Страница не найдена
Размер:
AAA
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
RUENBY
Гомельский государственный
медицинский университет
- Университет
- Университет
- История
- Руководство
- Устав и Символика
- Воспитательная деятельность
- Организация образовательного процесса
- Международное сотрудничество
- Система менеджмента качества
- Советы
- Факультеты
- Кафедры
- Подразделения
- Первичная профсоюзная организация работников
- Издания университета
- Гордость университета
- Первичная организация «Белорусский союз женщин»
- Одно окно
- Структура университета
- Банк данных одаренной молодежи
- Абитуриентам
- Приёмная комиссия
- Университетская олимпиада по биологии
- Целевая подготовка
- Заключение, расторжение «целевого» договора
- Льготы для молодых специалистов
- Архив проходных баллов
- Карта и маршрут проезда
- Порядок приёма на 2023 год
- Специальности
- Контрольные цифры приёма в 2023 году
- Информация о ходе приёма документов
- Приём документов и время работы приёмной комиссии
- Порядок приёма граждан РФ, Кыргызстана, Таджикистана, Казахстана
- Горячая линия по вопросам вступительной кампании
- Студентам
- Первокурснику
- Расписание занятий
- Расписание экзаменов
- Информация для студентов
- Студенческий клуб
- Спортивный клуб
- Общежитие
- Нормативные документы
- Стоимость обучения
- Безопасность жизнедеятельности
- БРСМ
- Профком студентов
- Учебный центр практической подготовки и симуляционного обучения
- Многофункциональная карточка студента
- Анкетирование студентов
- Волонтерский центр ГомГМУ
- Выпускникам
- Интернатура и клиническая ординатура
- Докторантура
- Аспирантура
- Магистратура
- Распределение
- Врачам и специалистам
- Профессорский консультативный центр
- Факультет повышения квалификации и переподготовки
- Иностранным гражданам
- Факультет иностранных студентов
- Стоимость обучения
- Регистрация и визы
- Полезная информация
- Правила приёма
- Информация о возможностях и условиях приема в 2022 году
- Официальные представители ГомГМУ по набору студентов
- Страхование иностранных граждан
- Приём на Подготовительное отделение иностранных граждан
- Повышение квалификации и переподготовка для иностранных граждан
- Научная деятельность
- Направления научной деятельности
- Научно-исследовательская лаборатория
- Научно-исследовательская часть
- Инновационные технологии в ГомГМУ
- Научно-педагогические школы
- Конкурсы, гранты, стипендии
- Научные мероприятия
- Работа комитета по этике
- В помощь исследователю
- Совет молодых ученых
- Студенчеcкое научное общество
- Диссертационный совет
- Патенты
- Инструкции на метод
- «Горизонт Европа»
- Госпрограмма (ЧАЭС)
- Главная
Восстановление человеком экологических систем и поддержание в них естественного равновесия
Введение
При нынешнем уровне потребления природных ресурсов в мире к середине нынешнего века глобальным экосистемам планеты грозит гибель, предупреждает Всемирный фонд дикой природы (WWF).
Человек довольно интенсивно использует природу для собственных нужд, тем самым нарушая ее целостность. В результате хозяйственной деятельности человека, многие ценные виды животных и растений исчезли. Нанесение непоправимого ущерба флоре и фауне происходит как путем непосредственного истребления некоторых видов, так и посредством нарушения их местообитания.
Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами, и смещение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, которым не будет хватать пищи. Естественное равновесие существует и между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживает общее равновесие в природе.
1. Экологические системы
Экосистема — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Примеры экологических систем: водохранилище, лес, море и т.
д.
Экосистемы существуют везде — в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Самая крупная природная экосистема на Земле — биосфера.
Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный обмен материалом — круговороты питательных веществ, энергию для которых поставляет Солнце. Общая схема потока энергии и различных веществ в экосистеме представлена на рисунке 1. Биологическая и физическая сферы, представленные органическими и неорганическими соединениями, в совокупности образуют экосистему. Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы. Эти соединения служат строительным материалом, из которого растения образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций.
Рисунок 1
Для высвобождения запасенной химической энергии растения разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты (двуокись углерода, воду, нитраты, фосфаты и т.
п.), завершая тем самым круговорот питательных веществ.
. Восстановление нарушенных экосистем
Восстановление нарушенных экосистем — комплекс вопросов, связанных с нежелательными последствиями деятельности человека и объединяемых общей задачей — вернуть нарушенные части ландшафта в сферу культурно-хозяйственного использования, т.е. восстановить их исходное или близкое к исходному состоянию, или создать новый тип экосистемы, отвечающий определенным требованиям. Примером могут служить следующие проблемы:
. Рекультивация нарушенных и выведенных из хозяйственного использования земельных угодий — торфоразработок, терриконов, отвалов при поверхностных разработках полезных ископаемых, строительных площадок, наносов при обогатительных процессах и т.д. Создание на их месте лесов, парков, сельскохозяйственных угодий и т.д. Интенсификация почвообразовательного процесса и создание экосистем или агроценозов, структура которых наиболее отвечает данным условиям и задачам восстановительных работ.
. Восстановление пастбищ, выведенных из сферы нормальной эксплуатации перевыпасом (вопросы оптимальной нагрузки на пастбища, оптимальной структуры стада и наиболее рациональной структуры выпасания).
. Восстановление эродированного почвенного покрова.
. Восстановление плодородия истощенных почв.
. Восстановление продуктивных типов леса на месте интенсивных рубок.
. Восстановление продуктивности и других благоприятных для человека свойств водоемов, нарушенных под влиянием антропогенных факторов, в частности устранение причин «культурного эвтрофирования вод» и восстановление озер и водохранилищ, подвергшихся эвтрофированию с ликвидацией избыточного «цветения» воды и других неблагоприятных последствий перегрузки водоемов биогенными элементами.
. Понятие экологического равновесия
В процессе взаимодействия с развивающимся человеческим обществом природная — среда должна бесконечно длительное время сохранять (а в ряде случаев и улучшать) основные ее характеристики, обусловливающие ход наиболее важных естественных процессов на Земле — достаточную фотосинтезирующую активность автотрофных растений, воспроизводство в необходимых масштабах всех своих компонентов, сохранение многообразия жизни на планете, способность к самоочищению и дальнейшей эволюции.
Все эти качества природной среды могут быть обеспечены лишь при одном важнейшем условии — сила, частота и продолжительность прямых связей в системе «общество — природа» должны соответствовать тем же показателям обратных связей или реакций природной среды на антропогенное давление, а это означает, что взаимодействие человеческого общества и природной среды должно происходить в условиях динамического гомеостаза, равновесного состояния.
Развитие человеческого обществ неизбежно ведет к изменению природной среды. Вместе с тем антропогенные изменения не должны носить характер катастроф, ведущих к новым экологическим кризисам. Они должны быть постепенными, обеспечивать правильное распределение и силу антропогенных нагрузок и необходимые условия адаптации к ним, человека и природной среды. Такое состояние динамического гомеостаза в биосфере (в отличие от естественного равновесия) назовем динамическим экологическим равновесием и примем в качестве главного критерия достижения экологической цели регионального расселения и районной планировки.
Абсолютного естественного равновесия на Земле не было и до появления человека. В условиях подобного равновесия была бы невозможна и сама эволюция биосферы. Однако природа развивается миллиарды лет и происходящее в ней изменения для человека практически незаметны. Находящиеся в естественном равновесии экосистемы и биогеоценозы в процессе своей эволюции проходят целый ряд стадий, которым присуща смена экологических характеристик (продуктивности, породного и видового состава и т.д.), в том числе и определенная степень устойчивости к внешним воздействиям. Противоположным этому состоянию является нарушение динамического гомеостаза, которое означает нанесение ущерба, выходящего за пределы определенного допустимого уровня совокупности всех внешних условий и влияний, оказывающих воздействие на жизнь и развитие человека, на человеческое поведение и, следовательно, на общество.
. Принцип естественного равновесия
Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами, и смещение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, которым не будет хватать пищи.
Естественное равновесие существует и между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживает общее равновесие в природе.
Равновесие в живой природе не статично, как равновесие кристалла, а динамично, представляя движение вокруг точки устойчивости. Если эта точка не меняется, то такое состояние называется гомеостазом («гомео» — тот же, «стасис» — состояние). Гомеостаз — механизм, посредством которого живой организм, противодействуя внешним воздействиям, поддерживает параметры своей внутренней среды на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь. Кровяное давление, частота пульса, температура тела — все это обусловлено гомеостатическими механизмами, которые работают настолько хорошо, что мы обычно их не замечаем. В пределах «гомеостатического плато» действует отрицательная обратная связь, за пределами его — положительная обратная связь, и система гибнет.
Согласно принципу равновесия любая естественная система с проходящим через нее потоком энергии склонна развиваться в сторону устойчивого состояния.
Гомеостаз, существующий в природе, осуществляется автоматически за счет механизмов обратной связи. Новые системы обычно подвержены резким колебаниям и менее способны противостоять внешним возмущениям по сравнению со зрелыми системами, компоненты которых имели возможность приспособиться друг к другу. Подлинно надежный гомеостатический контроль устанавливается только после периода эволюционного приспособления. Например, имеет место временная отсрочка в реакциях популяции, под которой понимается время, необходимое для того, чтобы в неблагоприятных условиях, связанных с перенаселением, начали изменяться рождаемость и смертность.
Естественное равновесие означает, что экосистема сохраняет свое стабильное состояние и некоторые параметры неизменными, несмотря на воздействия на нее. Система проницаема, в нее что-то постоянно входит и выходит, т.е. это такое устойчивое состояние экосистемы, при котором поступление вещества и энергии равно их выходу.
В качестве примера действия гомеостатических механизмов рассмотрим динамику популяций.
Популяция стабильна, если сохраняет свой размер постоянным. Стремление к восстановлению величины популяции, соответствующей состоянию равновесия, осуществляется за счет регуляции, которая, в конечном счете, есть функция экосистемы, частью которой является популяция.
Имеются два механизма стабилизации плотности популяции при ее величинах, лежащих ниже уровня насыщения:
) территориальное поведение в виде внутривидовой конкуренции;
) групповое поведение, выражающееся, например, в «порядке клевания», «половом доминировании» и т.п.
В какой-то мере эти механизмы действуют и в человеческом обществе.
Регулирование экосистемы может быть физическим и биологическим. Флуктуации (любое колебание или любое периодическое изменение) численности происходят под влиянием внешних (например, климатических) и внутренних факторов. Факторы, влияние которых находится в прямой зависимости от плотности популяции, предотвращают перенаселение и способствуют установлению устойчивого равновесия.
Это преимущественно биотические (конкуренция, паразиты, патогенные влияния и т.п.), а не климатические факторы.
Одни экологи объясняют изменения численности популяций тем, что в условиях перенаселенности возникает стресс, который влияет на репродуктивный потенциал и устойчивость к заболеваниям и другим воздействиям. Комплекс таких изменений нередко вызывает стремительное падение плотности популяции — «адаптационный синдром», препятствующий слишком сильным флуктуациям, которые могли бы нарушить функционирование экосистемы и угрожать выживанию вида. Другие экологи объясняют изменения численности популяций истощением ресурсов и уменьшением количества пищи и ее питательной ценности.
Изучение динамики численности популяций выявило так называемые «всплески» плотности с уменьшающейся во времени амплитудой, которые должны наблюдаться, по мнению экологов, и в человеческих популяциях, если регуляция их численности осуществляется только вследствие «самоперенаселения» (т.е. если отсутствует «внешнее» регулирование, например планирование семьи).
Это особенно опасно, когда растет общее население Земли и человек, как обычно, не задумывается о будущем, а действует на основе ситуации в данный момент. В то же время популяция человека является единственной, для которой установлена положительная корреляция между плотностью популяции и скоростью роста.
Известна и такая зависимость: флуктуации плотности популяций сильнее выражены в относительно простых экосистемах, в которых в сообщество включено мало популяций. Человек уменьшает видовое разнообразие биосферы и, стало быть, если эта зависимость относится к нему, способствует увеличению флуктуаций своей численности. Это вызывает опасения, что экологическая катастрофа может быть для человека более сильной, чем для любого другого вида.
Ю. Одум предлагает следующий принцип: «Чем выше уровень организации и зрелости сообщества и чем стабильнее условия, тем меньше амплитуда флуктуаций плотности со временем». Это можно рассматривать и как призыв к человечеству сознательно регулировать свою численность.
Кривые роста популяций показывают, что рост внезапно останавливается, когда популяция исчерпывает свои ресурсы (пища, жизненное пространство), резко меняются климатические условия и т.д. После того как внешний предел окажется достигнутым, плотность популяции может либо некоторое время оставаться на данном уровне, либо сразу же резко падает. Причем по мере увеличения плотности популяции усиливается действие неблагоприятных факторов (сопротивление среды).
Популяции имеют тенденцию эволюционировать таким образом, чтобы достигнуть состояния саморегуляции. При этом естественный отбор действует в направлении максимального повышения качества среды обитания особи и уменьшает вероятность гибели популяции. У человека отсутствует такая естественная регуляция, потому что не действует в человеческом обществе, по крайней мере в таком объеме, естественный отбор, и он должен создавать искусственную регуляцию.
Изменяя экосистемы, человек нарушает региональное равновесие в природе, экосистемы становятся неустойчивыми, не способными к самоподдержанию и саморегуляции и перестают обеспечивать человеку нормальный газообмен, очистку вод, круговороты питательных веществ.
Человек очень медленно учится быть «предусмотрительным хищником». На него уже не действуют биологические механизмы регуляции, но он еще не научился сознательно регулировать свою численность и количество потребляемых им ресурсов. Этот зазор между ослаблением биологических механизмов и недостаточным ростом сознания и является, по мнению многих экологов, основной причиной экологического кризиса.
. Охрана окружающей среды
В нашей стране действует Федеральный закон, который определяет правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.
Естественная экологическая система — объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией.
Главная задача охраны природы — охрана генофонда — совокупности генов, которые имеются у всех особей популяций. Изменение генофонда происходит за счет мутаций, вызванных естественными факторами и факторами антропогенного происхождения. Уничтожение, истребление отдельных видов популяции обедняет генофонд планеты, который в настоящее время насчитывает около 1,3 млн. видов только животных.
В настоящее время ясно, что для сохранения видового разнообразия необходимы: полная охрана ландшафтов как комплексов экосистем; частичная охрана природных объектов при возможно полном сохранении целостности или облика ландшафта; создание и поддержание оптимального антропогенного ландшафта.
. Создание заповедных природных территорий
Современный природно-заповедный фонд нашей страны образуют: государственные природоохранные заповедники, государственные природные заказники; национальные и природные парки; памятники природы; дендрологические парки и ботанические сады; иные особо охраняемые территории и природные объекты, имеющие ценное значение.
Режим особо охраняемых природных территорий в нашей стране наряду с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 N 7-ФЗ устанавливается Федеральными законами от 14.03.95 г. №33-ФЗ «Об особо охраняемых природных территориях» и от 23.02.1995 №26-ФЗ «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах». Особо охраняемые природные территории могут иметь международное, федеральное, региональное или местное значение.
Заповедники — высшая форма охраны природных ландшафтов. Участки суши и водных пространств, изъятые в установленном порядке из какого бы то ни было хозяйственного использования и надлежащим образом охраняемые. В заповедниках подлежат охране все присущие его территории или акватории природные тела и взаимосвязи между ними. Охраняется природно-территориальный комплекс в целом, ландшафт со всеми его компонентами.
Основное назначение заповедников — служить эталонами природы, быть местом познания хода естественных, не нарушенных человеком процессов, свойственных ландшафтам определенного географического региона.
Биосферный заповедник — охраняемая территория (заповедник, национальный парк и др.), на которой защита наиболее представительных для данной зоны природных комплексов сочетается с научными исследованиями, долговременным мониторингом среды и образованием в области охраны природы. Создание биосферных заповедников в России (с 1973) связано с программой «Человек и биосфера». К 1994 в мире было создано около 300 биосферных заповедников; в России — 18.
На настоящее время в России действует 102 государственных природных заповедника общей площадью около 37,1 млн. га, что составляет 2,17% от территории России, во всех природных зонах от полярных пустынь до субтропиков в 70 субъектах Российской Федерации.
Национальные парки — это участки территории (акватории), выделенные для сохранения природы в эстетических, оздоровительных, научных, культурных и просветительских целях. В большинстве стран мира национальные парки являются основной формой охраны ландшафтов.
Для России это сравнительно новая форма ООПТ.
Первые национальные парки появились в СССР в 1970-х годах в республиках Прибалтики. В классическом понимании национальный парк имеет функциональное зонирование территории. На территории национального парка выделяются заповедное ядро, по режиму соответствующее природному заповеднику, рекреационную и буферную зоны, в которых разрешается хозяйственная деятельность различной интенсивности (туризм и иные формы рекреации).
На практике в ряде случаев роль заповедного ядра играет прилегающий к национальному парку природный заповедник (например, Баргузинский заповедник, прилегающий к Забайкальскому национальному парку).
В 2001 г. первый из российских национальных паков — «Водлозерский» получил статус биосферного резервата. Необходимо отметить, что статус национального парка ближе к международному пониманию биосферного резервата, чем статус заповедника, который «в чистом виде» может являться только заповедным ядром биосферного резервата, в котором по определению осуществляется ограниченная хозяйственная деятельность и должны присутствовать нарушенные экосистемы.
В 2002 г. биосферными резерватами стали также национальные парки «Смоленское поозерье» и «Угра», позже — еще 2 национальных парка.
Долгое время национальные парки находились в большинстве своем в подчинении лесных ведомств и регионов. В 2000 г. с упразднением федерального лесного ведомства все национальные парки были переподчинены Департаменту особо охраняемых природных территорий и объектов Министерства природных ресурсов Российской Федерации.
Благодаря этому формы деятельности и отчетности национальных парков приняли единые формы, хотя процесс формирования единой программы деятельности национальных парков находится в стадии становления. В России на настоящий момент действует 39 национальных парков в 37 субъектах РФ общей площадью около 7,74 млн. га. Что составляет 0,45% от площади территории страны.
Заказники. В России кроме «абсолютной» охраны территории широко распространен неполный режим охраны в заказниках. Заказники — это участки территории или акватории, на которых в течение ряда лет или постоянно в определенные сезоны или круглогодично охраняются отдельные виды животных, растений или часть природного комплекса.
Хозяйственное использование остальных природных ресурсов разрешается в такой форме, которая не наносит ущерба охраняемому объекту или комплексу.
Заказники разнообразны по своим целям. Они создаются для восстановления или увеличения численности охотничье-промысловых животных (охотничьи заказники), создания благоприятной обстановки для птиц во время гнездования, линьки, миграций и зимовок (орнитологические), охраны мест нереста рыб, нагула молоди или мест их зимних скоплений, сохранения особо ценных лесных рощ, отдельных участков ландшафта, имеющих большое эстетическое, культурное или историческое значение (ландшафтные заказники).
Заказник — довольно своеобразная форма ООПТ, предусматривающая довольно широкие пределы регламентации хозяйственного и иного использования территории — от полного запрета хозяйственной деятельности до охраны лишь отдельных компонентов природной среды; а также собственности земель (с изъятием у собственника и без изъятия) и подчинения (регионального всех уровней и федерального).
Единого государственного органа, осуществляющего управление заказниками федерального значения, нет. Большая часть заказников напрямую или опосредованно подчинена Департаменту охраны и рационального использования охотничьих ресурсов Министерства Сельского хозяйства России, 11 заказников подчинены Департаменту особо охраняемых природных территорий и объектов Министерства природных ресурсов Российской Федерации; из них 8 находятся под управлением заповедников, например, заказник «Елогуйский» — под управлением Центрально-сибирского биосферного заповедника. Некоторые заказники не имеют собственной администрации и штата, и находятся под управлением специально созданных региональных ведомств. При этом непосредственная охрана территории заказника возлагается на региональные подразделения охотнадзора, рыбнадзора и др. экологический природа заповедный
Большинство заказников федерального значения являются комплексными (экосистемными), то есть в них разрешена лишь хозяйственная деятельность, не связанная с серьезными нарушениями природных комплексов.
Как правило, в заказниках федерального значения запрещены промысловые охота и рыболовство. Значительная часть заказников осуществляет охрану особо ценных водно-болотных угодий, внесенных в списки Рамсарской конвенции (заказники «Кабанский», «Пуринский» и др.). В настоящее время в России действуют 70 заказников федерального значения общей площадью около 14,3 млн. га в 45 субъектах РФ, что составляет 0,84% площади от территории страны. Всего же государственных заказников всех уровней около 3000 [5].
Памятники природы — уникальные, невосполнимые, ценные в экологическом, научном, культурном и эстетическом отношении природные комплексы, а также объекты естественного и искусственного происхождения и заказники, эта категория особо охраняемых природных территорий наиболее распространена на региональном уровне. По состоянию на 31 декабря 2007 г. 27 памятников природы федерального значения занимали площадь 34,3 тыс. га. Памятники природы располагались на территориях 1 республики и 12 областей.
Государственный контроль за функционированием памятников природы федерального значения осуществляют территориальные органы Росприроднадзора.
Памятники природы могут иметь федеральное, региональное или местное значение в зависимости от природоохранной, эстетической и иной ценности охраняемых природных комплексов и объектов.
Наиболее распространены памятники природы на региональном уровне, памятников природы федерального значения — всего 39 общей площадью 28,0 тыс. га, регионального значения — более 9 тыс. общей площадью 4, 15 млн. га.
Государственный контроль за функционированием памятников природы федерального и регионального значения осуществляют территориальные органы МПР России.
Режим особой охраны памятников природы подразумевает запрещение всякой хозяйственной и иной деятельности, которая может нарушить сохранность объекта.
Обязательства по обеспечению охраны памятника природы обычно принимают на себя собственники, владельцы, пользователи и арендаторы земель, на которых находится данный памятник природы.
Объявление природных комплексов и объектов памятниками природы, а территорий, занятых ими, — территориями памятника природы допускается с изъятием занимаемых ими земельных участков у собственников, владельцев и пользователей этих участков.
Заключение
Естественная экологическая система — это объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией. В естественной экосистеме постоянно поддерживается равновесие. Любое извлечение ресурса из системы ведет к нарушению этого равновесия. Человек постоянно внедряется в природные экосистемы, вызывая этим гибель некоторых видов и изменение экосистемы в целом. Восстановление экосистемы в прежнее состояние — явление крайне редкое в природе.
В настоящее время человечество ведет активную природоохранную деятельность. Она заключается в следующем: создание заповедных территорий, с отсутствием или ограничением доступа человека к природным богатствам; создание Красных и Зеленых Книг, куда вписываются виды и территории, подлежащие охране и восстановлению.
Благодаря этим мерам, сохранены и восстановлены многие природные богатства. Таким образом, можно говорить, что работа по сохранению и восстановлению природных экосистем ведется довольно успешно.
Как нервная система поддерживает гомеостаз
Из всех систем организма нервная система является основной системой контроля гомеостаза. Он обеспечивает мониторинг, реагирование и регулирование всех систем в организме человека и других организмов. Он действует от крошечного уровня отдельных клеток до одновременного воздействия на все тело.
Рецепторы внутри и снаружи тела постоянно контролируют условия и наблюдают за изменениями. Когда система организма покидает заданную точку и выходит за пределы своего нормального диапазона, через нервную систему посылаются сигналы, которые запускают реакции, чтобы вернуть систему в нормальный диапазон функционирования. Это процесс гомеостаза. Эти сложные и запутанные процессы развивались в течение миллионов лет. Например, терморецепторы и механорецепторы кожи воспринимают изменения температуры и давления соответственно.
Затем сигналы, посылаемые ими в мозг, позволяют обнаруживать ситуации, которые могут привести к травме или смерти. Кроме того, нервы заставляют мышцы сокращаться, что приводит в движение кости скелета, позволяя уклоняться от хищников и/или сражаться. Эта способность воспринимать окружающую среду и реагировать на нее имеет решающее значение для поддержания гомеостаза в организме.
Зрение
Нервная система неразрывно связана с зрительным восприятием, которое также помогает поддерживать гомеостаз. У людей есть тонкий слой нервной ткани, называемый сетчаткой, покрывающий заднюю часть внутренней части глаза. Эта ткань населена миллионами фоторецепторных клеток, ганглиозных клеток и биполярных клеток. Клетки обнаруживают свет и передают электрическую информацию в мозг через зрительный нерв, что приводит к визуальному изображению. Расширение зрачка также контролируется нервной системой, оптимизируя количество света, попадающего в глаз, для лучшего зрения. Зрение позволяет животным видеть и избегать опасности, находить пищу и партнеров.
Внутренняя температура
Нервная система также отвечает за регулирование внутренней температуры тела. Когда условия слишком теплые и температура тела повышается, кровеносные сосуды расширяются, вызывая потерю тепла в окружающую среду. Нервы запускают потовые железы, чтобы выпустить жидкость, которая испаряется и охлаждает кожу. И наоборот, падение внутренней температуры заставляет кровеносные сосуды сужаться для сохранения тепла. Нервная система также заставляет мышцы дрожать, чтобы вырабатывать тепло и согревать тело.
Вегетативная нервная система
Вегетативная нервная система состоит из симпатической и парасимпатической нервной системы, обе из которых выполняют важные гомеостатические функции. Симпатическая система иннервирует сердце и увеличивает частоту сердечных сокращений и силу его сокращений. Он также контролирует сужение кровеносных сосудов и расширение бронхиол в легких. Парасимпатическая система оказывает противоположное влияние на сердце и легкие, но не влияет на кровеносные сосуды.
На изображении выше показаны компоненты нервной системы. Обратите внимание на зеленые и красные точки, обозначающие структуру и функцию каждого компонента соответственно.
Ссылки
- Колледж OpenStax. (2018). Анатомия и физиология . Хьюстон, Техас. OpenStax CNX. Получено с http://cnx.org/contents/[email protected]
- Нервная система. (н.д.). В Википедии . Получено 8 апреля 2018 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Nervous_system 9.0028
Поддержание гомеостаза в экологических системах
Последнее обновление: сб, 04 фев. 2023 | Динамика населения
Гомеостаз поддерживается за счет отрицательных обратных связей. Поскольку изменения в окружающей среде выводят свойство системы из равновесия, отрицательные обратные связи противодействуют
Изменения в окружающей среде
Изменения в окружающей среде
свойства системы в зависимости от работы гомеостатических механизмов.
На верхней панели показано гипотетическое изменение окружающей среды во времени. Панель начинает с нулевого изменения в окружающей среде, затем демонстрирует сильное смещение и возвращение к средним условиям. На нижней панели показана гипотетическая реакция двух разных экосистем на это изменение окружающей среды. Экосистема 1 (сплошная линия) показывает большое изменение свойства системы, которое отражает изменение окружающей среды. Напротив, экосистема 2 (пунктирная линия) показывает минимальную реакцию системного свойства, которое быстро возвращается к норме. Экосистема 2 демонстрирует способность поддерживать гомеостаз в этом свойстве.
Изменение свойства системы 0
Рисунок 1. Изменения в окружающей среде могут иметь большое влияние или почти не влиять на свойства системы, в зависимости от работы гомеостатических механизмов. На верхней панели показано гипотетическое изменение окружающей среды во времени. Панель начинает с нулевого изменения в окружающей среде, затем демонстрирует сильное смещение и возвращение к средним условиям.
На нижней панели показана гипотетическая реакция двух разных экосистем на это изменение окружающей среды. Экосистема 1 (сплошная линия) показывает большое изменение свойства системы, которое отражает изменение окружающей среды. Напротив, экосистема 2 (пунктирная линия) показывает минимальную реакцию системного свойства, которое быстро возвращается к норме. Экосистема 2 демонстрирует способность поддерживать гомеостаз в этом свойстве.
направление изменения. Без отрицательной обратной связи, противодействующей силе возмущения, свойство системы больше не будет демонстрировать стабильность во времени, а будет напрямую отражать флуктуации и сдвиги направления в окружающей среде (рис. 1). Поскольку отрицательные обратные связи противодействуют изменениям стационарного состояния, они являются стабилизирующей силой свойств системы и ключевым механизмом гомеостаза.
Поддержание гомеостаза довольно просто в хорошо интегрированных системах, таких как организмы, но более проблематично для слабо скоординированных систем, таких как экосистемы.
В физиологии заданные значения отражают оптимальные условия работы организма. Поскольку способность организма функционировать за пределами узкого диапазона условий снижается, очевидно, почему существуют эти заданные значения. Контроль заданного значения часто координируется органами, которые контролируют свойства системы и реализуют реакцию отрицательной обратной связи для противодействия изменениям. В экологических системах, таких как сообщества или экосистемы, отсутствует централизованный контроль над функционированием системы. Нет органа для отслеживания изменений и нет оснований полагать, что экосистема активно управляет своими системными свойствами для оптимального функционирования. Таким образом, центральный вопрос при изучении гомеостаза в экосистемах заключается в том, какой тип отрицательной обратной связи может иметь место в сложных системах с потенциально тысячами отдельных компонентов, взаимодействующих нелинейно без центральной системы управления?
Гомеостатические механизмы
Из-за децентрализованной природы экологических систем, таких как популяции, сообщества и экосистемы, отрицательные обратные связи действуют более диффузно, чем в физиологии.
Как упоминалось ранее, нет центрального процессора для реализации или координации отрицательной обратной связи. Вместо этого негативные обратные связи часто возникают в результате взаимодействия между видами и особями, а также между видами и особями и окружающей их средой. В биологии отрицательные обратные связи, стабилизирующие свойства системы, часто называют гомеостатическими механизмами.
Стабилизирующие эффекты ограничения ресурсов
Общим гомеостатическим механизмом, управляющим многими свойствами системы, является взаимодействие между потребителями и ресурсом. Взаимодействия между хищником и добычей часто упоминаются как классический пример того, как динамика потребления/ресурса может привести к отрицательной обратной связи, которая стабилизирует систему. В простой системе «хищник-жертва», например, лиса и ее жертва-кролик, первоначальное увеличение популяции добычи приводит к увеличению доступности ресурсов для их хищника. Поскольку поедание добычи приводит к увеличению размножения и выживанию популяции хищников, увеличение популяции добычи изначально дает стимул для увеличения популяции хищников.
По мере увеличения численности хищников спрос на добычу также увеличивается, а увеличение уровня смертности жертв вызывает сокращение популяций жертв. При уменьшении ресурсной базы не хватает добычи для поддержания высокой численности хищников, увеличивается смертность в популяции хищников и, в конечном итоге, популяция хищников сокращается. Таким образом, первоначальному увеличению численности хищников противодействует отрицательная обратная связь, вызванная ограниченными ресурсами жертвы. Хотя это очень упрощенный пример одного ограничивающего ресурса (жертвы) и одного вида-потребителя (хищника), эта концепция легко переводится в более сложные ситуации. Например, в сообществе пустынных грызунов, которые все питаются семенами, произведенными разнообразным сообществом однолетних растений, увеличение потребления любым видом или особью уменьшает количество семян, доступных другим видам или особям, что приводит к общей стабильности потребления ресурсов растениями. сообщество грызунов.
Приведенные выше примеры являются частными случаями общего процесса, происходящего во многих системах.
Когда пищевые ресурсы (например, объекты добычи (животные или растения), азот, фосфор и вода) ограничены, они налагают сильные стабилизирующие ограничения на динамику сообщества. Увеличение использования ресурсов любым компонентом системы должно сопровождаться снижением использования другими компонентами, поскольку ресурсы ограничены. Этот баланс
между увеличением и уменьшением популяций видов часто называют видовой компенсацией или компенсаторной динамикой. Ограниченный характер ресурсов обеспечивает отрицательную обратную связь для противодействия увеличению потребления сообществом или экосистемой в целом. Поскольку ресурсы используются людьми для роста, поддержания, размножения и выживания, ограничения ресурсов влияют на рождение, смерть и чистое производство. Таким образом, ограничения ресурсов важны не только для стабилизации общего потребления, но также важны для стабилизации важных свойств системного уровня, таких как общая численность, биомасса на корню и производство биомассы.
Дополнительная стабилизация свойств системы иногда может происходить, когда в экологической системе действует более одного ограничивающего (или потенциально ограничивающего) ресурса. Изменения в окружающей среде, как естественные, так и антропогенные, могут привести к увеличению уровня ресурсов, что приведет к быстрым изменениям свойств состояния по мере того, как система уравновешивается новым ограничением. Однако реакция системы на освобождение от первоначального ограничения может быть замедлена или даже обращена вспять, если в системе есть вторичное ограничение. Иногда два ресурса могут совместно ограничивать экосистему; например, иногда обнаруживается, что и азот, и фосфор ограничивают продуктивность растений в некоторых экосистемах. В этих случаях система может не реагировать на увеличение одного ресурса, пока не изменятся оба ограничивающих ресурса. Чаще всего один ресурс является основным ограничивающим фактором, и в этом случае система первоначально будет реагировать на увеличение этого ресурса.
Однако при снятии ограничения основного ресурса другой ресурс часто становится ограничением системы. Например, в пустынных экосистемах растения в первую очередь ограничены доступностью воды, но когда ограничение воды высвобождается, азот может стать ограничивающим ресурсом, ограничивающим реакцию растений. Множественные ограничения ресурсов могут привести к расхождению между краткосрочной и долгосрочной реакцией на изменения, поскольку первоначальные изменения замедляются или даже обращаются вспять введением новых ограничений.
Компенсаторная динамика
Компенсаторная динамика является важным гомеостатическим механизмом. Компенсационная динамика возникает, когда увеличение численности, биомассы или использования энергии одними видами сопровождается уменьшением других видов. В то время как ограничения ресурсов создают условия для возникновения негативных обратных связей в экологических системах, компенсационная динамика часто необходима для поддержания устойчивого состояния между доступностью ресурсов и их использованием, когда изменяются условия окружающей среды, отличные от ограничивающих ресурсов.
Без компенсационной динамики сильные флуктуации только нескольких доминирующих видов привели бы к большим изменениям свойств системы, независимо от наличия ограничений на систему (рис. 2). По сути, компенсаторная динамика позволяет экосистеме полностью использовать ресурсы и
Возмущение Начало возмущения конец | Возмущение Начало возмущения конец |
Время I Время Рисунок 2. Компенсационная динамика среди видов важна для способности экологической системы поддерживать гомеостаз. Гипотетическая экосистема реагирует на возмущение окружающей среды с дискретным началом и окончанием во времени. Жирная черная линия показывает общую численность организмов в этой системе с течением времени. Тонкая черная линия показывает численность вида 1 во времени, а пунктирная линия показывает численность вида 2 во времени. создают условия, при которых ресурсы могут ограничивать экосистему. Постоянное действие ограничения на экосистему создает сценарий, при котором негативные обратные связи, рассмотренные выше, могут действовать и ослаблять изменения свойств системы. Изменения условий окружающей среды могут иметь важные последствия для способности системы поддерживать гомеостаз из-за их воздействия на отдельные виды. Эти условия окружающей среды, иногда называемые модуляторами в экологии экосистемы, обычно представляют собой физические и химические компоненты экосистемы, влияющие на активность организмов (например, рН, соленость, температура, структура почвы и физическая структура растительности). Имеется множество эмпирических данных, демонстрирующих важность различий между видами в нишах для управления компенсаторной динамикой и поддержания гомеостаза. Например, экспериментальные манипуляции с pH в озерах приводят к изменениям в составе видов, при этом виды, предпочитающие более низкие значения pH, увеличиваются, а виды, предпочитающие нейтральный или высокий pH, снижаются. Недавно высказывались предположения, что компенсационная динамика может быть результатом не различий между видами в характеристиках ниш, а стохастических процессов. Ключом к этому взгляду на компенсаторную динамику являются (1) идея о том, что смерть и рождение являются стохастическими процессами, (2) что ресурсы, высвобождаемые смертью индивидуума, распределяются между индивидуумом, новым для системы, и (3) что видовая принадлежность новой особи определяется случайным образом. |
Вид 1 положительно реагирует на это возмущение, увеличивая свою численность. Без компенсаторной реакции вида 2 (левая панель), в данном случае снижения численности, общая численность в системе увеличивается во время возмущения и возвращается к прежнему состоянию после окончания возмущения. Однако, если имеет место компенсационная динамика (правая панель) и численность вида 2 уменьшается по мере увеличения вида 1, то общая численность системы не показывает реакции на возмущение окружающей среды.
Другими словами, это условия, которые влияют на то, как организм взаимодействует с окружающей средой и с другими видами. Например, виды, которые являются хорошими конкурентами и способны получать большие объемы ресурсов при нейтральном pH, могут сокращаться, когда pH становится более кислым или щелочным. Действия, на которые влияют модуляторы, часто включают способность организма получать ресурсы и/или воспроизводиться, а иногда могут непосредственно вызывать смерть организма. Хотя модуляторы могут изменить окружающую среду системы, важно отметить, что они не обязательно влияют на общую доступность ограничивающего ресурса. Помимо абиотических условий, на деятельность организма могут влиять и другие виды. Патогены, хищники или новые ресурсные виды могут оказывать серьезное влияние на общие условия окружающей среды системы. Из-за своего воздействия на организмы модуляторы могут негативно влиять на виды в экосистеме и приводить к сокращению популяции. Сокращение популяций приводит к увеличению доступности ресурсов в системе, потому что (1) модуляторы не влияют на доступность ресурсов и (2) меньшее количество людей в системе приводит к меньшему общему использованию ресурсов, то есть ресурсы используются недостаточно.
Чтобы использовать эти высвобожденные ресурсы, виду нужны соответствующие черты или характеристики ниши, чтобы выжить и добывать корм в этой среде. Поскольку виды различаются по своим нишевым характеристикам, условия, которые вредны для одних видов, также имеют тенденцию быть полезными для других видов. Это создает потенциальную возможность компенсации сокращения численности одних видов за счет увеличения численности других видов. Следовательно, эти различия в характеристиках ниш между видами, особенно в характеристиках ниш, связанных с модуляторами, критически важны для возникновения компенсаторной динамики.
Подобные изменения в составе были зарегистрированы для различных таксонов (например, многолетних растений, зоопланктона, фитопланктона, рыб, крупных травоядных млекопитающих, грызунов и однолетних растений) в различных экосистемах (например, пустынях, лесах умеренного пояса, лугах, тундрах). , озера и океаны) для различных модуляторов (например, pH, среда обитания, температура, доступность света и давление хищников). Несмотря на то, что во многих из этих случаев происходят большие изменения условий окружающей среды, компенсаторная динамика среди видов способна поддерживать гомеостаз свойств системного уровня (например, видового богатства, биомассы, потока CO2, потока энергии и общей численности).
В этом стохастическом взгляде на динамику видов то, какие виды приобретают или теряют ресурсы, не зависит от каких-либо нишевых характеристик вовлеченных видов. Эту идею часто называют «нейтральной теорией», при этом термин «нейтральный» относится к тому факту, что любые изменения в видовом составе происходят из-за нейтральных процессов (например, стохастических скоростей рождения, смерти и расселения), которые не имеют ничего общего. с окружающей средой или нишевыми характеристиками вовлеченных видов. Поскольку «нейтральная теория» была предложена совсем недавно, еще не так много эмпирических исследований, явно проверяющих способность нейтральных изменений поддерживать гомеостаз. Однако, принимая во внимание эмпирическую поддержку нишевой компенсаторной динамики, весьма вероятно, что, если стохастические процессы играют важную роль в гомеостатических механизмах, они, вероятно, будут важны главным образом в системах с высокой стабильностью окружающей среды и, следовательно, отсутствием отбора для некоторых видов.