Ekologia

Nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody, zajmująca się badaniem oddziaływań pomiędzy organizmami a ich środowiskiem oraz wzajemnie między tymi organizmami

Środowisko

. Wszystkie czynniki niegenetyczne otaczające organizm

. Czynniki abiotyczne:

-nasłonecznienie

-klimat . geologia

. czynniki społeczne i kulturowe

. Czynniki biotyczne . Inne organizmy

Ekologia człowieka

. Interakcje pomiędzy człowiekiem i jego środowiskiem (naturalnym, społecznym, kulturowym

i technologicznym

Czynniki środowiskowe

. Stresory – czynniki zakłócające homeostazę

. wysokie i niskie temperatury

. wysokie i niskie ciśnienie atmosferyczne

. wysokie i niskie stężenie tlenu . choroby . niedożywienie

. Czynniki niezbędne dla przeżycia i reprodukcji . pożywienie

. woda . surowce

Homeostaza

• Oznacza stałość systemu (stabilność środowiska wewnętrznego organizmu). Wobec faktu, że organizm jest systemem autonomicznym, ale otwartym względem środowiska zewnętrznego, homeostaza wewnętrzna musi być związana ze stabilnością relacji ze środowiskiem zewnętrznym

• Z wiekiem i zmianami rozwojowymi następują stałe przestrojenia w systemie, jakim jest organizm, i uzyskiwane są kolejne stany równowagi. Wobec ciągłych zmian środowiska zewnętrznego jest to również proces ciągłych regulacji powiązań organizmu ze środowiskiem. Łącznie jest to więc równowaga rozwojowa zwana homeostazą

Czynniki fizyczne

[geologia, hydrologia, topografia, nasłonecznienie, klimat

Czynniki biotyczne [inne organizmy zamieszkujące ten sam habitat]

Czynniki społeczne, kulturowe, ekonomiczne, polityczne, medyczne]

Populacja ludzka

.W optymalnych warunkach środowiskowych osobniki mają zapewnioną realizację potencjału

genetycznego

.dojrzałość morfofunkcjonalna

.zdrowie

.możliwość reprodukcji

Występowanie różnorodnych czynników środowiskowych wymaga różnorodnych reakcji organizmu

. człowiek odpowiada na czynniki środowiskowe (stresory) wykorzystując mechanizmy biologiczne,

zachowania kulturowe i osiągnięcia technologiczne

Model odpowiedzi na czynniki stresogenne

-odpowiedź biologiczna

-adaptacja -adjustacja

-kultura i technologia bez zmian genetycznych

-adaptabilność

Adaptacja

. Reakcja na długotrwałe działanie czynników środowiskowych

. Zmiany genetyczne

. zmiany struktury lub funkcjonowania organizmu, których efektem jest lepsze przystosowanie do warunków środowiskowych

. Selekcja naturalna

Selekcja naturalna

. Mechanizm ewolucyjny

. „przystosowani żyją dłużej i mogą wydać płodne potomstwo”

Adaptacja

. Strukturalna

. Fizjologiczna

. Behawioralna

Klimat

. Temperatura, ciśnienie atmosferyczne, wilgotność, wiatry, nasłonecznienie

. Adaptacja do czynników klimatycznych widoczna jest w wielkości i kształcie ciała

. odpowiedź na zimny i gorący klimat

. reguła sformułowana w 19-tym wieku przez Bergmanna i Allena

Reguła Bergmana

. W obrębie tego samego gatunku, populacje o mniejszej masie ciała spotykane są częściej w klimacie gorącym a o większej masie ciała w klimacie zimnym

. Produkcja większej ilości ciepła

. Większa liczba komórek, których bioproduktem jest ciepło wewnętrzne

. Większe zwierzęta mają relatywnie mniejszą powierzchnię ciała a tym samym oddają mniej

ciepła do otoczenia

Reguła Allena

. Ilość ciepła oddawanego do otoczenia skorelowana jest z długością kończyn

. W obrębie tego samego gatunku osobniki o dłuższych kończynach spotykane są w klimaciecieplejszym

. Relatywnie długie kończyny prowadzą do zwiększenia powierzchni ciała

Członkowie plemienia Masajów (Afryka Wschodnia)

Adaptacja do pożywienia

. Zróżnicowana dieta

. Zróżnicowana ilość pożywienia

. Zróżnicowane przystosowanie do pokarmów

. W zimnym klimacie potrzeby żywieniowe są wyższe niż w klimacie gorącym - szybszy metabolizm

Mieszkańcy rejonów subarktycznych spożywają więcej pokarmu wysoko kalorycznego, bogatego

w tłuszcz (produkcja ciepła) Ponadto noszą ciepłe ubrania, pozostają aktywni na zewnątrz domostw i śpią blisko siebie

Inuici Indianie (Tierra del Fuego)

Aborygeni wytwarzają warstwy tłuszczowe wokół organów wewnętrznych

• Ochrona przed promieniami UV

Kolor skóry

Sub-Saharan African, Indian, Southern European, and Northern European

Zróżnicowanie koloru skóry

. Kolor skóry jest konsekwencją obecności pigmentu - melaniny

. Pheomelanina – kolor czerwony do żółtego

. Eumelanina – kolor ciemnobrązowy do czarnego

. Melanina zapobiega oparzeniom i zmianom DNA

. ochrona przed melanomą (rak skóry)

Ciemne zabarwienie skóry jest typowe dla regionów tropikalnych, szczególnie nie zalesionych, gdzie

spotykamy się z silniejszym promieniowaniem UV

„Czerwone policzki” jako efekt obecności naczyń krwionośnych pod powierzchnią skóry (większy dopływ tlenu do tkanek) Peru i Tybet

Adaptabilność

. Zmiany w procesach wzrastania i procesach rozwojowych, które są efektem działania

czynników środowiskowych w okresie dzieciństwa.

. Nieodwracalne zmiany anatomiczne i fizjologiczne

. Adjustacja - odwracalne zmiany fizjologiczne i anatomiczne

Formy adjustacji długotrwała sezonowa krótkotrwała lata miesiące dni godziny sekundy

Przykłady

. odżywianie

. rekacje biometeorologiczne

. promieniowanie UV

. temperatura

. ciśnienie atmosferyczne

Odpowiedzi kulturowe i technologiczne

. Nie eliminują przystosowania biologicznego

Czynniki rozwoju osobniczego

. Ontogeneza wykazuje zróżnicowanie międzyosobnicze warunkowane genetycznie i środowiskowo

. Procesy rozwojowe warunkowane są i regulowane przez trzy grupy czynników:

. endogenne genetyczne – determinatory rozwoju

. endogenne paragenetyczne – stymulatory rozwoju

. egzogenne - modyfikatory

Klasyfikacja czynników odpowiedzialnych za zmienność cech człowieka (Wolański 1987)

-czynniki genetyczne (endogenne)

-paragenetyczne

-matczyne

-tryb życia \

-środowiskowe (egzogenne)

-cechy wieloczynnikowe (o rozkładzie ciągłym, ilościowe)

-tempo wzrastania, typ metabolizmu,

-kontrola wielkości ciała, determinacja płci, heterogenność

„rezonans genetyczny”, wiek rodziców, kolejność ciąży

rodzaj aktywności zawodowej, obciążenia fizyczne i psychiczne, sporty, rekreacja ruchowa, nawyki dotyczące snu, używek, alkoholu, palenia

Klasyfikacja czynników środowiskowych (Wolański 1987)

klimat (skład powietrza, temperatura, wilgotność, nasłonecznienie, wiatry, wysokość nad poziomem

morza, pole magnetyczne) naturalne ukształtowanie podłoża zasoby wodne i mineralne fauna i flora (białka, węglowodany, tłuszcze, witaminy, składniki mineralne)

społecznoekonomiczne społeczność (wielkość i typ)

rodzina (wielkość, typ, dochody)

przepływ informacji kulturowotechniczne przepływ energii poza organizmem świadomość (zwyczaje etyczne, religia)

zwyczaje żywieniowe (sztuczna żywność, przechowywanie żywności, częstość posiłków, proporcje składników, alkohol) mieszkanie i miejsce zamieszkania środowisko pracy i nauki

. Specyfika badań ontogenetycznych polega na tym, że rozwój zarówno osobnika, jak i populacji odbywa się w przestrzeni czasowej

. Czas rozumiany jest jako:

. okres, w którym obserwujemy rozwój osobniczy

. zespół przemian, którym podlegają czynniki środowiskowe

Genotyp + Środowisko + Czas Ri=f(G,E,T)

Samoregulacja procesu ontogenezy

. Homeostaza ontogenetyczna Utrzymywanie stanu równowagi dynamicznej między czynnikami wewnętrznymi organizmu a ciągle zmieniającymi się czynnikami środowiska

Zasady samoregulacji ontogenezy (I. Szmalhauzen)

. Rozwój przebiega wg programu zadanego przez materiał genetyczny

. Rozwój przebiega w sposób odpowiedni do (w zależności od) określonego środowiska

zewnętrznego

. Regulacja następuje poprzez korygowanie odchyleń i odtwarzanie normalnych reakcji

podczas zakłóceń

Plastyczność fenotypowa

. Plastyczność rozwojowa: zdolność organizmu do reakcji (w formie zmiany formy, zachowania,

aktywności itp.) na bodźce środowiskowe

. Specyficzna:

. dla danej cechy

. w stosunku do określonych warunków środowiska

. pod względem kierunku

. Odpowiedź fenotypowa organizmu na czynnik środowiskowy

Rodzaje plastyczności

. Wykształcanie alternatywnych fenotypów w odpowiedzi na bodziec środowiskowy (polifenizm)

. Fenotyp umożliwia przystosowanie niezależnie od zmian środowiska

. Genotyp organizmu wykazujący plastyczność rozwojową umożliwia powstawanie różnych

fenotypów w różnych warunkach środowiska. Każdy z powstałych fenotypów jest najbardziej

przystosowany do środowiska, w którym się rozwinął, bądź tak zrównoważony, że rozwój osobnika jest

niezależny od zmian środowiska (J.M. Thoday)

Genotyp charakteryzuje się taką plastycznością rozwojową, iż gwarantuje wytworzenie specyficznych

fenotypów w danych warunkach środowiska

Genotyp charakteryzuje się taką plastycznością rozwojową, iż wytworzony fenotyp umożliwia

przystosowanie niezależnie od zmian środowiska W warunkach P lub V powstanie taki sam fenotyp

Kanalizacja rozwoju

. Udział czynników genetycznych i środowiskowych w kształtowaniu fenotypu prowadzi

zawsze do wytworzenia fenotypu standardowego (C.H. Waddington)

Buforowanie zjawisk rozwojowych

. Genotyp ma zdolność buforowania stopnia odchyleń swych reakcji, które są wywołane zmianami środowiska zewnętrznego (C.H. Waddington)

Teoria limitowanego ukierunkowania rozwoju

. Rozwój osobnika przebiega w określonym genetycznie kanale rozwojowym

. osobniki o podobnym wyposażeniu genetycznym kształtują swoje cechy zależnie od:

. zdeterminowanego genetycznie tempa rozwoju

. czasu wyhamowania rozwoju (Garn)

Teoria limitowanego ukierunkowania rozwoju

. Założenia:

. identyczne lub podobne wyposażenie genetyczne

. stopień odziedziczalności tempa rozwoju (tempo rozwoju jest w sposób różnorodny określony

przez geny)

. moment wyhamowania rozwoju (również określony przez geny)

To samo wyposażenie genetyczne, rożne tempo rozwoju, ten sam czas wyhamowania, zróżnicowany

efekt końcowy

Przy tym samym wyposażeniu genetycznym i jednakowym tempie rozwoju, ale w różnych

czasach wyhamowania rozwoju, efekty końcowe różne wartość cechy

To samo wyposażenie genetyczne, zróżnicowane tempo rozwoju, różny wyhamowania, ten sam efekt

końcowy (różna dynamika rozwoju) . To samo wyposażenie genetyczne, rożne tempo rozwoju, różny czas wyhamowania, zróżnicowany efekt końcowy wartość cechy

Koncepcja wielopoziomowego rozwoju fenotypowego

. Wykorzystanie przez organizm różnych poziomów z zakresu normy reakcji w zależności od interakcji

genotypu z czynnikami środowiska (J. Cieślik)

. Fazy rozwojowe są genetycznie zdeterminowane i wspólne dla wszystkich osobników

. Faza rozwoju realizuje się zawsze, niezależnie od siły działania czynników środowiskowych

. poszczególna wyodrębniona faza rozwoju wchodzi w pewien samoregulacyjny charakter ontogenezy

. Upodabnia osobniki względem siebie

. Można powiedzieć, że faza rozwoju jest prymitywnym wyrazem biologicznej wspólnoty

ludzkiej

Faza rozwoju w rozwoju biologicznym

. Poziom rozwoju biologicznego, uzyskany przez osobnika w określonej fazie rozwoju wynika już tylko w części z determinacji genetycznej (w przeciwieństwie do fazy)

. Poziom rozwoju kształtuje się poprzez czynniki kulturowe

. Poziom rozwoju zapewnia zróżnicowanie fenotypowe, indywidualność osobnika

. Poziom rozwoju jest właściwością osobnika a nie populacji.

. Poziom - jest wynikiem "normy indywidualnej" osobnika, natomiast faza rozwoju jest wyrazem powszechności rozwoju

. Poziom jest on efektem interakcji zachodzących między genotypem a czynnikami środowiskowymi, zapewniając tym samym zróżnicowanie fenotypowe osobników w obrębie populacji

. Poziom rozwoju jest wyznacznikiem indywidualności osobnika, jest jego a nie populacji immanentną

właściwością

Poziom rozwoju jego dwa sensy: genetyczny (adaptacyjny) oraz sens fenotypowy (adaptabilny).

. Sens adaptacyjny oznacza dla osobnika punkt "normy adaptacyjnej" i jest to efekt składnika addytywnego, dla osobników punkty na zakresie "normy adaptacyjnej"

. Dla populacji sens genetyczny poziomu rozwoju wyznaczony jest przez granice nie punkt "normy adaptacyjnej"

. Poziom rozwoju w sensie fenotypowym (adaptabilnym) jest to jeden z wybranych poziomów z zakresu jego możliwości wyznaczonych zakresem "normy reakcji"

. Poziom rozwoju osobnika w sensie fenotypowym w trakcie ontogenezy jest dość łatwy do uchwycenia i prześledzenia, podobnie w przypadku populacji

. Trudno jest wskazać jego genetyczne ujęcie, konkretnie udziału jego determinant genetycznych dla pojedynczego osobnika

. W przypadku populacji w oparciu o osobniki pokazanie takiego udziału jest możliwe i da się opisać statystycznie. Sens fenotypowy poziomu rozwoju to suma różnych dróg kształtowania się obrazu fenotypowego osobników danej populacji