Разнообразие форм живых организмов. Происхождение и многообразие форм жизни. Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы

Тема Многообразие форм жизни

На поверхности нашей планеты практически нет мест, где не встречалась бы жизнь. Следы ее можно обнаружить и в полярных областях, где температура опускается до минус 80 градусов, и в кипящих гейзерах. Жизнь можно встретить в самой глубокой морской впадине и в атмосфере на высоте в несколько километров. Это пространство, оболочку Земли, где можно встретить жизнь в ее разных формах, называют биосферой – от греческих слов «биос» – «жизнь» и «сфера», что значит «шар».

Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и поверхностные слои литосферы, почву, которая и образовалась в результате процессов выветривания и жизнедеятельности живых организмов. Каждая из этих оболочек земли имеет свои особые условия, создающие разные среды жизни – водную, наземно-воздушную, почвенную, организменную. Различными особенностями сред жизни обусловлено многообразие форм живых существ и их специфические свойства, которые формировались в процессе приспособления к этим условиям.

Так, живые существа, населяющие водную среду, гидробионты, прекрасно приспособлены к обитанию в плотной и вязкой водной среде: дышат в ней, размножаются, находят пищу и укрытия, передвигаются в разных направлениях в толще воды.

Организмы, населяющие наземно-воздушную среду, в процессе эволюции приобрели способность существовать в менее плотной по сравнению с водой среде: при обилии воздуха и кислорода, очень сильного окислителя, резком колебании освещенности, суточных и сезонных температур, при дефиците влаги.

Обитатели почвенной среды жизни отличаются небольшими размерами и способностью обходиться без света. Они могут питаться мелкими животными и органическими веществами мертвых организмов, попавших в почву.

Разнообразие форм живого может быть обусловлено не только обитанием в разных средах жизни, но и уровнем сложности организмов. В каждой среде обитают различные одноклеточные и многоклеточные существа. Самые древние из них – многочисленные прокариоты, бактерии. Более поздние – эукариоты, к которым относятся растения, грибы, животные.

Бактерии, растения, грибы и животных выделяют в отдельные царства клеточных организмов. Как особое царство живой природы рассматривают неклеточные организмы – вирусы. Все представители разных царств животного мира отличаются друг от друга по многим признакам. Внешнее и внутреннее строение, процессы жизнедеятельности, функционирование в природе у них могут быть совершенно разными. Однако, несмотря на все различия, все они существуют в форме организмов. Это особенность живой материи. Одни организмы являются одноклеточными, другие – многоклеточными.

По мере изучения разнообразия живого мира биологи выработали представление о биологической системе, что позволило говорить о системном разнообразии живого. Для системы характерно наличие нескольких различных частей или компонентов и связей между ними, обеспечивающих ее целостность. Например, организм, по сути, представляет собой целостную систему взаимодействующих живых компонентов – органов. Его называют живой или биологической системой, или просто биосистемой.

В природе можно встретить биосистемы разной сложности. Так, каждая клетка, по сути, биосистема. Ее целостность и жизнедеятельность – это результат взаимодействия внутриклеточных компонентов – молекул, химических соединений и органоидов.

Многоклеточный организм – это более сложная система, поскольку он включает в себя различные органы, состоящие из клеток.

В живой природе кроме клеток и организмов есть и другие, еще более сложные биосистемы – популяции, виды, биогеоценозы, биосфера. При этом каждая из биосистем представляет собой единое целое, состоящее из множества взаимодействующих частей. Например, популяция состоит из взаимодействующих особей, вид образуют внутривидовые структуры – популяции и так далее.

Разные по сложности биосистемы представляют собой особые эволюционно сложившиеся обособленные формы жизни на Земле или структурные уровни организации жизни.

В живой природе выделяют шесть основных уровней организации жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. По мере движения от молекулярного уровня к биосферному сложность структуры возрастает.

Все организмы состоят из химических веществ – неорганических и органических соединений. Из комплексов биологических молекул образуются надмолекулярные структуры – клеточные. Клетки – элементарные структурные единицы организмов. Любой одноклеточный или многоклеточный организм способен к самостоятельному существованию. Организмы одного вида, обитающие на определенной территории, образуют популяцию. Популяции разных видов, взаимодействующие между собой на определенной территории, входят в состав биогеоценозов. Все биогеоценозы Земли формируют биосферу.

Существенный вклад в решение вопроса о происхождении жизни внесли академик АН СССР, биохимик А.И. Опарин, английские естествоиспытатели Дж. Бернал, Б.С. Холдейн. Одна из гипотез о происхождении Земли и всей Солнечной системы, заключается в том, что Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли и газа, рассеянных вокруг Солнца.

Первичная атмосфера Земли, как и других планет, содержала, по-видимому, метан, аммиак, водяной пар и водород. Вероятно, электрические разряды, световая и ультрафиолетовая радиация еще до образования Земли или на самой первой стадии ее развития способствовали образованию сложных органических веществ.

Химические элементы, являющиеся основными слагаемыми всего живого: кислород, углерод, водород и азот. Их принято называть органогенами . В живой клетке, например, по массе содержится около 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота.

Особая роль в живых организмах принадлежит углероду. На ранней стадии образования органических веществ из неорганических, вероятно, действовал предварительный отбор соединений, из которых появились организмы. Из множества образовавшихся веществ сохранились лишь наиболее устойчивые и способные к дальнейшему усложнению.

Всего лишь 29 сравнительно несложных мономеров достаточно для построения любого живого организма. В число их входят 20 аминокислот, из которых состоят все белки, 5 азотистых оснований (из них в комбинации с другими веществами образуются носители наследственности - нуклеиновые кислоты), а также глюкоза - важнейший источник энергии, необходимой для жизнедеятельности, и жиры - структурный материал мембран клеток и накопитель энергии.

Соединения на основе углерода образовали «первичный бульон» гидросферы. Важнейшую роль в зарождении живых организмов сыграло объединение множества отдельных молекул органических веществ в упорядоченные молекулярные структуры - биополимеры: белки и нуклеиновые кислоты, обладавшие важнейшим биологическим свойством воспроизведения себе подобных. Свободный кислород появился значительно позже углерода в результате фотосинтеза, происходившего вначале в водорослях и бактериях, а затем и в наземных растениях. Бескислородная среда способствовала, по-видимому, синтезу биополимеров: кислород как сильный окислитель разрушал бы их.

В результате объединения несложных органических соединений образовались вначале ферменты - белковые катализаторы, а затем нуклеиновые кислоты - носители наследственной информации. Можно считать, что с этого момента на Земле возникла жизнь. Жизнь - это особая форма существования материи. Характерные особенности жизни - обмен с внешней средой, воспроизведение себе подобных, постоянное развитие и т.п. К концу биохимической стадии развития жизни появились структурные образования - мембраны, сыгравшие важную роль в построении клеток.

Чрезвычайная сложность строения и наблюдаемая целесообразность поведения живых организмов приводили многих к мнению о том, что жизнь – это нечто большее, чем просто физическое и химическое явление. Живые существа по сравнению с объектами неживой природы обладают рядом отличительных свойств, благодаря которым достигается вполне определенная цель. Данная точка зрения лежит в основе витализма – течения в биологии, признающего наличие в организмах нематериальной сверхъестественной силы («жизненной силы», «души» и т. п.), управляющей жизненными явлениями.

Характеризуя отличия живого от неживой материи, кроме уже упомянутой целесообразности, следует назвать и осмысленность действий живых систем. Смысл не может существовать в форме полностью бестелесного «духа». Он исчезает, если не воплощен в некоторой материальной системе, включающей, например, вполне определенную конфигурацию нервных связей в мозгу.

Итак, с весьма большой степенью осторожности можно утверждать: живое – это материальная система, наделенная свойством целесообразности.

Жизнь протекает на большом пространстве разнообразной поверхности земного шара.

Оболочку Земли, где существует жизнь в ее различных формах, называют биосферой (от греч. bios - «жизнь» и sphaira - «шар»).

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и поверхностные слои литосферы - почву, которая образовалась в результате процессов выветривания и деятельности живых организмов. Каждая из этих оболочек Земли имеет свои особые условия, создающие разные среды жизни (водную, наземно-воздушную, почвенную, организменную). Различными условиями сред жизни порождаются многообразие форм живых существ и их специфические свойства.

Так, живые существа, населяющие водную среду, - гидробионты (от греч. вода» и biontos - «живущий») способны к обитанию в плотной и вязкой водной среде: дышат в ней, размножаются, находят пищу и укрытия, передвигаются (плавают и «парят») в разных направлениях в толще воды.

Иными качествами наделены организмы, населяющие наземно-воздушную среду жизни. В процессе эволюции они приобрели способность существовать в менее плотной (по сравнению с водой) наземно-воздушной среде, при обилии воздуха и кислорода, резком колебании освещенности, суточных и сезонных температур, при дефиците влаги. Организмы, населяющие эту среду, называют аэробионта.ми (греч. аег- «воздух») или террабионта.ми (греч. terra -«3 QMJi % y >).

Обитатели почвенной среды жизни, называемые педобионта.ми (rpQH . pedon - «почва»), отличаются небольшими размерами тела, способностью обходиться без света, питаться мелкими животными и органическими веществами мертвых тел, попавших в почву.

Организмы, обитающие внутри другого живого существа хозяина (в его кишечнике, крови, мышечной ткани, дыхательной системе, печени, кожных покровах и пр), называют эндобионта.м,и(греч. endon - «внутри»).

В историческом развитии жизни на Земле возникло разнообразие форм живого, обусловленное не только обитанием в разных средах жизни, но и уровнем сложности организмов. В каждой среде обитают различные одноклеточные и многоклеточные существа. Самые древние из них - много-численные прокариоты (бактерии). Более поздние - эукариоты (растения, грибы, животные).

Бактерии, растения, грибы и животные выделяют в отдельные царства клеточных организмов.

Как особое царство живой природы рассматривают неклеточные организмы -вирусы. Все представители разных царств живого мира отличаются друг от друга по многим признакам (внешнее и внутренние процессы жизнедеятельности, функционирование в природе и пр.). Однако, несмотря на различия, все они существуют в форме организмов. Одни организмы являются одноклеточными, другие - многоклеточными.

Биосистема - это форма жизни, обусловленная взаимодействием живых компонентов.

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.