Разнообразие живых организмов и их классификация. Разнообразие живых организмов Чем объяснить большое разнообразие живых

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.

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.

Разнообразие живых организмов на нашей планете. Вы уже знаете, что организмы, населяющие планету Земля, чрезвычайно разнообразны: растения, грибы, животные, бактерии. Они живут в водоемах, в почве и на ее поверхности, внутри или на поверхности других организмов. Одни живые организмы (деревья, птицы, рыбы) хорошо заметны, другие (бактерии, некоторые водоросли и грибы) настолько мелкие, что увидеть их без специальных приспособлений невозможно. Поэтому для их изучения используют увеличительные приборы, с которыми вы познакомитесь позже.; Науку о разнообразии видов живых существ называют систематикой (от греч. система– тикос – упорядоченный).

Научные названия организмов. Сталкиваясь с различными живыми организмами, человек давал им названия. Поэтому названия организмов могут быть народными, используемыми в определенной стране или местности, и научными, которыми пользуются ученые всего мира. Например, растение мелиссу лекарственную в Украине еще называют «лимонной мятой», «лимонной травой», «медовой травой», «пчелиной травой». Неужели все эти названия надо помнить, чтобы понимать, что речь идет об одном и том же растении? Конечно же, нет.

Каждому виду организмов ученые присваивают единое международное научное название на латинском языке. Оно состоит из двух слов. В нашем случае растение называется Melissa officinalis (латинское название растения приведено для ознакомления, а не для запоминания). Первое из двух слов – Melissa – это название рода, к которому принадлежит данный вид (род – совокупность сходных между собой видов). Это слово пишется с прописной буквы. Другое слово – officinalis – указывает на принадлежность к определенному виду, его пишут со строчной буквы.

Основы классификации организмов. Вы знаете, что одни организмы по тем или иным признакам отличаются от других. Например, всегда можно отличить березу от тополя, сосну – от ели, а шиповник – от малины.

Сходные по определенным признакам организмы ученые–систематики объединяют в группы. Для этого они разработали правила классификации организмов, с помощью которых определяют их положение среди других существ, то есть принадлежность к определенным систематическим единицам. Основной систематической единицей является вид.

Вид – это группа организмов, сходных по особенностям строения и процессов жизнедеятельности, которые могут свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство. Особи каждого вида также характеризуются общими требованиями к условиям обитания и занимают определенную территорию.

Сходные между собой виды объединяют в род. Например, береза бородавчатая и береза пушистая относятся к роду Береза. Близкие роды, в свою очередь, объединяют в семейства. Например, роды Бук, Каштан и Дуб относятся к семейству Буковые. Близкие семейства объединяют в порядки. Например, семейства Буковые и Березовые включают в порядок Букоцветные.

Близкие порядки объединяют в классы. Например, порядок Букоцветные вместе с многими другими порядками входит в состав класса Двудольные. Классы, в свою очередь, объединяют в отделы. Например, классы Двудольные и Однодольные относят к отделу Покрытосеменные растения. Наивысшей систематической единицей является царство. Так, все отделы растений принадлежат к царству Растения.

Таким образом, классифицировать определенный организм – значит определить его место в системе живого мира, то есть принадлежность к определенным систематическим единицам.

Рассмотрим для ознакомления (а не для запоминания) классификацию растений на примере известного вам шиповника собачьего.

Название «биология» для науки, изучающей живую природу, одновременно и независимо друг от друга предложили в 1802 г, французский ученый Ж. –Б. Ламарк (1744–1829) и немецкий Г. Р. Тревиранус (1776–1837).

Шведский исследователь природы Карл Линней (1707–1778) предложил систему классификации растительного и животного мира. Именно он ввел двойные названия видов, то есть названия, состоящие из двух слов.

Первую попытку классифицировать растения осуществил древнегреческий ученый Феофраст (370–285 гг. до нашей эры). Его называют «отцом ботаники».

Развитие транспорта, постоянные торговые и другие связи между странами привели к тому, что плоды и семена разных растений получили возможность «путешествовать» вместе с человеком по всем континентам. Нередко такие «пришельцы» в новых условиях быстро расселяются и становятся злостными сорняками. Например, из американского континента в Европу завезены сорняки галинсога и амброзия, которые за очень короткое время повсеместно рассеялись по полям и огородам в Украине. Поэтому в большинстве стран созданы особые карантинные службы, контролирующие ввоз растений и следящие за их перемещением по стране.

В Европу картофель был завезен из Америки в середине XVI века в качестве декоративной культуры из–за красивых цветков. Лишь позже его начали выращивать как овощную культуру. На территории бывшей Российской империи выращивать картофель как овощную культуру приказал Петр I. Но крестьяне по неведению употребляли в пищу не клубни, а ядовитые ягоды, и часто болели от этого. Известны даже так называемые картофельные бунты, когда крестьяне отказывались высаживать картофель. Поэтому массовое выращивание картофеля в России и в Украине началось только с середины XIX века.

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.