15 Урбанизация. Группы организмов по типу питания. Пищевые цепи и сети.

Урбанизация (от лат. urbanus- городской) - это процесс повышения роли городов в развитии общества. Особые городские отношения охватывают социально-профессиональную и демографическую структуру населения, его образ жизни, размещение производства и расселение…… Предпосылками урбанизации являются: рост индустрии, углубление территориального разделения труда, развитие культурных и политических функций городов.

Урбанизация — объективный процесс, обусловленный потребностями общества, производства, характером общественного строя. Однако рост городского населения, особенно в последние десятилетия, оказался настолько стремительным, что окружающая среда многих городов мира уже не в состоянии удовлетворить многие биологические и социальные потребности современного человека. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды — атмосферу, растительность, почву, рельеф, гидрографическую сеть, подземные воды, грунты и даже климат.

Заняв на поверхности Земли громадные территории, города не только оттеснили природные зоны, но и оказали активное воздействие на первоначальный климат. Климатические условия в городах значительно отличаются от окружающих районов, причем эти отличия при прочих равных условиях тем больше, чем значительнее территория города. ……………….. Высокая концентрация аэрозольных частиц в городском воздухе способствует увеличению частоты туманов — в среднем в 2—5 раз, в том числе особенно устойчивых туманов типа смога. Городские туманы играют огромную роль в процессе ослабления солнечной радиации и в уменьшении дальности видимости на территории города. Повышенная концентрация аэрозолей и усиление восходящих движений воздуха в городе приводит к увеличению облачности и вероятности выпадения осадков. По данным исследований, проводимых в Великобритании и США, в больших городах зарегистрировано на 10% больше облачных дней, на столько же больше дождей, града и снега, на 30% больше тумана летом и на 100% зимой по равнению с рядом расположенной сельской местностью. В некоторых крупных промышленных центрах существует недельный цикл количества выпадающих осадков, проявляющийся в уменьшении осадков в выходные дни, когда промышленные предприятия не работают.

Увеличение количества осадков над городом идет в ущерб другим районам, усиливая засушливость сельской местности.

Урбанизация природы, строительство и функционирование: многих промышленных предприятий и автотранспортных коммуникации привели к значительному изменению состояния различных компонентов окружающей человека среды — воздушного бассейна, водных экосистем, почвенного покрова города, вызвав их интенсивное загрязнение.

В крупных городах значительную долю выбросов в атмосферу дает автотранспорт. Среди отраслей промышленности особенно токсичные атмосферные выбросы обеспечивают предприятия цветной металлургии, химической, нефтехимической, черной металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Основными загрязнителями воздушного бассейна города являются диоксид серы, оксиды азота и углерода, твердые частицы (промышленная пыль). Выхлопные газы автомобилей содержат также повышенные количества свинца и озона. Все эти загрязнители отрицательно воздействуют на здоровье городских жителей. Так, диоксид серы повреждает респираторную систему человека, вызывая кашель, боль в груди, одышку, сужение дыхательных путей.

Во многих городах из-за загрязнения воздушного бассейна резко ухудшилось качество зеленых насаждений. Например, в Москве повреждено хлорозом и некрозом около 20% древесно-кустарниковых насаждений.

Выхлопы автотранспорта существенно повышают концентрацию в атмосферном воздухе свинца, причем более интенсивное движение автомобилей приводит к большему загрязнению свинцом. Свинец попадает в почву, поверхностные и грунтовые воды, его активно аккумулируют растения: содержание свинца в придорожных растениях примерно в 100 раз больше, чем растениях, произрастающих в относительно незагрязненных районах. Использование таких растений в пищу может привести к отравлению организма свинцом.

 Вода.  Одна из особо острых проблем большого города - вода. Исторически развитие человечества связано с водоснабжением - человек начал вести оседлый образ жизни именно возле воды. В последнее время большинство крупных городов испытывают постоянно нарастающие трудности с водоснабжением. Хотя для удовлетворения жизненных потребностей человека достаточно 5 л воды, ему ее требуется значительно больше: только для нужд личной гигиены и бытовых потребностей необходимо расходовать не менее 40-50 л воды. Расход воды в городе составляет в среднем от 150 до 200 л, а в ряде промышленных центров - до 500 л в день на душу населения. В небольших городах вода используется в большей мере на бытовые нужды, тогда как в крупных центрах соотношение между количеством воды на промышленные и бытовые нужды прямо противоположное.

Несмотря на то, что потребление воды неуклонно увеличивается из-за роста населения Земли, главную угрозу представляет не это, а прогрессирую­щее загрязнение рек, озер и подземных вод. В конце XIX века чистота воды представляла частную проблемуздравоохранения. Тифы, эпидемические колиты и дизентерия, вызванные бактериями, передающимися через воду, заключается в том, что они обладают высокой биологической активностью и участвуют во многих процессах жизнедеятельности: белковом, жировом, -углеводном, витаминном, минеральном обмене, газо и теплообмене, тканевой проницаемости, клеточном делении, костеобразовании, кроветворении, росте, размножении, иммунобиологических реакциях. Воздействие микроэлементов на обмен веществ тесно связано с их влиянием на активность ферментов, часть микроэлементов входит в структуру гормонов и витаминов.

Загрязнение воды стало предметом интенсивного изучения, так как количество людей, страдающих болезнями, передающимися через загрязненную воду. исчисляется миллионами.   

Шум. Окружающая среда - сложная система. Это понятие включает в • себя не только воздух, почву и воду. Шум также играет значительную роль в жизни человека, особенно в крупных городах. Доказано отрицательное воздействие шума на ЦНС, вегетативные реакции, артериальное давление, деятельность внутренних органов. Высокий уровень шума способствует повышению числа гипертензий и гипотензий, гастритов, язвенной болезни желудка, болезней желез внутренней секреции и обмена веществ, психозов, неврозов, болезней органов кровообращения. У лиц, проживающих в шумных  районах, чаще выявляются церебральный атеросклероз, увеличенное содержание холестирина в крови, астенический синдром. Доля новорожденных с пониженной массой возрастает соответственно увеличению уровня шума.

При сильных шумах возбуждение, достигая вегетативной нервной системы, действует на центры, регулирующие артериальное давление, дыхание и деятельность пищеварительного тракта, влияет на кору больших полушарий. В результате длительного влияния шумов малой интенсивности в центрах слухового анализатора образовываются доминантные очаги, которые тормозят деятельность других центров, вследствие чего нарушаются многие функции организма.

В условиях интенсивного шума развивается выраженное охранительное торможение в коре большого мозга, происходят серьезные сдвиги в высшей нервной деятельности (нарушается уравновешенность нервных процессов, снижается их подвижность, условно-рефлекторная деятельность ухудшается), что приводит к изменению нормальных корково-подкорковых соотношений.

Возможно нарушение функций нервной системы при воздействии шума связано со сдвигами обмена веществ в нервной ткани. Головной мозг - орган высокой физиологической активности - очень чувствителен к кислородному голоданию. При воздействии шума развивается гипоксия мозга, так как шум повышает тонус сосудов мозга, снижает кровенаполнение его тканей, что является следствием изменения состояния сосудодвигательного центра в ответ на шумовое раздражение. Вегетативные реакции, сопровождающиеся ухудшением кровообращения различных органов, нарушением сердечной деятельности, изменением артериального давления, особенно выражены при шумовом воздействии в 65-95 дБ.

При действии шума происходит уменьшение содержания сахара в крови до нижнего уровня нормы, что вызывает активизацию надпочечников и повышение концентрации адреналина в крови. Длительное воздействие шума угнетает функцию надпочечников, что приводит к резкой гипогликемии. Шум в 60 дБ, регистрируемый иногда на городских транспортных магистралях, снижает некоторые показатели иммунитета. Обнаружение ремостабильных аутоантител в низких концентрациях расценивается специалистами как компенсаторная реакция на действие неблагоприятных факторов среды. Такие аутоантитела относятся к разряду аутоагрессоров, и выраженное повышение их содержания при действии шума может способствовать формированию патологических процессов. Таким образом, воздействуя на кору больших полушарий головного мозга и центры вегетативной нервной системы, шум отрицательно влияет на  различные органы и системы человека.

Электромагнитные поля. Среди физических факторов окружающей среды, отрицательно влияющих на здоровье горожан, все большую роль играют электромагнитные поля (ЭМП) коротковолнового, ультракоротковолнового и сверхвысокочастотного диапазо­на (КВ, УКВ, СВЧ). Их основные источники - коротковолновые передатчики, телецентры, радиолокаторы, сверхвысокочастотные и средневолновые передатчики. Считается, что ухудшение самочувствия под действием ЭМП является результатом влияния этих полей на электромагнитные процессы в организме, связанные с регуляцией физиологических функций-

Наиболее уязвима к таким воздействиям нервная система. Предполагает­ся, что главенствующая роль в механизмах действия ЭМП принадлежит лимбическим структурам головного мозга и гипоталамусу. Возможно, действуя на экстро- и интерорецепторы организма, электромагнитная энергия вызывает нервные импульсы, которые поступают в кору большого мозга, гипоталамус и спинной мозг. Гипоталамус, функционально связанный с гипофизом, вовлекает в процесс надпочечники, гормоны которых оказывают влияние на состав крови, работу внутренних органов и нервную систему. Импульсы, проходящие через спинной мозг и вегетативную нервную систему, достигают внутренних органов и влияют на их функциональное состояние.

Большой чувствительностью к действию электромагнитных полей обладает половая сфера: изменения в ней вызываются как прямым, так и опосредованным их воздействием. В первом случае половые железы поражаются непосредственно, во втором - их расстройство связано с неблагоприятным влиянием полей на нервную и эндокринную системы.

Действие полей на организм матери обусловливает рождение неполноценного потомства, отдаленные последствия действия ЭМП проявляются в нарушении генеративной функции в последующих поколениях. Электромагнитные поля КВ- и УКВ-диапазона влияют на сердечно-сосудистую систему, что выражается в урежении пульса, незначительном расширении границ сердца, глухости сердечных тонов, ухудшении проводимости сердца и сосудистой гипотонии. Возможны два пути воздействия ЭМП на реакции сердечно-сосудистой системы: первый - непосредственно на узлы автоматии сердца, второй - через центральную нервную систему.

Электромагнитные поля малой интенсивности стимулируют прибавку массы животных, а большой, напротив, угнетают ее. Увеличение массы, по-видимому, связано со снижением обмена веществ, что объясняется угнетением функции щитовидной железы.

В силу того, что влияние на здоровье факторов окружающей среды в случае их малой интенсивности реализуется через бессимптомное накопление либо вредных веществ, либо патологических изменений в органах и тканях, только комплексное определение ранних признаков изменений в организме может дать прогностически значимые результаты. Являясь функцией от многих переменных, здоровье населения представляет собой интегральный показатель качества окружающей среды.                    .

Установлено, что комбинированное действие факторов среды на здоровье человека может давать различные эффекты. Так, уровень общей заболеваемос­ти детей зависит как от загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода, . так и от городского шума. При сочетанном действии обоих факторов рост заболеваемости увеличивается (взаимоусиливающий эффект).  На распространенность аллергических заболеваний значительно влияют атмосферные загрязнения и неудовлетворительные жилищные условия. При сочетании этих эффектов заболеваемость возрастает более интенсивно. Выявлено, что совместное действие оксида углерода и оксидов азота, оксида углерода и сероуглерода, оксида углерода и сернистого ангидрида может вызвать более выраженный гипотензивный эффект, чем каждое из этих веществ в отдельности. При суммарном влиянии оксида углерода и электромагнитных полей брахикардия выражена в большей степени, чем при изолированном их действии. Совместное действие сернистого ангидрида. оксида углерода и электромагнитных полей уменьшает систолический объем сердца; сернистого газа, оксидов азота и оксида углерода ухудшает функцию дыхания; электромагнитных полей и оксида улерода, а также шума и сероуглерода увеличивает число детей с неудовлетворительными показателями состояния ЦНС.

Сочетание нескольких, пусть слабых, но однонаправленно, действующих факторов (вызывающих нарушение одних и тех же систем органов) может привести к достоверным сдвигам показателей здоровья. Таким образом, добавление каждого нового фактора (действующего однонаправленно) делает риск заболевания более высоким. На распространенность ишемической болезни сердца наиболее существенно влияют загрязнение атмосферного воздуха, высокий уровень шума и поступление пестицидов с пищевыми продуктами. При увеличении загрязнения атмосферного воздуха заболевае­мость ишемической болезнью сердца может возрасти на 44%, при усиленном акустическом воздействии - на 20%, остаточные количества ДДТ в продуктах питания (молоке, мясе, масле) могут способствовать росту заболеваемости на 26%. В то же время совместное воздействие этих факторов повышает количество людей с данной патологией почти в два раза.

 В любой экосистеме можно выделить по типу питания три функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они способны аккумулировать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создавать органические вещества.

Консументы , или потребители, - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную.

Редуценты - грибы и бактерии, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Продукты минерализации вновь используются продуцентами.

Продуценты, консументы и редуценты существуют во всех наземных (хвойные и лиственные леса, тундры, степи, пустыни, луга) и водных (океаны, моря, реки, озера, пруды) экосистемах. Например, экосистемы леса и пруда различаются средой обитания, видовым составом популяций, но содержат все три функциональные группы. Продуценты в лесу - это деревья, кустарники, травы, мхи, а в пруду - водные растения, водоросли, синезеленые. В состав консументов леса входят звери, птицы, насекомые, беспозвоночные животные, населяющие лесную подстилку и почву. В пруду к консументам относятся рыбы, земноводные, ракообразные, насекомые. Редуценты представлены в лесу наземными, в пруду - водными формами.

Таким образом, в экосистеме пищевые и энергетические связи идут в следующем направлении: продуценты - консументы - редуценты.

В каждую функциональную группу входит множество популяций и только тесное взаимодействие всех трех групп обусловливает функционирование экосистемы.

Основоположником учения о биогеоценозах является отечественный эколог, ботаник и лесовод В.Н. Сукачев (1880-1967).

***Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему называют цепью питания. Пищевая цепь (цепь питания) – перенос энергии через ряд организмов путем поедания одних видов другими. Таким образом, пищевые цепи – это трофические связи между видами (от греч. «трофе» - питание). А разные уровни питания в экосистеме – трофические уровни. В основе цепи питания (1-й трофический уровень) обычно лежат зеленые растения – продуценты, 2-й –первичные консументы (растительноядные животные), 3-й – вторичные консументы (плотоядные животные, поедающие растительноядных) и т.д

Внутри экосистемы органические вещества создаются автотрофными организмами, например, растениями. Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью (рис.1), а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем.

Различают

пастбищные пищевые цепи

детритные пищевые цепи

паразитические пищевые цепи

Пастбищные пищевые цепи (цепи выедания) - пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих или хемосинтезирующих организмов (рис. 2.). Пастбищные пищевые цепи распространены преимущественно в сухопутных и морских экосистемах.

Примером может служить пастбищная пищевая цепь луга. Начинается такая цепь с улавливания солнечной энергии растением. Бабочка, питающаяся нектаром цветка, представляет собой второе звено в этой цепи. Стрекоза - хищное летающее насекомое - нападает на бабочку. Спрятавшаяся среди зеленой травы лягушка ловит стрекозу, но сама служит добычей для такого хищника, как уж. Целый день уж мог бы переваривать лягушку, но еще не успело зайти солнце, как сам стал добычей другого хищника.

Пищевая цепь, идущая от растения через бабочку, стрекозу, лягушку, ужа к ястребу, указывает путь направления движения органических веществ, а также содержащейся в них энергии.

В океанах и морях автотрофные организмы (одноклеточные водоросли) существуют только до глубины проникновения света (максимум до 150-200 м). Гетеротрофные организмы, обитающие в более глубоких слоях воды, ночью поднимаются к поверхности, чтобы питаться водорослями, а утром вновь уходят на глубину, совершая суточные вертикальные миграции протяженностью до 500-1000 м. В свою очередь, с наступлением утра гетеротрофные организмы из еще более глубоких слоев поднимаются наверх, чтобы питаться за счет опускающихся из поверхностных слоев других организмов.

Таким образом, в глубоких морях и океанах существует своеобразная "пищевая лестница", благодаря которой органическое вещество, созданное автотрофными организмами в поверхностных слоях воды, переносится по цепочке живых организмов до самого дна. В этой связи некоторые морские экологи считают всю водную толщу единым биогеоценозом. Другие полагают, что условия среды в поверхностных и придонных слоях воды настолько различны, что их нельзя рассматривать как единый биогеоценоз.

Детритные пищевые цепи (цепи разложения) - пищевые цепи, которые начинаются с детрита - отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных (рис.2).

Детритные цепи наиболее характерны для сообществ континентальных водоемов, дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются детритом, образованным отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема или попавшим в водоем из наземных экосистем, например, в виде листового опада.

Экосистемы дна морей и океанов, куда не проникает солнечный свет, существуют только за счет постоянного оседания туда отмерших организмов, обитающих в поверхностных слоях воды. Общая масса этого вещества в Мировом океане за год достигает не менее нескольких сотен миллионов тонн.

Распространены детритные цепи также и в лесах, где большая часть ежегодного прироста живой массы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, образуя опад, и разлагается затем сапротрофными организмами с последующей минерализацией редуцентами. Большое значение в разложении отмерших остатков растительного происхождения, особенно древесины, имеют грибы.

Гетеротрофные организмы, питающиеся непосредственно детритом, называются детритофагами. В наземных экосистемах ими являются многие виды насекомых, червей и др. Крупные детритофаги, к которым относятся некоторые виды птиц (грифы, вороны и т.д.) и млекопитающих (гиены и пр.) называют падальщиками.

В водных экосистемах наиболее распространенными детритофагами являются членистоногие - водные насекомые и их личинки, и ракообразные. Детритофагами могут питаться другие, более крупные гетеротрофные организмы, которые могут сами служить пищей для хищников.

Паразитические пищевые цепи - пищевые цепи, которые начинаются свободноживущим организмом, на котором паразитируют паразиты первого порядка, на них, в свою очередь, паразиты второго порядка и т.д.

Аскариды, паразитирующие на пойкилотермных организмах, являются паразитами первого порядка, паразитирующие в клетках аскарид одноклеточные эукариоты - паразитами второго порядка, обитающие в них бактерии - паразитами третьего порядка, паразитирующие в бактериях вирусы (бактериофаги) - паразиты четвертого порядка и т.д.

 Пищевые*сети…..В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть. В схеме пищевой сети могут быть показаны только некоторые из многих возможных связей, и она обычно включает лишь одного или двух хищников каждого из верхних трофических уровней. Такие схемы иллюстрируют пищевые связи между организмами в экосистеме и служат основой для количественного изучения экологических пирамид и продуктивности экосистем.