрессоров[98]98
  Стрессоры – разнообразные факторы, вызывающие стресс.


[Закрыть] на человека вызывает эффект напряжения и перенапряжения и может привести к дистрессу. В зависимости от исходного состояния человека при дистрессе возможны самые разнообразные последствия.

Желудочно-кишечный тракт. Мишенью агрессивного действия среды является микрофлора, на которую воздействуют различные отравляющие вещества, содержащиеся непосредственно в пище или в воде, в результате чего возникает очень тяжелая и достаточно распространенная в наше время болезнь – дисбактериоз.

Вид Homo sapiens характеризуется широкими способностями к адаптации и полиморфизмом (разнообразием в проявлении внешних признаков). Это позволило людям расселиться по всему земному шару, освоив различные климатические зоны, географо-биологические условия и приспособившись к различным диетам.[99]99
  Диета (от греч. diaita – образ жизни, режим) – определенный режим питания.


[Закрыть]

С генетических позиций это означает, что человек обладает широкой «нормой реакции» многих генетических свойств. Автор концепции «нормы реакции» (Ф. Добржанский) определил ее как «полный спектр, весь репертуар различных путей развития, которые могут выявиться у носителей данного генотипа в любой среде».

Природные экосистемы, в которых живут отдельные популяции людей, многообразны. Исторически сложившиеся популяции, приспособленные к определенным природным условиям, условно называют экотипами. Представители различных экотипов отличаются телосложением, типом лицевого скелета, цветом кожи и волос, пищевыми адаптациями и энергетическим балансом, иммунитетом к определенным заболеваниям, а также скоростью роста и развития. Резкая перемена условий обитания для представителей любого экотипа означает стрессовую, а часто даже экстремальную ситуацию. Наиболее крупные адаптивные типы (экотипы): арктический, тропический, аридный (обитатели пустынь), высокогорный, средиземноморский, среднеевропейский.

Типы географо-биологической среды обитания, определяющие экотипы человека, соответствуют основным климатическим зонам. Для каждого типа среды обитания, как правило, характерен определенный тип хозяйственного уклада людей. Наибольшая населенность, развитие городов, современный уклад жизни и хозяйства более всего характерны для зон смешанных лесов умеренного климатического пояса, а также для зоны тропических лесов и степей. В этих зонах сосредоточено 79 % населения Земли. Еще 12 % людей обитают в горных районах, а остальные климатические зоны заселены слабо. Возникновению древнейших цивилизаций на Ближнем Востоке способствовал комплекс благоприятных экологических условий, а именно: обилие воды, плодородные почвы, речные транспортные пути, благоприятный климат в долинах рек Египта и Месопотамии.

Экстремальными условиями для отдельного человека являются любые резкие изменения в образе жизни, а опасными для жизни – условия, адаптация к которым невозможна (т. е. выходит за пределы физиологической толерантности, видовой генетической нормы реакции). Причем адаптационные возможности организма человека определяются не только физиологическими, но и социальными условиями и факторами. Наиболее комплексный показатель индивидуальной адаптации человека к условиям среды – его работоспособность и общий жизненный тонус, которые отражают сложные взаимодействия гормонального статуса, состояния нервной, иммунной и других физиологических систем организма, а также и свойства личности (т. е. совокупности социальных, интеллектуальных, эмоциональных и духовных черт человека).

Экстремальные ситуации, связанные с питанием и энергетическим обменом. Энергия, получаемая человеком из пищи, необходима для поддержания обмена веществ, в том числе для поддержания постоянной температуры тела в состоянии покоя или основного обмена, а также для всех видов деятельности, роста и размножения. Регулирование общего энергетического баланса взрослого человека, исключающее резкие колебания веса тела, осуществляется нервной и эндокринной системами. Пользуясь специальными таблицами, можно для разных видов деятельности и с учетом возраста рассчитать необходимый расход энергии, в соответствии с которым составить пищевой рацион.[100]100
  Рацион (от лат. ratio – расчет, мера) – суточная норма, порция пищи определенного состава на известный срок.


[Закрыть]

Далее в нем следует сбалансировать содержание белков, жиров, углеводов, витаминов и микроэлементов, а также воды.

Основной обмен энергии взрослого человека составляет около 300 кДж/ч, энергетические затраты горожанина при обычной деятельности – около 450 кДж/ч, а при тяжелой работе – до 2000 кДж/ч. В среднем энергетические траты человека принимают равными 8500—12 500 кДж/сут. В примитивных обществах в связи с тяжелым трудом и большей зависимостью от внешних температурных условий затраты энергии у людей выше.

Болезни, связанные с различными видами недостаточности питания, распределены на земном шаре по зонам. Там, где в избытке потребляются углеводы и в пище недостаточно белков, наблюдается болезнь квашиоркор (белковое голодание). Общий недостаток калорийности пищи зачастую ведет к слабоумию (маразму). В некоторых районах Земли часты заболевания щитовидной железы, связанные с недостатком в природной среде йода. Авитаминоз А и связанные с ним нарушения зрения и болезни кожи возникают при недостатке в рационе жиров. Недостаточность витаминов группы В – причина тяжелых заболеваний нервной системы, а витамина С – причина снижения иммунитета и цинги. Недостаток никотиновой кислоты вызывает пеллагру. В целом выделяют три группы сообществ людей, которым преимущественно характерны:

1) белковая диета – сообщества охотников и пастухов;

2) углеводная диета – сообщества земледельцев;

3) смешанная диета – цивилизованные сообщества.

Первой группе сообществ присущи болезни, связанные с недостатком углеводов и ряда микроэлементов, второй группе – авитаминозы, связанные с однообразием растительной пищи (преобладанием какой-либо зерновой культуры и недостатком зелени и фруктов), а также белковое голодание и общее истощение из-за низкой калорийности пищи. Современные горожане страдают болезнями от избытка калорийности, несбалансированности питания, недостатка овощей, фруктов и других видов свежих натуральных (неконсервированных) продуктов. Естественные для названных групп людей различия в росте, телосложении и весе также во многом определяются особенностями питания.

Климатическая адаптация. Определенная доля энергии затрачивается организмом человека на поддержание постоянства температуры тела. В отличие от других теплокровных животных человек дополнительно использует культурные и социальные приспособления: жилье, одежду, системы отопления, вентиляции, кондиционирования и т. д. Благодаря этому сообщества человека успешно выживают в экстремальных климатических условиях.

Способность людей разных экотипов к акклиматизации (длительной адаптации) к высоким и низким температурам различна. В среднем акклиматизация к теплу происходит быстрее, чем к холоду, так как связана со скоростью изменения основного обмена. Акклиматизация к холоду зависит от питания, в частности, от содержания в диете белков и жиров. При этом у людей, как и у животных, образуется подкожный жировой теплоизолирующий слой.

Изучение температурных границ организма человека при выполнении различных видов квалифицированной работы показало, что при достижении верхней границы температурного оптимума для человека (27–28 °C) эффективность работы снижается, а число ошибок возрастает. При более высокой температуре нарушается сон. Нижней границей температурного оптимума является +18 °C. Установлено, что при температуре ниже +13 °C несчастные случаи на производстве происходят на 34 % чаще, чем при +18 °C.

8.2. Экология человечества

Человечество, как и всякую популяцию живых организмов, характеризуют статистические характеристики (численность, плотность, пространственная структура, половой и возрастной состав), а также динамические характеристики (рождаемость, смертность, миграционная активность, скорость роста, продолжительность жизни, кривые выживания).

Для человеческой популяции также существуют лимитирующие факторы. С одной стороны, это ограничения распространения популяции в пространстве, а с другой стороны, – лимиты и регуляция численности населения.

За время своего существования человечество прошло путь от популяции первобытных людей, зависимых от природы и находящихся под прессом естественного отбора, до современного человечества, обладающего всеми средствами медицины и технологической цивилизации; при этом и численность, и лимитирующие ее факторы также претерпели значительные изменения.

Численность популяций древнего человека в досельскохозяйственную эпоху подвергалась регулированию (см. разд. 5.1) «сверху» – хищниками и паразитами, «со стороны» – конкурирующими видами, «изнутри» – каннибализмом, войнами, инфантицидом (умерщвлением детей) и, наконец, «снизу» – истощением ресурсов. По мере развития цивилизации все большее значение для регуляции численности человечества приобретает фактор истощения ресурсов.

Первые популяции людей на Земле, жившие собирательством и охотой, были более или менее равномерно распределены в пространстве. Они представляли собой разбросанные группы людей между северной Африкой и южной Европой. Затем постепенно, в Средние века, начался процесс урбанизации,[101]101
  Урбанизация (от лат. urbanus – городской) – процесс сосредоточения населения и экономической жизни в крупных городах.


[Закрыть] который особенно интенсивно идет в наше время.

Если до 1900 г. в городах жило всего около 14 % населения, то в конце XX в. массовая урбанизация стала определять характер распределения человеческой популяции на Земле. При этом существенную роль играют три демографических процесса: миграция из сельских районов в город; естественный прирост городского населения; превращение сельских районов в города.

В наши дни в городах живет примерно половина населения Земли (рис. 8.1). При сохранении таких демографических тенденций в ближайшие годы число горожан в мире удвоится через 20–30 лет. Рост городов в настоящее время характерен преимущественно для стран третьего мира (три из пяти городов с населением около 15 млн чел. находятся в развивающихся странах). Только очень небольшая часть человечества заселяет многочисленные северные и экваториальные земли, где плотность населения гораздо меньше.

Рис. 8.1. Рост городского населения в конце ХХ в. по данным UNDP (см. разд. 10.7.2)

Урбанизация вызывает следующие проблемы:

• изменения в природных экосистемах;

• изменения в образе жизни, здоровье и психологии человека;

• региональные геоэкологические проблемы (например, изменение климата).

Зависимость городов от обеспечения извне продовольствием, водой, энергоресурсами, необходимость систематического изъятия отходов, рекультивации земель, организации рекреационных зеленых зон как с целью очищения воздушных и водных масс, так и с целью организации оздоровления и отдыха горожан постоянно увеличивается.

В последние десятилетия из-за роста уровня загрязненности городской среды сложилась тенденция «расползания» городов и образования мегаполисов,[102]102
  Мегаполис или мега(ло)полис (от греч. megas – большой и polis – город) – «сверхгород», гигантский город, образовавшийся в результате роста и фактического слияния многих городов и населенных пунктов.


[Закрыть] выражающаяся в образовании кольца спальных районов в зеленой зоне и в развитии «челночного» автотранспорта, доставляющего горожан к местам работы в центре и обратно. Все это ведет к усилению загрязнения и разрушения природных экосистем.

Мегаполисы представляют собой искусственную среду обитания человека, имеющую свои особые лимитирующие факторы в развитии и росте человеческой популяции. Современный город является неустойчивой экосистемой с преобладанием гетеротрофных звеньев пищевых цепей. Городская среда для поддержания экосистемы нуждается в постоянной заботе человека. Животный мир города достаточно разнообразен, однако не является природным зооценозом и не имеет способности к саморегуляции.

Животные города представлены в основном синантропными видами: крысами, мышами, тараканами, воронами, одичавшими кошками и собаками, а также разнообразными домашними животными. На окраинах города прикармливают и таких животных, как белки, зайцы, лисы, многие виды птиц. Почвенные биоценозы города сильно загрязнены, почвы переуплотнены, неплодородны, нуждаются в рекультивации.

Стихийное развитие городов также таит в себе много опасностей и для горожан, ибо до последнего времени планирование городского хозяйства велось без учета экологических факторов и их влияния на здоровье и благополучие человека. Большинство проблем, связанных с экологией человека в городе, имеют санитарно-гигиенические, социальные и психологические корни, так или иначе связанные с перенаселением и всеми видами загрязнения среды обитания. Городская среда, с одной стороны, предоставляя человеку комфорт, лишает его необходимых факторов физиологической тренировки, а с другой стороны, она щедра на стрессовые воздействия. Химические, физические, социально-психологические, информационные стрессы создают постоянный источник опасности для физического и психического благополучия современного горожанина.

Рассматривая комплекс проблем, связанных с урбанизацией и прогнозом развития человечества, С. П. Курдюмов и С. П. Капица предложили математическую модель, по которой определили оптимальную величину населения города – 300 тыс. чел. В результате они пришли к выводу, что одним из условий выживания человечества должно быть его рассредоточение по Земле.

Вблизи города, помимо сельскохозяйственных территорий, должны создаваться рекреационные[103]103
  Рекреация – отдых, восстановление сил, потраченных в процессе труда.


[Закрыть] зеленые зоны для спорта и отдыха людей, а также заповедные участки нетронутой природы. Необходимое условие здоровой городской среды – большое количество зеленых насаждений. Важнейшее значение имеет также рациональное управление отходами.