Разное

План адаптация человека к различным природным условиям: Составьте развернутый план ответа по теме «Адаптация человека к различным природным

Содержание

Адаптация человека к различным природным условиям

1. «МОУ» «ООШ» с. Подъельск.

Адаптация человека к различным природным
условиям.
Ученица 8-ого класса-Щербакова Анжелика
Николаевна.
Учитель-Моторина Ева Ивановна.
2016

2. ПЛАН:

1. Адаптация.
2. Акклиматизация.
3. Акклиматизация к холодному климату.
4. Акклиматизация к тёплому климату.
5. Заключение.

3. Адаптация.

Адаптация- процесс
приспособления к
изменяющимся
условиям внешней
среды.

4. Акклиматизация.

Акклиматизацияпроцесс постепенного
приспособления
организма человека к
новым к климатическим
условиям.

5. Акклиматизация к холодному климату.

Акклиматизация к
холодному климату связана
как с действием резкого
охлаждения, так и с
влиянием ландшафта.
Погоду этих местностей
характеризуют
продолжительная суровая
зима, полярная ночь,
дефицит солнечных лучей,
повышенная космическая
радиация, частые магнитные
возмущения и бури.

6. Акклиматизация к холодному климату.

Пребывание в условиях
Заполярья вновь
прибывших людей
сопровождается
снижением
работоспособности,
повышением
теплоотдачи,
преобладанием
тормозных процессов в
нервной системе.

7. Акклиматизация к тёплому климату.

Акклиматизация к
жаркому
климату связана с
перегреванием,
избытком
ультрафиолетовой
радиации, а в зоне
пустынь - с явлениями
пустынной болезни.

8. Акклиматизация к тёплому климату.

Высокие температура и
влажность воздуха
затрудняют теплоотдачу,
вызывают перегрев
организма, что проявляется
серьёзными
метаболическими сдвигами,
диспепсическими
растройствами, снижением
артериального давления и
другими симптомами.

9. Заключение.

Таким образом,
способность к
акклиматизации
позволяет людям
временно или постоянно
проживать в различных
климатических
условиях.

10. Для создания презентации использовались материалы сайтов: Картинки-yandex.ru Литература-fitnologia.com

11. Спасибо за внимание!

7 Адаптация человека к условиям окружающей среды

ЛЕКЦИЯ 6

ТЕМА: Адаптация человека к условиям окружающей среды

ПЛАН

1. Понятие об адаптации и акклиматизации человека.

2. Общие закономерности адаптивного процесса. Механизмы адаптации.

3. Условия, влияющие на адаптацию.

4. Типы адаптаций.

5. Влияние природной среды на морфофизиологическую изменчивость человеческого организма.

1. Понятие об адаптации и акклиматизации человека

Рекомендуемые файлы

Под адаптацией понимают все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются определенными физиологическими реакциями, происходящими на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

В биологии процесс адаптации – это приспособление строения и функций организма к условиям существования. В процессе адаптации формируются признаки и свойства, которые оказываются наиболее выгодными для живых существ (или целой популяции) и благодаря которым организм приобретает способность к существованию в конкретной среде обитания.

Адаптация тесно связана с эволюцией организмов и представляет один из существенных факторов акклиматизации. В хозяйственной практике адаптация чаще связана с расселением животных и растительных организмов, с переводом их в другие районы, выходящие за пределы ареала данного вида. Устойчиво акклиматизированными организмами являются те, которые легко приспособились к измененным условиям, размножаются и дают в новой среде обитания жизнестойкое потомство.

Адаптация человека – сложный социально-биологический процесс, в основе которого лежит изменение систем и функций организма, а также привычного поведения.

Адаптация человека процесс двухсторонний – человек не только сам приспосабливается к новой экологической обстановке, но и приспосабливает эту обстановку к своим нуждам и потребностям, создает систему жизнеобеспечения (жилища, одежда, транспорт, инфраструктура, питание и т. д.

Акклиматизация

– приспособление человека (всего его организма или отдельных систем и органов) к новым условиям существования, в которые он попал в результате переезда к новому месту жительства. Акклиматизация отличается от адаптации тем, что приобретенные новые свойства организма не закреплены генетически и в случае возвращения к прежнему месту жительства или перемещению в иные условия могут быть утрачены.

2. Общие закономерности адаптивного процесса. Механизмы адаптации

Фазное течение реакций адаптации, впервые выявлено Г. Селье (1938).

Первая фаза адаптации - аварийная развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора. Первое соприкосновение организма с измененными условиями или отдельными факторами вызывает ориентировочную реакцию, которая может перейти в генерализованное возбуждение параллельно. Реакции неэкономны и часто превышают необходимый для данных условий уровень. Число измененных показателей в деятельности различных систем неоправданно велико. Управление функциями со стороны нервной системы и гуморальных факторов недостаточно синхронизировано, вся фаза в целом носит как бы поисковый характер и представляется как попытка адаптироваться к новому фактору или к новым условиям, главным образом, за счет органных и системных механизмов.

Аварийная фаза адаптации в основном протекает на фоне повышенной эмоциональности (чаще отрицательной модальности). Следовательно, в механизмы протекания этой фазы также включаются все элементы центральной нервной системы, которые обеспечивают именно эмоциональные сдвиги в организме. Может быть выражена по-разному, в зависимости не только от индивидуальных особенностей организма, но и от силы раздражающих факторов. Соответственно она может сопровождаться сильно или слабо выраженным эмоциональным компонентом, от которого, в свою очередь, зависит мобилизация вегетативных механизмов.

Вторая фаза (переходная) - стойкой адаптации характеризуется тем, что формируются новые координационные отношения: усиленный эфферентный синтез приводит к осуществлению целенаправленных защитных реакций. Гормональный фон изменяется за счет включения гипофизарно-адреналовой системы, усиливают свое действие гормоны коры надпочечников – «гормоны адаптации». В ходе этой фаза приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий тканевой уровень. Переходная фаза стойкой адаптации имеет место только при том условии, что адаптогенный фактор обладает достаточной интенсивностью и длительностью действия. Если он действует кратковременно, то аварийная фаза прекращается и процесс адаптации не формируется. Если адаптогенный фактор действует длительно или повторно прерывисто, это создает достаточные предпосылки для формирования так называемых «структурных следов». Суммируются эффекты действия факторов. Углубляются и нарастают метаболические изменения, и аварийная фаза адаптации превращается в переходную, а затем в фазу стойкой адаптации.

Поскольку фаза стойкой адаптации связана с постоянным напряжением управляющих механизмов, перестройкой нервных и гуморальных соотношений, формированием новых функциональных систем, то эти процессы в определенных случаях могут истощаться. Если принять во внимание, что в ходе развития адаптивных процессов важную роль играют гормональные механизмы, то становится ясно, что они являются наиболее истощаемым звеном.

Истощение управляемых механизмов, с одной стороны, и клеточных механизмов, связанных с повышенными энергетическими затратами, с другой стороны, приводит к дезадаптации. Симптомами этого состояния являются функциональные изменения в деятельности организма, напоминающие те сдвиги, которые наблюдаются в фазе острой адаптации.

Вновь в состояние повышенной активности приходят вспомогательные системы - дыхание, кровообращение, неэкономично тратится энергия. Однако координация между системами, обеспечивающим состояние, адекватное требованию внешней среды, осуществляется неполноценно, что может привести к гибели.

Дезадаптация возникает чаще всего в тех случаях, когда действие факторов, явившихся основными стимуляторами активных изменений в организме, усиливается, и это становится несовместимым с жизнью.

Основу третьей фазы устойчивой адаптации или резистентности составляет изменение гормонального фона за счет включения гипофизирно-адреналовой системы. Глюкокортикоиды и выделяемые в тканях биологически активные вещества мобилизуют структуры, в результате деятельности которых ткани получают повышенное энергетическое, пластическое и защитное обеспечение. Она и является собственно адаптацией – приспособлением и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых клеточных мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем, которые при этом могут функционировать практически в исходном режиме, тогда как тканевые процессы активизируются, обеспечивая гомеостазис, адекватный новым условиям существования.

Основными особенностями этой фазы являются:

1) мобилизация энергетических ресурсов;

2) повышенный синтез структурных и ферментативных белков;

3) мобилизация иммунных систем.

В третьей фазе организм приобретает неспецифическую и специфическую резистентность – устойчивость организма.

Управляющие механизмы в ходе третьей фазы скоординированы. Их проявления сведены к минимуму. Однако в целом и эта фаза требует напряженного управления, что обусловливает невозможность ее бесконечного протекания. Несмотря на экономичность – выключение «лишних» реакций, а следовательно, и излишней затраты энергии, – переключение реактивности организма на новый уровень не дается организму даром, а протекает при определенном напряжении управляющих систем. Это напряжение принято называть «цена адаптации». Любая активность в адаптируемом в той или иной ситуации организме обходится ему много дороже, чем в нормальных условий (требует, например, при физических нагрузках в горных условиях на 25% больше затрат энергии, чем в норме).

Нельзя рассматривать эту фазу как нечто абсолютно стабильное. В процессе жизни организма, находящегося в фазе стойкой адаптации, возможны отклонения (снижение устойчивости) и реадаптация (восстановление устойчивости). Эти флюктуации связаны как с функциональным состоянием организма, так и с действием различных побочных факторов.

3. Условия, влияющие на адаптацию

Г. Селье, подошедший к проблеме адаптации с новых оригинальных позиций, назвал факторы, воздействие которых приводит к адаптации, стресс-факторами

. Другое их название – экстремальные факторы. Экстремальными могут быть не только отдельные воздействия на организм, но и измененные условия существования в целом, например, перемещение человека с юга на Крайний Север и т. д.). По отношению к человеку адаптогенные факторы могут быть природными и социальными, связанными с трудовой деятельность.

Природные факторы. В ходе эволюционного развития живые организмы адаптировались к действию широкого спектра природных раздражителей.

Действие факторов, вызывающих развитие адаптационных механизмов, всегда является комплексным, так что можно говорить о действии группы факторов того или иного характера. Так, например, все живые организмы в ходе эволюции прежде всего приспособились к земным условиям существования: определенному барометрическому давлению и к гравитации, уровню космических и тепловых излучений, строго определенному газовому составу окружающей атмосферы и т. д.

Следует отметить, что природные факторы действуют как на организм животных, так и на организм человека. В том и другом случаях эти факторы приводят к различию адаптированных механизмов физиологической природы. Однако, человек помогает себе приспосабливаться к условиям существования, используя, кроме своих физиологических реакций еще и различные защитные средства, которые дала ему цивилизация: одежду, дома и т. д. Это освобождает организм от нагрузки на некоторые адаптивные системы и имеет отрицательные для организма стороны: снижает способность адаптироваться к природным факторам. Например, к холоду.

Социальные факторы. Помимо того, что человеческий организм подвижен, тем же природным влияниям, что и организмы животных, социальные условия жизни человека, факторы. Связанные с его трудовой деятельностью, породили специфические факторы, к которым необходимо адаптироваться. Их число растет с развитием цивилизации.

Так, с расширением среды обитания появляются совершенно новые для человеческого организма условия и воздействия. Например, космические полеты приносят новые комплексы воздействий. К их числу относится невесомость – состояние, абсолютно неадекватное для любого организма. Невесомость сочетается с гиподинамией, изменениями суточного режима жизни и др.

Люди, проникающие в недра Земли или совершающие глубоководные погружения, подвергаются воздействию непривычно высокого давления, влажности, дышат воздухом с повышенным содержанием кислорода.

Работа в горячих цехах или холодном климате создает факторы, требующие расширенного диапазона адаптации к крайним температурам. Выполняя свои служебные обязанности, человек вынужден приспосабливаться к шуму, изменению освещенности.

Загрязнение окружающей природы, включение в пищу большого числа синтетических продуктов, алкогольных напитков, злоупотребление медикаментами, курение - все это дополнительная нагрузка для гомеостазируемых систем организма современного человека.

В ходе развития общества видоизменяется и производственная деятельность людей. Физический труд во многом заменяется работой машин и механизмов. Человек становится оператором у пульта управления. Это снимает физическую нагрузку, но одновременно на первый план выходят новые факторы, например гиподинамия, стресс, отрицательно сказывающиеся на всех системах организма.

Другой стороной социальных влияний механизированного труда является нарастание нервно-психического напряжения, пришедшего на смену физическому. Оно связано с возросшими скоростями производственных процессов, а также с повышенными требованиями к вниманию и сосредоточенности человека.

4. Типы адаптаций

Механизмы адаптаций человека весьма различны, поэтому применительно к человеческим общностям выделяют: 1) биологические, 2) социальные и 3) этнические (как особый вариант социальной) адаптации.

Биологическая адаптация человека – эволюционно возникшее приспособление организма человека к условиям среды, выражающееся в изменении внешних и внутренних особенностей органа, функции или всего организма к изменяющимся условиям среды. В процессе приспособления организма к новым условиям выделяют два процесса – фенотипическую или индивидуальную адаптацию, которую более правильно называют акклиматизацией и генотипическую адаптацию, осуществляемую путем естественного отбора полезных для выживания признаков. При фенотипической адаптации организм непосредственно реагирует на новую среду, что выражается в фенотипических сдвигах, компенсаторных физиологических изменениях, которые помогают организму сохранить в новых условиях равновесие со средой. При переходе к прежним условиям восстанавливается и прежнее состояние фенотипа, компенсаторные физиологические изменения исчезают. При генотипической адаптации в организме происходят глубокие морфо-физиологические сдвиги, которые передаются по наследству и закрепляются в генотипе в качестве новых наследственных характеристик популяций, этнических групп и рас.

В процессе индивидуальной адаптации человек создает запасы памяти и навыков, формирует векторы поведения в результате образования в организме на основе селективной экспрессии генов банка памятных структурных следов.

Адаптационные памятные структурные следы имеют важное биологическое значение. Они защищают человека от предстоящих встреч с неадекватными и опасными факторами среды. Генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность эффективной целенаправленной реализации жизненно необходимых адаптационных реакций под влиянием среды обитания. Это обеспечивает экономное, направляемое средой расходование энергетических и структурных ресурсов организма, а также способствует формированию фенотипа. Выгодным для сохранения вида следует считать тот факт, что результаты фенотипической адаптации не передаются по наследству.

Каждое новое поколение адаптируется заново к широкому спектру иногда совершенно новых факторов, требующих выработки новых специализированных реакций.

Социальная адаптация – процесс становления личности, обучения индивида и усвоения им ценностей, норм, установок, образцов поведения, присущих данному обществу, социальной общности, группе. Социальная адаптация осуществляется как в ходе целенаправленного воздействия на человека в системе воспитания, так и под влиянием широкого круга других воздействующих факторов (семейного и внесемейного общения, искусства, средств массовой информации и др.). Расширение и углубление социальной адаптации индивида происходит в трех основных сферах: деятельности, общения, самосознания. В сфере деятельности осуществляется как расширение видов последней, с которыми связан человек, так и ориентировка в системе каждого вида деятельности, т.е. выделение главного в ней, ее осмысления и т.д. В сфере общения происходит расширение круга общения человека, обогащение его содержания, углубление познания других людей, развитие навыков общения. В сфере самосознания осуществляется формирование образа собственного «Я» как активного субъекта деятельности, осмысления своей социальной принадлежности, социальной роли, формирование самооценки и пр. В процессе социальной адаптации выделяются три стадии: дотрудовая (охватывающая период жизни человека до начала его трудовой деятельности и включающая раннее детство и период обучения), трудовая (условные границы – период зрелости человека, его активного участия в трудовой деятельности) и послетрудовая, которая относится к периоду жизни человека, совпадающая, как правило, с пенсионным возрастом.

Воздействие каждого из таких институтов обусловлено системой общественных отношений, существующих в обществе. Наличие стихийных воздействий делает актуальной в практическом плане проблему «эффектов социальной адаптации», т.е. характера и глубины этого процесса, его результативности, в частности, преодоления негативных влияний, приводящих к отклоняющемуся поведению, антиобщественным влияниям.

Этническая адаптация – приспособление этнических групп (общностей) к природной и социально-культурной среде районов их обитания. Изучение этого процесса и связанных с ним проблем входит главным образом в задачу этнической экологии. В социально-культурной адаптации этносов много своеобразного, обусловленного языково-культурными, политическими, экономическими и другими параметрами окружающей среды. Наиболее отчетливо это проявляется при этнической адаптации групп иммигрантов в странах их оседания, например в США, Канаде, Аргентине и др. В настоящее время появились проблемы при реадаптации представителей единого этноса среди этнически однородного населения, но иной культурой. Таковы, например, немцы из бывшего СССР, переезжающие на жительство в Германию, или русские из Средней Азии и Казахстана, возвращающиеся в Россию. При этом принято выделять адаптацию, связанную с занятостью (устройством на работу), а также языково-культурную адаптацию, получившую название «аккультурация».

Нормальный ход этнической адаптации может быть сильно осложнен и задержан проявлением национализма и расизма в виде дискриминации, сегрегации и т.п. Резкое изменение среды обитания может привести к дезадаптации.

5. Влияние природной среды на морфофизиологическую изменчивость человеческого организма

Несмотря на «нейтрализацию» или смягчение влияния многих факторов окружающей среды на организм, до настоящего времени связь человека со средой обитания существует, то есть морфофункциональные признаки, сформировавшиеся в начальный период существования человеческого рода, еще сохранились.

Наиболее наглядно действие факторов внешней среды проявляется на организм человека в морфофункциональных различиях жителей разных климатогеографических зон: массе, площади поверхности тела, строении грудной клетки, пропорциях тела. За внешней стороной скрываются не менее выраженные различия в структуре белков, изоферментов, тканей, генетическом аппарате клеток. Особенности строения тела, протекание энергетических процессов определяются в основном температурным режимом среды, питанием; минеральный обмен – геохимической ситуацией. Особенно ярко это проявляется у коренных жителей Севера (якутов, чукчей, эскимосов) основной обмен по сравнению с приезжими повышен на 13–16%. Высокий уровень жиров в пище, повышенное их содержание в сыворотке крови при относительно высокой способности к утилизации являются одним из условий, обеспечивающих усиление энергетического обмена в холодном климате. Увеличение теплопродукции - одна из основных адаптивных реакций к холоду.

У эскимосов, живущих на островах Гудзонова залива, по сравнению с американцами европеоидного происхождения большее наполнение тканей кровью и выше процент жировой ткани в организме, то есть выше теплоизоляционные свойства тканей.

У них наблюдается усиление гомеопоэза и ослабление способности сосудов к сужению. Артериальное давление у большинства арктических популяций ниже, чем у популяций умеренной зоны. Отмечаются различия и в строении тела увеличены грудной индекс и весоростовое соотношение, усилены мезоморфные черты в пропорциях тела, выше процент индивидов с мускульным типом телосложения.

Аналогичный морфофункциональный комплекс, характеризующийся увеличением размеров грудной клетки, теплопродукции, скорости кровотока и гемопоэтической активности, наблюдается в высокогорье в условиях кислородной недостаточности и понижения температуры окружающей среды. У коренных жителей высокогорья выше легочная вентиляция, кислородная емкость крови, уровень гемоглобина и миоглобина, периферический ток крови, число и величина капилляров, снижено артериальное давление.

Для населения тропических широт характерны удлинение формы тела и повышение относительной поверхности испарения, увеличение количества потовых желез, а следовательно, интенсивности потоотделения. Специфичная регуляция водно-солевого обмена, повышение артериального давления, понижение уровня метаболизма, достигаемое уменьшением массы тела, редукцией синтеза эндогенных жиров и снижением концентрации АТФ.

Черты тропического морфофункционального комплекса свойственны и населению тропических пустынь.

У коренных жителей континентальной зоны Сибири усиление теплопродукции сочетается с увеличением толщины жирового слоя. Среди них повышен процент лиц пикнического телосложения с брахиморфными пропорциями тела.

Население умеренной зоны по многим морфологическим и физиологическим признакам занимает промежуточное положение между арктическими и тропическими группами.

Все эти особенности характеризуют специфику черт, присущих конкретных экологических ниш.

По современным представлениям, в формировании конституции равноправное участие принимают как внешняя среда, так и наследственность. Наследственно детерминируются главные признаки конституции - продольные размеры тела и доминирующий тип обмена веществ, причем последний наследуется лишь в том случае, если в одной и той же местности постоянно жили два-три поколения семьи. Комбинации главных признаков позволяют выделить три-четыре основных конституциональных типа. Второстепенный признак конституций (поперечные размеры) определяется условиями жизни человека, реализуясь в чертах его индивидуальности. Он наиболее тесно связан с полом, возрастом, профессией индивида, а также с влиянием среды.

Вопросы для беседы

1. Сформулируйте понятие об адаптации и акклиматизации человека.

2. Каковы общие закономерности адаптивного процесса?

Лекция "23 Общая характеристика культуры нового времени" также может быть Вам полезна.

3. Охарактеризуйте механизмы адаптации.

4. Какие типы адаптаций вам известны?

5. Значение и механизм биологической адаптации человека.

6. В чем сущность социальной адаптации человека?

7. Чем обусловлена этническая адаптация человека?

Адаптация и климатические условия

Понятие «адаптация»

Определение 1

Приспособление человеческого организма к изменяющимся условиям среды, получило название адаптация.

В научном исследовании живого организма это понятие является ключевым, потому что его механизмы выработаны в ходе эволюции и обеспечивают возможность организма существовать в меняющихся условиях среды.

Замечание 1

Адаптация –динамический процесс, благодаря которому подвижные системы организма поддерживают устойчивость существования, развития и продолжения рода.

Французский физиолог К. Бернар проблему функционирования живого организма как единого целого, начал изучать одним из первых. Он предположил, что любой живой организм существует, потому что имеет возможность сохранять благоприятные для себя параметры внутренней среды. Их сохранность связана с тем, что все системы и протекающие в организме процессы, находятся в равновесном состоянии. Организм будет жить и действовать пока сохраняется это равновесие.

По мнению Бернара, условием жизни является постоянство внутренней среды. Позже это постоянство американский физиолог У. Кэннон назвал гомеостазом.

Стремлением любой системы является сохранение стабильности – это один из центральных моментов учения о гомеостазе.

Кэннон считал, что если организм получает сигналы об изменениях, которые угрожают системе, то он включает устройства, которые продолжат работу до тех пор, пока не вернется равновесное состояние.

Нарушение систем организма и процессов равновесия приводят к нарушению параметров внутренней среды, и живой организм начинает болеть. Болезненное состояние будет сохраняться до полного восстановления параметров.

При невозможности достижения прежних параметров, организм делает попытку достижения равновесия уже при измененных параметрах. Проявление такого равновесия часто приводит к хроническим заболеваниям.

Жизнедеятельность организма обеспечивает не только внутреннее равновесие, но ещё и постоянный учет факторов, которые оказывают воздействие извне.

Живой организм существовать вне среды не может, потому что получает из неё необходимые компоненты, например, воздух.

Изоляция организма от внешней среды чревата для него гибелью, поэтому, стремясь к достижению внутреннего равновесия, он должен приспособиться к тем условиям среды, в которых находится.

Замечание 2

Гомеостаз сохраняется благодаря процессу адаптации.

Организм и среда находятся в динамическом равновесии, а это значит, что их соотношение постоянно меняется и также постоянно осуществляется процесс адаптации.

Феномен адаптации, несмотря на многочисленные определения, объективно существует в нескольких проявлениях, позволяющих утверждать, что адаптация:

  • это свойство организма;
  • это процесс приспособления к условиям среды, часто меняющимся;
  • это результат взаимодействия в системе «человек-среда»;
  • это цель, к которой стремится живой организм.

Работы И.П. Павлова, И.М. Сеченова, П.К. Анохина, Г. Селье являются основой современного представления об адаптации.

Климатическая адаптация

Организм каждого человека затрачивает какую-то долю энергии на то, чтобы поддерживать постоянство температуры своего тела.

В отличие от животных человек использует для этого жилье, одежду, отопление, вентиляцию, которые помогают выжить в экстремальных климатических условиях.

Расселение людей по территории, строительство новых городов в значительной степени связано с природно-климатическими условиями.

Климатические условия оказывают большое влияние на культурно-бытовое обслуживание, проблемы отдыха, транспорт, систему озеленения городов, типы общественных и жилых зданий и др.

В ходе миграционных процессов в другие климатические зоны человеку не следует забывать о том, что в основе всех форм адаптации лежат биологические механизмы – в этом случае происходит акклиматизация к новой среде обитания.

Успешная акклиматизация для человека проявляется в восстановлении высокого уровня работоспособности.

Индивидуальная климатическая адаптация зависит от расовой и макроэтнической принадлежности, пола, возраста, общего физического здоровья.

Однако чаще всего приспособление к тем или иным климатическим условиям происходит за счет психологической мотивации, приспособительного поведения и технологии кондиционирования среды.

Комплекс климатических и физико-географических факторов образует наиболее фундаментальные условия жизни для каждой природной зоны и является мощным фактором эволюционного становления морфофизиологических адаптаций к жизнедеятельности в конкретных условиях.

Такие виды физической адаптации, как «акклимация» и «акклиматизация», имеют очень большое значение. Например, на Крайнем Севере и в области экватора живут люди, несмотря на то, что эти зоны абсолютно разные.

Южанин, прожив на севере некоторое время, неплохо адаптируется и может жить там уже постоянно и наоборот.

Широкие способности человека к адаптации дали возможность расселиться по всей планете и освоить разные климатические зоны.

Акклиматизация проходит три фазы:

  • фаза интродукции;
  • фаза адаптации к новым условиям и занятие новой экологической ниши;
  • фаза натурализации.

Замечание 3

Таким образом, климатическая адаптация является приспособлением организма к различным климатическим условиям природной среды, а поскольку человек имеет эти приспособления, то он способен существовать в разнородной среде с характерным для неё климатическим режимом.

Адаптация человека к климатическим факторам

В естественных условиях обитания организм человека подвержен влиянию сложного комплекса факторов.

При адаптации к естественным биоклиматическим факторам в организме человека происходит формирование особенностей функционирования различных физиологических систем, которые направлены на поддержание гомеостазиса.

Например, в жарком климате, где проживает почти половина населения планеты, человек должен адаптироваться к температурам в течение всего года +25, +28 градусов, и относительной влажности, близкой к 100%.

В тропическом поясе, к высоким летним температурам и более низким зимним, отсутствию влаги, очень сухому воздуху и пыльным бурям.

Данные факторы оказывают очень тяжелое и, часто губительное действие на людей ещё не акклиматизированных к данным условиям.

Под воздействием горячего воздуха и теплового излучения от камней и песка в организм человека поступает много тепла, что может превысить теплообразование в организме более чем в 3 раза.

В дневные часы, когда температура воздуха поднимается до отметки +57 градусов, теплообразование в организме может быть больше в 10 раз. Отсюда понятно, почему жители этой зоны используют в одежде плотные ткани, которые предохраняют тело человека от радиационного и конвекционного нагревания.

В пустынях для одетого человека термическая нагрузка будет в 2,4 раза больше по сравнению с влажными тропиками.

У населения, поживающего в этой зоне, выработались адаптивные реакции, которые дают им возможность успешно приспособиться к жизнедеятельности в данной среде.

Для умеренной климатической зоны летние температуры тоже могут подниматься до высоких отметок.

Кроме этого в умеренной зоне тепловую нагрузку может создавать и микроклимат, т.е. климат помещений.

Для людей, проживающих на севере, характерны не только низкие температуры, но и частая облачность, длительное по времени ультрафиолетовое голодание, частые геомагнитные возмущения, периоды полярного дня и полярной ночи, частая смена атмосферного давления и многие другие факторы, к которым человек должен адаптироваться.

Часть населения планеты проживает высоко в горах и акклиматизация к горному климату связана со специфическим воздействием горного ландшафта.

Основными факторами воздействия будет низкое атмосферное давление, высокая ультрафиолетовая радиация, гипоаллергенная среда и др. С высотой местности воздействие этих факторов становится более интенсивным, а это значит, что процесс акклиматизации будет происходить значительно труднее.

Приспособленность человека к природным условиям — урок. География, 7 класс.

С учётом особенностей природной среды человек на Земле строит жилища, питается теми продуктами, которые в основном можно получить в природной зоне его проживания, одевается в соответствии с климатическими условиями. Всё это позволяет человеку адаптироваться к природным условиям жизни.

 

Хотя в современном мире все эти различия постепенно стираются, их ещё можно наблюдать, особенно в сельской местности.

В умеренных широтах, в зоне лесов люди строят бревенчатые дома, щели конопатят мхом для защиты от морозов. В районах с частыми землетрясениями, например в Японии, строят дома с раздвижными лёгкими стенами, устойчивыми к колебаниям земной коры. В жарких пустынных областях население живёт в глинобитных хижинах с крышами из соломы. Жилища эскимосов построены из снега. У народов Малайзии и Индонезии дома построены на сваях, которые защищают жилища от частых в этих районах наводнений.

 

Традиционный дом в Японии

Бревенчатый дом в России

Глинобитный дом в Африке

Дома на сваях в Индонезии

Иглу эскимосов

Бурятские юрты

В экваториальных широтах во многих африканских и азиатских странах одежда женщин — это юбка и блузка из лёгкой ткани. Мужчины арабских и африканских стран предпочитают носить длинные, до пола, широкие рубахи. В тропических районах Южной и Юго-Восточной Азии распространены удобные несшитые формы одежды — сари. Халатообразная одежда легла в основу одеяния китайцев, вьетнамцев. У населения тундры преобладает тёплая глухая длинная куртка с капюшоном.

 

Традиционная одежда арабов

Традиционная одежда эскимосов

Традиционная одежда японок

Пища

 

Растительная пища преобладает почти у всех народов мира. В основе лежат продукты, приготовленные из различных зерновых культур. В Европе и Азии преобладают продукты из пшеницы и ржи, в Америке — из кукурузы, в Южной, Восточной и Юго-Восточной Азии — из риса.

 

Почти повсюду распространены блюда из овощей, характерных для данной местности, а также из картофеля (в странах с умеренным климатом), из батата и маниока (в тропических странах).

46. Понятие об адаптации и акклиматизации человека к условиям окружающей среды.

Под адаптацией обычно понимают поддержание нормальной жизнедеятельности организма и приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды.

Различают адаптацию социальную - к коллективу, производству, учёбе; функциональную - к физическим нагрузкам, выполнению отдельных упражнений; медико-гигиеническую - иммунитет к инфекциям, переносимость лекарств; климатическую - к различным погодно-климатическим факторам и т.п.

Жизнь каждого человека можно рассматривать как постоянную адаптацию, но наши способности к этому имеют определенные границы. Также и способность восстанавливать свои физические и душевные силы для человека не бесконечна.

В настоящее время значительная часть болезней человека связана с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями атмосферы, воды и почвы, недоброкачественными продуктами питания, возрастанием шума.

Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжение, утомления. Напряжение - мобилизация всех механизмов, обеспечивающих определенную деятельность организма человека. В зависимости от величины нагрузки, степени подготовки организма, его функционально-структурных и энергетических ресурсов снижается возможность функционирования организма на заданном уровне, то есть наступает утомление.

При утомлении здорового человека может происходить перераспределение возможных резервных функций организма, и после отдыха вновь появятся силы. Люди способны переносить самые суровые природные условия в течение относительного продолжительного времени. Однако человек, не привыкший к этим условиям, попадающий в них впервые, оказывается в значительно меньшей степени приспособленным к жизни в незнакомой среде, чем ее постоянные обитатели.

Способность адаптироваться к новым условиям у разных людей не одинакова. Так, у многих людей при дальних авиаперелетах с быстрым пересечением нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, падает работоспособность. Другие же адаптируются быстро.

Адаптацию организма человека к новым климатическим условиям обозначают также термином акклиматизация, понимая под этим сложный социально-биологический процесс, зависящий преимущественно от приспособления к природно-климатическим условиям - холоду, жаре, разреженному воздуху высокогорий и др.

Акклиматизация к холодному климату в зоне тайги, тундры и особенно в зоне Крайнего Севера связана как с действием резкого охлаждения, так и с влиянием ландшафта. Погоду этих местностей характеризуют продолжительная суровая зима, полярная ночь, дефицит солнечных лучей, повышенная космическая радиация, частые магнитные возмущения и бури.

Пребывание в условиях Заполярья вновь прибывших людей сопровождается снижением работоспособности, повышением теплоотдачи, преобладанием тормозных процессов в нервной системе.

Акклиматизация к жаркому климату связана с перегреванием, избытком ультрафиолетовой радиации, а в зоне пустынь - с явлениями пустынной болезни. Высокие температура и влажность воздуха затрудняют теплоотдачу, вызывают перегрев организма, что проявляется серьёзными метаболическими сдвигами, диспепсическими растройствами, снижением артериального давления и другими симптомами. Жаркий сухой климат затрудняет регуляцию водно-солевого обмена, работу почек, но в то же время усиливает теплоотдачу организма путём повышения потоотделения. В условиях жаркого влажного климата потоотделение, наоборот, уменьшается, и теплоотдача происходит главным образом путём теплоизлучения, сопровождающегося значительным расширением поверхностных сосудов кожи.

Акклиматизация к условиям курортов также представляет собой процесс приспособления организма к новым климатическим воздействиям и к условиям окружающей среды, в которых проходят санаторно-курортное лечение и оздоровительный отдых. По мнению академика П.К. Анохина, для адаптации к конкретным условиям среды организм в каждый данный момент мобилизует определённые метаболические резервы, поддерживающие его жизнедеятельность на необходимом уровне по принципу саморегуляции функциональных систем.

Акклиматизация к курортным условиям имеет многостороннюю направленность. Нужно приспособиться к новым природным условиям, к новой социальной среде, к специальным лечебным процедурам. Между тем приспособительные возможности организма больного обычно ограничены. Задача санаторно-курортного лечения состоит в том, чтобы повысить уровень функциональных резервов организма путём тренировки его адаптационных механизмов, добиться благоприятного течения и исхода патологического процесса, выздоровления больного.

Таким образом, способность к акклиматизации позволяет людям временно или постоянно проживать в различных климатических условиях. При назначении санаторно-курортного лечения врачи учитывают возможность адаптационных реакций стимулирующего приспособительного характера у лиц с различными вялотекущими и хроническими заболеваниями.

Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности человека в среде обитания






Урок 4


Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности человека в среде обитания

Вопросы для обсуждения

• медико-биологические основы здоровья человека;

• адаптация организма к среде обитания;

• общие принципы, закономерности и механизмы адаптации человека.




Ключевые понятия темы:

человек; индивид; здоровье; здоровье человека; адаптация; потенциал здоровья человека.


На протяжении всей истории человечества ключевым вопросом мировоззрения был и остаётся вопрос: что есть человек? Современные исследователи изучают мировое культурное наследие, сохранившее разные подходы к пониманию сущности человека. Египетская культура, индийская и китайская философия, христианское религиозное учение, немецкая натурфилософия и современная антропология предлагают разнообразные концепции (идеи, теории, модели) рассмотрения феномена человек. Но и сегодня остаются не до конца познанными вопросы о сущности мира и человека в этом мире, о возможных путях эволюции человека как биологического вида на Земле.

Наука раскрывает тайны мозга человека, выявляет механизмы управления его сознанием и подсознанием, доказывает удивительную мудрость природы по устройству жизнедеятельности живой клетки. Современные учёные активно ведут работу по созданию искусственного интеллекта, биологических роботов и ищут ответ на вопрос: является ли интеллект индивида продуктом развития мозга или развитие интеллекта происходит через развёртывание заданной свыше программы, в которой мозг выполняет роль биологического приёмника, принимающего и раскодирующего информацию среды обитания (Н. II. Бехтерева, 2000)?

Наука и религия перестали враждовать и объединяются в исследовании эффективных духовных практик воспитания человеческого в человеке, развития его воли, силы психической энергии, направлении её на созидание гармонии внутреннего и внешнего мира.

Естественные науки медико-биологического профиля предлагают свое понимание сущности человека:

человек — сложная биосоциальная система высокоорганизованной живой материи, представляющая собой единство физического и духовного, природного и социального, наследственного и приобретённого в процессе жизни;

человек — особь (индивид) биологического вида Человек разумный (Homo sapiens), который как живой организм является естественной частью природы, включён в природную связь явлений и подчиняется всем присущим ей законам: познанным и непознанным;

человек — единая организменная и личностная сущность. автономная открытая биосоциальная система, которая способна к воспроизводству и жизнедеятельности за счёт взаимообмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой обитания.

Индивид (лат. individuum — «неделимое») — это человек как единичное природное существо, представитель вида Homo sapiens.

Здоровье, по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), — это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней или физических дефектов.

Здоровье человека — это индивидуальная характеристика жизнеспособности организма, отражающая его функциональные и адаптационные возможности жизнедеятельности в среде обитания. Медико-биологические показатели здоровья организма человека представляют собой комплекс характеристик систем: дыхательной, выделительной, кровеносной, нервной, репродуктивной.

Безопасность жизнедеятельности — это состояние среды обитания, при котором с определённой вероятностью исключено причинение ущерба здоровью человека (травмы, болезни, смерть).

Адаптация — это приспособляемость человека к изменениям условий жизнедеятельности. Начиная с момента рождения живого организма и до его гибели идёт процесс адаптации всех функциональных систем организма к непрерывно изменяющимся условиям окружающей среды. Под адаптацией понимают все виды врождённой и приобретённой приспособительной деятельности живого организма, его способность к саморегуляции.

Саморегуляция осуществляется па основе «золотого правила безопасности жизнедеятельности» организма: любое отклонение от жизненно важного уровня какого-либо фактора является сигналом для немедленной мобилизации соответствующей функциональной системы (систем), которая восстанавливает необходимый приспособительный результат, корректирует его, создаёт новый.

Человек как часть человечества (этноса) развивается в социуме под влиянием культурно-исторических традиций, норм и правил сосуществования с другими людьми. Успешность жизни человека в обществе определяется возможностями его биологической и социальной адаптации.

Биологическая адаптация — совокупность приспособительных реакций живого организма к изменяющимся условиям жизнедеятельности, выработанных в процессе длительного эволюционного развития вида (филогенеза) и способных преобразовываться, совершенствоваться на протяжении индивидуального развития (онтогенеза).

Социальная адаптация — это совокупность освоенных индивидом способов успешного социального поведения и деятельности в разных сферах жизнедеятельности.

Биологическая адаптация в основном зависит от наследственности и условий жизнедеятельности. Социальная адаптация является результатом многочисленных воспитательных воздействий других людей и самого человека.

Человек осознаёт не всю сенсорную информацию. Большая часть процессов анализа, управления, самоуправления (саморегуляции) проходят па бессознательном уровне. Это даёт человеку возможность адаптироваться к самым разным условиям: природным, социальным, производственным. Именно адаптация обеспечивает жизнеспособность организма, витальный потенциал его здоровья в изменяющейся среде обитания.

Потенциал здоровья человека — это мощность жизненных сил человека: телесной и духовной составляющих (физиологии и психики). Потенциал здоровья обеспечивает иммунологическое сопротивление болезням, физиологическую стабильность функционирования организма (физическую норму), эмоциональную стабильность, навыки аффективного управления психическими функциями: волей, памятью, мышлением (психическая норма), адекватность проявления социальных обязанностей и потребностей (социальная норма).

Адаптационные возможности организма нуждаются в постоянной тренировке. Культура здорового образа жизни является значимым фактором созидания здоровья через приращение его витального потенциала.


Вопросы и задания

1. Как вы понимаете термин «человек»? Дайте своё определение.

2. Что понимают под адаптацией человека к среде обитания?

3. Что понимают специалисты под понятием «потенциал здоровья человека»?

4. Какую закономерность адаптации отражает «золотое правило безопасности жизнедеятельности» организма?

5. Какую пользу школьнику может принести знание теории адаптации?

6. Из дополнительных источников информации узнайте, есть ли существенные различия в показателях биохимического состава крови здорового школьника и здорового взрослого.

7. Выясните свою родословную, наследственную предрасположенность к заболеваниям, склонность к вредным привычкам, продумайте меры профилактики их проявления в вашей жизни.




Темы учебного исследования

1. Наш дом — Вселенная: проблемы выживания человечества.

2. Долгожители Земли.

3. Будущее человечества: мнение учёных.

4. Проблемы социальной адаптации современного школьника.


Адаптация человека к среде обитания

Адаптация человека к новой для него среде – сложный социально-биологический процесс, в основе которого лежит изменение систем и функций организма, а также привычного поведения. Под адаптацией человека понимаются приспособительные реакции его организма на изменяющиеся факторы среды. Адаптация проявляется на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Адаптация развивается под воздействием трёх факторов: наследственность, изменчивость, естественный/искусственный отбор. Существует три основных пути приспособления организмов к среде обитания: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонение фактора среды от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных (птиц, млекопитающих, человека), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, перехлд при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных условий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Обычно приспособление вида к среде проходит тем или иным сочетанием всех трёх возможных путей адаптации.
Адаптации можно разделить на три основных ипа: морфологические, физиологические, этологические.

Морфологические адаптации – изменения в строении организма(например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветов для привлечения опылителей и др.). Морфологические адаптации у животных приводят к образованию определённых жизненных форм.

Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путём окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий и др.).

Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.). Этологические адаптации характерны для животных.

Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызвать болезни и даже смерть живого организма. Человек использует это, применяя пестициды, антибиотики и другие непериодические факторы. Однако длительность их воздействия также может вызвать к ним адаптацию.
Среда обитания оказывает огромное воздействие на человека. В связи с этим все большую актуальность приобретает проблема адаптации человека к своей среде. В социальной экологии этой проблеме придается первостепенное значение. В то же время адаптация – это лишь начальный этап, на котором преобладают реактивные формы поведения человека. Человек не останавливается на этом этапе. Он проявляет физическую, интеллектуальную, нравственную, духовную активность, преобразует (в худшую или худшую сторону) свою среду.

Адаптация человека подразделяется на генотипическую и фенотипическую. Генотипическая адаптация: человек вне своего сознания может приспособиться к изменившимся условиям среды (перепадам температуры, вкусу пищи и т. д.), то есть, если механизмы адаптации заложены уже в генах. Под фенотипической адаптацией понимается включение сознания, своих личностных качеств человека, чтобы приспособится организму к новой среде, сохранить в новых условиях равновесие.

К основным видам адаптации относят физиологическую, адаптацию к деятельности, адаптацию к социуму. Остановимся на физиологической адаптации. Под физиологической адаптацией человека понимается процесс поддержания функционального состояния организма в целом, обеспечивая его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни. Большое значение в физиологической адаптации придается акклимации и акклиматизации. Понятно, что жизнь человека на Крайнем Севере отличается от его жизни на экваторе, так как это разные климатические зоны. Причем южанин, прожив определенное время на севере, адаптируется к нему и может жить там постоянно и, наоборот. Акклимация – это начальный, срочный этап акклиматизации при изменении климато-географических условий. В некоторых случаях синонимом физиологической адаптации является акклиматизация, то есть приспособление растений, животных и человека к новым для них климатическим условиям. Физиологическая акклиматизация наступает когда у человека с помощью приспособительных реакций повышается работоспособность, улучшается самочувствие, которое может резко ухудшиться в период акклимации. При смене новых условий старыми организм может возвратиться к прежнему состоянию. Подобные изменения и называются акклиматизацией. Те же изменения, которые в процессе приспособления к новой среде перешли в генотип и передаются по наследству, называются адаптивными.

Адаптация организма к условиям проживания (городу, селу, другой местности). Среда обитания человека не ограничивается лишь климатическими условиями. Человек может жить в городе и в селе. Очень многие предпочитают мегаполис с его шумом, загрязненностью, бешенным ритмом жизни. Объективно жить в селе, где чистый воздух, спокойный размеренный ритм, более благоприятно для людей.

К этой же сфере адаптации относиться переезд, например, в другую страну. Одни быстро адаптируются, преодолевают языковый барьер, находят себе работу, другие – с большим трудом, третьи, внешне адаптировавшись, испытывают чувство, которое называется ностальгией.

Можно особо выделить адаптацию к деятельности. Различные виды деятельности человека предъявляют различные требования к личности (одни требуют усидчивости, исполнительности, пунктуальности, другие – быстроты реакции, умения самостоятельно принимать решения и т. п.). Однако с теми и другими видами деятельности человек может справиться достаточно успешно. Есть деятельность, которая противопоказана человеку, но он ее может выполнять, так как срабатывают механизмы адаптации, который называется выработкой индивидуального стиля деятельности.
Особо следует остановиться на адаптации к социуму, другим людям, коллективу. Человек может приспособиться к группе, усвоив ее нормы, правила поведения, ценности и т. д. В качестве механизмов адаптации здесь выступают внушаемость, толерантность, конформность как формы подчинительного поведения, а с другой – умение найти свое место, обрести лицо, проявить решительность.

Можно говорить об адаптации к духовным ценностям, к вещам, к состояниям, например, к стрессовым, и ко многому другому. В 1936 году канадский физиолог Ганс Селье опубликовал сообщение «Синдром, вызванный разными повреждающими элементами», в котором описал явление стресса – общей неспецифической реакции организма, направленной на мобилизацию его защитных сил при действии раздражающих факторов. В развитии стресса были выделены 3 стадии: 1. стадия тревоги, 2. стадия сопротивления, 3. стадия истощения. Г. Селье была сформулирована теория «Общего адаптационного синдрома» (ОАС) и адаптивных болезней, как следствия адаптационной реакции, согласно которой ОАС проявляется всякий раз, когда человек чувствует опасность для себя. Видимыми причинами стресса могут быть травмы, послеоперационные состояния и т. д., изменения абиотических и биотических факторов среды. В последние десятилетия значительно возросло число антропогенных факторов среды, обладающих высоким стрессогенным эффектом (химическое загрязнение, радиация, воздействие компьютеров при систематической работе с ними и т. д.). К стрессорным факторам среды следует отнести и негативные изменения в современном обществе: повышение плотности населения, изменение соотношения городского и сельского населения, рост безработицы, преступность.

Адаптация человека к изменению биоразнообразия: подход процесса адаптации, примененный к тематическому исследованию из южной Индии

Адаптация человека к изменению окружающей среды лучше всего понимается в долгосрочных временных масштабах. Темпы экологических и социальных изменений часто медленные и затрагивают несколько поколений, хотя они могут стать быстрыми, когда социальные или планетарные границы или системные пороги превышаются (так называемые переломных точек ) (см. Rockström et al. 2009; Raworth 2012 , 2017; Howard 2013; Steffen et al.2015). Аналогичным образом, локальным сообществам растений и животных может потребоваться время, чтобы приспособиться к изменениям климатических условий. Со временем эти сдвиги проявляются в изменении структуры, здоровья и разнообразия экологических сообществ (Walther et al. 2002; Campbell et al. 2009). Таким образом, критически важной связью для адаптации человека является не столько изменение глобальной температуры или режимов осадков, сколько последующие и соответствующие локальные изменения в биоразнообразии, которые поддерживают сеть жизни. Как обсуждалось в Howard (unpubl.результаты), инвазии видов могут происходить в очень короткие сроки, а также могут спровоцировать быструю реакцию человека, что дает возможность «в реальном времени» анализировать адаптацию человека к изменению биоразнообразия.

Индивидуальные и коллективные способности и действия людей по поддержанию благополучия в живой системе зависят от конкретного разнообразия агентов, ресурсов и процессов окружающей среды. Livelisystem определяется как «комбинация функций, обеспечиваемых активами (или ресурсами), и деятельностью, осуществляемой в открытых, структурированных и активно саморегулирующихся системах» (Dorward 2014).Эта концепция расширяет и развивает понятие устойчивых средств к существованию (Chambers and Conway 1992; Scoones 2015) в рамках социально-экологических систем (SES) (Knutsson and Ostwald 2006). При этом концепция livelisystems позволяет более надежно интегрировать процессы изменения окружающей среды, устойчивости и адаптации в анализ социально-экологических систем (SES).

SES, включая livelisystems, по своей сути динамичны (Gunderson, Holling, 2002; Berkes et al.2003; Dorward 2014), таким образом, человеческий успех требует стратегии устойчивости (Gunderson 2000; Folke 2006). Это включает в себя преодоление временных потрясений, неожиданностей или других источников стресса и неуверенности, а также более фундаментальную долгосрочную адаптацию к системным изменениям (Hollings 1973; Berkes et al. 2003). Преодоление не всегда приводит к адаптации, а в некоторых случаях может препятствовать адаптивным путям (Thornton and Manasfi 2010). Кроме того, процессы адаптации многочисленны, динамичны и условны, что часто затрудняет их согласование и реализацию, независимо от того, исходят ли они из запланированных или незапланированных мер реагирования на изменение климата или другие воздействия.

Признание динамического и случайного характера адаптации человека к изменениям окружающей среды в рамках SES побудило многих отстаивать подход адаптивного управления , который является системным, но гибким и способным учиться в ответ на обратную связь (Holling 1978; Berkes et al. 2000; MEA 2005). Будущее непредсказуемо. Неопределенность и риск изобилуют, а изменения неизбежны, поэтому адаптацию нельзя просто планировать «сверху вниз», но она должна непрерывно развиваться снизу, а также на мезоорганизационных уровнях человеческого общества.Другими словами, отдельные лица и домохозяйства должны адаптироваться, как и сообщества и государства, чтобы поддерживать себя в изменяющейся среде, характеризующейся многоуровневым взаимодействием и воздействием как изменения окружающей среды, так и адаптации на СЭС (неопубликованные результаты Ховарда). Таким образом, «управление» адаптацией в глобализированном мире обязательно включает в себя соединение этих уровней и составляющих их субъектов, путей и институциональных узлов.

В литературе по изменению окружающей среды на сегодняшний день выделяются три доминирующих подхода к достижению адаптивного управления: один сосредоточен на социальной уязвимости (Smit and Wandel, 2006), второй - на управлении рисками (Sarewitz et al.2003) (оба основаны на исследованиях стихийных бедствий), а третий - на путях адаптации (Leach et al. 2010). Подход уязвимости включает оценку состояния ключевых активов и возможностей в сообществе или SES, которые считаются жизненно важными для его способности справляться или адаптироваться, таких как доступ к продуктам питания, медицинским услугам или кредитам, и усиление этих аспектов (Smit and Wandel 2006) . Одна критика этого подхода заключается в том, что, хотя анализ внешней уязвимости может предлагать пути адаптации, он может упускать из виду, как люди на самом деле адаптируются на местах (Berrang-Ford et al.2011). Другая критика заключается в том, что этот подход часто снижает уязвимость к состоянию «дефицита» технических или материальных активов, вместо того, чтобы рассматривать уязвимость как возможное системное состояние или процесс, вызванный деспотической или экстрактивной политической экономией (Cameron 2012). Как отмечает Рибо (2014, стр. 667), такое представление

уязвимости и безопасности как вопросов доступа к активам и социальной защиты… [не учитывает их] контекстно-зависимые причинные цепочки. Ключевым рекурсивным элементом в этих причинно-следственных цепочках является способность - средства и силы - уязвимых людей влиять на политическую экономию, которая формирует их активы и социальную защиту.Уязвимость, как справедливо заметил Сен, связана с отсутствием свободы - свободой влиять на политическую экономию, которая формирует эти права.

Такие системные политико-экономические диспропорции могут представлять собой серьезные препятствия для адаптации и могут стать путями сохранения уязвимости (Pahl-Wostl 2009; Pelling 2011; Marino and Ribot 2012; O’Brien 2012).

Подход к адаптации к изменению климата, основанный на управлении рисками, направлен на снижение подверженности изменениям окружающей среды путем применения формальных методов и инструментов оценки, которые могут выявить вероятные угрозы благополучию человека.Адаптивная реакция на эти угрозы, которые могут включать такие события, как наводнения, засухи и волны тепла, достигается за счет оптимизации выгод от снижения рисков по сравнению с затратами (World Bank 2010) в пределах вероятностной неопределенности (Borgomeo et al. 2014) и приемлемых риск на уровне общества (Oels 2013). Как и в случае с некоторыми подходами к уязвимости, анализ рисков может выходить за рамки методов прогнозирования и включать в себя инструменты широкого участия и социальные инструменты для определения восприятия и предпочтительных мер реагирования на риск у местного населения (Van Aalst et al.2008 г.). Sarewitz et al. (2003, стр. 810) пришли к выводу, что для эффективного планирования необходимы подходы как к риску, так и к уязвимости, поскольку «близорукое сосредоточение внимания на риске и исключении уязвимости может легко повысить, а не уменьшить вероятность негативных результатов».

Ученые не согласны с тенденцией как анализа уязвимости, так и риска быстро отточить неуместно узкий набор альтернатив, сконфигурированных с целью сделать неопределенность «управляемой» в рамках уравнений затрат-выгод и рисков.Вместо этого политические процессы должны быть более справедливыми и открытыми для более широкого разнообразия участников, идей и ценностей в процессе принятия решений (см. Stirling 2006; Leach et al. 2010; O'Brien and Wolf 2010; Van Ruijven et al. 2014). ). Только за счет расширения планирования адаптации за пределы существующих управленческих и социотехнических парадигм, а также за пределы самого изменения климата (Forsyth and Evans 2013) можно реализовать более преобразующие пути к изменениям и устойчивости.

Такая критика привела к третьей важной ориентации на адаптацию, названной подходом путей .Он начинается с признания того, что существующие структуры управления часто плохо оснащены (из-за замкнутости, корпоративных интересов, возможностей и т. Д.), Чтобы представить или справиться с потребностью в альтернативных, трансформирующих траекториях, тем самым ограничивая действия по адаптации существующими путями реагирования к экологическим стрессорам. Существующие пути могут оказаться недостаточными или неэффективными перед лицом беспрецедентных воздействий, вызванных изменением окружающей среды, или могут усилить неустойчивые и несправедливые процессы развития.Устойчивые решения часто должны решать несколько проблем на нескольких уровнях (или путях) одновременно, как утверждается, например, в случае климат - интеллектуальное сельское хозяйство (CSA), которое поддерживает инновации, которые одновременно адаптируются к изменению климата. , сократить выбросы парниковых газов и обеспечить продовольственную безопасность (Taylor 2017). Адаптивные пути к устойчивости неизменно обсуждаются в рамках динамических, сложных систем социальных, экологических и технологических процессов, которые, вероятно, требуют множества разнообразных инноваций в человеческой культурной, социальной и материальной сферах, чтобы осуществить переход к устойчивости (Smith et al.2005; Джилс и Шот 2007; Leach et al. 2010). Таким образом, пути адаптации зависят от «альтернативных возможных траекторий знаний, вмешательства и изменений, в которых приоритет отдается различным целям, ценностям и функциям» при принятии решений (Leach et al. 2010, p. 5). «Пути мышления», утверждают его сторонники, позволяют переосмыслить адаптацию, чтобы действия по изменению климата могли быть связаны с трансформирующими социальными изменениями на нескольких уровнях (Wise et al. 2014: 327). Однако подход «траектории» еще предстоит последовательно применять или оценивать в различных тематических исследованиях; он также не был связан с более широкими процессами адаптации человека, как мы предлагаем здесь, сочетая его с существующей схемой, впервые предложенной Торнтоном и Манасфи (2010).

Разработка подхода к процессу автохтонной адаптации

Еще один подход, подробно описанный здесь, состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на реальных автохтонных, а не запланированных процессах адаптации и их различных локальных формулировках в отношении конкретных социальных и экологических ограничений и изменений во времени. Этот подход к процессам адаптации позволяет избежать некоторых ограничений перспектив уязвимости и риска, которые слишком часто остаются узко сфокусированными на экстремальных экологических событиях и краткосрочных институциональных ответных мерах или стратегиях выживания, и, таким образом, упускают из виду важные текущие автохтонные адаптации (Thornton and Manasfi). 2010).Более того, наш подход дополняет подход путей, определяя восемь основных текущих адаптивных процессов человека, которые делают возможными дополнительные и преобразующие пути адаптации: (1) мобильность, (2) обмен, (3) нормирование, (4) объединение, (5) диверсификация, ( 6) интенсификация, (7) инновации и (8) возрождение (Thornton and Manasfi 2010). Полезность этого подхода заключается в том, что он обеспечивает базовую универсальную аналитическую основу для оценки всего спектра путей адаптации человека в ответ на изменение окружающей среды, без уточнения какого-либо единственного фактора адаптации, масштаба, сектора, процесса, пути или учреждения.Существует также достаточно места для разработки соответствующих подкатегорий (например, неопубликованные результаты Говарда). Например, мобильность можно разделить на временную или постоянную миграцию по сравнению с отслеживанием ресурсов, обмен можно дополнительно разделить на обобщенную и сбалансированную или отрицательную взаимность, диверсификацию на замещение, гибридизацию и т. Д. Более того, подход, основанный на процессах адаптации, совместим с децентрализованной ориентацией и ориентацией на участие в управлении адаптацией и наращивании потенциала.Он обеспечивает сравнительные средства оценки как уместности политики адаптации, так и постоянной жизнеспособности местных знаний, ценностей и практики, которые способствовали устойчивости и адаптивной способности сообществ в более длительных временных масштабах. В настоящее время структура процесса адаптации конструктивно применяется в различных географических контекстах, контекстах источников средств к существованию и управления в Азии, Африке и Америке (например, McDowell et al. 2014; Thorn et al. 2015; Thornton and Comberti 2017).

Подход, основанный на процессах адаптации, также обращается к проблеме, которой в нынешних исследованиях адаптации не уделяется должного внимания: как существующее вертикальное управление или `` запланированные '' меры адаптации могут эффективно ограничивать или подрывать местную автохтонную адаптацию посредством политики посягательства, присвоения, развития и сохранения ( например, Nair 2014; Macura et al. 2016; McKinnon et al. 2016; Howard неопубликованные результаты). Коренные народы, этнические меньшинства и люди, ведущие натуральное хозяйство, часто не имеют другого выбора, кроме как «адаптироваться» к доминирующей социально-политической системе и ее целям роста и «прогресса».В настоящее время эти неудобные политические и историко-экологические детерминанты социально-экологических систем, как правило, игнорируются в пользу более деполитизированных (Ferguson 1994) и часто ложных (Thornton and Manasfi 2010) нисходящих социотехнических или так называемых `` неолиберальных '' 'рыночные подходы к управлению адаптацией и развитием. Даже там, где, следуя модели перехода к адаптивному управлению, предложенной Олссоном (2006), признается, что (1) существующая система управления находится в кризисе; и (2) необходим «переход» к новому режиму, решающая третья фаза открытия, изменения и «институционализации» новых режимов представляет собой огромную проблему, отчасти потому, что автохтонные процессы адаптации либо остаются нераспознанными, либо активно подрываются как последствия колониализма, развития, формирования государства и глобализации (Лейченко и О'Брайен, 2008).Тем не менее, с нашей точки зрения, настоящая (в отличие от ложной) адаптация означает рассмотрение всего спектра имеющихся адаптационных реакций человека, при которых непропорциональные воздействия и бремя, возлагаемые на местные жители, могут быть смягчены или обращены вспять за счет расширения их возможностей для реализации более полного диапазона. адаптационных процессов и путей.

В этом отношении подход, основанный на процессах адаптации, совместим с подходом, описанным выше, и в то же время расширяет репертуар процессов адаптации, которые могут способствовать, перенаправлять или преодолевать узкие пути.Таким образом, в приведенном ниже тематическом исследовании мы объединяем эти два процесса в интегрированный процессов адаптации путей подхода.

Применение структуры процесса адаптации в тематическом исследовании в Южной Индии

Мы применили схему процессов адаптации к случаю быстрой адаптации человека к изменению биоразнообразия, в частности, к распространению инвазивное растение Lantana camara .(«Красный шалфей» или «лантана») в Карнатаке, на юге Индии. Мы выбрали этот случай установленного, но продолжающегося изменения биоразнообразия, потому что воздействие Лантаны является плодотворным и глубоким и, таким образом, отражает те изменения окружающей среды, к которым люди уже давно приспосабливаются (Bhagwat et al. 2012; Howard 2013).

Мы разработали рабочую концептуальную основу для исследования (Howard 2009), в котором основное внимание уделялось сбору данных о местных знаниях о Лантане и ее воздействиях, оценке изменений в ключевых природных ресурсах и методах работы в результате воздействия Лантаны и ответных действиях системы живой природы как ключевых аспектах адаптационные процессы.Однако биоразнообразие - это лишь один из ряда рисков и факторов стресса, с которыми люди должны справляться, таких как бедность, плохое здоровье, депрессия на товарных рынках, ограниченный доступ к земле и природным ресурсам и усиление нехватки воды. Точно так же процессы адаптации многочисленны и пересекаются и включают не только явные и неявные стратегии управления изменениями в конкретных видах, таких как Lantana, но также более широкие знания, ценности, практики и институты, используемые при управлении рисками, стрессом и неопределенностью шкалы домашнего хозяйства, ландшафта и SES (Orlove 2005; Howard 2009; Clarke et al.2013; Dutra et al. 2018; Howard неопубликовано. полученные результаты). Эти сложности, как правило, игнорируются или упрощаются при традиционном анализе рисков и уязвимостей и цепочках принятия решений. Напротив, наше тематическое исследование подробно исследует эти сложности, приводя к альтернативному, более динамичному и условному отображению цикла адаптации, основанному на модели процессов адаптации реакции на изменение окружающей среды (рис. 1).

Рис. 1

Цикл развития адаптации с учетом автохтонных процессов

Область исследования и методы

Распространение лантаны хорошо задокументировано в регионе Западные Гаты в Индии с конца девятнадцатого века (см.Bhagwat et al. 2012; Каннан и др. 2013). «Вторжение» Лантаны в заповедник дикой природы Мале-Махадешвара-Хиллз (ММ-Хиллз) на юге Карнатаки является иллюстрацией быстрого изменения биоразнообразия, которое уже происходит по всей Индии и будет ускоряться с изменением климата, что приведет к значительному сокращению численности ключевых видов и сдвигу в них. местное биоразнообразие и динамика экосистем. Неспособность адаптироваться к быстрому распространению Лантаны может привести к долгосрочному стрессу или даже к коллапсу ключевых частей текущего SES.

Используя ряд методов, мы собрали данные о восприятии и реакции на лантану жителей и должностных лиц, находящихся в районе MM Hills. Мы использовали историко-экологические записи в сочетании с полевыми опросами и опросами домашних хозяйств, включенным наблюдением, а также полуструктурированными и случайными интервью, чтобы начать понимать траекторию вторжения Лантаны, его последствия, а также то, как люди реагируют и адаптируются к его воздействиям на свои леса и леса. полевые экосистемы. Район MM Hills был выбран отчасти потому, что это экологически разнообразный, многоэтнический регион, в котором люди занимаются различными видами деятельности, включая охоту и собирательство, скотоводство и козоводство, мелкое сельское хозяйство и наемный труд. почти все из них подвержены распространению Лантаны.Соответственно, местные домохозяйства и сообщества разрабатывают широкий спектр стратегий для адаптации к этому изменению биоразнообразия. Нам посчастливилось работать с учеными Ashoka Trust for Research in Ecology and the Environment (ATREE), особенно с покойным доктором Рамешем Каннаном, который уже занимался долгосрочными исследованиями в области экологических воздействий и реакции человека на Lantana. ATREE разработала отмеченную наградами программу использования Lantana на небольших мебельных предприятиях (Kannan et al. 2009).Вместе с ATREE мы стремились опираться на их исследования местных стратегий адаптации (например, Shaanker et al. 2010; Kent and Dorward 2012; Kannan et al. 2014; Puri 2015; Kannan et al. 2016).

Наше исследование проводилось в деревне Комбудикки и близлежащих населенных пунктах на холмах ММ, где большинство населения составляют лингаяты. Лингаяты, проживающие в этом регионе, являются вегетарианцами, выращивающими пальмовое просо ( Eleusine coracana (L.) Gaertn.) В качестве основного продукта питания.Многие также владеют и пасут крупный рогатый скот и коз и кормят недревесные лесные продукты (НДПЛ) для потребления и обмена, а также используют наемный труд. Солига - это особенное племенное меньшинство в этом районе (`` зарегистрированное племя '' в классификации правительства Индии), обычно занимающее более маргинальные земли в небольших домохозяйствах с более высокой степенью прямой зависимости от лесных ресурсов (таких как бамбук) как источника средств к существованию (Si 2016). Помимо выращивания проса и бобов, выпаса коз и крупного рогатого скота, а также сбора меда и растений, Солига также работает неполный рабочий день в близлежащих карьерах и других отраслях промышленности.Ландшафты, средства к существованию и жилища этих двух групп очень сильно взаимосвязаны, и, что неудивительно, их взгляды на распространение Лантаны схожи (Kent and Dorward 2015).

Домохозяйства из обеих групп, которые находятся за чертой бедности, получают прожиточное пособие через Государственную распределительную систему Индии. В 2013 году территория MM Hills была объявлена ​​заповедником дикой природы, и Департамент лесного хозяйства предпринимает согласованные усилия по более строгому регулированию доступа к лесам, включая продажу НДПЛ и выпас животных.Коровники или лесные загоны были запрещены, поэтому в лесах разрешен только ежедневный выпас скота и коз.

Адаптация человека к экстремальным условиям окружающей среды

Curr Opin Genet Dev. Авторская рукопись; доступно в PMC 2020 1 мая 2020 г. Лейк-Сити, UT 84132, США

2 Департамент интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

3 Департамент статистики, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

Расмус Нильсен

2 Департамент интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

3 Департамент статистики, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

4 Датский музей естествознания, Копенгагенский университет, 1350 København K, Дания

1 Программа молекулярной медицины Университета штата Юта, Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, штат Юта 84132, США

2 Depa Центр интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

3 Департамент статистики, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

4 Датский музей естествознания, Копенгагенский университет, 1350 Копенгаген, København K , Дания

См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Современные люди населяют большинство самых суровых природных условий и ведут разнообразный образ жизни. Биологические адаптации, в дополнение к технологическим инновациям, сделали возможным эти географические и культурные исследования. Изучение этих адаптаций помогает не только фундаментально понять нашу эволюцию как вида, но также может иметь все большее значение по мере того, как геномика трансформирует такие области, как персонализированная медицина. Здесь мы рассматриваем три культурных и экологических сдвига, которые привели к адаптации у современных людей; Арктика, большие высоты и средства к существованию, зависящие от ныряния с задержкой дыхания.

Введение

Когда современные люди возникли несколько сотен тысяч лет назад и распространились внутри и за пределами Африки, они столкнулись с рядом новых и сложных условий. Некоторые из самых экстремальных условий, в которых вы можете встретить людей сегодня, включают гипоксические большие высоты, засушливые пустыни и холодные и бесплодные среды Арктики. Люди завоевали эту среду в основном благодаря технологическим инновациям, включая огонь, одежду, жилище, достижения в области охотничьего снаряжения и методов, а также методы хранения пищи и воды.Однако, вероятно, также имели место сопутствующие биологические адаптации, когда люди претерпели генетические и физиологические изменения, чтобы выжить в условиях окружающей среды. Такие случаи не только интригуют с антропологической точки зрения, но также представляют интерес как системы исследования для понимания физиологии и генетики человека. По сравнению с модельными организмами, изучение генетики на людях затруднено отсутствием экспериментов на целых живых организмах. Однако случаи, когда люди живут в экстремальных условиях, дают возможность понять физиологическую реакцию человека на эти условия.Точно так же генетические адаптации (т.е. наследственные фенотипические изменения, вызванные естественным отбором) дают возможность понять генетические вариации, лежащие в основе физиологических различий между людьми, а также генетические компоненты, важные для реакции на изменения в окружающей среде. За последние десять лет был проведен ряд исследований с использованием генетического анализа популяций, адаптированных к экстремальным условиям окружающей среды, для выявления причинных генов или генетических вариаций, влияющих на физиологию человека. В этом обзоре мы обсудим три примера адаптации: к жизни в Арктике, к большой высоте и к образу жизни, основанному на дайвинге.

Адаптация к жизни в Арктике

Окружающая среда Арктики, пожалуй, одна из самых неблагоприятных на Земле. Однако множество различных культур адаптировались к этой среде, в том числе сибирские народы, такие как чукчи и эвенки, европейцы, такие как саамы, и коренные жители Северной Америки, в первую очередь инуиты. Хотя было много гипотез относительно адаптации человека к арктической среде, до недавнего времени было очень мало работ по исследованию какой-либо генетической основы предполагаемых фенотипических адаптаций у арктических народов.Однако несколько недавних исследований выявили ряд вариантов, которые были отобраны в рамках адаптации к диете или холоду в приполярном регионе.

Clemente et al. [1] показали, что CPT1A , регулятор митохондриального окисления длинноцепочечных жирных кислот, находится под сильным отбором у северо-восточных сибиряков. Выбранный аллель в современных популяциях связан с гипокетотической гипогликемией и высокой детской смертностью. Однако Клементе и др. .утверждают, что это могло дать населению Северо-Восточной Сибири метаболическое преимущество в их традиционной диете с высоким содержанием жиров. Аналогичный пример адаптации арктических популяций к диете с высоким содержанием жиров был предоставлен Fumagalli et al. [2]. Они определили сильный отбор, влияющий на гены десатуразы жирных кислот ( FADS ) у инуитов из Гренландии. Эти гены кодируют ферменты, ограничивающие скорость синтеза длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), включая омега-3 жирные кислоты.Традиционная диета инуитов в основном основана на рыбе и морских млекопитающих и поэтому богата длинноцепочечными омега-3 ПНЖК. Возможно, как эволюционный ответ на это, адаптивные мутации у инуитов снижают скорость эндогенного синтеза длинноцепочечных ПНЖК, вместо этого приводя к накоплению короткоцепочечных ПНЖК, которые обычно получают из вегетарианской диеты. Мутации в генах FADS, выбранные у инуитов, по-видимому, являются адаптацией к диете с высоким содержанием жиров, основанной на морских животных, с сильными последующими фенотипическими эффектами, включая основные эффекты на рост, вес, инсулин, общий холестерин и холестерин ЛПНП.Направление эффектов согласуется с защитным действием на кардиометаболические фенотипы и может быть довольно значительным, включая наблюдаемое изменение веса более чем на 4 кг в гомозиготном состоянии.

Помимо адаптации к диетическим изменениям, недавнее исследование, объединяющее современную и древнюю ДНК, предполагает, что сильный положительный отбор мог повлиять на эндогенную реакцию на низкие температуры [3 ••]. Частоты аллелей варианта выше гена TRPM8 , который кодирует рецептор, участвующий в восприятии холода и реакции на него посредством физиологической терморегуляции (см.[4]), по-видимому, увеличиваются вдоль широтного склона. Хотя предковый аллель, по-видимому, защищает от мигрени, производный аллель обеспечивает преимущество уменьшения физиологической реакции на низкие температуры.

Высотная адаптация

Есть по крайней мере три популяции, которые были предложены для адаптации к гипоксическим условиям большой высоты; амхара в Эфиопии, кечуа и аймара в Андах, а также тибетцы и другие люди в Гималаях и вокруг них и на Тибетском плато (см.[5]).

Человеческое тело подвергается хорошо охарактеризованной реакции на гипоксические условия больших высот. Низкий уровень кислорода в окружающей среде, возникающий в результате пониженного барометрического давления, вызывает реакцию, организованную факторами, индуцируемыми гипоксией (HIF). Эти HIF вызывают повышенную выработку эритропоэтина (ЭПО), который способствует выработке красных кровяных телец. Возникающий в результате фенотип, полицитемия, измеряется по характерно высокой концентрации гемоглобина. Избыточная масса эритроцитов обеспечивает преимущество улучшенной доставки кислорода к тканям, но также увеличивает вязкость крови, тем самым создавая нагрузку на систему кровообращения и потенциально осложняя беременность.Тем не менее, повышенный уровень гемоглобина в ответ на высокогорную гипоксию первоначально казался постоянным среди популяций, в том числе у людей с хроническим воздействием, таких как горцы Анд [6]. Таким образом, было удивительно, когда впервые было обнаружено, что у тибетцев, постоянно проживающих на высоте выше 3500 м, концентрация гемоглобина намного ниже, чем предполагалось [7], что указывает на лежащую в основе адаптацию, которая обеспечивает альтернативный метод ответа на гипоксию. Последующие геномные исследования выявили многочисленные сигналы естественного отбора, действующие на различные компоненты пути HIF у тибетцев, в первую очередь EPAS1 и EGLN1 [8-11], оба из которых действуют на ранних этапах пути передачи сигналов HIF.Комбинация обоих генов, по-видимому, способствует притуплению передачи сигналов HIF, наблюдаемому у тибетцев. Хотя причинная мутация могла быть идентифицирована для EGLN1 [12], причинные мутации в EPAS1 еще не идентифицированы. Идентификация этих мутаций осложняется тем фактом, что существует множество мутаций при совершенном неравновесном сцеплении, поскольку причинный гаплотип был внедрен от денисовцев, архаичного человеческого вида, в предков тибетцев [13] ().

Путь фактора, индуцируемого гипоксией (HIF). В нормоксических условиях субъединицы HIFα (включая HIF-2α, кодируемый EPAS1 ) гидроксилируются пролилгидроксилазами (PHD), включая PHD2, кодируемый EGLN1 . Впоследствии они связываются с белками фон Хиппеля-Линдау (VHL) и подвергаются полиубиквитинированию и протеосомной деградации. В гипоэтических условиях субъединица HIFα стабилизируется и перемещается в ядро, где димеризуется с субъединицей HIFβ вместе с другими кофакторами.Затем гетеродимер связывается с элементами, чувствительными к гипоксии (HRE), активируя транскрипцию генов-мишеней HIF. Одним из таких генов является BHLHE41 , который, помимо подавления пролиферации клеток, также представляет субъединицу HIFα протеасомному комплексу для деградации, тем самым создавая петлю отрицательной обратной связи.

Наше понимание генетических вариантов в двух других популяциях, адаптированных к высокогорью, несколько более ограничено. Эфиопская амхара, по-видимому, имеет притупленный ответ на HIF, аналогичный тибетскому [14–16], что может быть вызвано селекцией в гене BHLHE41 , вышестоящем регуляторе передачи сигналов HIF, который был самым сильным кандидатом для отбора в другом исследовании [17 ].Однако другие исследования нашли у эфиопов других кандидатов для отбора [14,18], а генетика адаптации к большой высоте у эфиопов, как правило, гораздо менее изучена, чем у тибетцев.

Популяции, адаптированные к высокогорью в Андах, не демонстрируют того же типа притупленной передачи сигналов HIF, как это наблюдается у тибетцев и эфиопов [19,20]. Хотя в нескольких исследованиях были проанализированы возможные гены-кандидаты, связанные с передачей сигналов HIF [10,21], и было высказано предположение, что EGLN1 может находиться под отбором также у людей из Анд [22], ни один из главных генов не демонстрирует наибольшее доказательство отбора в Анды представляют собой сигнальные гены HIF, связанные с производством красных кровяных телец [10,21].Вместо этого отбор, по-видимому, имеет гены-мишени, такие как FAM213A , который связан с окислительным стрессом [31], и NOS2 [21], который регулируется HIF-1, играет важную роль в ответной реакции на гипоксию. и участвует в таких фенотипах, как снижение артериального давления [23]. Более того, ряд генов, связанных с сердечными фенотипами, включая предрасположенность или защиту от фибрилляции предсердий, у жителей Анд являются наиболее дифференцированными генами [24].Хотя генетика высотной адаптации у жителей Анд до сих пор полностью не изучена, похоже, что жители Анд, вместо того чтобы модулировать выработку эритроцитов, возможно, эволюционировали в сторону смягчения пагубных последствий хронически усиленного ответа на HIF ().

(a) Путь Омега-3. Стрелки обозначают этапы синтеза. Цвет молекул указывает на диетический источник данной жирной кислоты: зеленый - из растений, синий - из морских источников, а серый - из промежуточных продуктов.Если указано, члены семейства десатуразы жирных кислот (FADS) играют роль в стадиях синтеза. (b) В ответ на низкие температуры катионные каналы транзиторного рецепторного белка (TRP), включая TRPM8 , активируются в сенсорных нейронах ганглиев задних корешков (DRG), которые иннервируют кожу.

Адаптация к дайвингу

В дополнение к заселению обширного и разнообразного ландшафта суровой окружающей среды, люди приняли экстремальный образ жизни, создавая тем самым условия физиологического стресса.Одна из таких популяций, морские кочевники Юго-Восточной Азии, сформировала культуру погружения с задержкой дыхания. Их образ жизни морских охотников-собирателей часто требует погружений на глубины более 100 футов на периоды в несколько минут. Эта деятельность создает ряд нагрузок на земную физиологию тела: глаз теряет примерно две трети своей преломляющей способности [25]; вода оказывает давление один атм на каждые 10 м глубины, сжимая заполненную воздухом грудную полость; а продолжительные периоды апноэ создают условия острой гипоксии.До недавнего времени было известно, что ни один из этих физиологических стрессов не индуцировал генетическую адаптацию у дайверов, и считалось, что экстраординарные способности морских кочевников были достигнуты просто благодаря пластической реакции на дайвинг. Утверждалось, что даже наблюдаемое превосходное подводное зрение у Moken [26], группы морских кочевников в Таиланде, является результатом многократных тренировок под водой [27].

Тем не менее, генетический анализ Баджау в Индонезии показал, что они адаптировались к острой гипоксии за счет увеличения селезенки [28 ••], органа, который сокращается в ответ на стимул от ныряния, чтобы обеспечить кислородное голодание за счет изгнания красных кровяных телец. .Генетический вариант, связанный с этим признаком, попадает в ген PDE10A , который кодирует фосфодиэстеразу, влияющую на сигнальные пути, включая те, которые регулируют уровни гормонов щитовидной железы (). Было показано, что уровни тироидного гормона Т4 резко влияют на размер селезенки у мышей [29], предполагая, что наблюдаемые большие селезенки Баджау являются результатом модуляции регуляции тироидных гормонов. Дополнительные гены-кандидаты, прошедшие отбор по Баджау и имеющие очевидное отношение к дайвингу, включают BDKRB2 , ген, который, как считается, влияет на вызванную погружением периферическую вазоконстрикцию.

Путь синтеза гормонов щитовидной железы. Связывание тиреотропного гормона (ТТГ) запускает синтез тиреоглобулина, предшественника тиреоидного гормона, через цАМФ-зависимый путь. Этот путь может быть инактивирован фосфодиэстеразами (PDE), такими как PDE10A. Предшественник тиреоглобулина выводится в просвет фолликула. Ферменты присоединяют идоин к тирозинам (часть молекулы тиреоглобулина), и йодированные тирозины соединяются вместе, образуя Т3 и Т4. Эти молекулы эндоцитируются в фолликул, где лизосомальные ферменты отщепляют тироидные гормоны Т4 и Т3 от тиреоголобулина, и гормоны попадают в кровоток.Снижение экспрессии ФДЭ увеличивает синтез тиреоглобулина, тем самым увеличивая выработку гормонов щитовидной железы.

Обсуждение

В большинстве случаев адаптации человека, обсуждаемых в этом обзоре, новая экстремальная среда вызывает нарушение физиологического процесса, а последующая адаптация возвращает этот процесс к гомеостазу. Например, низкий уровень кислорода на большой высоте вызывает дезадаптивный физиологический ответ, который увеличивает доставку кислорода, но за счет увеличения вязкости крови.Полученные в результате адаптации притупляют эту реакцию, чтобы вернуть систему в равновесие. Точно так же адаптация генов FADS у инуитов компенсирует диетические изменения в потреблении жирных кислот, чтобы восстановить состав жирных кислот до прежних уровней. Однако большие селезенки, наблюдаемые у дайверов Bajau, вместо этого представляют собой уникальный пример действия отбора, направленного на создание новой адаптации, улучшающей функциональность. В этом смысле пример с дайвингом может быть наиболее подходящим для понимания эволюции новых функций.

Уроки, извлеченные из эволюционной биологии человека, имеют решающее значение для интерпретации медицинских исследований человека. Первые исследования возможных полезных эффектов омега-3 жирных кислот были основаны на эпидемиологических исследованиях инуитов. Однако инуиты, по-видимому, генетически адаптированы к диете, богатой омега-3 жирными кислотами, что позволяет предположить, что уроки инуитов нелегко экстраполировать на другие группы населения. Интересно, что недавние мета-исследования эффектов добавок омега-3, основанные в первую очередь на людях европейского происхождения, показывают, что защитные эффекты добавок омега-3 отсутствуют [30].

В век персонализированной геномики становится все более очевидным, что медицинские работники должны учитывать генетические различия между популяциями. Обсуждаемые здесь адаптации часто происходят от редких аллелей, частота которых увеличивается в данной популяции, а не от мутаций de novo , поэтому можно ожидать, что они будут присутствовать с определенной частотой в других географических регионах. Влияние этих вариантов на физиологию может повлиять на множество медицинских процедур.Например, варианты, которые позволяют Bajau подвергаться повторным приступам острой гипоксии с минимальным физиологическим стрессом, могут повлиять на способность человека противостоять острой гипоксии во время медицинского кризиса, такого как черепно-мозговая травма. Таким образом, уроки, извлеченные из исследований изолированных, экстремальных групп населения, могут быть важны для более широких медицинских целей.

Сноски

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы и рекомендуемая литература

Документы, представляющие особый интерес, опубликованные в течение периода проверки, отмечены как

•• представляющие интерес

1.Клементе Ф.Дж., Кардона А., Инчли К.Э., Питер Б.М., Джейкобс Дж., Пагани Л., Лоусон Диджей, Антао Т., Висенте М., Митт М. и др.: Выборочный анализ вредоносной мутации в CPT1A в арктических популяциях. Am J Hum Genet 2014, 95: 584–589. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 2. Фумагалли М., Мольтке И., Граруп Н., Расимо Ф., Бьеррегаард П., Йоргенсен М.Э., Корнелиуссен Ц., Жербо П., Скотте Л., Линнеберг А. и др .: Гренландские инуиты демонстрируют генетические признаки диеты и адаптации к климату. Наука 2015, 349: 1343–1347.[PubMed] [Google Scholar] 3. ••. Key FM, Абдул-Азиз М.А., Мандри Р., Питер Б.М., Секар А., Д’Амато М., Деннис М.Ю., Шмидт Дж.М., Андрес А.М.: Локальная адаптация человека рецептора холода TRPM8 вдоль широтного склона. PLoS Genet 2018, 14: e1007298. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье показано, что регуляторный вариант рядом с геном TRPM8 , единственным известным рецептором для ощущения умеренного холода, вероятно, находился в процессе отбора в популяциях Евразии. Сила этого отбора, измеренная по частотам аллелей, сильно коррелирует с географической широтой и является самой высокой среди североевропейских популяций.5. Beall CM: Адаптация к большой высоте: фенотипы и генотипы. Анну Рев Антрополь 2014, 43: 251–272. [Google Scholar] 6. Арно Дж., Квиличи Дж. К., Ривьер Дж.: Гематология высокогорья: сравнения кечуа-аймара. Энн Хам Биол 1981, 8: 573–578. [PubMed] [Google Scholar] 7. Beall CM, Reichsman AB: Уровни гемоглобина у высокогорного населения Гималаев. Am J Phys Антрополь 1984, 63: 301–306. [PubMed] [Google Scholar] 8. Beall CM, Cavalleri GL, Deng L, Elston RC, Gao Y, Knight J, Li C, Li JC, Liang Y, McCormack M и другие.: Естественный отбор на EPAS1 (HIF2alpha), связанный с низкой концентрацией гемоглобина у тибетских горцев. Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107: 11459–11464. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 9. Yi X, Liang Y, Huerta-Sanchez E, Jin X, Cuo ZXP, Pool JE, Xu X, Jiang H, Vinckenbosch N, Korneliussen TS и др .: Секвенирование 50 экзомов человека показывает адаптацию к большой высоте. Наука 2010, 329: 75–78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Бигхэм А., Баучет М., Пинто Д., Мао Х, Эйки Дж. М., Мей Р., Шерер С.В., Джулиан К.Г., Уилсон М.Дж., Лопес Херраез Д. и другие.: Определение признаков естественного отбора в тибетских и андских популяциях с использованием плотных данных сканирования генома. PLoS Genet 2010, 6: e1001116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 11. Саймонсон Т.С., Ян И, Хафф CD, Юн Х, Цинь Джи, Уизерспун Диджей, Бай Зи, Лоренцо Ф.Р., Син Дж., Джорд Л.Б. и др.: Генетические доказательства высотной адаптации в Тибете. Наука 2010, 329: 72–75. [PubMed] [Google Scholar] 12. ••. Таши Т., Скотт Ридинг Н., Вурен Т., Чжан Икс, Мур Л.Г., Ху Х, Тан Ф., Шестакова А., Лоренцо Ф., Бурджанивова Т. и другие.: Увеличенная функция пролилгидроксилазы EGLN1 (PHD2 D4E: C127S) в сочетании с полиморфизмом EPAS1 (HIF-2alpha) снижает концентрацию гемоглобина у тибетских горцев. Дж Мол Мед (Берл) 2017, 95: 665–670. [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье исследуются кандидатные SNP в тибетских гаполо-типах двух генов, связанных с высотой, EGLN1 и EPAS1 . Он определяет, что влияние этих гаплотипов на уровни гемоглобина зависит от дополнительных взаимодействий ген-среда и ген-ген, что указывает на то, что другие модификаторы вносят вклад в наблюдаемое притупление эритропоэза у генетически адаптированных тибетцев.13. Уэрта-Санчес Э., Джин Икс, Асан Бьянба З., Питер Б.М., Винкенбош Н., Лян Й., Йи Х, Хе М., Сомел М. и др .: Адаптация к высоте у тибетцев, вызванная интрогрессией денисовской ДНК. Природа 2014, 512: 194–197. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Алкорта-Аранбуру Г., Билл К.М., Витонски Д.Б., Гебремедин А., Причард Дж. К., Ди Риенцо А.: Генетическая архитектура адаптации к большой высоте в Эфиопии. PLoS Genet 2012, 8: e1003110. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 15. Beall CM, Decker MJ, Brittenham GM, Kushner I., Gebremedhin A, Strohl KP: Эфиопский образец адаптации человека к высокогорной гипоксии.Proc Natl Acad Sci U S A 2002, 99: 17215–17218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Хойт Б.Д., Далтон Н.Д., Гебремедин А., Яноча А., Циммерман П.А., Циммерман А.М., Штрол К.П., Эрзурум С.К., Билл К.М.: Повышенное давление в легочной артерии у горцев Амхары в Эфиопии. Am J Hum Biol 2011, 23: 168–176. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Уэрта-Санчес Э, Деджоржио М, Пагани Л., Тарекень А, Эконг Р., Антао Т, Кардона А, Монтгомери ХЭ, Каваллери Г.Л., Роббинс ПА и др.: Генетические сигнатуры показывают адаптацию к высокогорью в ряде эфиопских популяций.Мол Биол Эвол 2013, 30: 1877–1888. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18. Scheinfeldt LB, Soi S, Thompson S, Ranciaro A, Woldemeskel D, Beggs W., Lambert C, Jarvis JP, Abate D, Belay G и др .: Генетическая адаптация к большой высоте в Эфиопском нагорье. Геном Биол 2012, 13: R1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 19. Билл К.М.: Тибетские и андские модели адаптации к высокогорной гипоксии. Hum Biol 2000, 72: 201–228. [PubMed] [Google Scholar] 20. Билл К.М.: Два пути к функциональной адаптации: тибетцы и высокогорные аборигены Анд.Proc Natl Acad Sci U S A 2007, 104 (Приложение 1): 8655–8660. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Бигхэм А.В., Мао X, Мей Р., Брутсарт Т., Уилсон М.Дж., Джулиан К.Г., Парра Э.Дж., Эйки Дж.М., Мур Л.Г., Шрайвер М.Д.: Идентификация локусов-кандидатов положительного отбора для высотной адаптации в андских популяциях. Геномика человека 2009, 4: 79–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 22. Bigham AW, Wilson MJ, Julian CG, Kiyamu M, Vargas E, Leon-Velarde F, Rivera-Chira M, Rodriquez C, Browne VA, Parra E и другие.: Андские и тибетские модели адаптации к большой высоте. Am J Hum Biol 2013, 25: 190–197. [PubMed] [Google Scholar] 23. Cowburn AS, Takeda N, Boutin AT, Kim JW, Sterling JC, Nakasaki M, Southwood M, Goldrath AW, Jamora C, Nizet V и др .: Изоформы HIF в коже по-разному регулируют системное артериальное давление. Proc Natl Acad Sci U S A 2013, 110: 17570–17575. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. ••. Кроуфорд Дж. Э., Амару Р., Сонг Дж., Джулиан К. Г., Расимо Ф., Ченг Дж. Й., Го Х, Яо Дж., Амбале-Венкатеш Б., Лима Дж. А. и другие.: Естественный отбор генов, связанных со здоровьем сердечно-сосудистой системы у жителей Анд, адаптированных к высокогорью. Am J Hum Genet 2017, 101: 752–767. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Недавняя статья, подтверждающая, что селекция в странах Анд в первую очередь нацелена не на гены пути HIF, а скорее на гены, связанные со здоровьем сердечно-сосудистой системы, возможно, чтобы смягчить негативные последствия для фитнеса усиленный ответ HIF.25. Land MF, Видение в воздухе и воде, Сравнительная физиология: Жизнь в воде и на суше , Под редакцией Дежурса П., Болиса Л., Тейлора К.Р., Вейбеля Э.Р .; Серия исследований Fidia, IX-Liviana Press, 1987: 289–302 [Google Scholar] 26.Gislén A, Dacke M, Kröger RH, Abrahamsson M, Nilsson D.E., Warrant EJ: Превосходное подводное зрение у человеческой популяции морских цыган. Curr Biol 2003, 13: 833–836. [PubMed] [Google Scholar] 27. Gislén A, Warrant EJ, Dacke M, Kröger RH: Визуальные тренировки улучшают подводное зрение у детей. Видение Res 2006, 46: 3443–3450. [PubMed] [Google Scholar] 28. ••. Илардо М.А., Мольтке I, Корнелиуссен Т.С., Ченг Дж., Стерн А.Дж., Расимо Ф., де Баррос Дамгаард П., Сикора М., Сегин-Орландо А., Расмуссен С. и др .: Физиологические и генетические приспособления к дайвингу у морских кочевников.Клетка 2018, 173: 569–580 e515. [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье описывается физиологическая и генетическая адаптация к дайвингу популяции индонезийских морских кочевников. Более крупные селезенки, связанные с геном, участвующим в регулировании уровня гормонов щитовидной железы, обеспечивают дополнительное хранилище для насыщенных кислородом эритроцитов. Ангелин-Дюкло С., Доменгет С., Колбус А., Бьюг Х., Юрдик П., Самарут Дж. Тиреоидный гормон Т3, действующий через рецептор тироидного гормона α, необходим для реализации эритропоэза в неонатальной среде селезенки у мышей.Разработка 2005, 132: 925–934. [PubMed] [Google Scholar] 30. Аунг Т., Халси Дж., Кромхаут Д., Герштейн ХК, Марчиоли Р., Тавацци Л., Гелейнсе Дж. М., Раух Б., Несс А., Галан П. и др .: Связь употребления добавок омега-3 жирных кислот с сердечно-сосудистыми заболеваниями рискует метаанализом 10 исследований с участием 77 917 человек. JAMA Cardiol 2018, 3: 225–233. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 31. Вальверде Дж., Ханг З., Липпольд С., Филиппо С.Д., Тан К., Херрас Д.Л., Ли Дж., Стоункинг М.: новый регион-кандидат на генетическую адаптацию к большой высоте в популяциях Анд.PLoS One 2015, 10: e0125444. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Основы культурной адаптации: значение для адаптации человека

Далее мы рассматриваем культурную черту с двумя альтернативными вариантами: a и A , где A является наследственным, а представляет собой новую инновацию. Мы рассчитываем вероятность фиксации новой инновации в двух различных сценариях адаптации: адаптация из нововведений de novo и адаптация из постоянных вариаций.Адаптация от нововведений de novo происходит там, где вариант - возник у отдельного человека (то есть с частотой 1/ N ) после изменения окружающей среды и, следовательно, соответствует ситуации, когда полезная инновация обнаруживается после изменения окружающей среды. Адаптация к изменению стоя происходит там, где новый вариант a присутствовал в популяции с некоторой частотой во время изменения окружающей среды. Они соответствуют ситуации, когда культурный отклик на новую среду обнаруживается после того, как среда изменилась, и ситуации, когда существующий культурный репертуар населения уже содержит реакцию на изменившиеся условия окружающей среды, соответственно.

Построение модели

Конечная популяция состоит из N особей, каждая из которых обладает одним вариантом культурного признака, либо a , либо A . На каждом временном шаге появляется новый человек и принимает вариант a или A перед заменой другого случайно выбранного индивидуума, который умирает 13 . Первоначально ни один из вариантов не обеспечивает адаптивного преимущества, и оба передаются от случайно выбранной ролевой модели новорожденному с вероятностью, равной ее частоте.Другими словами, варианты развиваются нейтрально, через беспристрастную передачу. В момент времени \ (T_0 \) происходит сдвиг окружающей среды. После этого вариант a обеспечивает адаптивное преимущество f , а A обеспечивает преимущество g с \ (f> g \). Теперь новый человек выбирает образец для подражания с вероятностью, взвешенной на g и f , и перенимает культурный вариант своего образца для подражания. Таким образом, варианты a и A теперь развиваются посредством передачи со смещением выплат. 5 и f можно интерпретировать как культурное преимущество передачи варианта a .В обоих режимах передачи, смещенной и несмещенной, временная эволюция количества вариантов типа a , присутствующих в популяции в момент времени t , может быть смоделирована как марковский процесс \ (\ {X_t: t \ ge 0 \} \) со значениями из множества \ (\ {0,1, \ ldots, N \} \). Процесс \ (N-X_t \) описывает эволюцию признака A .

Вероятность фиксации от новаторской инновации

Мы рассчитываем вероятность того, что новый вариант а будет исправлен, учитывая, что он возник после изменения окружающей среды на частоте 1/ N .Вероятности перехода для марковского процесса \ (X_t \) в этом случае задаются выражением

$$ \ begin {align} p_ {i, i-1} = & {} \ frac {g (Ni)} {fi + g (Ni)} \ frac {i} {N} = \ beta _i \\ p_ {i, i + 1} = & {} \ frac {fi} {fi + g (Ni)} \ frac {Ni} { N} = \ alpha _i \\ p_ {i, i} = & {} 1-p_ {i, i + 1} -p_ {i, i-1} = 1- \ alpha _i- \ beta _i, \ quad i = 1, \ ldots, N-1 \ end {align} $$

где \ (p_ {i, \ cdot} \) описывает вероятность того, что абсолютная частота варианта a в популяции изменится с i. {l} \ frac { \ beta _k} {\ alpha _k}}.\ end {align} $$

(1)

Вероятность фиксации из стоячей вариации

Далее мы предполагаем, что нововведение варианта a произошло за некоторое время до того, как изменение окружающей среды и несмещенная передача вызвали его частоту j / N , с \ ( j = 1, \ ldots, N-1 \) при \ (T_0 \). Мы обусловливаем существование варианта a , который еще не достиг фиксации в популяции, и, следовательно, вероятность фиксации a после сдвига среды будет зависеть не только от пользы a , но и от ожидаемая частота от до при \ (T_0 \).2} = 1-2a_i, \ quad i = 1, \ ldots, N-1. \ end {align} $$

Вероятность того, что вариант a достиг частоты j / N , определяется как \ (\ frac {t_ {1j}} {t_1} \) где \ (t_ {1j } \) обозначает среднее время, в течение которого марковский процесс \ (X_t \) с начальным условием \ (X_0 = 1 \) находился в состоянии j , а \ (t_1 \) - среднее время, в течение которого вариант a существовал до того, как поглощение в состояние 0 или N . { N-1} \ frac {1} {k} \ right)}.{N-1} \ frac {t_ {1j}} {t_ {1}} \ cdot \ pi _j. \ end {align} $$

(4)

Подводя итог, вероятности \ (\ pi _ \ text {DN} \) (1) и \ (\ pi _ \ text {SV} \) (4) выражают, насколько вероятна характеристика a с преимуществом f . к фиксации, когда это инновация de novo или часть существующего культурного репертуара населения, соответственно. На рисунке 1 показаны эти вероятности для различных значений f . Вероятность фиксации самая низкая, если адаптивная черта является нововведением de novo, т.е.е. изобретен в \ (T_0 \) с частотой 1/ N для всех значений f (сравните красную линию для нововведений de novo и черную линию для вариаций стоя). Это интуитивный вывод, поскольку вариация стоя может привести к ситуациям, когда частота адаптивного варианта a больше, чем 1/ N во время изменения окружающей среды, что, в свою очередь, приводит к более высокой вероятности фиксации. Прежде чем мы обсудим некоторые последствия этих результатов для теории культурной адаптации, мы рассмотрим влияние процессов передачи, отличных от непредвзятой передачи, на вероятность фиксации.

Вероятность фиксации из-за постоянной вариации при альтернативных механизмах передачи

Важным различием между генетической и культурной эволюцией является большое количество различных способов, которыми информация может передаваться от одного поколения к другому в культурном контексте 14 . Процессы культурной передачи влияют на то, как культурные черты сохраняются или теряются в популяции 4 . В результате вполне возможно, что вероятность захвата фиксации может зависеть от культурных процессов передачи, на которые полагалось население до изменения окружающей среды.Чтобы количественно оценить эффекты альтернативных процессов передачи, нам нужно обобщить уравнение. (4) для учета общих вероятностей перехода \ (p_ {i, i-1} = \ beta _i, p_ {i, i + 1} = \ alpha _i, \ text {и} p_ {i, i} = 1- \ alpha _i- \ beta _i \) Мы рассматриваем только процессы передачи, временная динамика которых является марковской. {N-1} \ frac {\ beta _l} {\ alpha _l}}.{N-1} t_ {1, j}. \ end {align} $$

(6)

Подставляя эти выражения в Ур. (4) дает нам вероятность фиксации из-за вариации стоя в предположении произвольного процесса культурной передачи, определяемого вероятностями перехода \ (\ alpha _i \) и \ (\ beta _i \). Другими словами, мы можем вывести вероятности фиксации для любого культурного процесса передачи, для которого мы можем сформулировать переходные вероятности \ (\ alpha _i \) и \ (\ beta _i \) соответствующего марковского процесса.Мы отмечаем, что население по-прежнему применяет трансмиссию, ориентированную на выплаты, после изменения окружающей среды.

Чтобы проиллюстрировать потенциальное влияние процессов культурной передачи на вероятность перехода к фиксации, мы предполагаем, что передача до \ (T_0 \) регулируется частотно-зависимым смещением, т.е. ) или редкие варианты (несоответствие) 5 . В этом случае вероятности перехода задаются выражением

$$ \ begin {align} p_ {i, i + 1} = & {} \ frac {(i / N) ^ {(1+ \ theta)}} {( i / N) ^ {(1+ \ theta)} + (1- (i / N)) ^ {(1+ \ theta)}} \ frac {Ni} {N} = \ alpha _i, \ nonumber \\ p_ {i, i-1} = & {} \ frac {((Ni) / N) ^ {(1+ \ theta)}} {(i / N) ^ {(1+ \ theta)} + (1 - (i / N)) ^ {(1+ \ theta)}} \ frac {i} {N} = \ beta _i, \ nonumber \\ p_ {i, i} = & {} 1- \ beta _i- \ alpha _i.\ end {align} $$

(7)

, где \ (\ theta> 0 \) моделирует соответствие, а \ (\ theta <0 \) - несоответствие. Расчет вероятности фиксации (4) по формулам. (5) - (7) позволяют нам сравнивать вероятность культурного распространения при различных процессах передачи до \ (T_0 \). На рисунке 1 показано, что по сравнению с несмещенной передачей (см. Черную сплошную линию), соответствие (см. Короткую пунктирную линию) и антиконформность (см. Длинную пунктирную линию) показывают более высокие вероятности фиксации для всех значений f .Это связано с тем, что соответствие снижает вероятность того, что вариант a имеет высокую частоту в \ (T_0 \), в то время как несоответствие увеличивает вероятность того, что вариант поддерживается на промежуточной частоте. Это показано на рис. 2, где показано частотное распределение варианта для трех рассмотренных выше процессов передачи).

Рисунок 1

( A ) Вероятность культурной выборочной развертки из-за постоянной вариации, вызванной несмещенной передачей (черная сплошная линия), соответствие с \ (\ theta = 0.5 \) (пунктирно-пунктирная линия), несовместимость с \ (\ theta = -0,5 \) (пунктирная линия) или нововведение de novo (красная линия) после изменения окружающей среды.

Рисунок 2

Вероятность того, что вариант a имеет частоту j , показанную на оси x в точке \ (T_0 \) при ( A ) несмещенной передаче, ( B ) соответствует \ (\ theta = 0,05 \) и ( C ) противоречит \ (\ theta = -0,05 \).

В качестве примечания, знание отношения \ (t_ {1j} / t_1 \) позволяет нам вывести своего рода «частотный спектр признака» для бесконечных участков Модель Морана 15 в процессе передачи, определяемом \ (\ альфа _i \) и \ (\ beta _i \).Количество вариантов с частотой j в популяции, обозначенное \ (S_ {N, j} \), равно

$$ \ begin {выровнено} S_ {N, j} = \ frac {t_ { 1j}} {t_1} S_N = t_ {1j} \ mu \ end {align} $$

где \ (S_N \) представляет собой среднее количество культурных вариантов, которые, как ожидается, будут присутствовать в популяции на некотором временном шаге t и \ (\ mu \) уровень инноваций на душу населения . (подробнее см. дополнительный раздел S4 в дополнительном материале).

Значение для теории культурной адаптации

Результаты показали, что если постоянная культурная вариация в популяции содержит вариант, который становится адаптивным после изменения окружающей среды, то вероятность перехода к фиксации выше по сравнению с ситуация, когда после изменения окружающей среды изобретается адаптивный вариант с тем же уровнем выгоды.Этот результат интуитивно понятен - постоянное изменение, вероятно, приведет к вариантам с частотами больше 1/ N при \ (T_0 \), и эти варианты имеют преимущество по сравнению с вариантами с более низкой частотой. Эти результаты позволяют предположить, что при некоторых обстоятельствах популяции не должны и не должны полагаться на изобретение новых признаков в новых условиях окружающей среды, если они обладают адаптивной изменчивостью стояния. Естественно, это вызывает дополнительные вопросы, такие как «при каких обстоятельствах популяции обладают адаптивными постоянными культурными вариациями и какие механизмы производят и поддерживают их?».Другими словами, изучение механизмов, которые могут генерировать стоячую вариацию, содержащую адаптивный вариант, после произвольного изменения окружающей среды, представляет большой интерес. Для обширного анализа этих вопросов может потребоваться модель n вариантов, чтобы учесть накопление культурного разнообразия, и это является предметом будущих исследований.

В следующем разделе, как и выше, мы исследуем в модели с двумя вариантами простой механизм, способный генерировать и поддерживать вариацию стоя: предвидение.Мы отмечаем, что существует ряд механизмов-кандидатов, способных поддерживать культурные вариации, такие как частые изменения окружающей среды, точное копирование обширных массивов культурных знаний, относительно точное предвидение или высокие темпы инноваций. Здесь мы исследуем только один простой механизм.

Стратегии адаптации к изменению климата

Защита экосистем Сохранить среду обитания Отступление от прибрежных заграждений и оставление с них
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Приобретение прав на застройку или имущественных прав на возвышенность
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Расширьте горизонты планирования землепользования, чтобы включить более долгосрочные прогнозы климата Мэриленд анализирует восприимчивость прибрежных водно-болотных угодий к изменению климата
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Адаптировать меры защиты важных биогеохимических зон и критических местообитаний по мере изменения местоположения этих территорий в зависимости от климата
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Соедините ландшафты с коридорами, чтобы обеспечить миграцию Юго-западная Флорида оценивает уязвимость соленых болот к повышению уровня моря
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Спроектировать эстуарии с динамическими границами и буферами
Защита экосистемы Сохранить среду обитания Воспроизведение типов среды обитания во многих областях для распространения рисков, связанных с изменением климата Пенсильвания защищает рыболовство в холодной воде и качество воды от изменения климата
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Использование Bioretention для сбора ливневых стоков
Bioretention - это адаптированная ландшафтная функция, которая обеспечивает хранение и инфильтрацию собранных ливневых стоков на месте.Ливневые стоки направляются с поверхности в неглубокую впадину, которая позволяет стоку в пруд до инфильтрации на территории, засаженной водостойкой растительностью. По мере накопления сточных вод он будет прудовать и медленно проходить через фильтрующий слой (на фото справа), где либо просачивается в землю, либо сбрасывается через дренаж. Небольшие зоны биологического удержания часто называют дождевыми садами.
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Используйте синюю крышу для удержания осадков после шторма и их сброса с контролируемой скоростью
Синяя крыша предназначена для удержания до восьми дюймов осадков на своей поверхности или в специальных поддонах.Это сравнимо с крышей с растительностью без почвы и растительности. После шторма осадки накапливаются на крыше и сбрасываются с контролируемой скоростью. Синие крыши значительно уменьшают пиковое количество стока, а также позволяют воде испаряться в воздух перед сбросом.20 Сброс осадков контролируется на синей крыше с помощью устройства ограничения потока вокруг водостока на крыше. Воду можно медленно сбрасывать в ливневую канализационную систему или в другое лечебное учреждение, такое как цистерна или зона биологического удержания.
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Используйте водопроницаемое покрытие, чтобы позволить стоку проходить через него и временно хранить перед сбросом.
Проницаемое покрытие включает в себя как тротуары, так и брусчатку с пустотами, которые позволяют стокам проходить через тротуар (на фото слева). После того, как сток проходит через тротуар, он временно хранится в подземном каменном основании, прежде чем просочится в землю или выйдет из подземного водостока.Проницаемые асфальтоукладчики очень эффективны при удалении тяжелых металлов, масел и жиров в стоках. Проницаемое покрытие также удаляет питательные вещества, такие как фосфор и азот. Почва и инженерные материалы фильтруют загрязнители по мере того, как сток проникает через пористую поверхность. Пустоты в проницаемых поверхностях дорожного покрытия и в слоях резервуаров обеспечивают емкость для сточных вод. Все проницаемые системы дорожного покрытия снижают пиковый объем стока.
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Использование подземных систем хранения для удержания стоков в подземных резервуарах
Подземные системы хранения сильно различаются по конструкции.Системы подземного хранения задерживают стоки в подземных резервуарах, которые медленно выпускают стоки. Часто подземные резервуары представляют собой водопропускные трубы, инженерные хранилища ливневых вод или перфорированные трубы. Одним из преимуществ подземного хранилища является то, что оно не занимает дополнительной площади и может быть реализовано под проезжей частью, автостоянками или спортивными площадками. Подземные системы хранения, как правило, предназначены для хранения больших объемов стоков и, следовательно, могут иметь существенное влияние на сокращение паводков и пиковых сбросов.
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Используйте траншею для ливневых вод для хранения и фильтрации ливневых стоков
Траншея для ливневых вод - это ряд деревьев, соединенных подземной инфильтрационной структурой. На первом уровне деревья, посаженные в траншею, не отличаются от любого другого посаженного дерева. Под тротуаром деревья образуют траншею, выложенную слоями гравия и почвы, которые накапливают и фильтруют ливневые стоки.Траншеи для ливневых деревьев обеспечивают как качество воды, так и снижение стока.
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Использование отстойного пруда для отвода ливневых вод
Отводной пруд - один из самых ранних прототипов GI, и теперь он считается более традиционным типом инфраструктуры ливневых вод, поскольку он интегрирован в серую инфраструктуру.Это спроектированный бассейн для ливневых вод, предназначенный для хранения и выпуска сточных вод с контролируемой скоростью, при этом поддерживая уровень затопленной воды. Количество загрязнителей и наносов снижается, поскольку сток остается в бассейне. Пруды-отстойники являются очень распространенной практикой управления ливневыми стоками и могут быть спроектированы с использованием устойчивых элементов для повышения качества воды и снижения пиковых расходов. Можно добавить озелененные передние бухты, чтобы увеличить вынос наносов, а также обеспечить среду обитания. Еще одним усовершенствованием традиционных прудов-отстойников для ливневых вод является добавление усиленного железом песчаного фильтра, который удаляет растворенные вещества, такие как фосфор, из сточных вод.
DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Применение стратегии зеленой инфраструктуры Используйте водно-болотные угодья с длительным задержанием, чтобы снизить риск наводнений и обеспечить качество воды и экологические преимущества
Водно-болотные угодья с длительным задержанием, такие как показанный на рисунке справа, можно спроектировать как стратегию смягчения последствий наводнения, которая также обеспечивает качество воды и экологичность. преимущества.Для водно-болотных угодий с длительным задержанием могут потребоваться большие земельные площади, но они имеют значительные преимущества для защиты от наводнений. Водно-болотные угодья с длительным задержанием могут быть созданы, восстановлены (из ранее заполненных водно-болотных угодий) или улучшены существующие водно-болотные угодья. Водно-болотные угодья обычно накапливают паводковые воды во время шторма и медленно сбрасывают их, тем самым уменьшая пиковый сток. Водно-болотные угодья с длительным задержанием позволяют воде оставаться на территории водно-болотных угодий в течение продолжительного периода времени, что обеспечивает повышенную защиту от паводков, а также улучшает качество воды.29 Водно-болотные угодья с длительным задержанием отличаются от сохранения существующих водно-болотных угодий, но эти две практики часто рассматриваются вместе как часть стратегии, основанной на водоразделе.
Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников

Обеспечить обучение муниципального персонала по вопросам зеленой инфраструктуры
Обучение может помочь лучше подготовить персонал для оценки предложений по зеленой инфраструктуре. Например, EPA предлагает серию веб-трансляций «Зеленая инфраструктура».Агентство по охране окружающей среды и другие федеральные агентства и неправительственные организации сформировали Совместную инициативу по зеленой инфраструктуре, сеть, которая помогает сообществам более легко внедрять зеленую инфраструктуру.

Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников Опубликовать список «сертифицированных или квалифицированных» подрядчиков и инженеров зеленой инфраструктуры
Создание такого списка может помочь связать опытных профессионалов с потенциальными проектами, которым могут быть полезны альтернативные проектные решения.
Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников Предложите инженерам или подрядчикам стимулы для использования проектов зеленой инфраструктуры вместо того, чтобы полагаться на трубопроводные системы.
Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников

Рассмотрите возможность использования или разработки постановления о модели ливневых вод для зеленой инфраструктуры
Это постановление может помочь местным юрисдикциям включить прогнозы изменения климата или стимулы для зеленой инфраструктуры в местное законодательство.Например, город Сиэтл разработал общегородское типовое постановление об управлении ливневыми стоками с использованием зеленой инфраструктуры.

Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников Проведение пилотных исследований
Проведение пилотных исследований и публикация результатов и извлеченных уроков для повышения осведомленности и предоставления конкретных примеров того, как работают альтернативные решения по управлению ливневыми водами.Одна конкретная потребность - дополнительные примеры, которые количественно определяют скорость проникновения в различных областях, чтобы дополнить существующие знания.
DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Увеличить штат сотрудников Нанять новых сотрудников с опытом проектирования и внедрения зеленой инфраструктуры
Это поможет дополнить существующие знания и опыт сотрудников.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Обеспечение доступности существующих тематических исследований
Примеры, охватывающие диапазон муниципалитетов с разным бюджетом и разным населением, помогают местным практикующим специалистам находить исследования, похожие на их собственные сообщества, и обращаться к ним.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Проведение исследований и сбор данных
(например, о том, что город потратил на ремонт и замену инфраструктуры после урагана; потери рабочих мест и отдыха из-за поврежденной или разрушенной инфраструктуры) для облегчения более точной количественной оценки затрат и выгод от инвестиций в зеленую инфраструктуру . Обеспечьте возможности для обмена информацией, относящейся к экономической оценке.Вебинары, семинары и инструменты могут использоваться для распространения существующих знаний и ответов на вопросы.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Учитывайте долгосрочные выгоды от зеленой инфраструктуры при экономическом анализе планов управления ливневыми стоками
Обучите местных оценщиков / уполномоченных использовать всю ценность зеленой инфраструктуры. Включите сопутствующие выгоды в расчет рентабельности инвестиций, например экосистемные услуги и факторы качества жизни.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Определить возможности для интеграции зеленой инфраструктуры в другие проекты
Это может включать проекты, в которых зеленая инфраструктура обеспечивает сопутствующие выгоды с небольшими дополнительными затратами или без них (например, обеспечение доступа к тротуару в соответствии с Законом об инвалидах [ADA], добавление канавы для защиты пешеходов, который также собирает дождевую воду).
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Используйте сценарии планирования затрат, основанные на реальных проектах для штата или региона.
Разработайте шаблоны, которые можно использовать для оценки того, как различные методы и проекты зеленой инфраструктуры могут работать в данной области, и включить руководство по оценке затрат.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры

Разработайте инструменты, которые помогут количественно оценить затраты и выгоды.
Обновите или используйте существующие инструменты, включая Национальный калькулятор ливневых вод Агентства по охране окружающей среды, Национальный калькулятор экологических ценностей Центра общественных технологий и руководство «Ценность зеленой инфраструктуры».

Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Сотрудничайте между отделами для координации сбора данных о затратах и ​​преимуществах зеленой инфраструктуры. Например, поработайте с финансовыми отделами, чтобы установить простой протокол отслеживания и отчетности для сбора данных, касающихся затрат и экономии реализованных проектов зеленой инфраструктуры. Улучшение документации относительно финансирования проекта и фактических затрат.Создайте базу данных для информирования будущих проектов. Предложите финансирующим организациям включить в отбор проектов требования для расширенной финансовой отчетности и отчетности по отслеживанию воздействия.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Поделитесь имеющейся информацией о том, как природные системы могут быть рентабельными и эффективными методами контроля ливневых вод и смягчения последствий наводнений. Поделитесь информацией о текущем состоянии, фактических затратах и ​​стоимости проектов, которые были реализованы 10 или 20 лет назад.Покажите, как преимущества и рентабельность инвестиций были реализованы с помощью таких форматов, как видео или другие легкодоступные способы коммуникации.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Представьте статистику затрат в форматах, которые могут быть доступны коллегам, выборным должностным лицам и общественности. Разработайте коммуникационные материалы, которые можно использовать в беседах с разными аудиториями (например,g., используйте общую терминологию, чтобы помочь заинтересованным сторонам, не имеющим технического образования, лучше понять ценность зеленой инфраструктуры).
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотрите стоимость и преимущества зеленой инфраструктуры Включите информацию о затратах и ​​выгодах в инструменты (например, инструменты визуализации), которые могут поддержать планирование проекта и помочь в коммуникации с множеством аудиторий. Примеры включают такие, как приложение Rain Garden для неточечных образовательных программ Коннектикута для муниципальных служащих (CT NEMO); предоставить информацию о многочисленных экосистемных услугах, предоставляемых зеленой инфраструктурой, такой как U.Инструмент i-Tree компании S. Forest Service, который оценивает экосистемные услуги от деревьев, используемых для контроля городских ливневых стоков, которые также предоставляют услуги местного охлаждения.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Ищите возможности для включения мер по адаптации к изменению климата в существующие планы. Примеры могут включать комплексные планы или планы в масштабе водоразделов. Определите уровень плана, который может быть наилучшим масштабом для решения проблемы изменения климата.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами

Оценить, может ли зеленая инфраструктура быть включена в качестве меры контроля в муниципальные отдельные ливневые канализационные системы (MS4s). MS4 транспортируют ливневые стоки, которые часто сбрасываются в водоемы. С 1999 года даже небольшие MS4 внутри и за пределами урбанизированных территорий должны были получать разрешения Национальной системы ликвидации выбросов загрязняющих веществ.Юрисдикции с MS4 могут включать зеленую инфраструктуру в качестве меры контроля. EPA опубликовало информационный бюллетень, в котором обсуждается, как зеленая инфраструктура может быть интегрирована в разрешения на ливневые стоки, и приводятся примеры сообществ, которые это сделали.

DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Рассмотрите возможность стимулирования зеленой инфраструктуры для управления ливневыми стоками.Рассмотрите такие стимулы, как ускоренное получение разрешений для проектов, которые соответствуют более строгому набору требований (например, проекты, которые управляют 80% стока на месте или включают зеленую крышу).
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Рассмотреть нормативные изменения на федеральном уровне или уровне штата, чтобы свести к минимуму расхождения в рекомендациях и правилах по инфраструктуре ливневой канализации среди сообществ.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Соберите заинтересованные стороны со всего водораздела для устранения препятствий. Собрание вместе соответствующих агентств, организаций и лиц, ответственных за решения по управлению ливневыми водами из разных водоразделов, может помочь устранить препятствия, представленные различными нормативными актами, бюджетными ограничениями и ожиданиями роста. Представители отделов управления водными ресурсами, окружающей среды, планирования землепользования, общественных работ и транспорта (среди прочих) важно включить, потому что каждое из этих ведомств играет определенную роль в управлении ливневыми водами.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами

Координировать деятельность федеральных, государственных, местных и племенных агентств. Вовлекать весь набор агентств и ведомств, особенно на федеральном уровне, которые влияют или могут быть затронуты решениями по решению меняющихся климатических условий при управлении ливневыми водами. Рассмотрите возможность привлечения, например, FEMA, армейского инженерного корпуса, департаментов транспорта, парков и отдыха, а также государственных департаментов экологии и природных ресурсов.Также поощряйте политику "запрета ложных дверей" (т. Е. Чтобы данные и информация передавались между веб-порталами, а ресурсы - между агентствами). Семь федеральных агентств объединились с неправительственными организациями и предприятиями частного сектора для поддержки совместной работы по зеленой инфраструктуре, сети, которая помогает сообществам более легко внедрять зеленую инфраструктуру.

Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Координировать региональную политику для минимизации воздействия на отдельные сообщества.Хотя развитие может быть остановлено, когда отдельные сообщества изменяют местные стандарты самостоятельно, потенциально негативных последствий можно избежать, если окружающие муниципалитеты согласятся проводить аналогичную политику.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Разработайте методологию и график обслуживания, который включает подробную информацию о том, кто отвечает за обслуживание, и новые протоколы.Установите этот протокол на ранней стадии планирования проекта, чтобы избежать путаницы или неправильного управления в будущем. Например, в Руководстве по управлению ливневыми водами в Вашингтоне, округ Колумбия (CWP, 2013), предусмотрена кредитная программа для удержания ливневых вод для сертификации. Чтобы иметь право на сертификацию, передовая практика управления должна, среди прочего, предусматривать договор или соглашение о текущем техническом обслуживании и проходить текущие проверки технического обслуживания.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Найдите способы, которыми штат или округ может стимулировать регионы к разработке планов в масштабе водоразделов.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Включите зеленую инфраструктуру и LID в существующие планы, такие как планы реализации водоразделов (WIP). DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Ищите возможности для разработки регионального или масштабного плана управления ливневыми водами.Это может быть более рентабельным, чем разработка индивидуальных планов.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Предоставлять отдельным домовладельцам и предприятиям информацию о том, как правильно поддерживать элементы дизайна зеленой инфраструктуры (например, дождевые сады, заросшие зеленью луга и другие объекты). Это может также повлечь за собой предоставление финансовых стимулов в тех местах, где отдельные домовладельцы несут ответственность за установку и обслуживание, чтобы помочь людям оплачивать содержание этого общественного блага.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Запросить изменения в требованиях к отчетности. Запросить изменения (например, MS4 и др.), Чтобы графики дополняли усилия и чтобы одни и те же / дополнительные цели были нацелены на разные проекты. Также ищите отклонения в расписании для некоторых требований к отчетности (например, MS4 и других), если это необходимо, в рамках данного сообщества.
Управление ливневыми водами и качество воды Рассмотреть логистику управления ливневыми водами Используйте пилотные проекты или проекты с минимальными препятствиями для изучения сотрудничества между агентствами. DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Перемещение объектов на более высокую высоту
Перемещение коммунальной инфраструктуры, такой как очистные сооружения и насосные станции, на более высокие высоты снизит риски прибрежных наводнений и воздействия в результате прибрежной эрозии или потери водно-болотных угодий.
Интеллектуальный рост вдоль набережной помогает управлять ливневыми водами в Айова-Сити, штат Айова
Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Построить противопаводковые барьеры для защиты инфраструктуры
Наводнения для защиты критически важной инфраструктуры, включая дамбы, дамбы и дамбы.Связанная с этим стратегия - защита от наводнений, которая включает в себя подъем критически важного оборудования или его размещение в водонепроницаемых контейнерах или системах фундаментов.

Станция очистки сточных вод Blue Plains в Вашингтоне, округ Колумбия, укрепляет сооружение от наводнений,

Anacortes, Вашингтон реконструирует водоочистную станцию ​​в связи с изменением климата

Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Создание инфраструктуры, необходимой для хранения и восстановления водоносных горизонтов
Увеличение объема доступных запасов подземных вод способствует их пополнению, когда потоки поверхностных вод превышают спрос, тем самым повышая устойчивость климата к сезонным или продолжительным периодам засухи и используя преимущества сезонных колебаний в поверхностный водный сток.В зависимости от того, используется ли естественная или искусственная подпитка водоносного горизонта, необходимая инфраструктура может включать перколяционные бассейны и нагнетательные скважины.
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Предотвращение или ограничение добычи подземных вод из неглубоких водоносных горизонтов
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Создание рынков воды - перевод земли и воды из сельскохозяйственного в общественное пользование
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Создание или расширение «зон локализации использования» для распределения и ограничения водозабора
Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Диверсификация вариантов водоснабжения и расширение текущих источников
Диверсификация источников помогает снизить риск того, что водоснабжение упадет ниже потребности в воде.Примеры диверсифицированных портфелей источников воды включают использование переменного сочетания поверхностных и подземных вод, использование опреснения, когда возникает необходимость, и налаживание торговли водой с другими коммунальными предприятиями в периоды нехватки воды или перебоев в обслуживании.

Тампа-Бэй диверсифицирует источники воды для снижения климатических рисков

Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Увеличение емкости водохранилищ
Усиление засухи может снизить безопасный урожай водохранилищ.Чтобы снизить этот риск, можно увеличить доступное хранилище. Способы достижения этого могут включать в себя возведение плотины, практику хранения и восстановления водоносного горизонта, удаление накопленных наносов в резервуарах или снижение высоты водозабора.
Фредериктаун, штат Миссури, готовится к изменению климата: риск засухи
Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Установить низконапорную плотину для клина соленой воды и разделения бассейнов пресной воды
Повышение уровня моря в сочетании с сокращением стока пресной воды из-за засухи приведет к смещению границы соленой и пресной воды дальше вверх по течению в приливных устьях.Сдвиг этой границы вверх по течению может снизить качество воды в поверхностных водных ресурсах. Установка низконапорных дамб через приливные эстуарии может предотвратить это движение вверх по течению.
Защита водоснабжения Построить новую инфраструктуру Планирование и установка альтернативного источника питания или электроснабжения на месте
Коммунальные предприятия водоснабжения являются одними из основных потребителей электроэнергии в США. В связи с прогнозируемым ростом спроса на электроэнергию в будущем может возникнуть локальный дефицит энергии.Развитие "внесетевых" источников может быть хорошей стратегией хеджирования от дефицита электроэнергии. Более того, резервный источник питания может обеспечить отказоустойчивость в ситуациях, когда стихийные бедствия вызывают перебои в подаче электроэнергии. Источники на месте могут включать солнечную энергию, ветер, встроенные микротурбины и биогаз (то есть метан от очистки сточных вод). Новое и резервное электрическое оборудование должно располагаться выше потенциальных уровней наводнения.
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Разрешить прибрежным водно-болотным угодьям мигрировать вглубь суши (e.г., из-за неудач, ограничения плотности, покупки земли Мэриленд анализирует восприимчивость прибрежных водно-болотных угодий к изменению климата
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Способствовать приросту водно-болотных угодий путем внесения наносов
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Запретить жесткую береговую защиту
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Удалите жесткую защиту или другие препятствия на пути приливных и речных потоков (например,г., вынос речных и приливных дамб)
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Включить охрану водно-болотных угодий в планирование инфраструктуры (например, планирование транспортировки, канализационные сети)
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Сохранение и восстановление структурной сложности и биоразнообразия растительности приливных болот, луговых водорослей и мангровых зарослей Юго-западная Флорида оценивает уязвимость соленых болот к повышению уровня моря
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Выявление и защита экологически значимых («критических») территорий, таких как питомники, нерестилища и районы с высоким видовым разнообразием Программа по эстуарию залива Сан-Хуан оценивает уязвимость и принимает меры по адаптации
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Установить подвижные сервитуты
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Обслуживание транспорта осадка
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Улавливание или добавление песка с помощью питания пляжа - добавление песка к береговой линии для улучшения или создания пляжной зоны
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Улавливание песка через канавки - конструкция барьерного типа, задерживающая песок, прерывая транспортировку по берегу
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Создание регионального плана управления наносами (RSM)
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Разработка адаптивных практик управления ливневыми водами (e.g., создание естественных буферов, соответствующая калибровка водопропускных труб) Барре-Сити, штат Вермонт, учитывает изменение климата в рамках плана реконструкции браунфилда
Защита экосистемы Поддержание и восстановление водно-болотных угодий Приобрести и восстановить заброшенные участки и загрязненные отложения в воде и превратить их в общественное достояние. Создайте столь необходимое открытое пространство в сообществе, заботящемся о экологической справедливости, и смягчите береговую линию, чтобы приспособиться к повышению уровня моря. Сан-Франциско очищает территорию браунфилда на набережной бассейна Индии в рамках усилий по развитию зеленых насаждений
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Заглушка дренажных каналов
Защита водоснабжения Повышение эффективности системы Финансирование и поддержка систем для рециркуляции воды
Рециркуляция серой воды высвобождает больше готовой воды для других целей, расширяя подачу и уменьшая необходимость сброса в водоприемники.Ограничения по качеству получаемой воды могут возрасти из-за более частых засух. Поэтому для ограничения сброса сточных вод следует поощрять использование очищенной воды в домах и на предприятиях.
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Проектирование новой береговой дренажной системы
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Включите повышение уровня моря в планирование новой инфраструктуры (например,г., канализация) Соглашение о Юго-Восточной Флориде анализирует риск повышения уровня моря
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Разработать адаптивные методы управления ливневыми стоками (например, удалить непроницаемую поверхность, заменить водопропускные трубы меньшего размера)
Защита водоснабжения Повышение эффективности системы Повышение энергоэффективности и оптимизация операций
Водоканалы являются одними из основных потребителей электроэнергии в США.При прогнозируемом росте спроса на электроэнергию в будущем может возникнуть локальный дефицит энергии. Меры по повышению энергоэффективности позволят сократить расходы на электроэнергию и сделают коммунальные предприятия менее уязвимыми к перебоям в электроэнергии из-за высокого спроса или перебоев в обслуживании в результате стихийных бедствий.
Защита водоснабжения Повышение эффективности системы Практика совместного использования
Совместное использование подразумевает скоординированное оптимальное использование как поверхностных, так и подземных вод как внутри, так и за год.Хранение и восстановление водоносного горизонта - это форма совместного использования. Например, коммунальное предприятие может хранить некоторую часть поверхностных вод в водоносных горизонтах в течение влажных лет и забирать эту воду в засушливые годы, когда речной сток низкий. В зависимости от того, используется ли естественная или искусственная подпитка водоносного горизонта, необходимая инфраструктура может включать перколяционные бассейны и нагнетательные скважины.
Тампа-Бэй диверсифицирует источники воды для снижения климатических рисков
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Интегрировать сценарии изменения климата в систему водоснабжения Соглашение о Юго-Восточной Флориде анализирует риск повышения уровня моря
Защита экосистемы Поддержание качества и доступности воды Управление спросом на воду (за счет повторного использования воды, рециркуляции, сбора дождевой воды, опреснения и т. Д.)
Защита водоснабжения Модель климатического риска Проведение анализа экстремальных осадков
Увеличение масштабов или частоты экстремальных явлений может серьезно затруднить работу систем водоснабжения, которые не были разработаны для того, чтобы выдерживать интенсивные явления. Анализ или моделирование экстремальных событий может помочь лучше понять риски и последствия, связанные с этими типами событий.
Камден, штат Нью-Джерси, использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Защита водоснабжения Модель климатического риска Проведение моделирования подъема уровня моря и штормовых нагонов
Моделирование повышения уровня моря и динамики штормовых нагонов будет лучше информировать о размещении и защите критически важной инфраструктуры.Были разработаны общие модели для учета воздействия опускания, глобального повышения уровня моря и штормовых нагонов на затопление, включая модель SLOSH (Морские, озерные и наземные нагоны от ураганов) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) и инструмент обеспечения устойчивости прибрежных районов Nature Conservancy, среди других.
Манчестер-бай-зе-Си, штат Массачусетс, оценивает уязвимость к изменению климата
Защита водоснабжения Модель климатического риска Разработайте модели для понимания возможных изменений качества воды
Во многих регионах повышение температуры воды вызовет эвтрофикацию и чрезмерный рост водорослей, что снизит качество питьевой воды.Качество источников питьевой воды также может быть снижено из-за увеличения поступления наносов или питательных веществ из-за экстремальных штормов. Эти воздействия могут быть устранены с помощью целевых планов управления водосборными бассейнами.
Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата
Защита водоснабжения Модель климатического риска Моделирование и мониторинг состояния подземных вод
Понимание и моделирование условий подземных вод будет способствовать управлению водоносным горизонтом и прогнозируемым изменениям количества и качества воды.Данные мониторинга уровня воды в водоносном горизонте, изменений химического состава и обнаружения вторжения соленой воды могут быть включены в модели для прогнозирования будущих запасов. Изменение климата может привести к снижению пополнения запасов подземных вод в некоторых районах из-за уменьшения количества осадков и стока.
Тампа-Бэй диверсифицирует источники воды для снижения климатических рисков
Защита водоснабжения Модель климатического риска Смоделируйте и уменьшите приток / инфильтрацию в канализационную систему
Более сильные штормы увеличат количество инфильтрации и притока влажной погоды в бытовые и комбинированные коллекторы.С помощью моделей канализации можно оценить влияние этих увеличившихся потоков влажной погоды на систему сбора сточных вод, производительность и работу очистных сооружений. Возможные модификации системы для уменьшения этих воздействий включают меры по снижению инфильтрации, дополнительную пропускную способность системы сбора, автономное хранение или дополнительную мощность очистки в пиковую влажную погоду.
Защита водоснабжения Модель климатического риска Использование гидрологических моделей для прогнозирования стока и водоснабжения в будущем
Чтобы понять, как изменение климата может повлиять на водоснабжение и качество воды в будущем, необходимо разработать гидрологические модели в сочетании с прогнозами климатических моделей.Важно работать над пониманием того, как может изменяться как среднее, так и временное (сезонное) распределение поверхностных водотоков. Пополнение запасов подземных вод, снежный покров и сроки таяния снегов являются критическими областями, на которые может серьезно повлиять изменение климата, и должны быть включены в анализ.

Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата

Защита водоснабжения Изменить землепользование Приобретение экосистем и управление ими
Нетронутые естественные экосистемы имеют много преимуществ для коммунальных служб: уменьшение поступления наносов и питательных веществ в исходные водные объекты, регулирование стока и речного стока, защита от наводнений и уменьшение воздействия штормовых нагонов и наводнений на побережьях (например,г., мангровые заросли, соленые болота, заболоченные места). Коммунальные предприятия также могут работать с региональными управляющими поймами и соответствующими заинтересованными сторонами для изучения неструктурных методов управления наводнениями в водоразделе. Защита, приобретение и управление экосистемами в буферных зонах вдоль рек, озер, водохранилищ и побережий могут быть экономически эффективными мерами по борьбе с наводнениями и управлению качеством воды.
Защита водоснабжения Изменить землепользование Внедрение зеленой инфраструктуры на территории и в муниципалитетах
Зеленая инфраструктура может помочь уменьшить сток и ливневые потоки, которые в противном случае могут превысить пропускную способность системы.Примеры зеленой инфраструктуры включают: зоны биологического удержания (дождевые сады), методы застройки с низким уровнем воздействия, зеленые крыши, канавы (впадины для улавливания воды) и использование растительности или проницаемых материалов вместо непроницаемых поверхностей.

Камден, Нью-Джерси, использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами,

DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами

Защита водоснабжения Изменить землепользование Осуществление управления водоразделом
Управление водоразделом включает ряд политических и технических мер.Как правило, они сосредоточены на сохранении или восстановлении растительного покрова земли в водоразделе и управлении ливневым стоком. Эти изменения помогают имитировать гидрологию естественного водосбора, увеличивая подпитку подземных вод, уменьшая сток и улучшая качество стока.
Защита водоснабжения Изменить землепользование Интеграция управления наводнениями и моделирования в планирование землепользования
Очень важно планировать и строить будущую инфраструктуру водоснабжения с учетом будущих рисков наводнений.Инфраструктура может быть построена в районах, не подверженных высокому риску затопления в будущем. В качестве альтернативы могут быть реализованы соответствующие планы управления наводнениями, которые включают «мягкие» меры адаптации, такие как сохранение природных экосистем, или «жесткие» меры, такие как создание плотин и наводнений.
Интеллектуальный рост вдоль набережной помогает управлять ливневыми водами в Айова-Сити, штат Айова
Защита водоснабжения Изменить землепользование Изучение реакции близлежащих водно-болотных угодий на штормовые нагоны
Прибрежные водно-болотные угодья действуют как буферы для штормовых нагонов.Защита и понимание способности существующих водно-болотных угодий обеспечивать защиту прибрежной инфраструктуры в будущем имеет важное значение, учитывая прогнозируемое повышение уровня моря и возможные изменения силы штормов.
Защита водоснабжения Изменить землепользование Обновите модели пожаров и практикуйте планы управления пожарами
Частота и серьезность пожаров могут измениться в будущем, поэтому важно разрабатывать, практиковать и регулярно обновлять планы управления для снижения риска пожара.Контролируемые ожоги, прореживание и борьба с сорняками и инвазивными растениями помогают снизить риск в районах, подверженных лесным пожарам.
Защита водоснабжения Изменение расхода воды Поощрение и поддержка практики сокращения водопотребления на местных электростанциях
Электроэнергетический сектор забирает наибольшее количество воды в Соединенных Штатах по сравнению с другими секторами. Любые усилия по сокращению использования воды коммунальными предприятиями (например, системы циркуляции воды с замкнутым контуром или сухое охлаждение турбин) увеличат доступное водоснабжение.Например, коммунальные предприятия могут поставлять очищенную воду электроэнергетическим предприятиям для выработки электроэнергии.
Защита водоснабжения Изменение расхода воды Смоделируйте и сократите потребность в воде для сельского хозяйства и орошения
Сельское хозяйство является вторым по величине потребителем воды в Соединенных Штатах по объему водозабора. Для прогнозирования и планирования будущих потребностей в водоснабжении необходимо прогнозировать спрос на сельское хозяйство (ирригацию), особенно в районах, подверженных засухе.Например, чтобы снизить потребность в воде для сельского хозяйства, коммунальные предприятия могут работать с фермерами над внедрением передовых технологий микроорошения (например, капельного орошения).
Защита водоснабжения Изменение расхода воды Модель будущего регионального спроса на электроэнергию
Электроэнергетический сектор представляет собой крупнейшего пользователя воды в Соединенных Штатах с точки зрения водозабора. Для прогнозирования будущих потребностей в водоснабжении необходимо прогнозировать изменения спроса на электроэнергию, связанные с изменением климата.
Защита водоснабжения Изменение расхода воды Практикуйте экономию воды и управление спросом
Эффективным и недорогим методом удовлетворения возросших потребностей в водоснабжении является реализация программ водосбережения, которые сократят отходы и неэффективность. Работа с общественностью - важный компонент любой программы сохранения водных ресурсов. Информационно-пропагандистские коммуникации обычно включают в себя: основную информацию об использовании воды в домашних условиях, лучшее время дня для проведения водоемких мероприятий, а также информацию о водосберегающих бытовых приборах и доступе к ним, таким как туалеты с низким расходом воды, насадки для душа и стиральные машины с фронтальной загрузкой.Образование и информационно-пропагандистская деятельность также могут быть нацелены на разные сектора (например, коммерческий, институциональный, промышленный, государственный). В число эффективных программ по охране окружающей среды в общине входят программы, предусматривающие скидки или помощь в установке счетчиков воды, водосберегающих приборов, туалетов и резервуаров для сбора дождевой воды.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Провести стресс-тестирование биологических систем очистки сточных вод для оценки устойчивости к жаре
Повышенная температура поверхностных вод может потребовать изменений в системах очистки сточных вод, поскольку используемые виды микробов могут по-разному реагировать в более теплой среде.Стресс-тестирование включает в себя воздействие на биологические системы или лабораторное моделирование систем повышенными температурами и мониторинг воздействия на процессы обработки.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Управление качеством воды в водохранилище
Изменения времени выпадения осадков и стока в сочетании с более высокими температурами из-за изменения климата могут привести к ухудшению качества воды в водохранилище.Качество воды в водохранилище можно поддерживать или улучшать за счет сочетания управления водосбором, чтобы уменьшить сток загрязняющих веществ и способствовать пополнению запасов подземных вод и методов управления водохранилищами, таких как аэрация озера.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Мониторинг и проверка целостности существующей инфраструктуры
Мониторинг является важным компонентом определения оценки текущих условий, обнаружения ухудшения физических активов и оценки того, когда необходимо внести необходимые корректировки для продления срока службы инфраструктуры.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Мониторинг текущих погодных условий
Лучшее понимание погодных условий дает коммунальному предприятию возможность распознавать возможные изменения в изменении климата, а затем определять последующую потребность в изменении текущих операций для обеспечения устойчивости поставок и услуг. Наблюдения за осадками, температурой и штормами особенно важны для улучшения моделей прогнозируемого качества и количества воды.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Мониторинг событий и факторов наводнения
Понимание и моделирование условий, которые приводят к наводнению, является важной частью прогнозирования того, как изменение климата может повлиять на изменения в будущем наводнении. Данные мониторинга уровня моря, осадков, температуры и стока могут быть включены в модели наводнений для улучшения прогнозов. Текущая величина наводнения и частота штормовых явлений представляют собой основу для рассмотрения потенциальных будущих условий наводнения.
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Мониторинг состояния поверхностных вод
Понимание состояния поверхностных вод и факторов, влияющих на количество и качество, является важной частью прогнозирования того, как изменение климата может повлиять на водные ресурсы. Данные мониторинга сброса, таяния снега, уровня водохранилища или водотока, стока вверх по течению, стока, температуры в потоке и общего качества воды могут быть включены в модели прогнозируемого качества воды для подачи или приема воды.
Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата
Защита водоснабжения Операционные возможности монитора Мониторинг изменений растительности в водоразделах
Изменения в растительности изменяют сток, попадающий в поверхностные водные объекты, и риск возникновения лесных пожаров на объектах в пределах водосбора. Мониторинг изменений растительности можно проводить с помощью обследований почвенного покрова, аэрофотосъемки или опираясь на исследования местных природоохранных организаций и университетов.
Защита водоснабжения План по изменению климата Принять механизмы страхования и другие финансовые инструменты
Надлежащее страхование может защитить коммунальные предприятия от финансовых потерь из-за экстремальных погодных явлений, помогая поддерживать финансовую устойчивость коммунальных операций.
Защита водоснабжения План по изменению климата Проведение тренингов по вопросам воздействия изменения климата и адаптации
Важным шагом в разработке программы адаптации является обучение персонала вопросам изменения климата.Персонал должен иметь общее представление о прогнозируемом диапазоне изменений температуры и осадков, увеличении частоты и масштабов экстремальных погодных явлений в их регионе и о том, как эти изменения могут повлиять на активы и работу коммунального предприятия. Подготовка, полученная в результате этого обучения, также может улучшить управление коммунальными предприятиями в текущих климатических условиях.
Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата
Защита водоснабжения План по изменению климата Разработка планов восстановления прибрежных зон
Планы восстановления прибрежных территорий могут защитить инфраструктуру водоснабжения от разрушительного штормового нагона за счет увеличения защитной среды обитания прибрежных экосистем, таких как мангровые заросли и водно-болотные угодья.В планах восстановления следует учитывать влияние повышения уровня моря и развития на распределение экосистем в будущем. Успешные стратегии могут также учитывать скользящие сервитуты и другие меры, указанные в программе EPA «Климат готовые эстуарии».
Защита водоснабжения План по изменению климата Разработка планов аварийного реагирования
В планах аварийного реагирования (ERP) излагаются действия и процедуры, которым коммунальные предприятия должны следовать в случае аварии, от подготовки до восстановления.Некоторые из экстремальных явлений, рассматриваемых в ERP, могут измениться по своей частоте или величине из-за изменений климата, что может потребовать внесения изменений в эти планы, чтобы охватить более широкий диапазон возможных событий.
Защита водоснабжения План по изменению климата Разработка планов управления энергопотреблением для ключевых объектов
Планы управления энергопотреблением определяют наиболее важные системы на объекте, обеспечивают резервные источники питания для этих систем и оценивают варианты снижения энергопотребления за счет перехода на более эффективное оборудование.Коммунальные предприятия могут разрабатывать планы по производству энергии, сокращению потребления и достижению нулевых целей.
Защита водоснабжения План по изменению климата Заключить соглашения о взаимопомощи с соседними коммунальными предприятиями
Помимо установления торговли водой в периоды нехватки воды или перебоев в обслуживании, эти соглашения предполагают совместное использование персонала и ресурсов во время чрезвычайных ситуаций (например, стихийных бедствий).
Защита водоснабжения План по изменению климата Выявление и защита уязвимых объектов
Следует рассмотреть возможность принятия оперативных мер по изоляции и защите наиболее уязвимых систем или активов на предприятии. Например, критически важные насосные станции будут включать те, которые обслуживают большое количество населения, и те, которые расположены в зоне затопления. В этом случае защита этих активов будет приоритетной на основе вероятности ущерба от наводнения и последствий нарушения обслуживания.
Anacortes, Вашингтон реконструирует водоочистную станцию ​​в связи с изменением климата
Защита водоснабжения План по изменению климата Интегрировать риски, связанные с климатом, в планы капитального ремонта.
Планы по строительству или расширению инфраструктуры должны учитывать уязвимость предлагаемых мест для затопления внутренних водоемов, повышения уровня моря, штормовых нагонов и других воздействий, связанных с изменением климата.

Anacortes, Вашингтон реконструирует водоочистную станцию ​​в связи с изменением климата

Интеллектуальный рост вдоль набережной помогает управлять ливневыми водами в Айова-Сити, штат Айова

Станция очистки сточных вод Blue Plains в Вашингтоне, округ Колумбия, укрепляет сооружение от наводнений

DC использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами

Защита водоснабжения План по изменению климата Участвуйте в планировании сообщества и региональном сотрудничестве
Эффективное планирование адаптации требует сотрудничества и участия сообщества.Компании водоснабжения выиграют, если будут участвовать в планировании изменения климата вместе с местными и региональными органами власти, электроэнергетическими компаниями и другими местными организациями.
Защита водоснабжения План по изменению климата Обновить планы действий в связи с засухой
Засуха приводит к серьезной нагрузке на водоснабжение. Планы действий на случай засухи будут включать использование альтернативных источников водоснабжения и принятие ограничений на водопользование для домашних хозяйств, предприятий и других водопользователей.Эти планы следует регулярно обновлять, чтобы они соответствовали текущим операциям и активам.
Фредериктаун, штат Миссури, готовится к изменению климата: риск засухи
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Программы обмена землей - собственники обменивают собственность в пойме на принадлежащую округу землю за пределами поймы
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Интегрировать управление прибрежными районами в планирование землепользования Мэриленд анализирует восприимчивость прибрежных водно-болотных угодий к изменению климата
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Создать правила выдачи разрешений, ограничивающие места для свалок, свалок опасных отходов, хвостохранилищ и предприятий по производству токсичных химических веществ
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Управлять перестройкой и преднамеренно перестраивать инженерные сооружения, затрагивающие реки, устья и береговые линии
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Программа приобретения земли - покупка прибрежных земель, поврежденных или подверженных повреждению, и их использование для сохранения
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Комплексное управление прибрежной зоной (КУПЗ) - использование комплексного подхода для достижения устойчивости
Защита экосистемы Заповедник и развитие прибрежных территорий Включить рассмотрение последствий изменения климата в планирование новой инфраструктуры (например,г., дома, предприятия)
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Создавайте возможности для обмена опытом и идеями по программам для сотрудников (например, межведомственные встречи, семинары, вебинары, онлайн-форумы). Убедитесь, что высшее руководство находится в команде, а административные и фискальные механизмы города позволяют осуществлять межведомственное сотрудничество.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Участвуйте в существующих одноранговых сетях Эти сети объединяют сообщества на разных этапах реализации и включают GLAA-C, Сеть директоров по устойчивому развитию городов (USDN), Американское общество специалистов по адаптации (ASAP) и города Великих озер Сент-Лоуренс Инициатива.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Воспользуйтесь преимуществами существующих ресурсов, которые способствуют обмену информацией. EPA, а также NOAA и другие федеральные агентства предоставляют инструменты, руководства и тематические исследования проектов зеленой инфраструктуры, проводимых с большим количеством сообществ по всей стране.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Повышение осведомленности и знаний с помощью учебной программы по изменению климата и управлению ливневыми водами Обучение на рабочем месте и возможности повышения квалификации, которые могут помочь повысить климатическую грамотность существующего персонала и обеспечить своевременное применение исследований, направленных на удовлетворение потребностей лиц, принимающих решения.Кроме того, используйте образовательные проекты в школах или общественных центрах как возможности для распространения информации об изменении климата среди населения.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Принятие более строгих политик. Принятие более жестких политик, таких как сборы за ливневую канализацию, и требования к застройщикам по максимально возможному управлению водой на месте. Точно так же требуется, чтобы разработчики принимали решения с учетом будущего климата, а местные органы власти должны учитывать изменение климата в процессах принятия решений.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Разработчики могут продемонстрировать привлекательные, рентабельные и востребованные решения. Если рынок предлагает инновационные решения для ливневых вод или разработки, устойчивые к изменению климата, которые являются привлекательными и эффективными, общественность, скорее всего, предпочтет эти наилучшие доступные варианты. Решение, ориентированное на разработчиков, может быть наиболее эффективным в быстро меняющейся области.Например, недавно созданный центр Celebrate Senior Center в Фредериксбурге, штат Вирджиния, использует 65 участков биологического удержания и 15 водоемов для обработки 43 акров ухоженного ландшафта. Округ Стаффорд ожидает, что этот проект продемонстрирует, что решения для зеленой инфраструктуры могут предлагать удобства, повышающие ценность ландшафта, при одновременном управлении ливневыми водами на территории.
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Продемонстрируйте проекты зеленой инфраструктуры по адаптации к изменению климата Используйте проекты реконструкции в качестве демонстрации на местах способов адаптации к изменению климата с использованием LID, зеленых улиц или экологического дизайна территорий.Такие демонстрации сделают эти подходы очень заметными для общественности, политиков, лиц, принимающих решения, и партнеров проекта. Камден, штат Нью-Джерси, использует экологичную инфраструктуру для управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Обеспечение общественной осведомленности и координации Сотрудничество с общественными группами Сотрудничество посредством таких мероприятий, как посадка деревьев или установка дождевых садов, может быть эффективной мерой адаптации.Во всей работе с отдельными людьми и группами сообщества будьте внимательны к горячим темам, которые могут отвлекать от цели разговора и проблем, которые работа призвана решить. Например, если изменение климата является в высшей степени политическим вопросом, может быть полезно направить разговор на наблюдаемые и прогнозируемые изменения для конкретных конечных точек, вызывающих озабоченность (например, изменения в 25-летнем шторме или интенсивности кратковременных ливней) или в экологической инфраструктуре. cobenefits для жизнеспособности сообщества и экономической жизнеспособности.Сосредоточение внимания на вопросах уязвимости и будущих изменений погоды может помочь продвинуть дискуссии вперед и избежать некоторых потенциальных препятствий, возникающих при использовании термина «изменение климата».
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Внедрение политик и процедур для ремонта после наводнения и / или пожара
Политика после стихийного бедствия должна минимизировать перебои в обслуживании из-за поврежденной инфраструктуры.Эти планы действий в чрезвычайных ситуациях следует включать в другие мероприятия по планированию и регулярно обновлять, чтобы они соответствовали любым изменениям в коммунальных услугах или активах.
Айова-Сити, штат Айова, закрывает очистные сооружения для уязвимых сточных вод
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Создание барьеров для проникновения соленой воды и подпитка водоносного горизонта
При повышении уровня моря соленая вода может вторгаться в прибрежные водоносные горизонты, что приводит к значительному увеличению затрат на очистку.Закачка пресной воды в водоносные горизонты может помочь действовать в качестве барьера, в то время как вторжение восполняет ресурсы подземных вод.
Тампа-Бэй диверсифицирует источники воды для снижения климатических рисков
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Улучшите насосы для предотвращения обратного потока
Повышение уровня моря и прибрежный штормовой нагон могут вызвать обратный поток сточных вод. Чтобы предотвратить это, могут потребоваться более мощные насосы.
Соглашение о Юго-Восточной Флориде анализирует риск повышения уровня моря
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Увеличение мощности по сбору и очистке сточных вод и ливневых вод
Изменчивость осадков увеличится во многих областях. Даже в тех районах, где количество осадков и сток может уменьшаться в среднем, распределение режимов выпадения осадков (т.е.интенсивность и продолжительность) может изменяться таким образом, что влияет на водную инфраструктуру.В частности, более сильные ураганы могут перегрузить комбинированные системы сточных вод и ливневых вод.
Айова-Сити, штат Айова, закрывает очистные сооружения для уязвимых сточных вод
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Увеличить возможности очистки
Существующие системы очистки воды могут быть неадекватными для обработки воды значительно худшего качества. Значительное улучшение существующих процессов очистки или внедрение дополнительных технологий очистки может потребоваться для обеспечения того, чтобы качество водоснабжения (или сточных вод) продолжало соответствовать стандартам, поскольку изменение климата влияет на качество воды на источник или получаемую воду.
Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Установите системы охлаждения сточных вод
Более высокие температуры поверхности могут затруднить соблюдение стандартов качества воды и температурных критериев. Следовательно, для снижения температуры сбросов очищенных сточных вод могут потребоваться дополнительные системы охлаждения сточных вод.
Защита водоснабжения Ремонтно-техническая база Модернизация водозаборов для приспособления к более низким расходам или уровням воды
В районах, где сток сокращается из-за изменения климата, уровни воды могут упасть ниже водозаборов для водоочистных сооружений.
Защита экосистемы Используйте «жесткое» обслуживание береговой линии Крепостные дамбы
Защита экосистемы Использование «жесткого» ухода за береговой линией Укрепление береговой линии с помощью переборок - закрепленных на якоре вертикальных барьеров, построенных на береговой линии для защиты от эрозии
Защита экосистемы Используйте «жесткое» обслуживание береговой линии Укрепление береговой линии дамбами
Защита экосистемы Используйте «жесткое» обслуживание береговой линии Укрепление береговой линии с помощью облицовки, защищающей склон береговой линии
Защита экосистемы Использование «жесткого» ухода за береговой линией Укрепление береговой линии с помощью волноломов - сооружения, размещенные в море для уменьшения воздействия волн
Защита экосистемы Использование «жесткого» ухода за береговой линией Контроль поворотной полосы - усилить или подчеркнуть существующие геоморфологические объекты или создать искусственный поворотный край (например,г., геотекстильные трубы)
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Заменить броню береговой линии живыми берегами - за счет питания пляжей, посадки растений и т. Д. Программа по эстуарию залива Сан-Хуан оценивает уязвимость и принимает меры по адаптации
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Удалите укрепляющие конструкции береговой линии, такие как переборки, дамбы и другие инженерные сооружения, чтобы обеспечить миграцию береговой линии
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Растение SAV (например, морская трава) для стабилизации наносов и уменьшения эрозии Программа по эстуарию залива Сан-Хуан оценивает уязвимость и принимает меры по адаптации
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Создайте болото, посадив соответствующие виды - обычно травы, осоки или тростник - в существующий субстрат
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Создавайте дюны вдоль берега пляжа; Включает посадку дюнных трав и ограждение из песка, способствующее осаждению переносимого ветром песков
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Используйте естественные волнорезы устриц (или установите другие естественные волнорезы) для рассеивания воздействия волн и защиты береговой линии
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Установить каменные пороги и другие искусственные волнорезы перед приливными болотами вдоль энергичных устьевых берегов
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Ограничить или запретить развитие эрозионных зон
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Переопределить зоны риска речных наводнений в соответствии с прогнозируемым увеличением частоты и масштабов наводнений
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Увеличение отступлений береговой линии
Защита экосистемы Использование «мягкого» ухода за береговой линией Составные системы - включают элементы двух или более методов (например,г., волнолом, песчаной насыпью и посадкой растительности)
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Обращение к вероятной необходимости облегчить изменение мышления, чтобы дать возможность действовать перед лицом неопределенностей, которые традиционно не учитывались при принятии решений, но теперь должны учитываться. Скорее всего, никогда не будет инструмента для точного прогнозирования штормовых событий. Сообществам необходимо будет разработать новые способы мышления и планирования, такие как анализ решений на основе их устойчивости к ряду потенциальных изменений, использование методов управления рисками, использование принципов, которые максимизируют минимальные потери или минимизируют максимальные потери, и другие подходы для принятия решений в условиях неопределенности. .
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании

Соберите существующие наборы данных с такой информацией, как историческое землепользование, планируемое развитие, топография и расположение пойм. Их часто бывает достаточно, чтобы поддержать ближайший разговор о том, как может потребоваться изменить управление ливневыми водами, чтобы приспособиться к изменениям климата. Землепользование оказывает огромное влияние на воздействие изменения климата на управление ливневыми водами; менеджеры могут включать карты изменения землепользования в обсуждения планирования.Проект EPA «Интегрированные сценарии климата и землепользования» (ICLUS) может служить в качестве ресурса. Рассмотрите возможность обновления методов управления данными, чтобы упростить использование самых лучших и самых последних данных.

Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Сообщите о совпадении "краткосрочного" срока службы инфраструктуры с долгосрочными изменениями климата. Если его лучше понять, это может побудить местных специалистов по планированию учитывать изменение климата при принятии инфраструктурных решений. Миннехаха, штат Миннесота, район водораздела ручья, оценивает климатическую уязвимость управления ливневыми водами
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Подумайте, как формулируются текущие стандарты проектирования, как отправная точка обсуждения. Вместо того, чтобы начинать разговор с обсуждения прогнозов изменения климата, изучите текущий стандарт проектирования для управления ливневыми водами. Затем попросите лиц, принимающих решения, прийти к соглашению о пороговом значении (например,g., сообщество будет готовиться к X-шторму), который основан на исторических данных и отражает терпимость сообщества к риску (например, какой уровень ущерба или разрушения сообщество может выдержать при различных затратах). Это также влечет за собой понимание действующего стандарта проектирования и возможности повышения производительности проектов в регионе.
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Продемонстрируйте использование динамического масштабирования в исследовательских проектах в масштабе сайта.Лица, принимающие решения, могут использовать местные ресурсы для получения данных об изменении климата от исследователей из местных организаций, таких как университеты, государственные метеорологические агентства и другие организации, которые могут участвовать в масштабировании сценариев изменения климата.
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Составьте «список пожеланий» данных, которые должны быть собраны для лучшего понимания изменений климата Управляющие ливневыми водами и сотрудники географической информационной системы (ГИС) могут начать сбор необходимых местных данных (например,g., установить и поддерживать больше местных метеорологических станций и станций мониторинга). Партнеры в сообществе или соседних юрисдикциях также могут быть заинтересованы в объединении ресурсов для разработки или улучшения наборов данных.
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Разработка региональных сценариев Эти сценарии (с ограничениями неопределенности) могут использоваться сообществами по всему региону, сводя к минимуму необходимость для отдельных сообществ тратить ограниченные ресурсы, чтобы определить, какие результаты климатической модели соответствуют их потребностям в планировании (см., Например, SFWMD, 2011 сценариев регионального климата и повышения уровня моря, разработанных для округов и муниципалитетов южной Флориды Управлением водного хозяйства Южной Флориды). Соглашение о Юго-Восточной Флориде анализирует риск повышения уровня моря
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Расширение знаний персонала в области ГИС или других процессов управления данными (посредством обучения, найма новых сотрудников или совместного использования персонала в округе или группе муниципалитетов).
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Изучите существующие источники данных, чтобы гарантировать, что решения основаны на наилучших доступных данных.Лица, принимающие решения на местном уровне, часто работают со старыми данными. Простое обновление стандартов штормов в соответствии с текущим режимом осадков может привести к заметному улучшению. Точная историческая информация о климате может помочь в качестве моста к дискуссиям относительно будущих климатических прогнозов (которые менее достоверны и могут быть менее восприимчивы скептически настроенными планировщиками и лицами, принимающими решения).
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Регулярная переоценка точности карт землепользования Переоценка точности карт землепользования, особенно в районах, переживающих быстрое развитие, может гарантировать использование наилучших имеющихся данных о протяженности и местонахождении непроницаемых поверхностей.
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Ищите партнерские отношения, которые могут внести свой вклад в сферу знаний. Например, Инженерный корпус армии США помогает сообществам лучше понять гидрологическое моделирование (U.S. ACE, 2015), а Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) помогает в планировании готовности к экстремальным явлениям (FEMA, 2015). Сообщества могут работать с университетами, чтобы убедиться, что исследования применимы к местным потребностям.Такое партнерство может быть плодотворным, когда несколько ключевых игроков работают с данными для поиска решений (проверьте веб-сайты местных университетов на предмет потенциальных ресурсов и возможностей партнерства).
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Используйте модели застройки землепользования, чтобы понять максимально допустимое использование. Это может включать прогнозы объема и местоположения застройки, которая может произойти на определенной территории в соответствии с действующими постановлениями о застройке.Эта информация проинформирует менеджеров по управлению ливневыми стоками относительно прогнозируемого увеличения непроницаемых поверхностей и связанных с этим потребностей в управлении ливневыми водами. Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Используйте модели застройки землепользования, чтобы понять максимально вероятное развитие в регионе. Это может помочь менеджерам ливневых вод учесть потенциальные потребности, связанные с прогнозируемым увеличением непроницаемых поверхностей.Примеры ресурсов включают проект EPA по интегрированным сценариям климата и землепользования (ICLUS) и модель роста непроницаемой поверхности (ISGM) EPA.

Управление водного хозяйства Южной Невады оценивает уязвимость к изменению климата

Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании

Используйте ресурсы, чтобы показать исторические и будущие линии тренда.Для понимания будущих изменений климата в качестве иллюстраций можно использовать методы, использующие исторические данные, такие как аналоговые события или другую информацию о чувствительности и пороге в исторических записях (например,g. см. отчет МГЭИК [Межправительственная группа экспертов по изменению климата] Изменение климата 2001: Рабочая группа II: Воздействие, адаптация и уязвимость, раздел 3.5. SWC и SWMM-CAT Агентства по охране окружающей среды предоставляют региональные климатические прогнозы в уменьшенном масштабе. EPA также разрабатывает веб-приложение для визуализации и загрузки результатов климатических моделей.

Манчестер-бай-зе-Си, штат Массачусетс, оценивает уязвимость к изменению климата
Управление ливневыми водами и качество воды Использование данных о климате и землепользовании Используйте сценарии для разработки набора возможных вариантов будущего, а не для поиска консенсуса по конкретному прогнозу.При рассмотрении будущих изменений количества осадков при управлении ливневыми водами лицам, принимающим решения, может потребоваться помощь в определении того, какие сценарии изменения климата следует оценивать, где получить соответствующие климатические данные, и в оценке того, совпадают ли климатические прогнозы с местными проблемами.

Адаптация | Национальное географическое общество

В эволюционной теории адаптация - это биологический механизм, с помощью которого организмы приспосабливаются к новой среде или к изменениям в своей текущей среде.Хотя ученые обсуждали адаптацию до 1800-х годов, только тогда Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес разработали теорию естественного отбора.

Уоллес считал, что эволюция организмов каким-то образом связана с адаптацией организмов к изменяющимся условиям окружающей среды. Развивая теорию эволюции путем естественного отбора, Уоллес и Дарвин вышли за рамки простой адаптации, объяснив, как организмы адаптируются и развиваются. Идея естественного отбора состоит в том, что передаваемые по наследству черты позволяют организмам лучше адаптироваться к окружающей среде, чем другим организмам того же вида.Это способствует лучшему выживанию и воспроизводству по сравнению с другими представителями вида, что ведет к эволюции.

Организмы могут адаптироваться к окружающей среде по-разному. Они могут адаптироваться биологически, то есть изменять функции организма. Пример биологической адаптации можно увидеть в телах людей, живущих на больших высотах, таких как Тибет. Тибетцы процветают на высоте, где уровень кислорода до 40 процентов ниже, чем на уровне моря. Вдыхание такого разреженного воздуха может вызвать у большинства людей заболевание, но в организме тибетцев произошли изменения в химическом составе тела.Большинство людей могут выжить на большой высоте в течение короткого времени, потому что в их организме повышается уровень гемоглобина, белка, который переносит кислород в кровь. Однако постоянно высокий уровень гемоглобина опасен, поэтому повышенный уровень гемоглобина не является хорошим решением для выживания на большой высоте в долгосрочной перспективе. У тибетцев, похоже, развились генетические мутации, которые позволяют им использовать кислород гораздо эффективнее без необходимости в дополнительном гемоглобине.

Организмы также могут проявлять поведенческую адаптацию.Одним из примеров поведенческой адаптации является то, как императорские пингвины в Антарктиде собираются вместе, чтобы поделиться своим теплом посреди зимы.

Среди ученых, изучавших адаптацию до развития теории эволюции, был Жорж Луи Леклерк, граф де Бюффон. Он был французским математиком, который считал, что организмы со временем меняются, приспосабливаясь к окружающей среде своего географического местоположения. Другой французский мыслитель, Жан Батист Ламарк, предположил, что животные могут адаптироваться, передавать свои адаптации своему потомству и, следовательно, эволюционировать.В приведенном им примере говорится, что предки жирафов могли приспособиться к нехватке пищи на коротких деревьях, вытянув шеи, чтобы дотянуться до более высоких ветвей. По мнению Ламарка, потомство жирафа, вытянувшего шею, унаследует немного более длинную шею. Ламарк предположил, что поведение, приобретенное в течение жизни жирафа, повлияет на его потомство. Однако это была концепция естественного отбора Дарвина, согласно которой такие благоприятные черты, как длинная шея у жирафов, сохранились не из-за приобретенных навыков, а потому, что только жирафы, у которых была достаточно длинная шея, чтобы прокормить себя, выживали достаточно долго, чтобы воспроизводиться.Таким образом, естественный отбор обеспечивает более убедительный механизм адаптации и эволюции, чем теории Ламарка.

Адаптация к изменению климата: вызов и возможности

Салимул Хук, старший научный сотрудник Международного института окружающей среды и развития Группы по изменению климата


Вопрос первый: Требует ли изменение климата новых подходов к принятию решений? Достаточно ли то, как мы в настоящее время планируем будущее и реагируем на неожиданные изменения, чтобы учесть неопределенность, масштаб, длительное время выполнения заказа и сложность, связанные с климатическими воздействиями?


Человечество на протяжении тысячелетий приспосабливалось ко всем видам условий, особенно к климатическим, и до сих пор делало это с относительным успехом.Человеческие общества будут продолжать делать это и в ответ на потенциальные неблагоприятные воздействия изменения климата. Однако уровень таких неблагоприятных воздействий можно значительно снизить за счет упреждающей или плановой адаптации. Здесь рассматривается вопрос о том, в какой степени мы можем извлечь уроки из прошлого и науки о будущем, чтобы планировать заранее, чтобы уменьшить эти неблагоприятные воздействия, когда они произойдут.

Вопросы, на которые отвечают:

  1. Достаточно ли то, как мы в настоящее время планируем будущее и реагируем на неожиданные изменения, чтобы учесть неопределенность, масштаб, длительное время выполнения заказа и сложность, связанные с климатическими воздействиями?
  2. Например, могут ли текущие процессы принятия решений, используемые правительствами, учесть долгосрочный характер, неожиданности, повышенные изменения и изменчивость, а также неопределенность изменения климата, или такое принятие решений требует совершенно нового подхода?
  3. Если да, что нужно изменить? И почему?
  4. Если нет, то как следует использовать текущую практику для планирования и реагирования на климатические риски сегодня и в будущем?

Преамбула

Я буду утверждать, что справляться с неблагоприятными последствиями антропогенного изменения климата (или адаптироваться к ним) - это то, чему нашему и следующему поколению придется научиться делать во всех странах, но начиная с самых бедных и уязвимых стран (и беднейшие и наиболее уязвимые сообщества во всех странах) на десятилетия вперед.Если усилия по сокращению глобальных выбросов парниковых газов не смогут удержать повышение средней глобальной температуры ниже 3 или 3,5 градусов по Цельсию (текущая траектория), то такие неблагоприятные воздействия, вероятно, будут иметь глобальные катастрофические масштабы и могут выйти за рамки адаптации во многих странах и сообществах. .

Однако, даже если повышение глобальной температуры будет удерживаться ниже 2 градусов по Цельсию (текущий уровень стремления), многие экосистемы и сообщества (возможно, с участием сотен миллионов в основном бедных и уязвимых людей) столкнутся с серьезными неблагоприятными воздействиями.Такие неблагоприятные воздействия сначала произойдут (и, возможно, уже имеют место) в наиболее уязвимых регионах мира, где бедные составляют большую часть населения, но со временем затронут и многие более богатые части мира.

Таким образом, хотя со временем все страны должны будут научиться адаптироваться к неблагоприятным воздействиям изменения климата, беднейшие страны - это те, которые должны будут сделать это в первую очередь (и действительно уже делают это). Однако наши знания и опыт в отношении того, чего ожидать и как к этому подготовиться, все еще находятся в зачаточном состоянии, и нам всем вместе придется пройти очень крутой путь обучения.

Отвечая на вышеприведенные вопросы, я утверждаю, что:

  1. В настоящее время мы не в состоянии иметь дело с такими долгосрочными проблемами ни на глобальном, ни на национальном уровне (хотя страны действительно отличаются друг от друга в этом отношении).
  2. Текущие процессы принятия решений, как на глобальном, так и на национальном уровне, неадекватны, «но реагирование на изменение климата дает возможность действовать по-другому.
  3. Что нужно изменить, так это способ принятия и реализации решений.
  4. Существующие процессы, структуры и институты, даже если они неадекватны, нельзя игнорировать, и они должны быть вовлечены в изменения.
  5. Развивая новую парадигму обучения и принятия решений по адаптации к изменению климата, богатые (страны и люди) могут учиться у бедных (страны и сообщества).

Адаптация к изменчивости климата или адаптация к изменению климата?

Можно утверждать, что человечество на протяжении тысячелетий приспосабливалось ко всем видам условий, особенно к климатическим, и до сих пор делало это с относительным успехом.Это действительно так, и человеческие общества будут продолжать поступать так же в ответ на потенциальные неблагоприятные воздействия изменения климата. Однако уровень таких неблагоприятных воздействий можно значительно снизить за счет упреждающей или плановой адаптации. Здесь рассматривается вопрос, в какой степени мы можем извлечь уроки из прошлого и науки о будущем, чтобы планировать заранее, чтобы уменьшить эти неблагоприятные воздействия, когда они произойдут (признание того, что адаптация не может уменьшить неблагоприятные воздействия до нуля)?

Обычно существует два типа потенциальных будущих воздействий изменения климата, которые, как считается, требуют действий (признавая, что изменение климата также может принести некоторые выгоды в некоторых местах для некоторых сообществ, я собираюсь иметь дело с неблагоприятными воздействиями. Только).Это климатических опасностей , таких как наводнения, засухи и ураганы, которые могут стать более частыми или более серьезными (или и то, и другое), и медленно наступающие опасности , такие как повышение солености на низкорасположенных побережьях и возможное затопление из-за повышения уровня моря. .

Работа с первым видом климатических опасностей не нова ни на национальном, ни на глобальном уровне. Наводнения, засухи и ураганы - хорошо известные явления, от которых страдают многие части мира. Однако подготовка к участившимся и / или увеличению масштабов событий - это то, о чем мы только начали думать (как на глобальном, так и на национальном уровне).Одним из примеров является то, как глобальное сообщество по управлению стихийными бедствиями приспособлено реагировать на события после того, как они произошли (например, цунами в Индийском океане или недавнее землетрясение на Гаити), но совсем не подготовлено к ним заранее. Необходимый сдвиг парадигмы заключается в переходе от текущего режима реагирования к более активному режиму или от управления стихийными бедствиями (после стихийных бедствий) к обеспечению готовности к стихийным бедствиям (или снижению риска стихийных бедствий). Подобные проблемы возникают и на национальном уровне в связи с ураганом Катрина в Соединенных Штатах, который является ярким примером того, как самая богатая и технологически развитая страна в мире не может защитить жизни некоторых из своих беднейших и наиболее уязвимых граждан в девятом приходе Нового Орлеана. .

С другой стороны, некоторые из беднейших и наиболее уязвимых стран показали, что принятие активных мер действительно может значительно снизить неблагоприятные воздействия. Я приведу один пример из Бангладеш, который в 1991 году пострадал от разрушительного циклона, в результате которого погибло более 100 000 человек. Почти два десятилетия спустя, в 2007 году, по стране обрушился циклон Сидр аналогичной силы, и только около 3000 человек погибли (в основном рыбаки на лодках, которые не могли вернуться на сушу), и более 2 миллионов человек были успешно эвакуированы в убежища от циклонов.Это можно во многом объяснить обширной программой строительства убежищ от циклонов по всему побережью в сочетании с разработкой надежных систем раннего предупреждения (включая как технические аспекты отслеживания погоды, так и работу с общественностью с помощью добровольцев Красного Полумесяца и НПО, а также обучение в школах, и т. д.) в последнее десятилетие. Напротив, другой циклон (Cyclone Nargis), обрушившийся на соседнюю страну Мьянму (бывшая Бирма) несколько месяцев спустя, унес жизни более 140 000 человек - в основном из-за отсутствия какой-либо подготовки со стороны правительства.Следует отметить, что хотя количество человеческих жизней в Бангладеш сократилось из-за циклона Сидр, инфраструктура и экономика понесли значительный ущерб (таким образом, потери не были сведены к нулю) и что принятые меры не были приняты. сделано по причинам изменения климата.

Таким образом, адаптация к хорошо известным климатическим опасностям, таким как циклоны, засухи и наводнения, является хорошей отправной точкой для включения адаптации к изменению климата, но это не одно и то же. Адаптация к изменению климата (ACC) включает в себя долгосрочные, возможно, медленно возникающие опасности, которые не всегда включаются в обычное управление стихийными бедствиями, или то, что можно было бы назвать адаптацией к изменчивости климата (ACV).

Адаптация на месте по сравнению с запланированным перемещением (или вспомогательной миграцией)

В первые годы исследований адаптации предполагалось, что адаптация к изменению климата заключается в том, чтобы помочь общинам продолжать (насколько это возможно) жить своей жизнью и зарабатывать средства к существованию без необходимости переезжать. Это можно назвать адаптацией in situ . Таким образом, предполагалось, что адаптация к изменению климата (в отличие от смягчения последствий) является локальным (или национальным) явлением, а не глобальным (или трансграничным).Однако это явно неверно, поскольку некоторые части мира (например, некоторые низменные побережья островов и дельт, засушливые районы средних континентов и некоторые высокогорья) больше не могут поддерживать сообщества, живущие там в настоящее время. Этим общинам нужно будет помочь переехать в другое место (будь то в пределах их собственных национальных границ или через международные границы, если их страна сама исчезнет). Хотя можно утверждать, что миграция была давней реакцией человека либо на невзгоды, либо на поиск новых возможностей, вызванная изменением климата потребность в перемещении является чем-то новым, поскольку оказание помощи пострадавшим общинам в переселении является глобальной обязанностью. -расположить в запланированной и вспомогательной манере (в противном случае они все равно будут мигрировать незапланированным образом).

Это потребует новых способов обращения с мигрантами (или беженцами) как на международном уровне, трансграничном, так и внутри стран, к которым мы плохо подготовлены.

Адаптация к изменению климата и развитие

Некоторые утверждали, что адаптация к изменению климата - это то же самое, что и развитие (или даже устойчивое развитие, или, в последнее время, устойчивое к изменению климата развитие). Хотя такой случай действительно может быть приведен, я буду утверждать, что адаптация к климату изменение потребует некоторых новых атрибутов, которые (пока) не были связаны с традиционной разработкой.Первый - это необходимость ориентироваться на науку. Влияние изменения климата все еще плохо известно в научном сообществе, и наши знания о таких воздействиях (как на глобальном, так и на национальном уровне) со временем должны будут быстро расти. Лица, принимающие решения (глобальные или национальные), должны быть подключены к своим научным сообществам, чтобы быть в курсе последних событий в науке о климате.

Еще одним признаком будет необходимость повышения осведомленности и потенциала в области изменения климата среди различных заинтересованных сторон как внутри, так и за пределами правительств.Действительно, все следующее поколение школьников и выпускников университетов должно будет обладать определенным уровнем климатической грамотности.

Снизу вверх и сверху вниз (в глобальном и национальном масштабе)

До недавнего времени адаптация к изменению климата рассматривалась в основном как глобальная проблема, исходящая от научного сообщества (такого как МГЭИК) и глобальной политики (например, РКИК ООН). Однако в последнее время некоторые правительства начали принимать меры на национальном уровне.В то же время многие субъекты, работающие на уровне сообществ, также принимают меры. Интересно отметить, что такие действия сначала происходят в беднейших странах и сообществах. Так, например, первыми странами, разработавшими свои национальные планы действий по адаптации (НПДА), были сорок восемь наименее развитых стран (НРС).

Они были выполнены быстро и грязно, чтобы использовать существующую научную информацию о потенциальных воздействиях изменения климата в этих странах, разработать действия по адаптации на основе широкого участия и определить приоритетность этих действий.Некоторые страны перешли к осуществлению некоторых действий по адаптации, определенных в их соответствующих НПДА. Несмотря на то, что НПДА далеки от совершенства в качестве научно-технических упражнений, НПДА позволили НРС расширить свои знания и потенциал в области изменения климата и проработать межинституциональные аспекты принятия решений, которые в основном одинаковы во всех странах, будь то богатые или бедные. .

Таким образом, теперь, когда более богатые страны начинают разрабатывать свои собственные планы адаптации и могут использовать гораздо больший объем финансовых и интеллектуальных ресурсов, они, тем не менее, могут многому научиться из усилий беднейших стран, а также решить многие институциональные проблемы. одинаковы.

Аналогичным образом многие участники, работающие с некоторыми из беднейших и наиболее уязвимых сообществ в развивающемся мире, также разрабатывали действия (теперь называемые адаптацией на основе сообществ или CBA) и делились своим опытом и знаниями в рамках серии международных конференций по ЦБ проводится последние несколько лет.

Опять же, многие лица, принимающие решения на национальном и глобальном уровне, могут многому научиться у этих действующих лиц, работающих на низовом уровне, о том, как информировать людей и давать им возможность принимать собственные решения о своем собственном будущем.

Выводы

Последние несколько приведенных выше примеров позволяют нам подумать о новой парадигме обучения и принятия решений по адаптации к изменению климата как на глобальном, так и на национальном уровнях, где богатые (страны и люди) могут учиться у бедных (обе страны а также сообщества).

Как люди адаптировались к окружающей среде - видео и стенограмма урока

Потребность в воде

Одна из основных потребностей человека - это вода.Каждая культура в истории нуждалась в доступе к воде, и это привело к одной из первых серьезных адаптаций к окружающей среде: орошение . Орошение - это процесс подачи воды из естественного источника в район, где нет надежной воды. Благодаря ирригации древние люди могли использовать природные источники воды, такие как реки, для обеспечения водой городов, которые могли быть далеко от них. Самая простая форма полива - это использование траншей для перенаправления воды на желаемый участок. Это было основой первых примеров орошения, которые произошли в древней Месопотамии примерно 10 000 лет назад.В конце концов, такие культуры, как древние римляне или древняя империя ацтеков, основывались на основных каналах для создания внутренних труб, называемых акведуками, по которым вода из свежих источников переносилась на многие мили в город.

Хотя каналы и траншеи служили основой для орошения, люди во всем мире находили различные способы использования окружающей среды, чтобы сделать это более эффективным. Некоторые ранние общества использовали естественные разливы рек для заполнения колодцев и полагались на очень плодородную почву на берегах рек.Река Нил в Египте и река Нигер в Африке к югу от Сахары - это реки, которые разливаются каждый год в одно и то же время, что делает их предсказуемыми и надежными. Культуры в обеих этих областях разработали ирригацию, основанную на каналах и колодцах, заполненных ежегодным наводнением.

Не каждая культура имела доступ к красивым, надежным рекам с плоскими поймами. Некоторые люди жили в горах, где крутые склоны затрудняли орошение. Эти люди разработали террасное орошение, используя длинные подпорные стены для создания плоских платформ, достаточно широких для сбора или перенаправления воды.Этот метод использовали первые люди, жившие в горах Южной Америки, Индии и Китая.

В пустыне древней Персии, на территории современного Ирана, люди нашли еще один уникальный способ сбора воды. Канат , или глубокие вертикальные колодцы, выкапывались из грунтовых вод, а затем по туннелям транспортировались туда, где это было необходимо. Куда бы вы ни смотрели в древнем мире, древние человеческие сообщества находили новые и творческие средства, чтобы всегда иметь доступ к воде.

Ранние люди и сельское хозяйство

Как только первые люди обеспечили себе пресную воду, эта вода пошла на помощь людям в дальнейшем изменении окружающей среды. Одной из наиболее заметных характеристик эпохи неолита было развитие сельского хозяйства и приручения растений, чтобы они росли крупнее и на одном и том же месте. Вместо того, чтобы позволить зернам, таким как пшеница или кукуруза, расти естественным образом, первые люди осознали, что эти продукты были очень полезными, и начали сажать их в определенных местах, где они могли контролировать количество воды, получаемой семенами, а затем удалили другие естественные растения, такие как сорняки , чтобы семена могли прорасти.Используя для опыления только самые лучшие растения, растения с самыми крупными зернами или самыми здоровыми стеблями, первые люди выращивали растения, чтобы быть более продуктивными и давать больше пищи.

Сельское хозяйство впервые появилось в регионе Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке, районе с продолжительным вегетационным периодом и плодородной почвой, расположенном между двумя крупными реками. Оттуда сельское хозяйство быстро распространилось по Средиземному морю, когда люди приручили пшеницу, ячмень, оливки и виноград. В Северной и Южной Америке люди из долины Мексики, расположенной в плодородных горных долинах, одомашнили кукурузу (наследственная форма кукурузы), бобы, кабачки и несколько ароматных цветов.Сельское хозяйство распространилось в Южную Америку и на юго-запад Америки. В Азии сельское хозяйство появилось в Китае на плодородных почвах Желтых рек и Янцзы, где первые фермеры сначала выращивали просо, а затем и рис.

По мере того, как человеческие общества становились все более и более сложными, они изобретали все больше способов заставить окружающую среду работать на них. Когда им нужно было построить здания, они находили участки с хорошими камнями, называемые карьерами, и перемещали камни обратно в свои города. Они строили стены и курганы, насыпая землю для защиты или для сложных захоронений.Люди вырубали леса, чтобы строить города, и сажали новые леса для еды. С начала эпохи неолита люди изменяли окружающую среду, чтобы улучшить качество своей жизни.

Краткое содержание урока

В течение долгого времени люди передвигались, следуя за своей пищей. В конце концов, они перестали двигаться и обосновались на одном месте, начав период, названный эпохой неолита . Поскольку они не двигались в поисках пищи, людям пришлось изменить среду обитания, чтобы обеспечить себе пресную воду, пищу и защиту.Процесс подачи воды из источника в новое место для сельского хозяйства или питья называется орошением . Люди нашли множество способов создания ирригации и использовали их для приручения растений и начала земледелия. С помощью земледелия люди еще больше изменили свою естественную среду и контролировали, какие растения растут, где и насколько хорошо эти растения производят пищу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *