Чем можно объяснить большое многообразие живых. Многообразие живого мира. Уровни организации и основные свойства. Принципы систематики. Классификация живых организмов. Основные систематические категории. Вид — элементарная единица систематики

1. Многообразие живого мира

2. Развитие систематики.

3. Возникновение естественной системы классификации.

4. Систематические группы.

1. Многообразие живого мира

Окружающая нас живая природа во всем ее многообразии - результат длительного исторического развития органического мира на Земле, которое началось почти 3,5 млрд лет назад. Биологичес­кое разнообразие живых организмов на нашей планете велико. Каж­дый вид уникален и неповторим. Например, животных насчитыва­ется более 1,5 млн видов. Однако, по представлениям некоторых ученых, только в классе насекомых не менее 2 млн видов, подав­ляющее большинство которых сосредоточено в тропической зоне. Велика и численность животных этого класса - она выражается в цифрах с 12 нулями. А разных одноклеточных планктонных орга­низмов только в 1 м 3 воды может находиться до 77 млн особей.

Особенно высоким биологическим разнообразием отличаются дождевые тропические леса. Развитие человеческой цивилизации сопровождается увеличением антропогенного пресса на естествен­ные природные сообщества организмов, в частности уничтожени­ем величайших массивов лесов Амазонии, что приводит к исчез­новению ряда видов животных и растений, к снижению биоразно­образия.

2. Разобраться во всем многообразии органического мира помога­ет специальная наука - систематика. Как и хороший коллекци­онер по определенной системе классифицирует собираемые им предметы, систематик на основе признаков классифицирует жи­вые организмы. Каждый год ученые открывают, описывают и клас­сифицируют все новые виды растений, животных, бактерий и др. Поэтому систематика как наука постоянно развивается. Так, в 1914 г. впервые был описан представитель неизвестного тогда бес­позвоночного животного и лишь в 1955 г. отечественный зоолог А.В.Иванов (1906-1993) обосновал и доказал принадлежность его к совершенно новому типу беспозвоночных - погонофорам.

Развитие систематики (создание искусственных систем класси­фикации). Попытки классифицировать организмы предпринима­лись учеными еще в глубокой древности. Выдающийся древнегреческий ученый Аристотель описал свыше 500 видов животных и создал первую классификацию животных, разделив всех известных тогда животных на следующие группы: I. Животные без крови: мягкотелые (со­ответствует головоногим моллюскам); мягкоскорлуповые (ракообразные); насекомые; черепнокожие (раковинные моллюски и иг­локожие). II. Животные с кровью: живоро­дящие четвероногие (соответствует млеко­питающим); птицы; яйцекладущие четве­роногие и безногие (амфибии и рептилии); живородящие безногие с легочным дыха­нием (китообразные); покрытые чешуей безногие, дышащие жабрами (рыбы).

К концу XVII в. был накоплен огром­ный материал о многообразии форм жи­вотных и растений, что потребовало введения представления о виде; впервые это было сделано в работах английского ученого Джона Рея (1627-1705). Он определил вид как группу морфологически сходных особей и попытался классифицировать растения на осно­ве строения вегетативных органов. Однако основоположником со­временной систематики по праву считают известного шведского ученого Карла Линнея (1707-1778), который в 1735 г. выпустил свой знаменитый труд «Система природы». За основу классифика­ции растений К.Линней принял строение цветка. Близкие виды он объединил в роды, сходные роды в отряды, отряды в классы. Таким образом, им была разработана и предложена иерархия сис­тематических категорий. Всего ученым выделено 24 класса расте­ний. Для обозначения вида К.Линней ввел двойную, или бинар­ную, латинскую номенклатуру. Первое слово означает название рода, второе - вида, например Stumus vulgaris. На разных языках название этого вида пишется по-разному: по-русски - скворец обыкновенный, по-английски - common starling, по-немецки - Gemeiner Star, по-французски - etoumeau sansonnet и т.д. Единые латинские названия видов позволяют понять, о ком идет речь, облегчают общение между учеными различных стран. В системе жи­вотных К. Линней выделил 6 классов: Mammalia (Млекопитающие). Человека и обезьян он поместил в один отряд Primates (Прима­ты); Aves (Птицы); Amphibia (Гады, или Земноводные и Пресмы­кающиеся); Pisces (Рыбы); Insecta (Насекомые); Vermes (Черви).

3. Возникновение естественной системы классификации. Система К.Линнея, несмотря на все ее неоспоримые достоинства, была по своей сути искусственной. Она строилась на основе внешнего сход­ства между различными видами растений и животных, а не на основе их истинного родства. В итоге в одни и те же систематичес- кие группы попали совершенно не родственные виды, а близкие оказались отделенными друг от друга. Например, Линней рассмат­ривал количество тычинок в цветках растений как важный систе­матический признак. В результате такого подхода были созданы ис­кусственные группы растений. Так, в одну группу попали калина и морковь, колокольчики и смородина лишь потому, что цветки этих растений имеют по 5 тычинок. Различные по характеру опыления растения Линней поместил в один класс однодомных: ель, бере­зу, ряску, крапиву и т.д. Однако, несмотря на недостатки и ошиб­ки в системе классификации, труды К. Линнея сыграли огромную роль в развитии науки, позволяя ученым ориентироваться в мно­гообразии живых организмов.

Классифицируя организмы по внешним, часто по наиболее броским признакам, К.Линней так и не раскрыл причины тако­го сходства. Это сделал великий английский естествоиспытатель Чарлз Дарвин. В своем труде «Происхождение видов...» (1859) он впервые показал, что сходство между организмами может быть ре­зультатом общности происхождения, т.е. родства видов. С этого вре­мени систематика стала нести эволюционную нагрузку, а постро­енные на данной основе классификационные системы являются естественными. В этом состоит безусловная научная заслуга Ч.Дар­вина.

Современная систематика базируется на общности существен­ных морфологических, экологических, поведенческих, эмбрио­нальных, генетических, биохимических, физиологических и дру­гих признаков классифицируемых организмов. Используя эти при­знаки, а также палеонтологические сведения, систематик уста­навливает и доказывает общность происхождения (эволюционно­го родства) рассматриваемых видов или же устанавливает, что клас­сифицируемые виды существенно различаются и удалены друг от друга.

4. Систематические группы и классификация организмов. Совре­менная система классификации может быть представлена в виде следующей схемы: империя, надцарство, царство, подцарство, тип (отдел - для растений), подтип, класс, отряд (порядок - для растений), семейство, род, вид. Для обширных систематических групп введены также дополнительные промежуточные системати­ческие категории, такие, как надкласс, подкласс, надотряд, под­отряд, надсемейство, подсемейство. Например, классы хрящевых и костных рыб объединены в надкласс рыб. В классе костных рыб выделены подклассы лучеперых и лопастеперых рыб и т.д.

Раньше все живые организмы делились на два царства - Живот­ных и Растений. Со временем были открыты организмы, которые не могли быть отнесены ни к одному из них. В настоящее время все известные науке организмы делят на две империи: Доклеточные (вирусы и фаги) и Клеточные (все остальные организмы). Доклеточные формы жизни. В империи Доклеточных имеется толь­ко одно царство - вирусы. Это неклеточные формы жизни, спо­собные проникать и размножаться в живых клетках. Впервые наука узнала о вирусах в 1892 г., когда русский микробиолог Д.И.Ива­новский (1864-1920) открыл и описал вирус табачной мозаики - возбудителя мозаичной болезни табака. С этого времени выделилась особая ветвь микробиологии - вирусология. Различают ДНК-со-держащие и РНК-содержащие вирусы.

Клеточные формы жизни. Империя Клеточных делится на два над царства (Доядерные, или Прокариоты, и Ядерные, или Эука-риоты). Прокариоты - это организмы, клетки которых не имеют оформленного (ограниченного мембраной) ядра. К прокариотам относится царство Дробянок, включающее подцарства Бактерий и Синезеленых (Цианобактерий). Эукариоты - организмы, клет­ки которых имеют оформленное ядро. К ним относятся царства Животных, Грибов и Растений (рис. 4.1).

В целом империя Клеточных состоит из четырех царств: Дробя­нок, Грибов, Растений и Животных.

В качестве примера рассмотрим систематическое положение широко известного вида птиц - обыкновенного скворца:

Таким образом, в результате длительных исследований была создана естественная система всех живых организмов.

Живые существа, населяющие нашу планету, удивительно разнообразны. Они отличаются друг от друга особенностями обмена веществ, строением клеток, подвижностью, размерами, продолжительностью жизни. Так, размеры бактерий составляют 0,5–2,0 мкм, а самое крупное современное млекопитающее – синий кит – может достигать в длину 30 м. Продолжительность жизни однолетних растений составляет несколько месяцев, а возраст некоторых секвой оценивается в 5 000 лет.

Мир живых существ Земли насчитывает не менее 2 млн видов. По оценкам некоторых специалистов, реальное количество биологических видов может превышать эти цифры по крайней мере на порядок. Все это многообразие организмов изучает систематика , основнойзадачей которой является построение системы органического мира . После торжества эволюционного учения в биологии систематика стремится к созданию такой системы органического мира, которая с возможной полнотой отражала бы эволюционные взаимоотношения, родственные связи между отдельными видами и группами видов, то естьбыла бы филогенетической . Филогенетическая систематика разрабатывается на всех таксономических уровнях: от видового и подвидового до уровня высших таксонов – классов, отделов (типов) и царств.

Наиболее крупными систематическими категориями (таксонами) являются надцарства живых существ. Они делятся на царства, те, в свою очередь, могут включать в себя подцарства. Царства или подцарства делятся на отделы (у растений) или типы (у животных), далее идут классы, затем – порядки (или отряды), семейства, роды и, наконец, виды.

Задача построения филогенетической системы органического мира весьма далека от своего разрешения в силу недостаточной изученности видового состава биосферы и сложности установления последовательности событий, удаленных от нас в историческом времени.

Большинством специалистов выделяются два биологических надцарства – прокариоты (доядерные организмы) и эукариоты (ядерные организмы). В надцарство прокариот объединяют организмы, клетки которых не имеют клеточного ядра, в надцарство эукариот – организмы, клетки которых имеют клеточное ядро. Кроме клеточных форм жизни, на Земле существуют неклеточные формы, проявляющие свойства живого лишь в клетках прокариот или эукариот – вирусы и плазмиды. Часто их выделяют в отдельное царство.

Надцарство доядерных организмов (procaryota) представлено одноклеточными организмами, сохранившими на протяжении длительной эволюции многие примитивные черты, свойственные первым древнейшим организмам Земли. Общее число известных видов – не менее 6 000. В их клетках, размеры которых составляют от 0,1 до 10 мкм, отсутствует настоящее клеточное ядро с ядерной мембраной, и генетический материал сосредоточен в так называемом нуклеоиде, состоящем из замкнутой в кольцо нити ДНК, которая не связана с белками и РНК и не является еще настоящей хромосомой, устроенной гораздо сложнее.

Лишены клетки прокариот и митохондрий, пластид, аппарата Гольджи, центриолей, микротрубочек и митотического веретена. Жгутиков нет или они относительно простые и имеют принципиально иное строение, чем у растений и животных. Как и для эукариот, для прокариот характерны мелкие органоиды – рибосомы, участвующие в синтезе белка, но они не связаны с какими-либо мембранами и отличаются от рибосом эукариот меньшими размерами и другими особенностями. Можно сказать, что у прокариот вся клетка целиком выполняет функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм – еще и хлоропласта. Опорным каркасом клеточной стенки большинства прокариот служит гликопептид муреин.

Для прокариот характерно только бесполое размножение путем простого амитотического (протекающего без митоза) деления клетки. Обмен генетическим материалом не связан с размножением и осуществляется эпизодически, посредством половых процессов, не сопровождающихся слиянием нуклеоидов двух клеток.

Среди прокариотов встречаются анаэробы – существа, обитающие в бескислородной среде, иаэробы – организмы, нуждающиеся в кислороде для процесса дыхания. Многие прокариоты могут фиксировать молекулярный азот атмосферы, переводя его в соединения, доступные для растений. Питание прокариот осуществляется путем всасывания готовых питательных веществ через клеточную стенку (абсорбтивное гетеротрофное питание) или путем синтеза органических веществ из неорганических (автотрофное питание).

Существует множество подходов к классификации прокариот. Мы рассмотрим классификацию, согласно которой это надцарство подразделяют на три царства (или подцарства) –архебактерии, эубактерии и цианеи (цианобактерии, сине-зеленые водоросли).

Царство архебактерий (Archaebacteria) . Архебактерии были открыты в 1977 г. Эта малочисленная группа прокариот (около 40–50 видов) выделяется в отдельное царство вполне обоснованно. При том, что по ряду признаков архебактерии близки к остальным прокариотам (отсутствие ядра и мембранных органоидов в клетке, наличие плазмид и газовых вакуолей, строение жгутиков, размер рибосомальной РНК, способность к азотфиксации и серному дыханию), для них характерны как черты, сближающие их с эукариотами (строение генетического аппарата, форма рибосом), так и уникальные черты (строение клеточной стенки, тип фотосинтеза, способность некоторых видов расти при температурах выше 100°С).

Для архебактерий как группы в целом характерна способность существовать в широком диапазоне условий внешней среды. Среди них есть и анаэробы, и аэробы; организмы, обитающие при нормальном уровне кислотности и в условиях высокой концентрации кислот и солей. В этой группе наряду с микроорганизмаими, обитающими при нормальной температуре, описаны экстремальные термофилы, имеющие оптимальную температуру роста свыше 100°С. К архебактериям предположительно относятся микроорганизмы, обнаруженные на дне океана на глубине около 2,5 км, где давление достигает 260 атм, а температура воды в зонах выходящих со дна “черных гейзеров” – 250–300°С.

К царству архебактерий относят 5 групп прокариотных организмов:

1. Метанобразующие анаэробные бактерии , получающие энергию для роста за счет восстановления углекислого газа до метана, при этом водород они поглощают из атмосферы.

2. Экстремальные галофильные бактерии – аэробные бактерии, способные расти в насыщенном растворе хлорида натрия (от 12–15 % до 32 %). Эти бактерии являются фотосинтезирующими, но пигментом, участвующим в фотосинтезе, у них является не хлорофилл, а бактериородопсин.

3. Термоацидофильные серные аэробные бактерии – бактерии, оптимальными условиями существования которых являются высокие температуры (от +75 до +90 о С) и кислая среда (от рН 5–6 до рН 1–2).

4. Микоплазмоподобные бактерии (Thermoplasma acidophilum).

5. Анаэробные формы, обмен веществ которых связан с молекулярной серой.

Царство эубактерий (Eubacteria). Эубактерии – обширная и разнообразная группа одноклеточных микроорганизмов. Количество известных видов – не мене 4 000. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества, например, гликопептид муреин). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают.

Эубактерии распространены на Земле практически повсеместно. Они встречаются на дне озер и океанов, в быстротекущих реках и в вечной мерзлоте, в парном молоке и в ядерных реакторах. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км. Бактерий особенно много в верхнем слое почвы: там их масса составляет примерно 2 тонны на гектар.

Весьма разнообразны эубактерии по особенностям питания. Они бывают гетеротрофами и автотрофами. Гетеротрофы (“питающиеся другими”) используют в качестве основного источника углерода органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности, сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток.

Гетеротрофные бактерии, разлагающие органические вещества отмерших организмов, называются сапротрофными. Они играют огромную роль в минерализации органики как животного, так и растительного происхождения.

Автотрофные бактерии не нуждаются в органических веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют углекислый газ (CO 2). Включая CO 2 и другие неорганические вещества, в частности, аммиак (NH 3), нитраты (ХNO 3) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты.

Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды – фототрофами.

Хлорофилл фотосинтезирующих эубактерий – зеленых и пурпурных серных бактерий – представлен бактериохлорофиллами. У пурпурных бактерий хлорофилл замаскирован пурпурно-красным или коричневым пигментом. Для этих микроорганизмов характерен аноксигенный фотосинтез, не сопровождающийся выделением молекулярного кислорода – световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например, сероводорода (H 2 S). В результате также образуется водород, восстанавливающий углекислый газ до органических соединений, но кислород не выделяется, а образуется либо сера, либо серная кислота.

Если для эубактерий основной источник энергии – окисление химических веществ, они называются хемоавтотрофами. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, а углерод – из СO 2 . Например, водородные бактерии получают энергию при окислении водорода до воды, железобактерии – при окислении соединений железа Fe 2+ до Fe 3+ , серобактерии – при окислении серы S 2– и S 4+ до S 0 и S 6+ , нитрифицирующие бактерии – при окислении аммиака до азотистой кислоты или азотистой кислоты до азотной. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они “питаются” горными породами.

В настоящее время не существует общепринятой классификации эубактерий. Как правило, эубактерий разделяют на 22 типа, которые в зависимости от строения клеточной стенки эубактерии объединяют в три 3 группы:

1) бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные;

2) бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные;

3) бактерии без клеточной стенки (класс Mollicutes – микоплазмы).

В стенках грамположительных бактерий очень высокое содержание гликопептидов (95 % от суммы веществ стенки). В стенках грамотрицательных бактерий лишь 5 % гликопептидов. У грамположительных бактерий клеточная стенка толстая, многослойная, у грамотрицательных – однослойная.

Среди тонкостенных грамотрицательных эубактерий различают сферические формы, или кокки (гонококки, менингококки, вейлонеллы); извитые формы – спирохеты и спириллы; палочковидные формы, включая риккетсии.

К толстостенным грамположительным эубактериям относят кокки (стафилококки, стрептококки, пневмококки); палочковидные формы, а также актиномицеты (ветвящиеся, нитевидные бактерии), коринебактерии (булавовидные бактерии), микобактерии и бифидобактерии.

Царство цианеи (синезеленые водоросли, Cyanobionta ) . Известно 150 родов цианей,объединяющих около 2 000 видов. Для цианей характерна сине-зеленая окраска, но встречается розовая и почти черная, что связано с наличием фотосинтезирующих пигментов: основного –хлорофилла а – и дополнительных фикобилинов (голубого – фикоцианина и красного –фикоэритрина). Для всех цианобактерий характерно автотрофное фотосинтетическое питание. В отличие от фотосинтезирующих эубактерий, у цианей при фотосинтезе происходит выделение молекулярного кислорода. Центральная часть цитоплазмы цианей содержит ядерное вещество, рибосомы, запасные вещества и газовые вакуоли. Вдоль оболочки клетки концентрическими слоями располагаются пластинки, содержащие хлорофилл и другие пигменты. Жгутики отсутствуют. Среди цианей имеются одноклеточные, колониальные и многоклеточные (нитчатые) организмы, обычно микроскопические, реже образующие шарики, корочки и кустики размером до 10 см.

Цианеи входят в состав планктона и бентоса пресных вод и морей, живут на поверхности почвы, в горячих источниках с температурой воды до 80°С, на снегу – в полярных областях и в горах; ряд видов обитает в известковом субстрате (“сверлящие водоросли”), некоторые являются симбионтами лишайников, простейших животных и наземных растений. Именно с интенсивнымразмножением цианей связано “цветение” воды в водоемах, которое может приводить к гибели рыб. Ряд видов цианей (носток, спирулина и др.) используют в пищу и в лечебных целях. Некоторые цианеи усваивают молекулярный азот, обогащая им почву.

Цианеи являются эволюционно древней формой, известной с докембрия. С их жизнедеятельностью связывают формирование строматолитов – слоистых каменных структур, возникших около 3,5 млрд лет назад. Строматолиты могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. Подобные структуры образуются и сейчас у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они редки и не достигают крупных размеров, так как ими питаются многочисленные животные, например. моллюски.

В настоящее время считается, что на древней Земле одновременно эволюционировали три различные ветви прокариот, характеризовавшиеся разным строением и различными способами получения энергии: архебактерии, эубактерии и уркариоты – предки эукариот. Отдельные представители различных групп эубактерий затем проникли в клетки уркариот и стали их симбионтами, превратившись в митохондрии и хлоропласты. Так на земле появились первые ядерные клетки – эукариоты. Это произошло примерно 1,4 млрд лет назад.

Надцарство ядерных организмов (eucaryota). Эукариоты – организмы, представленные клетками с настоящим ядром, окруженным ядерной мембраной. Генетическийматериал ядра заключен в хромосомах, в которых ДНК связана с белками и с РНК. В клеткахэукариот имеются многочисленные органоиды – центриоли, пластиды, митохондрии и хорошо развитая эндоплазматическая мембранная система. Жгутики или реснички, когда они имеются, обычно сложного строения. Деление клеток, в отличие от прокариот, у них происходит путем митоза. У эукариот есть типичный половой процесс с чередованием редукционного деления диплоидных ядер, происходящего в процессе мейоза, и слиянием гаплоидных ядер клеток. У многоклеточных эукариот этот процесс лежит в основе полового размножения. В отличие от прокариот, эукариоты не могут фиксировать атмосферный азот. Как правило, эукариоты являются аэробами. В надцарство эукариот входят 3 царства: животные (Animalia), грибы (Mycetalia) и растения (Vegetabilia).

Подцарство низших растений (Thallobionta). В это подцарство входят только водоросли, как одноклеточные, так и многоклеточные – растения, не имеющие эпидермы, устьиц и проводящего цилиндра. Органы полового и бесполого размножения одноклеточные или отсутствуют. Оплодотворенная яйцеклетка – зигота – обычно не превращается в типичный многоклеточный зародыш. Одноклеточные водоросли образуют фитопланктон, многоклеточные – либо взвешены в воде, либо прикреплены к субстрату.

В разных системах водоросли подразделяются на отделы – от одного (Phycophyta) до девяти. Чаще всего выделяются семь отделов: криптофитовые водоросли (Cryptophyta), эвгленовые водоросли (Euglenophyta), пиррофитовые водоросли (Pyrrophyta), золотистые водоросли (Chrysopnyta), бурые водоросли (Pnaeophyta), зеленые водоросли (Chiorophyta) и красные водоросли (Rhodophyta).

Подцарство высших растений (Embryobionta, или Telomobionta). Сюда относят только многоклеточные растения, наземные или вторичноводные. Органы полового и бесполого размножения многоклеточные. Зигота превращается в типичный многоклеточный зародыш. Растения с эпидермой, устьицами и – большая часть – с проводящим цилиндром. Прикрепленные организмы с сильно расчлененным телом, что обусловлено способом питания. Включает восемь отделов: риниевидные, или псилофиты (Rhyniophyta), моховидные (Вгуорhyta), плауновидные (Lycopodiophyta), псилотовидные (Psilotophyta), хвощевидные (Equisetophyta), папоротниковидные (Polypodiophyta), голосеменные (Pinophyta, или Gymnospermae) и цветковые, или покрытосеменные (Magnoliophyta, или Angiospermae).

Существование мира животных, включая человека, было бы невозможно без растений, чем и определяется их особая роль в жизни нашей планеты. Растения, синтезирующие в ходе фотосинтеза органические вещества, составляют основное звено в сложной цепи питания всех гетеротрофных организмов, включая человека. Именно деятельностью растений была создана и поддерживается атмосфера, содержащая кислород. Наземные растения образуют степи, луга, леса и другие растительные группировки, создавая ландшафтное разнообразие Земли. При непосредственном участии растений образуется почва.

Царство животных (Animalia) . Известно около 1,5 млн ныне существующих видов животных, по мнению некоторых ученых – 15–20 млн видов. Плотная клеточная стенка и пластиды в клетках животных, в отличие от растений, отсутствуют. Запасные углеводы откладываются в форме гликогена. Все животные – гетеротрофные организмы, то естьпитаются готовыми органическими соединениями и не способны ассимилировать неорганические вещества. Питание преимущественно голозойное, с заглатыванием пищи, но у некоторых представителей оно абсорбтивное, посредством всасывания веществ через поверхность тела. Животные – активно подвижные организмы, иногда прикрепленные. В царстве животных выделяют подцарство простейших и подцарство многоклеточных.

Подцарство многоклеточных животных (Metazoobionta , или Metazoa). Составляющие тело многоклеточных животных клетки качественно (морфологически и физиологически) дифференцированы и образуют различные ткани и органы. По мере развития органического мира строение и функции животных все более усложнялись – возникли двигательная, пищеварительная, выделительная и половая, дыхательная, кровеносная системы, а также нервная система и органы чувств. Появились приспособления, обеспечивающие биохимическое постоянство внутренней среды, развились специальные сложные формы поведения.

Обычно выделяют около 16 типов многоклеточных животных. Наиболее общепринятой является следующая классификация: губки (Porifera, или Spongia), кишечнополостные (Coelenterata, или Cnidaria), гребневики (Ctenophora), плоские черви (Platyhelminthes), немертины (Nemertinea), первичнополостные черви (Aschelminthes, или Nemathelminthes), кольчатые черви (Апnelida), членистоногие (Arthropoda), онихофоры (Onychophora), моллюски (Mollusca), щупальцевые (Lophophorata, или Tentaculata), иглокожие (Echinodermata), погонофоры (Pogonophora), щетинкочелюстные (Chaetognatha), полухордовые (Hemichordata) и хордовые (Chordata), к которым относят подтип позвоночные (Vertebrata).

Большинство типов животных встречается преимущественно в морях. Тип членистоногие по числу известных видов превосходит все другие типы – он включает свыше 1 млн видов. Внутри этого типа наиболее многочисленным является класс насекомые.

Царство грибов (Mycetalia, Fungi , или Mycota) . В настоящее время известно свыше 100 тыс. видов грибов. Клетки грибов с плотной клеточной стенкой, как правило, хитиновой. Запасные углеводы представлены, главным образом, в форме гликогена. Грибы, как и животные, – гетеротрофные организмы; питание абсорбтивное, редко голозойное. Они обычно поселяются на растениях, животных или их остатках. Для своего развития грибы нуждаются в свободном кислороде, все они относятся к числу аэробных организмов, но некоторые, в частности, дрожжи, могут довольствоваться малым количеством кислорода. Многие вызывают различные виды брожения: спиртовое, лимоннокислое и др. Оптимальный рост у большинства грибов наблюдается при температуре 20–25°C, у некоторых он может осуществляться при температуре в пределах от 2 до 40°C. Грибы размножаются гаплоидными спорами, при прорастании которых происходит мейоз. Обычно являются прикрепленными организмами, подобно растениям.

К грибам относятся слизевики, плесени, наблюдаемые на разлагающихся растениях и почве, дрожжи, используемые в производстве пищевых продуктов, шляпочные грибы, среди которых много как съедобных, так и ядовитых видов. Грибы являются возбудителями многих болезней сельскохозяйственных культур (головни, ржавчины), животных и человека (парша, стригущий лишай – трихофития, кандидамикоз, гистоплазмоз, микроспориоз).

Подразделяются на 2 подцарства, общее происхождение которых не доказано и у многих микологов вызывает сомнение.

Подцарство миксомицетов (низшие, слизистые грибы – Myxobionta). Вегетативная фаза состоит из плазмодия (многоядерной подвижной протоплазматической массы, лишенной клеточных стенок) или псевдоплазмодия (агрегата голых одноядерных амебоидных клеток, сохраняющих свою индивидуальность). Питание как голозойное, так и абсорбтивное. Жгутиконосные клетки, когда они имеются, обычно несут два неодинаковых жгутика.

Подцарство настоящих грибов (высшие грибы – Mycobionta). Вегетативная фаза у высших грибов состоит из нитей (гиф), образующих мицелий (грибницу), или клеток с ясно выраженной клеточной стенкой. Питание только абсорбтивное. Жгутиконосные клетки, когда они имеются, с одним или двумя жгутиками. Включает отделы: мастигомицеты, или зооспоровые грибы (Mastigomycota), зигомицеты (Zygomycota), аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota), а также искусственный отдел несовершенные грибы (Deuteromycota).

Большинство микологов склоняется к происхождению высших грибов от миксомицетов, а через них – от простейших. Близость грибов к животным подтверждается и данными биохимии: они обнаруживают сходство по многим путям азотного обмена, первичной структуре транспортных РНК и т. д.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра …

Контрольная работа.

Многообразие видов на Земле. Функции живого вещества планеты.

выполнила:

студентка …-го курса

… факультета

проверил:

САМАРА 2004

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ .

1. ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ .

В 1916-м году, когда отечественный ученый В. И. Вернадский ввел в науку представление о «живом веществе» , это совершенно изменило господствующее до того времени научное мировоззрение. Именно с этого момента начинается пересмотр основных положений современной науки о Земле и целого ряда прилегающих к ней частных естественнонаучных дисциплин.

Прежде принято было считать, что все живое произошло просто путем постепенного усложнения инертной материи Земли. Однако Вернадский признает подобные мнения несостоятельными и на новом витке естествознания возвращается к теории Ж. Л. Бюффона , в соответствии с которой вся вселенная пронизана вечными и неуничтожимыми органическими частицами, а количество жизни на Земле постоянно. Из этих предпосылок следовало, что именно живое состояние материи является ее главным и основным состоянием. В заметках, которые были написаны в период с 1917-го по 1921 годы, и вышли через 60 лет в виде книги «Живое вещество», Вернадский так определяет это сове новое понятие:

«Я буду называть живым веществом совокупность организмов,

участвующих в геохимических процессах. Организмы, составляющие совокупность, будут являться элементами живого вещества. Мы будем при этом обращать внимание не на все свойства живого вещества, а только на те, которые связаны с его массой (весом), химическим составом и энергией. В таком употреблении «живое вещество» является новым понятием в науке. Я сознательно не пользуюсь новым термином, а употребляю старый, придавая ему не совсем обычное, строго определенное содержание».

По теории Вернадского, не только горные породы и ископаемые, но и атмосфера Земли в целом является результатом жизнедеятельности бактерий, растений и животных. Связь между геологическими структурами и органической жизнью, как правило, не доступна прямому наблюдению, не наглядна и завуалирована. Это связано с тем, что такого рода процессы характеризуются чрезвычайно длительными периодами времени. Тем не менее, такая связь существует, и при достаточной настойчивости исследователя всегда удается отыскать первопричину – чаще всего этот процесс в своем ядре содержит химическое воздействие одного или нескольких организмов на протяжении большого времени.

Возможны три принципиально различных ответа на вопрос о происхождении жизни и, соответственно, о функциях живого вещества.

Первый в конечном счете сводится к постулату о вечности жизни и, следовательно, о ее космическом происхождении. Второй так или иначе основывается на предпосылке о сугубо земном происхождении жизни и, соответственно, всего многообразия видов живого, которое мы можем наблюдать на нынешнем этапе эволюции.

Однако, и в том, и в другом случае, оба возможных варианта ответа на вопрос о происхождении жизни являются не более чем гипотезами. А поэтому, для того, чтобы приблизиться к истине, ученым было необходимо оставить эти слишком абстрактные и умозрительные ответы в стороне и основываться на бесспорных, непротиворечивых тезисах. Данные тезисы должны вытекать из многократно доказанных фактов, которые в силу этого обстоятельства уже не подлежат сомнению.

В своем труде «Биосфера» В.И. Вернадский выдвигает шесть таких основополагающих обобщений.

1) В условиях Земли еще никогда не наблюдался факт зарождения живого из неживого.

Данный тезис ярко демонстрирует отличие эмпирического обобщения не только от гипотезы, но и от любого чисто теоретического постулата. В нем не утверждается, что зарождение живого от неживого в принципе невозможно, но утверждается только, что что в пределах наших наблюдений таких фактов нет.

2) В геологической истории нет эпох отсутствия жизни

3) Современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмом

4) В современную геологическую эпоху живое вещество так же влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи

5) Существует постоянное количество атомов, захваченных в данный момент живым веществом

6) Энергия живого вещества есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца

1. ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.

Два самых распространенных варианта ответа на вопрос о характере происхождения жизни распадаются на три разных решения этой проблемы.

1) Жизнь зародилась на Земле при космических стадиях ее истории в таких уникальных условиях, которые в позднейшие геологические эпохи уже больше не повторялись.

2) Жизнь извечна, то есть она существовала на Земле и в космические эпохи ее прошлого.

3) Жизнь, извечная во вселенной, явилась новой на Земле. Другими словами, в этой концепции утверждается, что зародыши жизни заносились на Землю извне постоянно. Но укрепились они на нашей планете только тогда, когда на Земле сложились благоприятные для этого условия.

В. И. Вернадский и целый ряд его последователей, влиятельных современных ученых, принимают третий вариант, то есть гипотезу о космическом переносе латентных форм жизни, так как, согласно Вернадскому, «жизнь есть явление космическое, а не специально земное» . Именно эта теория породила представление о едином живом веществе, обладающем внеземной природой. Важным моментом в этой теорииоказывается привнесение на Землю живого вещества из глубин космоса. Но этот источник был привнесен не в молекулярном плане (то есть не в виде совокупности живых молекул), а в форме постоянно действующих во вселенной биологических полей. Функционирование этих полей таково, что живые молекулы формируются везде, где имеются для этого необходимые условия. В последнее время появились доказательства реального существования этого всепроникающего биологического поля.

Целый ряд известных научных опытов и открытий время от времени подтверждают гипотезу об изначальности и вечности живого вещества.

Некоторое время назад палеонтологи обнаружили структуры явного геологического облика из пород, возраст которых ориентировочно равен 3,8 миллиарда лет. Причем нет никаких оснований думать, что в данном случае обнаружен самый начальный этап жизни. Никто не может поручиться, что с развитием палеонтологических методов не найдутся еще более древние следы жизни. Родственным этому открытию является другое, уже из биогеохимической области: о постоянстве соотношения двух изотопов углерода в земной коре. Это открытие означает, что на протяжении всей геологической истории живое вещество контролирует земной цикл углерода, так как один из углеродов – биогенный.

В другом опыте ученые взялиживые клетки крови и в виде раствора добавили к ним антитела. Как и ожидалось, в результате происходил процесс дегранулирования (деструктурации) живых клеток, и они погибали. Затем эти тела начинали разбавлять водой и вновь добавляли к клеткам крови. В результате клетки вновь распадались. Но сенсационность этого опыта заключалась в том, что предел, после которого антитела перестают действовать (так как их концентрация становится ничтожно малой) так и не был найден. Исследователи посредством огромного числа опытов довели растворение до невероятной концентрации, которая значительно превышает количество элементарных частиц во всей вселенной. Но даже и в такой концентрации сыворотки продолжали действовать.

Это казалось тем более невероятным, что в растворе заведомо не могло существовать ни одной молекулы активного вещества, и тем не менее дегрануляция продолжалась. Перед учеными встал вопрос: каким образом переносится информация в данном случае, если уже отсутствуют даже следы материального носителя этой информации? В результате этого опыта было установлено, что биологическая информация может передаваться не только при помощи молекул, но и каким-то принципиально другим путем. Этот неучтенный агент является переносчиком биологического поля.

Но, пожалуй, главное обстоятельство, свидетельствующее в пользу тезиса о вечности живого вещества и невыводимости его из вещества неживого, связано со следующими его функциями.

Живое вещество существует только в образе биосферы большого тела, отдельные части которого выполняют взаимоподдерживающие и взаимодополняющие функции, как бы оказывающие друг другу услуги по поддержанию жизни. Если есть организмы, накапливающие некоторые вещества, то логично предположить, что должны также существовать и организмы с противоположной биогеохимической функцией, для поддержания равновесия. Эти организмы второго вида разлагают данное вещество до простых минеральных составляющих, снова затем пускаемых в оборот.

Далее, если есть окисляющие бактерии, значит, должны быть – и они всегда есть – восстанавливающие бактерии. Один или несколько организмов сколько-нибудь долго продержаться на Земле не смогут. Можно привести интересный и показательный пример, подтверждающий взаимодополняющие функции живого вещества. Когда создавались первые космические корабли для длительных полетов, то конструкторы этих кораблей первыми ощутили необходимость ввести системы, выполняющие самоподдержание жизни на борту: как бы «почки», «легкие», и т.п. для корабля. Тем самым они выполняли функции, аналогичные функциям живого вещества в природе.

В большом космическом корабле по имени Земля если что и неизменно, то это функции жизни. И недаром Вернадский, назвав поначалу биосферу «механизмом», в дельнейшем отказался от этого слова, заменив его на более адекватное – организм. Вернадский считал константным количество атомов, захваченный в жизненный круговорот. Точнее, количество атомов считалось колеблющимся около какой-то средней величины. Именно на этом основании современные ученые, взявшие на вооружение гипотезу о вечности и космическом происхождении жизни, опровергают расхожие представления о том, что в невообразимо далекие времена жизнь была хилой и слабой, ютящейся разве что в каких-то отдельных оазисах.

Далее, учеными были сделаны расчеты скорости захвата организмами пространства: применительно к бактериям она оказалась сравнима со скоростью звука в воздушной среде. Известно также, что они способны нарастить массу, равную по весу земному шару, в течение нескольких суток. И даже слон, наиболее медленно размножающийся из всех животных, способен сделать это за 1300 лет, то есть, с геологической точки зрения, практически мгновенно.

Хрестоматийные и расхожие представления, почерпнутые из школьных учебников, основаны на мысли о «начале» и о постепенной эволюции жизни, о ее развитии от более простых и примитивных форм, по восходящей, ко все более и более сложным. Но в эволюции, когда ее представляют таким образом, упускаются некоторые существенные моменты, например: неизменность целого ряда организмов на протяжении всей истории биосферы. К таким упорно не желающим эволюционировать организмам относятся, так называемые прокариоты, или дробянки. В отличие от всего остального живого мира, в их клетках нет ядра.

Несмотря на такую примитивность, а, может быть, именно благодаря ей, прокариоты оказываются настолько вездесущи, что «встроены» почти в каждую химическую реакцию, происходящую на поверхности, в так называемой коре выветривания, в недрах, в горячих источниках, а также в воде и вулканических выбросах. На каком-нибудь участке реакции помещается живое вещество, превращая тем самым геохимическую картину в биогеохимическую, порождая необратимость этих реакций и приводя их к какому-нибудь результату. А поскольку скорость деления этих прокариотов огромна, то и плоды их биогеохимической работы ошеломляющи. Например, это можно сказать о запасах руд Курской магнитной аномалии или Чиатурского марганцевого бассейна. Везде, где наблюдается повышенное содержание какого-либо химического элемента по сравнению со средним его содержанием в земной коре, то в качестве причины этого, как правило, нужно искать живое вещество. Чаще всего это прокариот или, как его по-другому называют, литотрофные бактерии.

Открыл их выдающийся русский микробиолог С.Н. Виноградский . Он исследовал серные бактерии, которые имели аномальное количество серы в своих клетках. Оставался нерешенным вопрос, для чего этим существам такое количество серы. Виноградский предположил, что сера для бактерий – питательный субстрат, такой же, как белок для других организмов.

Это предположение полностью противоречило всему опыту биологии. Считалось, что неорганические, минеральные вещества – это структурный, опорный либо сопутствующий компонент клеток, но никак не энергетический. Так были открыты литотрофы, или так называемые «камнееды», обладающие вторым основным способом питания – минеральным (хемосинтетическим) в отличие от фотосинтетического. Переводя минеральные соединения из одной формы в другую, они извлекают при этом энергию, и потому им не требуется ни солнечная энергия, как растениям, ни другое органическое вещество, как животным.

В результате дальнейших исследований оказалось, что число литотрофов непрерывно растет: то, что казалось редким капризом природы, превратилось в огромный отряд. Кроме того, выяснилось, что по своим морфологическим особенностям и по своей экологии они настолько не похожи на остальной живой мир, что образовали собой некое совершенно отдельное надцарство живой природы. Между ним и остальным (эвкариотическим) живым миром такая же бездонная пропасть без всяких переходов и промежуточных ступеней, как и между живой и неживой материей.

И, наконец, в-третьих, прокариоты – весьма самостоятельные организмы. Их отряды способны выполнять все функции в биосфере. А значит, в принципе возможна биосфера с таким строением, которая состояла бы только из одних прокариотов. Вполне возможно, что такова она и была в прошлых, былых сферах. И тогда все динозавры и крокодилы, все мхи и лишайники, все рыбы и животные, все грибы и водоросли, травы и деревья - все это только надстройка, цветы на «подкладочной», первой биосфере.

Сами литотрофы и синезеленые водоросли, тоже относящиеся к надцарству прокариотов, - это . На геохронологической шкале, где отряды и виды вымерших и ныне существующих организмов изображены в виде капель, более или менее вытянутых, то есть появляющихся и исчезающих, эти организмы представлены в виде сплошной ровной ленты, которая тянется из архейского периода вплоть до наших дней. Их точная штамповка без изменений в течение всей бездны времени существования биосферы – настоящая загадка для сторонников теории всеобщей эволюции.

«Прокариоты символизируют собой некий особый тип эволюции, где

организм нельзя рассматривать отдельно от его среды: ведь не меняясь

сами, они изменяют природную среду своей жизнедеятельностью. Возможно,

что такой же характер носит и эволюция самого человека; морфологически

он все тот же, а впереди себя катит все увеличивающийся вал цивилизации.

Лик Земли изменен им решительно и бесповоротно. Подобный тип эволюции

надо было бы назвать как-нибудь особенно: например, «необратимая неизменность». Существование «прокариотической биосферы» доказывает прежде всего…

ее вечность. Геология и палеонтология вкупе с другими дисциплинами,

особенно с приставкой «палео», - географией, климатологией и экологией

на наших глазах подтверждает тезис о вечности и космичности жизни,

о всегдашней оживленности планеты.»

Что касается изощренных опытов по выращиванию «жизни в пробирке», то все они окончились ничем. И если раньше у ученых еще теплилась надежда смоделировать некие первоначальные условия, которые могли бы привести к возникновению простейших организмов, то после открытия материального носителя наследственности из-под них была выбита всякая почва. Между лабораторным органическим веществом и генетическими структурами, на основе которых строится все живое, - не заполняемая ничем пропасть .

Таким образом, именно биогенез современная наука считает основным свойством живого и вместе с тем величайшей тайной природы, ее неразрешимой загадкой, неподвластной человеческому разуму. К другим версиям происхождения жизни автор концепции живого вещества Вернадский относился отрицательно, справедливо подчеркивая, что накопившийся в естествознании огромный фактический материал с несомненностью доказывает происхождение всех современных живых организмов путем биогенеза.

Признавая биогенез, согласно научному наблюдению, за единственную форму зарождения живого, неизбежно приходится допустить, что начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала у самого этого космоса. Жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и передавалась она всегда биогенезом. То, что верно для десятков и сотен миллионов лет, протекших от архейской эры до наших дней, верно и для всего бесчисленного хода времени космических периодов истории Земли, а значит, справедливо и применительно ко всей вселенной.

В результате наука приходит к выводу, что в безначальном космосе такими же вечными являются четыре его основных компонента: материя, энергия, эфир и жизнь.

С самого начала своего возникновения земная биосфера представляла собой область земной коры, в которой энергия космических излучений трансформировалась в такие виды земной энергии, как электрическая, химическая, механическая и тепловая. Благодаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты, и ее значение в планетарном механизме совершенно исключительное. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли.

Автоматическое регулирование живого вещества биосферы, обусловленное единством порядка и хаоса, объясняет и происхождение жизни, поскольку существование хаоса и регулярного, циклического движения играет огромную роль в образовании разнообразных биологических структур . Ведь хаотическое поведение является типичным свойством многих систем (как природных, так и технических). Оно зафиксировано в периодически повторяющихся стимуляциях клеток сердца, в химических реакциях, при возникновении турбулентности в жидкостях и газах, в электрических цепях и других нелинейныхдинамических системах, оно проявляется в диссипативных структурах , как их назвал другой крупный ученый Илья Пригожин.

Такие диссипативные структуры обладают следующими признаками, без которых невозможна самоорганизация системы: они открытые, нелинейные и необратимые. В процессе возникновения земной жизни основную роль сыграли самоорганизующиеся системы . Результат их специфического отбора на пути длительной эволюции и есть жизнь . Следовательно, природа «изобрела» не только принцип программного регулирования по разомкнутому циклу, но и принцип автоматического управления в замкнутом цикле с обратной связью в живых системах.

Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают всю биосферу, проникают все в ней.

В этом потоке самых разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое обусловливает существенные черты функционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу. В. И. Вернадский пишет об этом следующее:

«Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена

биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений;

она составляет планетный механизм, превращающий их в новые

разнообразные формы свободной живой энергии, которая в корне

меняет историю и судьбу нашей планеты» .

Если инфракрасные и ультрафиолетовые лучи Солнца косвенно влияют на химические процессы биосферы, то химическая энергия в ее действенной форме получается из энергии солнечных лучей при помощи живого вещества – совокупности живых организмов, которые выступают в качестве преобразователей энергии. Это значит, что земная жизнь отнюдь не является чем-то случайным, она входит в космопланетарный механизм биосферы.

Данные, которыми располагает современная наука, свидетельствуют, что живое вещество только в том случае прогрессивно развивается, если оно своей жизнедеятельностью увеличивает упорядоченность среды своего обитания . Это основной и чрезвычайно важный признак живого вещества.

Для разумной формы живого вещества эти законы имеют особое, решающее значение. Земная разумная форма жизни – человечество – выполняет их, обеспечивая два вектора своего бессмертия: биологическое продолжение рода (общее свойство всего живого вещества) и духовно-культурное, в конечном счете космическое бессмертие (творческий вклад в создание ноосферы) .

Именно творческая активность как чисто человеческое свойство разумной жизни для каждого человеческого существа является основой и гарантией его индивидуального, личностного развития и продолжительной активной жизни. В целом это выражается в прогрессе человеческих популяций, всего человечества, в развитии его психофизиологического, биологического, глобального здоровья.

Понять сущность жизни, живого планетарного вещества, его разумной формы – человека, рассматривая только изолированное пространство Земли, видимо, не удастся. Земная жизнь неотрывна от космических процессов, включена во всеединство мирового целого (универсума). Пути прогресса человечества, так же как сопровождающие его жизнь противоречия, напряженность, катастрофы, могут быть постигнуты и подвергнуты регулированию только на основе широкого понимания антропокосмического характера социально-природной эволюции человека и его перспектив.

Таким образом, выдвигая гипотезу о космических масштабах распространения живого вещества во вселенной, ученые исходят из того, что принципы бесконечности, неисчерпаемости материи справедливы в отношении включенности жизни (в том числе и ее разумной формы) во всеединство универсума.

2. МНОГООБРАЗИЕ ВИДОВ НА ЗЕМЛЕ.

Живое вещество, если рассматривать его в целом, представляет собой некую единую и гомогенную субстанцию жизни вообще, это жизнь как таковая. Однако в окружающей нас природе живое вещество представляет собой сложное и дифференцированное образование, оно состоит из самых разнообразных видов, которые в свою очередь дробятся на многочисленные подвиды, состоящие из отдельных живых существ.

При этом можно констатировать не только целесообразность строения каждого отдельного существа, но и тот порядок, который существует во всей живой природе в целом. Единство и многообразие видов живого не исключают друг друга, - наоборот, как показывают различные естественнонаучные исследования, друг друга предполагают.

Многообразие органического мира не ограничивается числом различных видов. Виды, в свою очередь, состоят из молодых и взрослых индивидуумов, многие – из самцов и самок, у некоторых общественных насекомых имеются матки, трутни, «рабочие» и «солдаты», и, наконец, у большинства видов есть разновидности, географические расы и экологические формы. Для них характерны определенные строения и образ жизни.

И все же, при всем своем разнообразии органический мир – не что-то разрозненное и хаотичное. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство , выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гармональных систем и т.д.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции.

Вместе с тем имеются и специфические особенности и отличия между видами уже на уровне самого биохимизма. Этими особенностями животное отличается от растения, бактерии от вирусов, а порой даже одна разновидность от другой.

Существует также и определенное единство строения животных, растений и микроорганизмов. Главным образом это единство прослеживается на клеточном уровне, поскольку клетка является основой структуры всех организмов. Ученые так же выявили и описали некоторые общие законы, по которым живут и развиваются все без исключения виды животных и растений. Таков, например, закон единства живого тела и среды его обитания, закон естественного отбора, закон взаимосвязи индивидуального и исторического развития организмов и т.д.

С другой же стороны, поскольку органический мир дискретен, то есть состоит из отдельно существующих частей, то каждая такая часть в определенном смысле уже является целым. Обладая известной автономией, части входят в состав более крупных структурных единиц, образуя разные ступени организации живого вещества – от клетки до органического мира в целом.

Но и автономность организмов (особей, индивидуумов) тоже относительна, они существуют только как составные части популяций. Популяции представляют собой совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определенные территории – биотопы. Совокупность таких территориальных популяций составляет вид, распространенный на определенной части земной поверхности, к условиям которой он приспособился.

«Объединение разнородных индивидуумов в популяции, а различных

популяций в виды создает много преимуществ в борьбе за существование

и обеспечивает более активные отношения вида со средой, поскольку

здесь возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических

рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом

среды и имеют важное значение для успеха его борьбы с другими видами» .

Биоценозы отдельных биотопов и природных зон на основе общего круговорота веществ объединяются в единую систему – органический мир. Все части единого органического мира отличаются не только степенью самостоятельности и автономности, но и тем, что по мере их развития, на каждой ступени возникают качественно новые, вес более сложные проявления жизни, при этом углубляется и расширяется взаимодействие живого с неорганической средой.

Единство многообразной и сложно организованной живой природы выражается во взаимосвязях и взаимодействии качественно различных видов животных, растений и микроорганизмов. Эти взаимоотношения и служат основой возникновения и развития сообществ, состоящих из разных видов.

Такова, в целом, структура органического мира, покоящаяся на основном свойстве живой материи – обмене веществ и энергии со средой.

Отношения животных, растений и микроорганизмов, развивающиеся на базе биологического круговорота веществ, имеют столь же длительную историю, как и эволюция этих групп. Они регулируются возникшими в ходе эволюции взаимными приспособлениями. Именно этим объясняется известный порядок и слаженность в биоценозах. Но эти отношения и противоречивы. Отдельные виды животных, растений, или микроорганизмов связаны друг с другом пищевыми, пространственными и другими отношениями. Во многих случаях они не могут существовать друг без друга, но в то же время каждый вид обладает определенной самостоятельностью.

Автономность вида как части целостного органического мира заключается в возможности множества путей его приспособления к окружающей его среде. Какой из этих способов приспособления реально осуществится - это будет зависеть от конкретного сочетания обстоятельств. Кроме того, виды возникли в разных местах и в разное время, и, следовательно, имеют неодинаковую историю и способность существовать в тех или иных условиях. В биоцеенозах виды различного происхождения, в разное время вошедшие в состав данного сообщества, обычно составляют значительную долю. Поэтому неодинакова и степень их взаимной приспособленности, а сами приспособления относительны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Вопрос о функциях живого вещества и о многообразии видов тесно связан с проблемой происхождения жизни .

Современная наука утверждает, что о жизни на нашей планете бессмысленно говорить в терминах генезиса, ведь это предполагало бы существование некоего «начала», то есть такой точки эволюции, до которой жизни на Земле еще не существовало бы. В этом случае оставалось бы только постулировать гипотезу о постепенном зарождении живого из неживой материи. Современная же наука отрицает такую возможность и выдвигает гипотезу о внеземном происхождении жизни и о ее изначальном характере.

Живое вещество – это явление космического масштаба, а не «специально земное», по выражению В. И. Вернадского. В концепции Вернадского утверждается, что зародыши жизни заносились на Землю извне постоянно, но укрепились они на нашей планете только тогда, когда на Земле сложились благоприятные для этого условия.

Можно выделить ряд основных функций, свойств и законов , по которым развивается живое вещество.

Его главная функция - самоподдержание жизни. О ней свидетельствует множество научных опытов и экспериментов, в результате которых ученые пришли к выводу о неизменности целого ряда организмов на протяжении всей истории биосферы. К ним относятся прежде всего так называемыелитотрофные бактерии, обнаруженные в результате опытов С. Н. Виноградского. Эти бактерии представляют собой в буквальном смысле бессмертное, неуничтожимое и неэволюционирующее вещество .

Кроме того, отдельные части живого вещества способны как бы оказывать друг другу услуги по поддержанию жизни. Если есть организмы, накапливающие некоторые вещества, то логично предположить, что в природе должны также существовать и организмы с противоположной биогеохимической функцией, для поддержания равновесия . Эти организмы второго вида разлагают данное вещество до простых минеральных составляющих, снова затем пускаемых в оборот. Так осуществляется замкнутый цикл круговорота живого вещества. Это возможно благодаря взаимодополняющим и взаимоподдерживающим функциям отдельных частей живого вещества.

Основное свойство жизни, таким образом, - биогенез, то есть способность порождать самоорганизующиеся и саморазвивающиеся системы. Общее свойство живого вещества - биологическое продолжение рода, а его частный случай - духовно-культурное, в конечном счете космическое бессмертие (творческий вклад человека в создание ноосферы). Жизнь в целом – это результат специфического отбора на пути длительной эволюции.

Другой аспект понятия живого вещества – отношения организма с окружающей его средой. Организм (и – шире – материя вообще) существует только за счет обмена веществами и энергией со средой своего обитания . Это означает, что живое вещество прогрессивно развивается только в том случае, если своей жизнедеятельностью оно увеличивает упорядоченность среды своего обитания.

На нашей планете оно существует в четырех основных формах: в виде материи, энергии, эфира и жизни .

Кроме того, наука выделяет несколько общих законов развития и функционирования любого организма: закон единства живого тела и среды его обитания , закон естественного отбора , закон взаимосвязи индивидуального и исторического развития организмов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1) В. И. Вернадский. Возраст Земли // Владимир Иванович Вернадский: Материалы к биографии. Т. 15. – М.; 1988; сс. 318 - 326

2) Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. С.И. Самыгина . – Ростов на Дону; 1999.

3) Г. П. Аксенов . Живое вещество: между вечностью и временем. // Владимир Иванович Вернадский: Материалы к биографии. Т. 15. – М.; 1988; сс. 202 - 221

4) С. Г. Семенова. Активно-эволюционная мысль Вернадского // Владимир Иванович Вернадский: Материалы к биографии. Т. 15. – М.; 1988; сс. 221 - 249

Г. П. Аксенов. Живое вещество: между вечностью и временем. // Владимир Иванович Вернадский: Материалы к биографии. Т. 15. – М., 1988, с. 211

Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. С.И. Самыгина. – Ростов на Дону; 1999. с. 532

Г. П. Аксенов. Живое вещество: между вечностью и временем. // Владимир Иванович Вернадский: Материалы к биографии. Т. 15. – М., 1988, с. 215

Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. С.И. Самыгина. – Ростов на Дону; 1999. с. 534

Концепции современного естествознания. Учебное пособие под ред. С.И. Самыгина. – Ростов на Дону; 1999. с. 382

На уроке мы узнаем, что такое биосфера, из чего она состоит, рассмотрим многообразие форм живых организмов, населяющих нашу планету, ведь на всей ее поверхности практически нет мест, где бы не встречалась жизнь.

Био-сфе-ра вклю-ча-ет в себя ниж-нюю часть ат-мо-сфе-ры, всю гид-ро-сфе-ру и по-верх-ност-ные слои ли-то-сфе-ры, почву, ко-то-рая и об-ра-зо-ва-лась в ре-зуль-та-те про-цес-сов вы-вет-ри-ва-ния и жиз-не-де-я-тель-но-сти живых ор-га-низ-мов. Каж-дая из этих обо-ло-чек земли имеет свои осо-бые усло-вия, со-зда-ю-щие раз-ные среды жизни - вод-ную, на-зем-но-воз-душ-ную, поч-вен-ную, ор-га-низ-мен-ную. Раз-лич-ны-ми осо-бен-но-стя-ми сред жизни обу-слов-ле-но мно-го-об-ра-зие форм живых су-ществ и их спе-ци-фи-че-ские свой-ства, ко-то-рые фор-ми-ро-ва-лись и развивались под воздействием условий этих сред. Живые су-ще-ства, на-се-ля-ю-щие вод-ную среду, - гид-ро-бион-ты пре-крас-но при-спо-соб-ле-ны к оби-та-нию в плот-ной и вяз-кой вод-ной среде: дышат в ней, раз-мно-жа-ют-ся, на-хо-дят пищу и укры-тия, пе-ре-дви-га-ют-ся в раз-ных на-прав-ле-ни-ях в толще воды (рис. 2).

Рис. 2. Меченосец обыкновенный ()

Ор-га-низ-мы, на-се-ля-ю-щие на-зем-но-воз-душ-ную среду, в про-цес-се эво-лю-ции при-об-ре-ли спо-соб-ность су-ще-ство-вать в менее плот-ной по срав-не-нию с водой среде: при оби-лии воз-ду-ха и кис-ло-ро-да, очень силь-но-го окис-ли-те-ля, рез-ком ко-ле-ба-нии осве-щен-но-сти, су-точ-ных и се-зон-ных тем-пе-ра-тур, при де-фи-ци-те влаги (рис. 3).

Рис. 3. Орел-могильник ()

Оби-та-те-ли поч-вен-ной среды жизни от-ли-ча-ют-ся неболь-ши-ми раз-ме-ра-ми и спо-соб-но-стью об-хо-дить-ся без света. Они могут пи-тать-ся мел-ки-ми жи-вот-ны-ми и ор-га-ни-че-ски-ми ве-ще-ства-ми мерт-вых ор-га-низ-мов, по-пав-ших в почву (рис. 4).

Рис. 4. Европейский крот ()

Ор-га-низ-мы, оби-та-ю-щие внут-ри дру-го-го жи-во-го су-ще-ства-хо-зя-и-на, могут за-се-лять его ки-шеч-ник, кровь, мы-шеч-ную ткань, ды-ха-тель-ную си-сте-му, кож-ные по-кро-вы и так далее (рис. 5). В боль-шин-стве слу-ча-ев это до-воль-но мел-кие су-ще-ства. Одни из них яв-ля-ют-ся па-ра-зи-та-ми, то есть пи-та-ют-ся ве-ще-ства-ми тела хо-зя-и-на, дру-гие по-лез-ны хо-зя-и-ну - это сим-бион-ты, тре-тьи ней-траль-ны.

Рис. 5. Человеческая аскарида и свиной солитер ()

Раз-но-об-ра-зие форм жи-во-го может быть обу-слов-ле-но не толь-ко оби-та-ни-ем в раз-ных сре-дах жизни, но и уров-нем слож-но-сти ор-га-низ-мов. В одной и той же среде оби-та-ют раз-лич-ные од-но-кле-точ-ные и мно-го-кле-точ-ные организмы. Самые древ-ние из них - мно-го-чис-лен-ные про-ка-ри-о-ты (безъядерные) - бак-те-рии, более позд-ние - эу-ка-ри-о-ты (ядерные), к ко-то-рым от-но-сят-ся рас-те-ния, грибы, жи-вот-ные.

Бак-те-рий, рас-те-ния, грибы и жи-вот-ных вы-де-ля-ют в от-дель-ные цар-ства кле-точ-ных ор-га-низ-мов, как осо-бое цар-ство живой при-ро-ды рас-смат-ри-ва-ют некле-точ-ные ор-га-низ-мы - ви-ру-сы (рис. 6).

Рис. 6. Царства живой природы ()

Все пред-ста-ви-те-ли раз-ных царств жи-во-го мира от-ли-ча-ют-ся друг от друга по мно-гим при-зна-кам (рис. 7), внеш-нее и внут-рен-нее стро-е-ние, про-цес-сы жиз-не-де-я-тель-но-сти, функ-ци-о-ни-ро-ва-ние в при-ро-де у них могут быть со-вер-шен-но раз-ны-ми.

Рис. 7. Многообразие форм живой природы ()

Од-на-ко, несмот-ря на все раз-ли-чия, все они су-ще-ству-ют в форме ор-га-низ-мов, это осо-бен-ность живой ма-те-рии. Одни ор-га-низ-мы яв-ля-ют-ся од-но-кле-точ-ны-ми, дру-гие - мно-го-кле-точ-ны-ми (рис. 8).

Рис. 8. Амеба и белая сова как представители одноклеточных и многоклеточных организмов ()

По мере изу-че-ния раз-но-об-ра-зия жи-во-го мира био-ло-ги вы-ра-бо-та-ли пред-став-ле-ние о био-ло-ги-че-ской си-сте-ме, что поз-во-ли-ло го-во-рить о си-стем-ном раз-но-об-ра-зии жи-во-го. Для си-сте-мы ха-рак-тер-но на-ли-чие несколь-ких раз-лич-ных ча-стей или ком-по-нен-тов и свя-зей между ними, обес-пе-чи-ва-ю-щих ее це-лост-ность. На-при-мер, ор-га-низм по сути пред-став-ля-ет собой це-лост-ную си-сте-му вза-и-мо-дей-ству-ю-щих живых ком-по-нен-тов - ор-га-нов. Его на-зы-ва-ют живой или био-ло-ги-че-ской си-сте-мой, или про-сто био-си-сте-мой.

В при-ро-де можно встре-тить био-си-сте-мы раз-ной слож-но-сти (рис. 9).

Рис. 9. Различные биосистемы: клетка и многоклеточный организм ()

Так, каж-дая клет-ка - по сути био-си-сте-ма, ее це-лост-ность и жиз-не-де-я-тель-ность - это ре-зуль-тат вза-и-мо-дей-ствия внут-ри-кле-точ-ных ком-по-нен-тов - мо-ле-кул, хи-ми-че-ских со-еди-не-ний и ор-га-но-и-дов.

Мно-го-кле-точ-ный ор-га-низм - это более слож-ная си-сте-ма, по-сколь-ку он вклю-ча-ет в себя раз-лич-ные ор-га-ны, со-сто-я-щие из кле-ток.

В живой при-ро-де, кроме кле-ток и ор-га-низ-мов, есть и дру-гие, еще более слож-ные био-си-сте-мы (рис. 10): по-пу-ля-ции, виды, био-гео-це-но-зы, био-сфе-ра. При этом каж-дая из био-си-стем пред-став-ля-ет собой еди-ное целое, со-сто-я-щее из мно-же-ства вза-и-мо-дей-ству-ю-щих ча-стей. На-при-мер, по-пу-ля-ция со-сто-ит из вза-и-мо-дей-ству-ю-щих осо-бей, вид об-ра-зу-ют внут-ри-ви-до-вые струк-ту-ры - по-пу-ля-ции и так далее.

Рис. 10. Сложные биосистемы ()

Раз-ные по слож-но-сти био-си-сте-мы пред-став-ля-ют собой осо-бые эво-лю-ци-он-но сло-жив-ши-е-ся обособ-лен-ные формы жизни на Земле или струк-тур-ные уров-ни ор-га-ни-за-ции жизни.

В живой при-ро-де вы-де-ля-ют шесть ос-нов-ных уров-ней ор-га-ни-за-ции жизни: мо-ле-ку-ляр-ный, кле-точ-ный, ор-га-низ-мен-ный, по-пу-ля-ци-он-но-ви-до-вой, био-гео-це-но-ти-че-ский и био-сфер-ный. По мере дви-же-ния от мо-ле-ку-ляр-но-го уров-ня к био-сфер-но-му слож-ность струк-ту-ры воз-рас-та-ет (рис. 11).

Рис. 11. Уровни организации живой материи ()

Таким об-ра-зом, на Земле име-ет-ся огром-ное раз-но-об-ра-зие форм жизни. В одном слу-чае оно объ-яс-ня-ет-ся усло-ви-я-ми сред жизни на пла-не-те, в дру-гом - эво-лю-ци-ей, в ре-зуль-та-те ко-то-рой на Земле по-яви-лись мно-го-чис-лен-ные цар-ства ор-га-низ-мов, в тре-тьем при-чи-ной раз-но-об-ра-зия стала слож-ность струк-ту-ры раз-лич-ных био-си-стем.

Мы узнали, что такое биосфера, биосистема, какие факторы влияют на многообразие форм живых организмов, познакомились со структурой организации жизни на нашей планете.

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.

1. Taketop.ru ().
2. Shkolo.ru ().
3. Referatplus.ru ().

Домашнее задание

1. Что такое биосфера и что она в себя включает?
2. На какие царства делится живая природа?
3. Что представляет собой биосистема?

1. Что такое биосфера?

Биосфера - оболочка Земли, включая сушу, воды и окружающее воздушное пространство, населённое живыми существами. Биосфера представляет собой экосистему, объединяющую все экосистемы Земли.

2. Какие среды жизни вам известны?

В пределах биосферы выделяют четыре основные среды обитания. Это водная среда, наземно-воздушная среда, почва и среда, образуемая самими живыми организмами.

3. В чём состоят особенности жизни организмов в той или иной среде?

Живя в той или иной среде, организмы приспособились к тем условиям, которые характерны для каждой из них.

Вопросы

1. Что характерно для биосферы?

Состав биосферы и её основные свойства определяются взаимодействием её биотического (живого) и абиотического (неживого) компонентов.

Живые организмы не просто зависят от лучистой энергии Солнца.

Биосфера характеризуется разнообразием природных условий, зависящих от широты и рельефа местности, от сезонных изменений климата. Но основная причина этого разнообразия - деятельность самих живых организмов.

Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому разные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям.

2. Чем объясняется многообразие живых организмов на нашей планете?

Большое разнообразие живых организмов на нашей планете объясняется тем, что условия жизни на Земле очень различны.

3. Могут ли организмы влиять на окружающую их среду?

Живые организмы не только испытывают влияние со стороны окружающей их среды, но и сами активно влияют на среду своего обитания. В результате их жизнедеятельности физические и химические свойства среды (газовый состав воздуха и воды, структура и свойства почвы и даже климат местности) могут заметно меняться.

4. В чём проявляется воздействие живых организмов на среду обитания?

Наиболее простым способом влияния жизни на среду является механическое воздействие. Строя норы, прокладывая ходы, животные сильно изменяют свойства грунта. Почва изменяется и под действием корней высших растений: она укрепляется, становясь менее подверженной разрушению потоками воды или ветром.

Механическое воздействие, однако, гораздо слабее по сравнению с воздействием организмов на физико-химические свойства среды. Наибольшая роль здесь принадлежит зелёным растениям, формирующим химический состав атмосферы. Фотосинтез - главный механизм поставки кислорода в атмосферу, тем самым он обеспечивает жизнь огромному количеству организмов, включая и человека.

Поглощая и испаряя воду, растения оказывают влияние на водный режим их местообитаний. Наличие растительности способствует постоянному увлажнению воздуха. Растительный покров смягчает суточные колебания температуры у поверхности земли (под пологом леса или травы), а также колебания влажности и порывы ветра, воздействует на структуру и химический состав почв. Всё это создаёт определённый, комфортный микроклимат, оказывающий благотворное воздействие на обитающие здесь организмы.

Живое вещество изменяет и физические свойства среды, её термические, электрические и механические характеристики.

Организмы способны перемещать огромные массы различных веществ. По законам физики неживое вещество перемещается на Земле только сверху вниз. Живые организмы могут осуществлять обратные перемещения - снизу вверх. Стаи морских рыб мигрируют на нерест вверх по рекам, перемещая против течения большие количества живого органического вещества. Растения поднимают снизу вверх из почвенного раствора в корни, стебли и листья огромные массы воды и растворённые в ней вещества.

Задания

На основе знаний, полученных на уроках биологии, приведите примеры, показывающие воздействие живых организмов на различные среды жизни.

Влияние на водную среду:

Живущие в толще воды мелкие рачки, личинки насекомых, моллюски, многие виды рыб имеют своеобразный тип питания, который называется фильтрацией. Пропуская через себя воду, эти животные непрерывно отцеживают из неё пищевые частицы, содержащиеся в твёрдых взвесях.

Влияние на наземно-воздушную среду:

Наибольшая роль здесь принадлежит зелёным растениям, формирующим химический состав атмосферы. Фотосинтез - главный механизм поставки кислорода в атмосферу, тем самым он обеспечивает жизнь огромному количеству организмов, включая и человека.

Поглощая и испаряя воду, растения оказывают влияние на водный режим их местообитаний. Наличие растительности способствует постоянному увлажнению воздуха. Растительный покров смягчает суточные колебания температуры у поверхности земли (под пологом леса или травы. Всё это создаёт определённый, комфортный микроклимат, оказывающий благотворное воздействие на обитающие здесь организмы.

Во многом благодаря деятельности живых существ контролируется образование таких газов, как азот, оксид углерода, аммиак.

Влияние на почвенную среду:

Организмы оказывают решающее влияние на состав и плодородие почв. Благодаря их деятельности, в частности в результате переработки организмами мёртвых корней, опавших листьев, иных омертвевших тканей, в почве образуется гумус - лёгкое пористое вещество бурого или коричневого цвета, содержащее основные элементы питания растений. В образовании гумуса участвует множество живых организмов: бактерий, грибов, простейших, клещей, многоножек, дождевых червей, насекомых и их личинок, пауков, моллюсков, кротов и др. В процессе жизнедеятельности они преобразуют в гумус животные и растительные остатки, перемешивают его с минеральными частицами, формируя тем самым почвенную структуру. Строя норы, прокладывая ходы, животные сильно изменяют свойства грунта. Почва изменяется и под действием корней высших растений: она укрепляется, становясь менее подверженной разрушению потоками воды или ветром.