Проблемы экологической морфологии человека и животных

Экологическая морфология сформировалась в ХХ веке на стыке классической морфологии и экологии. Актуальными проблемами экологической морфологии в XXI веке являются: 1) изучение развития и динамики жизненных форм организма в процессе онтогенеза; 2) изучение жизненных циклов видов; 3) взаимосвязь филогенеза и онтогенеза; 4) периодизация развития организмов и его систем, органов и тканей; 5) установление законов индивидуального развития организмов.

Объекты и методы

Важнейшие прикладные аспекты экологической морфологии – это использование принципов жизненных форм в биоценологии, бионике, биотехнологии, экологической инженерии, призванной решать задачи моделирования и создания искусственных экосистем, а также разработки мер по оптимизации естественных биоценозов и агроценозов.

• 1.    Проблема «Жизненная форма» – одно из основных понятий экологической морфологии. Жизненная форма – это приспособительный тип организма и его систем, органов, тка-

  © Тельцов Л.П., Зайцева Е.В., Семченко В.В., 2011

• 2.    Проблемы морфологической экологии в изучении жизненных циклов видов. Начиная с 40–50-х годов ХХ века ботаники уделяют внимание изучению проблемы жизненных форм в динамике индивидуального развития. Большинство ботаников признают онтогенетические изменения жизненной формы. Растения на каждом этапе онтогенеза имеют характерный габитус и различные адаптивные особенности, как различную жизненную форму. Смену жизненных форм в онтогенезе животных можно отнести к разным жизненным формам отдельных этапов онтогенеза. Головастик относится к той же жизненной форме, что и рыба, а лягушка – к другой жизненной форме. У насекомых с полным циклом превращения имеются этапы (яйцо, личинка, куколка, имаго), относящиеся к разным формам. Классическими по экологической морфологии животных стали работы И.И. Шмальгаузена [1, 2]. Не вызывает сомнений, что смена жизненных форм имеется у животных, развивающихся с метаморфозом. Однако у животных, развивающихся по неполному (эмбриональный, личиночный и постнатальный периоды) и по прямому циклу (эмбриональный и постнатальный периоды), наличие жизненных форм учеными подвергается сомнению. Как показали наши исследования, у птиц, млекопитающих, в том числе и у человека в онтогенезе имеются скрытые жизненные формы (личиночная форма и метаморфоз) [3]. Об этом свидетельствует наше открытие в области сельскохозяйственной физиологии «наличие эмбрионального пищеварения у высших млекопитающих», которое протекает по личиночному типу.

• 3.    Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза. Эволюционная теория Ч. Дарвина убедительно доказала, что виды в процессе исторического развития изменяются, при этом изменяется и индивидуальное развитие особей вида. Изучение онтогенеза проливает свет на происхождение видов. В 1866 г. последователь дарвинизма Э. Геккель сформулировал биогенетический закон: «Онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза». В биогенетическом законе Э. Геккеля и Ф. Мюллера [4] не отражена диалектика взаимосвязи онто- и филогенеза, недооценена роль онтогенеза как источника новых филогенетических преобразований. Этот недостаток закона был восполнен теорией филэмбриогенезов А.Н. Северцо-вым. Под филэмбриогенезами понимают такие новые признаки у зародышей, которые изменяют филогенез. А.Н. Северцев предложил различать три типа филэмбриогенезов: в начале эмбриогенеза – архаллаксисы, в середине эмбриогенеза – девиации, в конце эмбриогенеза – анаболии.

• 4.    Проблема периодизации развития организма и его систем, органов, тканей. Индивидуальное развитие организма в течение жизни называется онтогенезом (вивогенезом). Онтогенез, как и эволюция, относится к основным свойствам жизни. С одной стороны, онтогенез – это непрерывный процесс, направленный на достижение конечной цели создания половозрелой особи, носительницы наследственных генов, а с другой стороны – это прерывный процесс, включающий всю историю развития рода (филогенеза) и состоит из временных отрезков: периодов, этапов, стадий, фаз. Каждый период, этап, стадия и фаза не повторяется, а наоборот, отрицает предыдущую. В целом онтогенез животных и растений оценивается по конечному результату развития, с учетом происхождения каждого периода, этапа, стадии и фазы. Адаптация организма на каждом этапе развития различная, так как химический состав клеток, тканей, систем иной [3]. Впервые периодизация развития сельскохозяйственных животных и птиц была предложена К. Бэром (XVIII в.). Разработкой периодизации развития животных и человека занимались многие ученые [1, 2].

• 5.    Проблема экологической морфологии онтогенеза и жизненных циклов животных и человека . С развитием популяционной экологии, генетики, биологии развития утвердился популяционный подход к оценке биологических явлений. При изучении динамических процессов популяции большое внимание уделяется морфогенезу особей, или онтогенезу. В настоящее время становится все более очевидным, что понятия «онтогенез» недостаточно для характеристики морфогенетических процессов организмов в популяции. Все типы онтогенеза (непрямой, прямой) сопряжены в жизненные циклы животных и человека. Многие морфологи рассматривают понятие «жизненный цикл» как синоним понятия «онтогенез». В этом случае происходит смешивание понятий морфогенеза вида (самосохранение, воспроизводство, способность к эволюции) и морфогенеза особи (питание, дыхание, выделение, размножение, самозащита, способность к изменчивости), протекающие на разных биологических уровнях. Жизненный цикл – это циклически повторяющийся морфогенез вида, включающий один или несколько сопряженных типов онтогенезов, которые выполняют все основные функции. Проблемы жизненных циклов видов имеют большое значение для развития экологической морфологии, физиологии, генетики, экологии и для решения прикладных задач биологии.

ней и клеток с внешним сходством. Жизненная форма – это сходная морфоэкологическая организация группы организмов на любом этапе жизненного цикла с разной степенью родства, отражающая характерные черты их образа жизни в определенной экосистеме. Принятое понятие «жизненная форма» имеет общебиологическое значение и может быть применено к любым живым организмам и использовано в физиологии, онтогенетике, филогенетике, теории эволюции, в популяционной экологии, биоценологии и в других науках.

Согласно современным представлениям, не онтогенез повторяет филогенез, а филогенез – это исторический ряд онтогенезов. Онтогенез в процессе эволюции изменяется как целое. Диалектика этого процесса заключается в том, что каждый период, этап, стадия и фаза онтогенеза имеет свою историю развития, она меняется под влиянием естественного отбора. Как показали наши исследования [5], на стыке периодов, этапов развития выявляются критические фазы. В критические фазы онтогенеза происходят: 1) смена обмена веществ, энергии и информации (питания, дыхания, терморегуляции); 2) повышена чувствительность организма, его систем, органов и тканей; 3) дегенеративные процессы превалируют над регенеративными; 4) происходит смена (замена) функций и формы органов новой генерацией; 5) десинхронизация функций органов и систем организма; 6) включение в работу новых генов; 7) мутационные процессы в генах [6]. Для управления развитием онтогенеза животных и растений необходимо знать в первую очередь сроки прохождения составляющих этапов и критических фаз организма, морфофункциональные особенности организма на каждом этапе развития, химический состав тканей и биологические ритмы жизнедеятельности. Этими вопросами занимаются науки биология развития и экологическая морфология.

Нами [7] на новой методической основе предложена современная концепция периодизации развития сельскохозяйственных животных, птиц и человека с учетом систематических параметров вида и класса. Периодизация онтогенеза животных и человека с учетом зональных и экологических условий необходима для практики, так как является биологической основой для воздействия на организм. Знания, полученные о периодизации развития животных и человека в онтогенезе определяют: уровень познания жизни организма; сроки профилактических мероприятий; стратегию и тактику лечения больных человека и животных, с учетом возраста, химических особенностей организма на каждом этапе; научно обоснованную рациональную систему социальных условий человека и технологию содержания, кормления и эксплуатацию сельскохозяйственных животных и птиц [8].

Результаты исследований

Учение о путях адаптационной эволюции онтогенезов разработано А.Н. Северцовым. Биологический прогресс – это возрастание приспособленности организмов к среде, ведущее к увеличению численности, многообразию форм и более широкому распространению. Важнейшие пути биологического прогресса по А.Н. Северцову: ароморфоз, идиоадаптации, дегенерации. Проблема путей биологического прогресса позднее глубоко разработана в трудах И.И. Шмальгаузена [2]. Он выделил следующие направления биологического прогресса: ароморфоз, алломорфоз, теломорфоз, гиперморфоз, катаморфоз, гипоморфоз. Нами [4, 9] установлены восемь законов индивидуального развития, которые раскрывают сущность онтогенеза.

Однако экологическая морфология онтогенеза млекопитающих и человека, адаптационная возможность организма на разных этапах развития изучены далеко недостаточно [3, 9].