Что понимают под адаптацией организмов к условиям окружающей среды

Адаптация человека к окружающей среде. Механизмы адаптации человека к окружающей среде

Физиологическая адаптация подразумевает постепенное приспособление организма к изменяющимся условиям окружающей среды, например, жаре или холоду. Это происходит, поскольку каждое живое существо в значительной степени зависит от окружающих условий. А чтобы организм мог полноценно функционировать, ему необходимо восстанавливать равновесие между протекающими процессами. Изменение условий вносит в них дисбаланс, что может привести к проблемам со здоровьем. Это и привело к появлению физиологической адаптации, которая является единственным способом регулирования внутренних процессов организма под воздействием различных факторов, оказывающих на него раздражающий эффект.

Еще Чарльз Дарвин был заинтересован механизмами физиологической адаптации. Работа Волтеар Бредфорда Кеннона позволила открыть, каким именно образом работает симпато-адреналовая система при сильном стрессе. Также в изучении механизма адаптации ученым помогли работы Павлова и его учеников, которые смогли доказать общность внутренних нарушений у живых организмов при долгом воздействии раздражителей.

Фактически, физиологическую адаптацию можно считать синонимом гомеостаза — способности организмов сохранять постоянство внутренней среды.

Физиологическая адаптация в примерах

Человек способен приспособиться практически ко всему. В качестве примера можно привести световую адаптацию — находясь длительное время на ярком свету, глаза снижают чувствительность к источникам света, тогда как если долго пробыть в темноте, то эффект будет обратным.

Наибольшую роль в исследовании механизма адаптации человека сыграли эксперименты с высотой. Подъем на большую высоту вызывает комплексные изменения, однако наиболее заметной становится гипоксия с пониженным барометрическим давлением. Постепенно начинает проявляться головокружение, одышка, различные зрительные и слуховые нарушения, обычные для больных высотной болезнью. Однако, из-за физиологической адаптации, данные симптомы постепенно идут на спад.

Человек адаптируется к таким условиям:

Изменения затрагивают абсолютно все, начиная от субклеточного уровня, закачивая целостным организмом.

Физиологическая адаптация человека может быть натренирована. В этом случае она протекает гораздо быстрее.

К примеру, закаливание позволяет организму быстрее приспосабливаться к световым и температурным раздражителям. Фактически, при регулярном и длительном воздействии экстремальных раздражителей, можно раздвинуть возможностей человеческого организма.

Живой организм представляет собой чрезвычайно сложную систему, которая функционирует как единое целое, приспосабливаясь к постоянно меняющейся внешней среде и изменяя ее в результате своей деятельности.

Приспособления, которые выработались в организме в процессе эволюции в от­вет на воздействия внешней среды, или вырабатываются в процессе жизни каждого индивидуума, называются адаптациями. «Способность к приспособлению являет­ся, вероятно, наиболее отличительной чертой жизни»,

— писал канадский физио­лог, лауреат Нобелевской премии Г. Селье.

Эта способность неразрывно связана с другой физиологической закономерно­стью — способностью организма сохранять постоянство внутренней среды, т.е. гомеостаз. В единстве и гармонии двух этих принципов существования живых ор­ганизмов и лежит основа развития и безопасности человека (рис. 5.3).

Все адаптации делятся на фенотипические (индивидуальные),

развивающиеся в течение онтогенеза каждого индивидуума, и
генотипические,
или
наследуемые.
Кроме того, выделяют адаптации:

происходящие с затратой энергии за счет перестройки деятельности органов и систем при сохранении гомеостаза организма; например, при возникнове­нии экстремальной ситуации человек перестраивает свою деятельность так, чтобы сохранить жизнь и здоровье в этих условиях;

Основные принципы безопасного существования организма

, которые протекают по принципу
подчинения
организма условиям среды (например, смена окраски шерсти у зайцев в зимний период года; принятие правил того сообщества, в которое человек попадает) или
избегания
их (залегание медведя в берлогу на зимнюю спячку; отъезд человека из зоны ЧС, где идут спаса­тельные работы). Человек, в отличие от животных, кроме биологических механиз­мов может использовать социальные достижения для адаптации, такие как одежду, кондиционеры, транспорт, защитные приспособления и т.д. В процессе эволюции это привело к уменьшению функциональных биологических резервов адаптации, что потребовало развития социальных средств повышения безопасности существо­вания человека (рис. 5.4).

В процессе индивидуальной адаптации выделяются два этапа: срочный и долго­временный.

этапа адаптации является то, что организм использует для приспособления имеющиеся в его распоряжении ресурсы, и поэтому сообразно действию фактора внешней среды формируется ответ, обусловленный напряжением функций всех органов и систем. Такое функционирование на пределе физиологиче­ских возможностей представляет прямую опасность для организма, поскольку высо­ка вероятность возникновения срыва. С другой стороны, срочная адаптация не обе­спечивает реализацию всех потенциальных адаптивных возможностей организма, а только включает «оперативные», имеющиеся в данный период, возможности.

Долговременный этап адаптации развивается постепенно в процессе длитель­ного, хронического воздействия на организм нагрузок или факторов среды. Повы­шение интенсивности функционирования структур является первым шагом, запу­скающим долговременную адаптацию. В основе долговременной адаптации лежит образование новых структур (например, увеличение количества клеток) или увели­чение размеров уже имеющихся структур. Эти новые структуры могут в дальней­шем обеспечить выполнение возросших задач. Так, например, адаптация мышечной системы к повышенным нагрузкам выражается в увеличении мышечной массы. Но­вые структуры формируются по следующей схеме. Усиление работы органа (сердца, скелетных мышц, легких и т.д.) мобилизует синтез нуклеиновых кислот и белков в работающих клетках благодаря экспрессии гена, ответственного за синтез того или иного конкретного белка. Это приводит к наработке РНК или увеличению скорости ее транскрипции на структурных генах ДНК. Увеличение количества информацион­ной РНК вызывает рост количества рибосом, в которых и происходит синтез белко­вых молекул. В результате масса работающей структуры нарастает и увеличиваются ее функциональные возможности. Возникшие новые структуры называются систем­ным структурным следом (ССС) (рис. 5.5).

Процесс адаптации связан с формированием общего адаптационного синдрома (ОАС), описанного канадским физиологом Г. Селье. «Общий адаптационный син­дром — это комплекс реакций, возникающий в целостном организме под действием различных повреждающих факторов и обеспечивающий приспособление организма к данным условиям» (Г. Селье. «Синдром, вызываемый разными повреждающими агентами», 1936). Общий адаптационный синдром — неспецифическая реакция ор­ганизма на самые разнообразные сильнодействующие факторы, в том числе и на факторы среды. Интенсивность ОАС зависит от силы действующего фактора. Об­щий адаптационный сидром нередко обозначают как стресс-реакцию. Стресс

(англ.
stress
— напряжение) У. Кэннон (1927) определил как физиологические реакции, возникающие в организме человека и животных под действием стимула, несущего угрозу, — стрессора. Стрессоры могут быть разной природы: физические, химические, биологические, психические;

Этапы формирования срочной и долговременной

адаптации (по Ф. 3. Меерсону)

СССР — системный структурный след; Г Ф — генетический аппарат – функция

однако реакция организма, независимо от этого, протекает по одному сценарию.

Проявления стресса (триада Селье) заключаются в следующем: 1) увеличение массы надпочечников; 2) инволюция (обратное развитие) вилочковой железы (тиму­са) и лимфатических узлов; 3) появление кровоточащих язв в желудке и двенадцати­перстной кишке.

Общий адаптационный синдром в своем развитии проходит ряд стадий. Первая из них — реакция тревоги (alarm reaction); вторая — стадия резистентности (устой­чивости); третья — стадия восстановления (если раздражитель прекращает свое действие) или истощения (если стрессор значительной силы или действует в тече­ние продолжительного времени), после которой организм, как правило, погибает.

Во время стресса в качестве наиболее ранней реакции происходит активация симпатической нервной системы (системы стресса), которая вызывает усиление деятельности сердца, повышение кровяного давления, повышение обмена веществ во всех органах и системах, т.е. адаптационно-трофический эффект (по JI. А. Ор- бели); стимуляцию выброса в кровь из мозговой зоны надпочечников катехолами­нов, к которым относятся такие гормоны, как адреналин и норадреналин (рис. 5.6). Под влиянием катехоламинов идет распад гликогена в печени и в крови повышается концентрация глюкозы. Кроме того, адреналин является сильным липолитическим фактором, стимулирующим распад жира с образованием свободных жирных кис­лот и энергии. Основной же эффект катехоламинов состоит в мобилизации энерге­тических и структурных резервов организма, что обеспечивает активацию нервной (психической) и мышечной деятельности. Параллельно активируется гипоталамо-,

Механизм формирования стресса

(общего адаптационного синдрома— ОАС)

гипофизарно-надпочечниковая система и в кровь секретируются огромные количе­ства глюкокортикоидов (важнейший из них у человека — кортизол). Один из основ­ных эффектов кортизола состоит в том, что он повышает уровень сахара в крови, причем делает он это за счет стимуляции глюконеогенеза — синтеза глюкозы из неуглеводных источников, в частности из аминокислот. Концентрация глюкокорти­коидов в крови во время стресса может вырасти в десятки раз. Совокупность этих нейрогормональных перестроек в организме в условиях стресса обеспечивает ор­ганы питательным и энергетическим материалом, что необходимо для активации деятельности человека в стрессовой ситуации.

Стрессовая реакция, если завершается восстановлением, повышает устойчи­вость организма к самым разнообразным факторам и, с одной стороны, является положительной, поскольку лежит в основе закаливания, тренировок; с другой сторо­ны, нередко после перенесенного стресса, если вовремя не оказана психологическая помощь, развивается так называемое посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), которое является тяжелой болезнью.

В организме для уменьшения воздействия стрессирующих факторов существу­ют и антистрессовые системы, которые включают следующие внутренние и внеш­ние компоненты:

— образование эндогенных морфиноподобных веществ (опиатов), вызывающих уменьшение боли, улучшение настроения, повышение порога чувствительно­сти;

— наличие антиоксидантных систем, нейтрализующих недоокисленные продук­ты обмена веществ, которые укрепляют клеточные мембраны (витамины Е, С, ферменты и т.д.);

— активация парасимпатической нервной системы за счет умеренной физической нагрузки, глубокого диафрагмального дыхания, медитаций, мышечной и пси­хической релаксации (расслабления), аутотренинга;

— рациональное питание с повышенным содержанием овощей и фруктов, обла­дающих антиоксидантными свойствами;

— в трудных ситуациях, когда естественные антистрессовые системы не справля­ются, используется фармакотерапия (прием седативных препаратов).

Таким образом, в любых ситуациях жизнедеятельности в организме устанавли­вается баланс между стрессовыми и антистрессовыми механизмами, благодаря чему сохраняется жизнь в экстремальных ситуациях и формируются срочные или долго­временные адаптивные реакции к внешним воздействиям. Это помогает человеку повышать свой уровень защищенности (безопасности) в любой новой ситуации, а также при действии различных факторов, угрожающих жизни и здоровью.

Психофизиологическая адаптация — как человек приспосабливается к обществу

Данный тип адаптации отличается от прочих тем, что процесс здесь двусторонний. Внешняя среда влияет на человека, однако и его личность привносит в общество свой вклад с учетом различных психологических особенностей.

Всего есть три типа такой адаптации:

Данный процесс адаптации, как правило, сопровождает человека с самого рождения. Каждый новый этап жизни требует проявления адаптивности — способности приспособления к меняющимся обстоятельствам.

При этом процесс далеко не всегда безболезненный. Если он затягивается, могут возникнуть различные расстройства сна, раздражительность и навязчивые состояния.

Источник

Адаптация (биология)

Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — 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, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Приспособленность живых существ к естественным условиям внешней среды была осознана людьми ещё в античные времена. Вплоть до середины XIX века это объяснялось изначальной целесообразностью природы. В теории эволюции Чарльза Дарвина было предложено научное объяснение адаптационного процесса на основе естественного отбора.

Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.

Содержание

Проблема определения адаптации

Философ Ю. Урманцев указывает на то, что по объёму и содержанию «адаптация» — понятие не только междисциплинарное, но и весьма сложное. Он обращает внимание на недостатки определений, предлагаемые энциклопедиями, а именно [1] :

Процесс развития жизни на земле предполагает наличие адаптации у организмов. Начинается эта адаптация с самых примитивных видов — приспособления к окружающей среде и к существующим условиям. Возникновение и выживание организмов возможно только при соответствии организмов окружающей среде. Выживают те организмы, которые вырабатывают лучшие формы своего сохранения. Их развитие, переход организмов на более высокую ступень обусловлены необходимостью адаптации. Таким образом, эволюция и адаптация суть процессы, неотделимые друг от друга.

В более широком смысле, адаптациями в биологии называют возникновение и развитие определенных, конкретных морфофизиологических свойств, значения которых для организма связаны с теми или иными общими или частными условиями его абиотической и биотической среды.

Адаптация, как адаптационный ответ

Адаптация, как адаптационный ответ, может осуществляться на различных уровнях:

С учетом этого H. Hensel выделяет различные уровни адаптационных процессов [3] :

История представлений об адаптации в биологии и медицине

«Биологическая адаптивность и есть жизнь». Ганс Селье

В философских предпосылках

В античности Фалес Милетский, Парменид, Демокрит, Гиппократ, Платон, Аристотель, Плутарх, Гален, Флавий Ренат Вегеций, а также позже Авиценна в том или ином виде замечали и указывали, что заболевания, поведение и некоторые другие виды психической деятельности зависят от внешних факторов, внешней среды окружающей человека.

В теориях эволюции

Тем не менее, научное обоснование идей адаптации разрабатывалось медленнее, чем философские воззрения и эмпирические знания на этот счёт и кардинально не менялось практически до 1809 года, когда французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк создал первое целостное учение об эволюции живой природы, основные идеи которого были изложены в «Философии зоологии».

На основе законов Ламарка сложилось направление, обычно называемое ламаркизмом или неоламаркизмом, а более точно эктогенезом — эктос — внешний (греч.), эктогенез — эволюция под действием внешних сил. В рамках этого направления эволюция рассматривалась как адаптивный процесс, основанный на всеобщем свойстве живых существ — «наследовании благоприобретённых свойств» (признаков). Следовательно, приспособленность рассматривалась как причина, а не результат эволюции. Единицей эволюции в рамках эктогенеза, является потомство родителей, которые передали своим потомкам результаты «упражнения или неупражнения органов», то есть череда поколений.

Дальнейшее развитие вопросы влияния внешней среды на человека получили в трудах английского естествоиспытателя, создателя теории эволюции Чарльза Роберта Дарвина. В 1859 году он выпустил книгу «Происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», в которой было показано, как развивались все виды живого, согласно выдвинутому им положению о «выживании наиболее приспособленных».

Дарвин рассматривал приспособление (адаптацию) лишь в качестве средства для выживания. Согласно дарвинизму, эволюция представляет собой процесс адаптации организмов к условиям окружающей среды, причем приспособленность организмов является результатом эволюции.

В физиологии

Во многом идеи К. Бернара получили продолжение в работах физиолога Ивана Петровича Павлова и американского ученого Уолтера Брейдфорда Кеннона.

Уолтер Кеннон, ввел в 1929 году в физиологию понятие гомеостаз считая, что постоянство внутренней среды организма поддерживается благодаря симпатической нервной системе и гормонам.

Категория поведения как особой формы саморегуляции жизни складывалась у И. П. Павлова (по образцу учения К. Бернара о гомеостазе), то есть об основных константах (давлении, температуре и др.), которые удерживают эту систему в стабильном состоянии в крайне неустойчивой внутренней среде. И. П. Павлов применил эту идею к взаимоотношениям организма с ещё более неустойчивой, непредсказуемой средой — внешней. Открытые им условно-рефлекторные механизмы служили достижению «уравновешивания» организма с этой средой.

Связь с условным рефлексом

И. П. Павлов и У. Кеннон, в своих работах переходили к поведению целостного организма, то есть к особому типу его взаимодействия со средой. Ведь и условные рефлексы, и эмоции страха и ярости, ставшие (наряду с болью и голодом) главным объектом направления кенноновских исследований, выступают в качестве реакций, которые носят особый интегральный характер. Они даны в системе «организм — среда» и не могут быть объяснены вне её. Это не значит, что великий принцип единства организма и среды действует в полную силу лишь с переходом к условнорефлекторным и эмоциональным регуляциям. Речь идет о различных формах реализации этого принципа. Он выступает на многих уровнях: молекулярном, энергетическом, химическом, а также на уровнях функционирования различных физиологических и психологических систем. В условном рефлексе как поведенческом акте задействован физиологический механизм (по И. П. Павлову — кора и ближайшая к ней подкорка), но он становится поведенческим только тогда, когда в нём представлены условия среды в виде различаемых мозгом внешних (средовых) раздражителей, играющих роль сигналов.

Множество операций, проведенных в кенноновской школе над животными, доказали, что внешне наблюдаемые признаки поведения, которые можно назвать эмоциональными, порождаются глубинными сдвигами в нейрогуморальных процессах. Эти сдвиги готовят организм к критическим ситуациям, которые требуют повышенной траты энергии, снятия усталости, предотвращения кровопотери и т. п. На одном из докладов о своих открытиях У. Кеннон сообщил, что благодаря выбрасываемому в кровь при сильных эмоциях адреналину в числе других его «мобилизационных» эффектов происходит увеличение в крови поступающего к мышцам сахара.

Саморегуляция

Таким образом, английская мысль внесла идею адаптации к среде внешней, как задаче, непрерывно решаемой организмом, французская мысль — идею саморегуляции процессов в этом организме, а русская — категорию поведения как особой формы саморегуляции жизни, что прекратило длившиеся многие годы прошлого столетия споры между «нервистами» и «гуморалистами», представляющие ныне лишь исторический интерес.

Адаптация и стресс

Cиндром стресса, или, иначе, общий адаптационный синдром (ОАС), проходит три стадии:

По признанию Г. Селье, он заимствовал у И. П. Павлова очень многое. То, что Павлов трактовал с точки зрения нервной системы, он перевел на язык и термины гуморальной системы. Павлов указывал, что организм как целое непрерывно адаптируется к окружающей среде. Эту идею целостности и адаптации Селье почерпнул у Павлова, и это было положено в основу теории стресса. То, что внешние воздействия приводят только к расходу и исчерпанию адаптационных возможностей, в течение многих лет было убеждением Г. Селье, которое он лаконично формулировал как «wear and tear». Это убеждение основывалось на том, что он использовал преимущественно сильные патогенные воздействия.

«Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявление ему требования. … С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой мы столкнулись. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или в адаптации.» [17]

Измерение адаптированности

В результате обработки многолетних наблюдений при сравнительном анализе популяций и групп, находящихся в различных экологических условиях (на Крайнем Севере и в средних широтах Сибири), А. Н. Горбанем и Е. И. Смирновой под руководством ак. АМН СССР К. Р. Седова получен вывод: наибольшую информацию о степени адаптированности популяции к экстремальным или просто изменившимся условиям несут корреляции между физиологическими параметрами.

В типичной ситуации при увеличении адаптационной нагрузки уровень корреляций повышается, а в результате успешной адаптации — снижается. Показано, что этот эффект группового стресса связан с организацией системы факторов, действующих на группу.

Если система факторов организована в соответствии с принципом Либиха (монолимитирование) то с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, снижается, растет сумма абсолютных величин коэффициентов корреляции и, в то же время, растет разброс этого облака — возрастают дисперсии.

Если происходит взаимное усиление давления различных факторов (синергичные системы), то, напротив, с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, растет, падает сумма коэффициентов корреляции. Дисперсии в то же время возрастают — так же, как и в предыдущем случае.

Источник