Экологическая физиология

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 

 

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 

ПОЛИТИКИ И РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  

УНИВЕРСИТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ 

 
 
 

Карпенко Л.Ю., Панова Н.А., Балыкина А.Б., Алистратова Ф.И. 

 
 

 

 

 

 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 

  

Учебно-методическое пособие 

 
 
 
 
 
 
 

 

Санкт-Петербург 

2021 

УДК: 574.24(075.8) 
 
 

Авторы: 

Карпенко Л.Ю. – заведующий кафедрой биохимии и физиологии,  

профессор, д.б.н. 

Панова Н.А. – доцент кафедры биохимии и физиологии, к.б.н. 

Балыкина А.Б. - доцент кафедры биохимии и физиологии, к.в.н. 
Алистратова Ф.И. – ассистент кафедры биохимии и физиологии. 

 

Рецензент: 

доц. кафедры биологии, экологии и гистологии. к.б.н. Каурова З.Г. 

 

 

 

Экологическая физиология : учебно-методическое пособие /  

Л.Ю. Карпенко, Н.А. Панова, А.Б. Балыкина, Ф.И. Алистратова ; МСХ РФ, 
СПбГУВМ. – Санкт-Петербург : Изд-во СПбГУВМ, 2021. – 109 с.   

 
  

В данном учебно-методическом пособии представлен материал по 

основным вопросам экологической физиологии: влияние различных факторов окружающей среды на организм и функциональные особенности механизмов адаптации на воздействие. Пособие состоит из введения, заключения 
и 17 тем, каждая из которых содержит материал, соответствующий рабочей 
программе дисциплине «Экологическая физиология». В учебно-методическом пособии есть блок оценочных средств с ситуационными задачами, 
тестовыми заданиями и материалом дня самостоятельной подготовки студентов, а также вопросы для самоконтроля, тематика для реферативной работы по основным разделам дисциплины. 

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов по 

направлению подготовки «Биология» (уровень бакалавриат) очной формы 
обучения, аспирантов, и научных работников.  

 

Рекомендовано для издания методическим советом  

ФГБОУ ВО СПбГУВМ. Протокол № 7 от 16.09.2021   

                            

 
 

                        © ФГБОУ ВО СПбГУВМ, 2021 

ВВЕДЕНИЕ 
 

Экология (от др.-греч. οἶκος    обиталище, жилище, дом, имущество и 

λόγος – понятие, учение, наука) изучает влияние на живые организмы среды 
их обитания.  

Экологическая физиология животных является развивающейся отрас
лей экологии. Экологическая физиология рассматривает физиологические 
механизмы, позволяющие живым организмам адаптироваться к неблагоприятным условиям среды в различных физико-географических зонах, в разные 
сезоны, при воздействии разных факторов. Эти механизмы направлены на 
сохранение внутренней среды организма.  

Задачами изучения дисциплины «Экологическая физиология» являются:  
1) изучение физиологических механизмов адаптации и стресса; 
2) формирование представлений о регуляторных механизмах поддер
жания гомеостаза;  

3) изучение особенностей функционирования систем организма при 

изменении условий существования.  
 

Данное пособие предназначено для студентов биоэкологов, уровень 

высшего образования – бакалавриат. В представленном учебно–методическом пособии рассмотрены темы практических занятий с указанием тестовых заданий для самоподготовки, приведены ситуационные задачи. 

Вставшие с особой остротой в последнее десятилетие проблемы охра
ны природы не могли обойти и самого сложного элемента природы – человека как биосоциального существа. Различные аспекты исследований по сохранению и развитию человека в условиях современной экологической ситуации приобретают все более широкий размах. Под экологической физиологией понимают совокупность знаний о физиологических механизмах 
жизнедеятельности организма животных, под воздействием факторов природной среды и их сложном сочетании в различных физико–географических 
условиях. Особое значение имеют сведения о влиянии этих факторов как на 
видовые особенности физиологических функций и поведения животных, так 
и на популяции в связи с условиями их существования в разных ареалах, в 
разные сезоны года, в разные периоды (фазы) жизненного цикла. 

Экологическая физиология представляет собой ветвь эволюционной 

физиологии – предмета, ставящего задачей изучение происхождения физиологических функций, их эволюцию в связи с общей эволюцией органического мира.  

Задачей экологической физиологии (в отличие от эволюционной 

физиологии) является исследование адаптаций – совокупности физиологических функций в их взаимной связи, суммирующей, замещающей (викарирующей) или еще более сложно интегрирующей взаимоотношения 
отдельных органов и систем, отдельных более или менее сложных элементов поведения.  

Однако четкое определение экологической физиологии как раздела 

физиологии животных невозможно без одновременного ее рассмотрения в 
общей системе биологических наук, в частности экологии. Это связано с 
тем, что физиологические исследования происходящих в природе явлений в 
отдельных ареалах животных или в более широком и даже глобальном (для 
человека) масштабе входят как органическая часть в более общую биологическую науку – экологию.  

Под экологией понимают совокупность или структуру связей между 

организмами и окружающей средой.  

В этом плане экологией пользуются практически все биологические 

науки, и значительная часть физических и химических знаний, не говоря 
уже о математических приемах изучения добытого материала. Таким образом, экологическая физиология – это комплексное междисциплинарное 
научное направление, исследующее закономерности взаимодействия популяций живых организмов с окружающей средой, проблемы их развития 
в процессе этого взаимодействия, и проблемы их целенаправленного 
управления.  

По структуре различают два наиболее изученных уровня интересов 

экологической физиологии: социальный и медико-биологический, которые 
тесно взаимосвязаны. На этом стыке изучаются биосоциальные взаимодействия в популяционной адаптации, влияние социальной среды на здоровье 
человека, эффекты факторов урбанизации, психологическая адаптация.  
И.Т. Фролов отмечает: "... это предполагает не просто взаимодействие наук, 
изучающих человека, но и их интеграцию, органическое единство" [4]. Требования к обязательному минимуму содержания по дисциплине "Экологическая физиология" включает следующие разделы:  
• экология и здоровье человека;  
• физиологические основы адаптации;  
• факторы экологического риска;  
• антропогенные факторы среды и их действие;  
• приспособленность человека и животных для жизни в разных средах.  

В настоящем учебно–методическом пособии представлены теоретиче
ский материал, а также задания по избранным разделам обязательного минимума. Требования к уровню подготовки выпускников обязывают студентов по результатам прохождения курса "Экологическая физиология":  

• 
знать механизмы воздействия факторов среды на организмы и 

пределы их устойчивости, пути адаптации к стрессорным воздействиям 
среды; 

• 
знать особенности влияния загрязнений различной природы на 

организм человека; 

• 
знать и уметь использовать основы токсикологического 

нормирования;  

• 
понимать физиологические основы здоровья человека и животных, 

факторы экологического риска, возможности экологической адаптации.  

ПРОГРАММА ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ 

1. Предмет и задачи экологической физиологии. Разделы науки и связь с 

другими науками о живых организмах.  

2. Адаптация. 
Физиологические 
механизмы 
природных 
адаптаций. 

Классификация факторов внешней среды. Типы приспособлений к 
внешним факторам. Закон влияния количества фактора среды на 
живой организм. Энергозатраты на адаптацию. Характеристика 
процессов 
адаптации: 
по 
силе 
раздражителя, 
длительности 

воздействия, количеству факторов. Фазы физиологической адаптации.  

3. Системный структурный след. Эволюционные аспекты экологической 

физиологии. 
Основы 
этологии 
(врожденное 
и 
приобретенное 

поведение). Эволюционная адаптация.  

4.  Физиология 
живых 
организмов 
в 
различных 
природных 
и 

климатогеографических 
условиях. 
Физиологические 
механизмы 

адаптации в высоких широтах. Адаптивные реакции у мигрантов. 

5.  "Синдром полярного напряжения. "Особенности организма постоянных 

жителей Севера. Арктический адаптивный тип. Физиологические 
механизмы адаптации в жарком климате.  

6. Физиологические механизмы адаптации в горах. Адаптивные реакции 

мигрантов к высокогорью. Гипоксия, типы гипоксии. "Гипоксический 
парадокс. 
Особенности 
организма 
жителей 
высокогорья. 

Высокогорный адаптивный тип. 

7.  Метеочувствительность. Влияние погоды на живой организм. Зона 

климатического комфорта. Неблагоприятная погода. Классификация 
живых организмов по метеочувствительности. Влияние типа погоды 
на работоспособность и самочувствие.  

8. Стресс. Теория Селье. Стресс и стрессорное воздействие. Стадии стресса 

и теория Селье о физиологических механизмах стресса.  

9. Медицинские аспекты экологической физиологии. Здоровый образ 

жизни. Критерии индивидуального и общественного здоровья. 
Основные функции здоровья. Экологические условия жизни и их 
влияние 
на 
здоровье: 
непосредственные, 
опосредованные 
и 

отдаленные последствия экологического воздействия.  

10. 
Адаптация к экстремальным факторам среды. Влияние химических 
веществ на системы организма.  

11. 
Химические вещества и здоровье. Классификация химических 
веществ по действию на организм: токсины, канцерогены, мутагены, 
терратогены. Механизмы действия химических веществ.  

12. 
Атмосферное 
загрязнение, 
химические 
вещества 
и 
здоровье. 

Отдельные виды загрязнителей окружающей среды. Биологическая 
роль химических элементов для жизнедеятельности организма. 
Источники, суточная доза. Состояния при недостатке и избытке.  

13. 
Излучение и его действие на живой организм. Нормы радиационной 
безопасности. Источники ионизирующего излучения в окружающей 

среде. Неионизирующее излучение, его виды и воздействие на 
организм. Излучение и безопасность жилища. 

14. 
 Шум и вибрация. Восприятие шума. Влияние шума на различные 
системы организма. Физиологические последствия воздействий шума, 
психофизиологические и патологические реакции на воздействие 
шума. Вибрация, влияние вибрации на организм.  

15. 
Урбоэкология. Влияние урбанизации на физическое здоровье. 
Неблагоприятные экологические факторы урбанистической среды. 
Адаптация 
растущего 
организма 
к 
различным природным и 

климатогеографическим условиям.  
 

Тема занятия № 1: Предмет, задачи, приемы и история  
развития эколого–физиологических исследований 

 
Экологическая физиология – раздел физиологии, изучающий зави
симость функций животных и человека от условий жизни и деятельности в 
различных физико–географических зонах, в разные периоды года, суток, фазы лунного и приливного ритмов; раскрывает физиологические основы приспособлений (адаптации физиологической) к природным факторам. 

Экологическая физиология тесно связана с экологией, хронобиологией, 

возрастной и эволюционной физиологией, физиологией сельскохозяйственных 
животных, этологией, а при изучении человека – и с климатофизиологией, физиологией труда и спорта. Использует для исследования все уровни физиологической интеграции: надорганизменный (популяционный), организменный, 
органный и системный, клеточный и субклеточный (молекулярный).  

В Экологической физиологии применяют клинические, химические и 

электрофизиологические лабораторные методы, например, радиотелеметрию. Формирование адаптаций исследуют методами изоляции организма от 
отдельных факторов среды (искусственное выращивание и воспитание), 
сравнения параметров физиологических реакций у близких в систематическом отношении видов с разной экологической специализацией, например, 
арктических, тропических и пустынных, наземных и полуводных организмов с различной мышечной активностью.  

В исследованиях сенсорных систем, сигнализации, эхолокации и ло
кации (летучие мыши, птицы, рыбы), химических связей (феромоны) между 
организмами экологическая физиология опирается на данные биофизики и 
биохимии.  

Экологическая физиология – основа практических мероприятий по 

прогнозированию массовых размножений вредителей (грызуны, насекомые), акклиматизации полезных видов животных, породному районированию сельскохозяйственных животных, акклиматизации человека в новых климатических районах в связи с их освоением (высокие широты, высокогорье, пустыни).  

Экологическая физиология изучает физиологические характеристики, 

которые определяют направленность приспособительных реакций у разных 
животных, населяющих определѐнные регионы. К таким общим характеристикам на разных уровнях филогенеза относятся механизмы экономии воды 
у пустынных животных и осмотической регуляции у пустынных, полуводных и водных организмов, энергетика организма и отдельных его систем 
(высокая в северных широтах и низкая в аридной и тропической зоне) и др. 

  

1. 
Продолжительность изучения темы (занятия): 4 часа, включая  

2 лекции и 2 часа самостоятельной работы. 

 
2. Цели занятия (учебная, развивающая, воспитательная): 

Изучить предмет, задачи, приемы и историю развития эколого-физиологических исследований. 

 
3. Внеаудиторная самостоятельная работа обучающихся 
Вопросы для подготовки к занятию 

1. Экологическая физиология и ее задачи. 
2. Физиологическая структура популяций в конкретных условиях среды. 
3. Приемы для изучения физиологической характеристики организма. 
4. Критерии устойчивости организмов к экзогенным воздействиям. 
5. История развития экологической физиологии в России. 
6. Объекты исследования экологической физиологии. 
7. Антропоэкологическое напряжение и его разновидности. 
8. Стратегии адаптации. 
9. Роль эколого–физиологических исследований. 
10.  Определение понятия «Популяционная физиология». 

 
4. Темы рефератов 

1. Предмет и задачи экологической физиологии человека. 
2. Проблемы экологической физиологии человека. 
3. Экологическая физиология животных. 
4. Экологическая физиология растений. 
5. Значение экологической физиологии человека. 
6. Связь экологической физиологии с другими науками. 
7.  Антропоэкология, определение понятия. 
8. Задачи антропоэкологии.  
9. Тенденции экологической изменчивости. 
10.  Основные направления эколого–физиологических исследований. 

 
5. Тестовые задания для самоподготовки  
1. Как называется наука о взаимосвязи живых организмов и их сообществ 
между собой и окружающей средой, о структуре и функционировании систем? 

а) эмбриология 
b) анатомия 
c) мирмекология 
d) экология  
 
2. Факторы среды, связанные с различными формами хозяйственной 
деятельности человека: 
а) почвенные 
b) абиотические 
c) антропогенные  
d) биотические 
 
3. Территория с более или менее однородными условиями существования, 
населенная взаимосвязанными популяциями различных видов, объединенных между собой и с физической средой существования, оборотом веществ 
и потоком энергии: 
а) биогеоценоз  
b) биотоп 
c) эвритоп 
d) миотоп 
 
4. Участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными абиотическими условиями среды (рельеф, почва, микроклимат и т.п.), который занимают определенные группировки организмов:  
а) синузия 
b) биотоп 
c) эвритоп 
d) биогеоценоз 
 
5. Кто впервые предложил понятие «экология»? 
а) Э. Геккель 
b) А.Н. Северцова 
c) К. Рулье 
d) Ж. Бюффон 
 
6. Организм, житель почв:  
а) гидрофил 
b) эдафобионт  
c) гигрофиты 
d) галофиты 
 
7. Способность организмов выдерживать изменения условий окружающей 
среды: 
а) мониторинг 

b) сукцессия 
c) толерантность 
d) синузии 
 
8. Приспособления организмов к условиям окружающей среды, возникшей в 
процессе эволюции и которая выявляется при изменении их внешних и 
внутренних особенностей: 
а) адсорбция 
b) эвакуация 
c) акклиматизация 
d) адаптация  
 
9. Совокупность видов растений и животных в пределах природно–
климатической зоны: 
а) экотип 
b) биом  
c) биоценоз 
d) синузия 
 
10. Просторовое и трофическое место вида в биогеоценозе, комплекс его 
связей с другими видами и требований к физической среде обитания:  
а) экотон 
b) биоценоз 
c) экологическая ниша  
d) меротоп 
 
6. Ситуационные задачи 
 
Задача 1.  
Какие явления произойдут на острове, если ежегодно его растительность 
будет выжигаться весной? Как скажется это на видовом составе животных? 
Ответ: 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
 
Задача 2.  
Какие организмы в силу своего метаболизма создают относительно большую биомассу при неизменном энергетическом потоке в пищевой цепи: 
мелкие наземные млекопитающие или крупные? 
Ответ:  
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 

Задача 3.  
Составьте пищевую цепь, состоящую из четырех компонентов, которыми 
являются обитатели: таежной зоны; тундровой зоны; степной зоны; широколиственных лесов; саванны; влажного тропического леса. 
Ответ:  
__________________________________________________________________ 
________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
 
Задача 4.  
Как человек может изменить энергетику экосистемы? Приведите примеры.  
Ответ:   
_________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
 
Задача 5.  
Принято считать, что в процессе фотосинтеза растения преобразуют только 
около одного процента солнечной энергии. Оказывает ли остальная часть 
энергии какое–либо воздействие на функционирование экосистем? Ответ 
обоснуйте. 
Ответ:  
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
 
Задача 6.  
При значительном изменении условий обитания, например, при похолодании климата или, наоборот, значительном потеплении, увеличивается или 
убавляется видовое богатство? Как изменяется численность видов, которые 
обитают в рамках биотопа? 
Ответ:  
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
 
Задача 7.  
В какой части своего ареала вид более требователен к условиям окружающей среды? Почему? 
Ответ:  
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________