Глава 5
Биосфера как специфическая геосфера

В.И. Вернадский утверждал, что биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов - живого вещества. "Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли - с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту" (В.И. Вернадский, 1944).

Биосфера - "область жизни", пространство на земном шаре, в котором распространены живые существа. Этот термин ввел в 1875 г. Э. Зюсс, хотя отмечены и более ранние использования этого понятия, например в работах Ж.Б. Ламарка.

Границы биосферы определяются в атмосфере примерно на высоте 15-20 км, т. е. на границах озонового слоя, выше известные нам формы живых организмов без специальных средств защиты существовать не

75

Рис. 20. Границы биосферы
Рис. 20. Границы биосферы

могут. Граница жизни в гидросфере ограничивается глубиной чуть более 11 км (глубиной самой глубоководной впадины в океане - Марианской). В литосфере следы жизни обнаружены на глубине чуть более 100 м, хотя трещины, пустоты и каверны, в которых могут существовать живые организмы, залегают и глубже, но нижняя граница

76

в целом обусловлена термодинамическими условиями земной коры. Однако следует сказать, что человек при своей хозяйственной деятельности прошел весьма глубокие шахты (более 1000 м) и пробурил скважины, например, "Кольскую сверхглубокую" более чем на 12 км. Это позволяет живым организмам распространиться и на указанные глубины.

В целом же биосфера занимает даже при самых максимальных значениях распространения слой примерно 30 км, что в сравнении с размерами Земного шара величина весьма скромная (рис. 20).

Географическая оболочка Земли (или природная среда) - это область сложного взаимопроникновения атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы, сложного взаимодействия, проявляющихся в них земных и космических сил. Она продолжает развиваться и усложняться в результате совместного действия живой и неживой природы.

Верхняя граница природной среды соответствует тропопаузе - переходному слою между тропосферой и стратосферой. На разных широтах Земли она различна: на экваторе до 18 км, над полюсами до 10 км. На этих высотах процессы взаимодействия геосфер затухают и жизнь становится невозможной.

В гидросфере нижняя граница находится на глубине около 11 км, а в подстилающей ее и находящейся на суше литосфере на глубине примерно в 5 км, где также процессы взаимодействия всех геосфер не обнаруживаются.

Географическая оболочка Земли представляет собой целостную материальную систему, определяющуюся непрерывным на протяжении существования планеты и жизни на ней взаимодействием и взаимозависимостью твердых, жидких, газообразных и "живых" веществ. Все составляющие географической оболочки взаимодействуют, используя солнечную энергию, поступающую на Землю, и энергию внутренних слоев Земли. Все компоненты природной среды настолько взаимосвязаны, что изменение одного из них влечет изменение других (рис. 21). Большинство процессов в географической оболочке носит круговоротный характер.

Изменения в природной среде происходят непрерывно с определенной ритмичностью; выделяют суточные, связанные с вращением Земли вокруг своей оси; годовые - с движением Земли по орбите вокруг Солнца и многолетние, которые во многом обусловлены главным образом активностью Солнца и внутренними (эндогенными) процессами в недрах Земли. Суточные и годовые ритмы оказывают влияние на жизнедеятельность организмов, аналогичное влияние оказывают ритмы, связанные, например, с фазами Луны и т. п. В целом географическая оболочка развивается поступательно, от простого к сложному, от низшего к высшему.

Важнейшая структурная особенность географической оболочки (природной среды) - это ее зональность. Закон зональности был

77

впервые обоснован В.В. Докучаевым. Самые крупные подразделения в природной среде - географические пояса: экваториальный, субэкваториальные (северный и южный), умеренные (северный и южный), субполярные (субарктический и субантарктический), полярные (арктический и антарктический). Пояса не имеют правильной кольцевой формы: они имеют сложную форму в зависимости от конфигурации материков, морских течений, горных систем и т. п. В целом же выделение географических поясов проводится по балансу солнечной радиации и характеру общей циркуляции атмосферы. Мощность

B1688p78-1#Рис. 21. Распространение организмов в биосфере: 1 - уровень озонового слоя; 2 - граница снегов; 3 - почва; 4 - пещерные животные; 5 - бактерии п нефтяных залежах
Рис. 21. Распространение организмов в биосфере: 1 - уровень озонового слоя; 2 - граница снегов; 3 - почва; 4 - пещерные животные; 5 - бактерии п нефтяных залежах

78

Рис. 22. Основные биомы Земли: /-дождевые тропические леса; 2 - хвойные леса; 3 - степи; 4 - саванны; 5 - пустыни; 6 - тундра; 7 - листопадные леса умеренного пояса
Рис. 22. Основные биомы Земли: 1 - дождевые тропические леса; 2 - хвойные леса; 3 - степи; 4 - саванны; 5 - пустыни; 6 - тундра; 7 - листопадные леса умеренного пояса

79

Рис. 23. Изменение растительности в зависимости от широты и высоты местности
Рис. 23. Изменение растительности в зависимости от широты и высоты местности

географических поясов прослеживается в океанах до глубин 2000 м (рис. 22).

Значительное влияние на географическую зональность оказывают земные океаны, которые на материках образуют долготные секторы (в поясах умеренных, субтропических и тропических), приокеанические и континентальные.

На континентах в их равнинной части внутри географических поясов выделяют природные зоны. Например, в пределах Восточноевропейской равнины - это зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь.

Природными зонами называют подразделения земной поверхности, характеризующиеся сходными почвенно-растительными и климатическими условиями. Основной фактор формирования почвенно-расти-тельного покрова - соотношение температур и увлажнения (рис. 23). В вертикальном направлении природные компоненты изменяются несколько в ином виде, чем в горизонтальном. При подъеме в горы изменяется световой режим и количество атмосферных осадков. Важное значение имеет ориентация горных склонов - экспозиция в отношении падения на них солнечных лучей. Практически каждая горная система имеет свои особенности в отношении зональности.

Высотная зональность рассматривается снизу вверх, начиная с подошвы и вплоть до вершины. Важнейшим фактором в распределении высоты поясов является степень увлажнения (рис. 23).

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМОВ

Все живые организмы на Земле обладают рядом признаков и свойств, которые отличают их от тел неживой природы. К их числу относят:

  • высокоупорядоченное строение в виде определенной схемы - клеточная или неклеточная; в химическом отношении слагающие живые организмы вещества имеют высокий уровень организации;

80

  • обмен веществ и энергии - сложноорганизованная совокупность процессов дыхания, питания, выделения; эти процессы поставляют в организмы все необходимые для жизнедеятельности вещества и энергию, преобразуют их, накапливают ("строят организм") и выводят из него отходы жизнедеятельности;
  • раздражимость - способность организмов на ответную реакцию в отношении воздействий среды обитания; раздражимость является основной адаптацией;
  • развитие, в том числе рост (увеличение объема или размеров); живые организмы развиваются за счет поступления пищи;
  • размножение - это способность к самовоспроизведению, являющаяся одним из постулатов эволюции живых организмов; размножение связано с возможностью передачи наследственной информации; многие специалисты считают, что способность к размножению является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена во времени, но в результате размножения живая материя "бессмертна";
  • движение является одним из самых ярких признаков жизни; речь идет не столько о перемещениях организмов или их частей, сколько о движении, которое происходит как внутри организма, так и на уровне клетки;
  • саморегуляция осуществляется как на уровне всего организма, так и на уровне клетки. При помощи саморегуляции обеспечивается постоянство внутренней среды организма при непрерывно изменяющихся факторах внешней среды; внутри живого организма регулируются температура, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. п. Благодаря деятельности живых организмов саморегуляция проявляется в биосфере в целом;
  • наследственность - это способность передавать признаки и свойства организма из поколения в поколение в процессе размножения;
  • изменчивость - это способность организма изменять свои признаки под воздействием факторов внешней среды.

Одним из результатов проявления наследственности и изменчивости является способность живых организмов к эволюции, которая выражается в их адаптациях (приспосабливаемости) к изменяющимся факторам среды, что позволяет выживать наиболее приспособленным организмам и давать полноценное потомство.

81

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Строение клетки. Подавляющее число известных к настоящему времени живых организмов имеют клеточное строение. Можно утверждать, что клетка - это структурная и функциональная единица живого. Клеткам характерны все признаки и в них осуществляются практически все функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост и размножение, саморегуляция, движение и т. д. Клетки имеют размеры от 1 мкм до 100 мкм, но иногда встречаются клетки-гиганты размером до нескольких сантиметров. Форма клеток весьма разнообразна (рис. 24), но все они имеют одинаковый химический состав и общую схему строения. В целом в состав клеток входит около 20 химических элементов, но на долю кислорода, углерода, водорода и азота приходится до 95 %. Из неорганических простых химических соединений наибольшее значение в клетках имеет вода, содержание которой составляет от 60 до 98 %. Из органических веществ в клетке присутствуют белки, жиры (липиды), сахара (углеводы), нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Каждое органическое вещество выполняет свою специфическую функцию: нуклеиновые кислоты - передача наследственной

Рис. 24. Разнообразие клеток: 1 - эвглена зеленая; 2 - бактерия; 3 - растительная клетка мякоти листа; 4 - эпителиальная клетка; 5 - нервная клетка
Рис. 24. Разнообразие клеток: 1 - эвглена зеленая; 2 - бактерия; 3 - растительная клетка мякоти листа; 4 - эпителиальная клетка; 5 - нервная клетка

82

Рис. 25. Комбинированная схема строения животной (а) и растительной (б) клетки: 1 - оболочка; 2 - наружная клеточная мембрана; 3 - ядро; 4 - хроматин; 5 - ядрышко; 6 - эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 - митохондрии; 8 - хлоропласта; 9 - аппарат Гольджи; 10 - лизосома; 11 - клеточный центр; 12 - рибосомы; 13 - вакуоль; 14 - цитоплазма
Рис. 25. Комбинированная схема строения животной (а) и растительной (б) клетки: 1 - оболочка; 2 - наружная клеточная мембрана; 3 - ядро; 4 - хроматин; 5 - ядрышко; 6 - эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 - митохондрии; 8 - хлоропласта; 9 - аппарат Гольджи; 10 - лизосома; 11 - клеточный центр; 12 - рибосомы; 13 - вакуоль; 14 - цитоплазма

информации, синтез белков, регуляции функций; белки - регуляция функций, защита, транспортировка веществ, рост, ферментация, энергетические запасы и превращения, ферменты - биологический катализ; липиды и углеводы - рост, энергетические запасы и превращения; питательные запасы.

Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с органеллами и ядра. Животные и растительные клетки в своем строении имеют особенности. Некоторые из составных элементов клеток, например как хлоропласты и вакуоли, характерны только для растительных клеток, которые имеют кроме мембраны еще и оболочку (рис. 25). Важнейшим элементом клетки для осуществления функций самовоспроизведения и наследственности является ядро - центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро заполнено кариоплазмой, содержащей молекулы ДНК; в ядре происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Перед делением ДНК образуют комплексы с белком, формируя хромосомы (рис. 26). Число хромосом для каждого вида организма постоянно, это собственно и определяет возможность появления живых организмов одного и того же вида в процессе размножения (рис. 27).

Основой жизнедеятельности клетки является превращение энергии и обмен веществ. Всю энергию Земля получает в конечном счете от Солнца. Лучистая энергия Солнца достигает Земли и улавливается клетками растений. Это происходит за счет имеющихся в растительных клетках специальных структур в хлоропластах. Хлоропласты - это

83

Рис. 26. Строение и виды хромосом: о - строение: 1- центромера; 2 - плечи хромосомы; 3 - молекулы ДНК; 4 - сестринские хроматиды; б - виды: 1 - равноплечная; 2 - разноплечная; 3 - одноплечная
Рис. 26. Строение и виды хромосом: о - строение: 1 - центромера; 2 - плечи хромосомы; 3 - молекулы ДНК; 4 - сестринские хроматиды; б - виды: 1 - равноплечная; 2 - разноплечная; 3 - одноплечная
Рис. 27. Интерфаза (а) и фазы митоза (б): 1 - профаза; 2 - метафаза; 3 - анафаза; 4 - телофаза
Рис. 27. Интерфаза (а) и фазы митоза (б): 1 - профаза; 2 - метафаза; 3 - анафаза; 4 - телофаза

84

полуавтономные мембранные органеллы, имеющие специфическую зеленую окраску благодаря пигментам хлорофилла. Полученная растительными клетками энергия превращается в них в энергию химических связей молекул органических веществ и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний представляет собой органическое вещество, универсальный аккумулятор энергии в биологических системах. Солнечная энергия, превратившись в энергию химических связей, в частности АТФ, расходуется на синтез Сахаров (глюкозы, крахмала и т. п.).

Фотосинтез. Одним из главнейших, если не определяющих существование жизни на Земле, является процесс фотосинтеза. Сущность процесса заключается в том, что при воздействии солнечной энергии при наличии хлорофилла из весьма простых неорганических соединений образуются сложные органические. В качестве классического примера приводится следующая реакция синтеза простого сахара (глюкозы):


Этот процесс происходит исключительно в растительных организмах, использующих диоксид углерода, воду и минеральные соли. Другие живые организмы (животные, микроорганизмы) используют для своей жизнедеятельности готовые органические соединения, получая их из растений. При фотосинтезе выделяется кислород, который, как известно, абсолютно необходим для дыхания живых организмов, Питание живых организмов сопровождается расщеплением и одновременным выделением тепла, т. е. вышеуказанная реакция может быть записана в обратном порядке:

С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О + энергия

Выделившаяся энергия расходуется в виде тепла и частично запасается в синтезируемых молекулах аденозинтрифосфата (АТФ). Вновь образовавшиеся диоксид углерода, вода и другие вещества, например аммиак, могут вновь использоваться в процессе фотосинтеза. Приведенные примеры реакций фотосинтеза являются наиболее простыми, так как органические вещества, даже углеводы (сахара) имеют гораздо более сложный химический состав и строение. Запасы энергии используются живыми организмами во вторичном синтезе веществ, характерных для данного организма, на его рост и размножение.

Все процессы, которые протекают в клетке, да и во всем организме, объединяются в единую совокупность и называются обменом веществ и энергии.

Синтез органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии, называется ассимиляцией или пластическим обменом, а распад, расщепление органических веществ, с выделением энергии, называется диссимиляцией, или энергетическим обменом.

85

По способу питания, по тому, как организмы получают органические вещества и энергию, их подразделяют на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы - это организмы, которые создают органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. К числу таких организмов в первую очередь относят все растения, а также цианобактерии или так называемые синезеленые.

Гетеротрофные организмы - это организмы, которые получают готовые органические вещества от автотрофных. Источником энергии для них являются химические реакции распада и окисления органических веществ в процессе диссимиляции. К числу таких организмов относят всех животных, подавляющее большинство микроорганизмов и к примеру грибы.

Каждая клетка осуществляет свою жизнедеятельность определенный промежуток времени. Этот период, в котором протекают все процессы обмена веществ и энергии, называют жизненным циклом клетки. Клеточный цикл состоит из двух основных периодов - интерфазы и деления. Стадия деления клетки изменяется от нескольких минут до 3 ч, а стадия интерфазы, т. е. существования клетки до следующего деления, естественно, продолжительнее. Наиболее распространенным способом деления клетки, а значит, обеспечения механизма самовоспроизведения на клеточном уровне является митоз. Сущность митоза заключается в образовании двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Биологический смысл митоза состоит в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток, а значит, в поддержании идентичности вновь возникающих и обновляющихся в "клеточном" смысле живых организмов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ НА ЗЕМЛЕ

До настоящего времени сохраняется по своим принципам систематика живых организмов, предложенная Карлом Линнеем (1770). В основу ее положен принцип соподчиненности или иерархичности, а за наименьшую систематическую единицу был принят вид. Для наименования вида была предложена номенклатура на латинском языке, где каждый организм назывался по его роду и виду. Например, домашняя кошка идентифицируется как Fells domestica.

В настоящее время на Земле насчитывается около 1,5 млн. видов животных, 0,5 млн. видов растений и, как утверждают микробиологи, более 10 млн. видов микроорганизмов (табл. 9). Никакое изучение такого многообразия органического мира без систематики невозможно.

86

Таблица 9. Биомасса сухого вещества живых организмов на Земле
(по Стадницкому Г.В. и др., 1988)1

Живые организмы Масса 1 × 1012 т Масса, % Масса в целом,
%
Суша
  • Растения
  • Животные и микроорганизмы
  • Итого:
Океан
  • Растения
  • Животные и микроорганизмы
  • Итого:
  • Всего:
 
  • 2,40
  • 0,02
  • 2,42
 
  • 0,0002
  • 0,003
  • 0,032
  • 2,4232
 
  • 99,2
  • 0,8
  • 100
 
  • l6,3
  • 93,7
  • 100
 
  • 99,87
 
  • 0,13
  • 100

Изучением живых организмов как предметом науки занимается биология, представляющая собой чрезвычайно обширное научное направление со множеством собственных методологий, "понятийным аппаратом" и колоссальным объемом фактических знаний по весьма разработанным и достаточно специфическим отраслям научных исследований. Вследствие этого мы достаточно кратко изложим принципы биологической систематики, которые необходимы для понимания взаимодействия живых организмов и среды (рис. 28).

Рис. 28. Примеры классифицирования организмов
Рис. 28. Примеры классифицирования организмов

87

Современная биологическая наука в принятых классификациях отражает эволюционные взаимоотношения и родственные связи между организмами при сохранении принципа иерархии.

В существующих в настоящее время систематических построениях используют десять основных категорий: империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид. Схема биологической системы (по Р.А. Петросовой, 1999) представлена на рис. 29.

"Вид - это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом и общее происхождение, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к сходным условиям обитания и занимающих определенный ареал"1.

Все клеточные организмы имеют подразделение на безъядерные (прокариоты) и истинноядерные (эукариоты). К первым относятся бактерии, а ко вторым - растения, животные, грибы.

Кроме организмов, имеющих клеточное строение, имеются и неклеточные формы жизни - вирусы и бактериофаги. Кстати, вирусы были открыты в 1892 г. русским биологом Д.И. Ивановым, а их название в переводе означает "яд", что в общем-то в привычном обиходе для многих людей отражает их воздействие на состояние здоровья.

Бактерии, впервые увиденные в XVII в. изобретателем микроскопа голландцем Антони ван Левенгуком, представляют собой одноклеточные прокариотические организмы размером от 0,5 до 10-13 мкм. Подавляющее большинство бактерий - гетеротрофы, но среди них имеются и автотрофы - цианобактерии, обладающие фотосинтезирующей системой и содержащие хлорофилл, который придает им зеленую или сине-зеленую окраску. Собственно это объясняет, что часто цианобактерии именуют просто "синезеленые", а за внешнее сходство называют водорослями.

Грибы - это выделенные в отдельное царство живые организмы. Они объединяют около 100 тысяч видов и представляют собой гетеротрофные организмы, схожие по ряду признаков как с растениями, так и с животными. Они имеют клеточную оболочку, неподвижны и питаются за счет всасывания необходимых веществ, имеют неограниченный рост, - все это сближает их с растениями. В то же время грибы не способны синтезировать органические вещества из неорганических, не имеют хлоропластов и это делает их схожими с животными. Грибы делят на высшие и низшие. Из последних всем хорошо известны дрожжи и плесневелые, а высшие - это те грибы, которые в виде шляпочных произрастают повсеместно на Земле при наличии питательной среды и оптимальных условий. По способу питания выделяют сапрофиты, питающиеся различного рода органическими остатками, и паразиты, живущие на других организмах.

88

Рис. 29. Современная биологическая система
Рис. 29. Современная биологическая система

89

Лишайники - это своеобразная группа организмов, представляющая собой симбиоз гриба и цианобактерий или одноклеточных водорослей. Гриб обеспечивает лишайники водой и защищает от высыхания, а водоросли или цианобактерий в процессе фотосинтеза образуют питательные вещества для гриба. Лишайники обладают уникальной способностью селиться в самых неблагоприятных местах и довольствоваться весьма скудными возможностями для питания и дыхания, что делает их "пионерами" в освоении новых пространств и позволяет создавать условия для последующего освоения растениями и животными. В то же время лишайники и грибы весьма чувствительны к гибельным видам воздействий, особенно антропогенного характера и их исчезновение - признак серьезного неблагополучия в окружающей среде.

Растения - это типичные эукариоты, фотосинтезирующие живые организмы, имеющие клеточную целлюлозную оболочку, запасы питательных веществ в виде крахмала, неподвижны или в крайнем случае малоподвижны, способные к увеличению размеров - росту в течение всей своей жизни. Подавляющее большинство растений на Земле имеет зеленую или близкую к ней окраску за счет пигмента - хлорофилла. Под действием солнечного излучения из простых соединений: воды и диоксида углерода с использованием других минеральных веществ они синтезируют органические соединения и выделяют кислород, обеспечивая тем самым питание и дыхание всех остальных живых организмов. Одним из самых важных свойств растений является их регенерирующая способность, размножаются они как половым путем, так и вегетативно.

Зеленый покров Земли создан именно растениями и распространены они в самых различных условиях, занимая практически всю сушу. Кстати, в океане по биомассе растений весьма немного, вопреки досужим представлениям о зарослях на дне морей и океанов (см. табл. 9). Растения по биомассе существенно опережают и животных, и микроорганизмы, являясь главнейшим компонентом биосферы и определяя главную форму жизни на Земле, а именно - растительную.

Главными жизненными формами растений являются деревья, кустарники и травы; деревья и кустарники - это многолетние растения, а травы бывают как многолетними, так однолетними и двулетними. Основные элементы строения растений - корень и побег. Из высших растений наиболее организованные, распространенные и многочисленные в настоящее время - это цветковые, имеющие цветки и плоды. У цветковых растений корень и побег могут обеспечивать бесполое размножение.

Кроме значительной биомассы растения на Земле обладают высоким разнообразием. Среди них выделяют два подцарства - низшие и высшие растения. К первым относят разнообразные водоросли, ко вторым - споровые (мхи, плауны, хвощи, папоротники) и семенные (голосеменные и покрытосеменные).

90

Водоросли - одноклеточные и многоклеточные организмы, являются, наверное, древнейшими представителями растительного мира. Общее количество водорослей насчитывает более 46 тысяч видов. Водоросли обитают как в пресных, так и соленых водоемах на различных глубинах.

Высшие растения. Споровые.

Мхи -это одна из самых древних групп высших растений; устроены наиболее просто - стебель и листья. Это в основном многолетние растения небольших размеров от нескольких миллиметров до десятка сантиметров. Распространены мхи достаточно широко и насчитывается их около 309 тысяч видов. Мхи неприхотливы, выдерживают как высокие, так и низкие температуры, но растут главным образом во влажных тенистых местах.

Плауны появились около 400 млн. лет тому назад и образовали густые леса из древовидных форм почти в 30 м высотой. Сейчас плаунов осталось на Земле мало и представляют они собой многолетние травянистые растения.

Хвощи - многолетние небольшие по размерам травянистые растения, но это сейчас, а в древности они были весьма распространены и образовывали весьма крупные древовидные формы.

Папоротники в каменноугольный период пережили бурный расцвет и сыграли, как и перечисленные другие споровые, огромную роль в развитии жизни на нашей планете. В настоящее время их насчитывается около 10 тысяч видов и в наибольшей степени они распространены во влажных тропических лесах. Если в умеренных широтах размеры папоротников соответствуют травам, т. е. это несколько сантиметров, то в тропиках - это десятки метров, т. е. деревья.

Семенные растения. Голосеменные. В наши дни голосеменные представлены примерно 700 видами кустарников и деревьев. У этих растений имеются семена и осуществляется редукция гамето-фита. Образование половых клеток, оплодотворение и созревание семян происходят на взрослом растении - спорофите. Наличие семян резко усиливает возможности растений к освоению новых пространств. Собственно говоря, наличие семян в какой-то степени заменяет невозможность растений к передвижению, как бы компенсируя их неподвижность относительно животных. Семя также способствует большей устойчивости растений к воздействию неблагоприятных факторов среды. Голосеменные подразделяют на хвойные - около 560 современных видов; саговники - известные с каменноугольного периода, и гинкго - также реликтовые. Последние два класса имеют весьма ограниченное распространение.

Покрытосеменные. Эти растения появились относительно недавно (около 150 млн. лет тому назад). В настоящее время они наиболее распространены на нашей планете и насчитывают примерно 250 тысяч видов. Это наиболее высокоорганизованные из высших растений. Они

91

обладают сложным строением, специализированными тканями и очень совершенной проводящей системой. Для них отличительным свойством является интенсивный обмен веществ, быстрый рост и очень высокая приспособляемость к меняющимся внешним воздействиям. Покрытосеменные имеют цветок - генеративный орган и семя, защищенное плодом. Цветковые представлены деревьями, кустарниками и травами, как однолетними, так и многолетними. Эти растения образуют на суше чрезвычайно сложные многоярусные сообщества и делятся на двудольные и однодольные по числу семядолей в зародыше. Двудольные насчитывают 175 тысяч видов, которые объединены в 350 семейств. Это в большинстве своем известные нам растения: деревья - дуб, ясень, береза и т. д.; кустарники: боярышник, бузина, смородина и т. д.; травы - лютик, лебеда, морковь и т. д.

Однодольные составляют около четверти всех покрытосеменных и объединяют 60 тысяч видов в 67 семействах. Преобладающая жизненная форма - травы: это злаки, агавы, алоэ, тростники, а из деревьев - пальмы (финиковая, кокосовая, сейшельская).

Животные. На Земле насчитывается 2 млн. видов животных и список их продолжает пополняться. Их размеры от микроскопических (от нескольких микрон) до 30 м. В отличие от других живых организмов клетки у животных лишены оболочки и пластид; питаются животные готовыми органическими веществами. Большинство животных обладает способностью к движению и имеют для этого специализированные органы.

Царство животных подразделяется на простейших (одноклеточных) и многоклеточных.

Простейшие - это организмы, состоящие из одной клетки, осуществляющей все функции живого организма. Среди них насчитывают примерно 15 тысяч видов различных форм: морские, пресноводные, почвенные и паразитические. Размеры от 5 мкм до 700 мкм. Размножаются как делением, так и половым путем. Простейшие способны переживать неблагоприятные условия среды, преобразуясь в стадию цисты. Выделяют несколько типов: саркодовые (корненожки), жгутиковые, споровики и инфузории.

Среди саркодовых наиболее типичны амебы и фораминиферы, радиолярии (раковинные амебы). Жгутиковые представлены, в частности, эвгленой зеленой, обитающей в воде и содержащей хлорофилл, паразитическими формами - трихомонады, лямблии, трипаносомы. Споровики - организмы, способные образовывать споры - покоящиеся стадии со сложной чередующейся системой полового и бесполого размножения. Самый известный представитель - малярийный плазмодий. Инфузории насчитывают около 7 тысяч видов и представляют собой наиболее сложноорганизованные простейшие организмы. Всем известна довольно крупная по размерам инфузория-туфелька. Обитает в пресных водоемах, имеет "рот", пищеварительную вакуоль

92

и специальный орган - порошицу, для выведения непереваренных остатков пищи; размножается половым и бесполым путем.

Многоклеточные организмы. Губки - самые простые из многоклеточных организмов. Это неподвижные образующие колонии животные. По форме тела - это "мешок" или "бокал", пронизанный многочисленными порами. Через эти поры осуществляется непрерывная фильтрация воды, которая и поставляет в губку питательные вещества. Губки часто сожительствуют с другими организмами; в их полостях обитают моллюски, черви и ракообразные; губки могут поселяться на панцире крабов, раковинах моллюсков. Губкам свойственны как бесполое, так и половое размножение. Широко известна пресноводная губка - бодяга. В природе губки выполняют роль фильтра, но очень чувствительны к воздействиям и быстро погибают в техногенно - загрязненных водах.

Кишечнополостные - это также низшие многоклеточные животные. Среди них имеются свободноплавающие формы - медузы и прикрепленные - полипы. Насчитывают около 20 тысяч видов. Кишечнополостные имеют нервную систему диффузного типа и в целом дифференциация клеток у них уже достаточно высокая. В пресных водоемах обитают гидроидные кишечнополостные - гидры, способные к регенерации. Сцифоидные - морские животные, для которых характерно слабое развитие полипа, но образуют сложные и крупные формы; медузы, размеры некоторых достигают 2 м в диаметре, щупальца свисают на 10-12 м. Коралловые полипы наиболее многочисленны и разнообразны, они живут в морях и носят название антозоа, что переводится с греческого как животные - цветы. Колониальные полипы строят огромные известковые сооружения в тропических морях - рифы барьерные и береговые, а также коралловые острова - атоллы.

Плоские, круглые и кольчатые черви. Среди плоских червей - животных с двусторонней симметрией тела различают ресничных, сосальщиков, ленточных. Все эти черви-трехслойные животные, обладающие кожно-мускульным мешком, имеющие выделительную, пищеварительную и нервную системы. Размеры червей от 4-5 мм (сосальщики), 2 см (ресничные) и до 2-3 м (ленточные). Круглые черви широко распространены в природе: в морях, океанах, пресных водоемах, в природном иле, в различных типах почв. Некоторые из крупных червей, в частности ленточные, являются паразитами человека, животных и даже растений; наиболее известны среди них нематоды, которых насчитывают до 20 тысяч видов. Размеры нематод колеблются от 80 мм до 8 м. Кольчатые черви - это наиболее организованные животные среди червей. Тело их сегментировано, хорошо развита нервная система узлового типа; имеется выделительная система и появляется кровеносная система замкнутого типа. Кольчатые черви обладают осязательными и светочувствительными клетками. Наиболее

93

известны дождевые черви, живущие в почве, и пиявки, встречающиеся в пресных водоемах. Дождевые черви и все виды пиявок очень чувствительны к загрязнениям, чего нельзя сказать о трубочниках, которые живут в загрязненных сточных водоемах, способны к очищению их от органических загрязнений и являются хорошей пищей для рыб.

Членистоногие. Эти животные представляют собой самый многочисленный тип животных, который объединяет 1,5 млн. видов, из которых самыми распространенными являются насекомые. По мнению биологов, членистоногие занимают вершину эволюции беспозвоночных. Появились членистоногие в морях кембрийского периода и стали затем первыми наземными животными, способными дышать атмосферным кислородом. Считают, что предками членистоногих были древние кольчатые черви.

По Р.А. Петросовой (1998) все членистоногие имеют общие признаки:

  • тело покрыто хитином - роговым веществом, иногда пропитанным известью; хитин образует наружный скелет и выполняет защитные функции;
  • конечности имеют членистое строение, соединены с телом посредством сустава, на каждом членике расположено по одной паре ног;
  • тело сегментировано и разделено на два - три отдела;
  • мышцы хорошо развиты и прикреплены в виде мышечных пучков к хитиновому покрову;
  • кровеносная система незамкнута, имеется сердце; кровь - гемолимфа изливается в полость тела и омывает внутренние органы;
  • имеются органы дыхания - жабры, трахеи, легкие;
  • усовершенствованная нервная система узлового типа; имеются сложные фасеточные глаза, усики-органы обоняния и осязания; органы слуха и равновесия;
  • усовершенствованная выделительная система;
  • раздельнополые.

Членистоногие подразделяются на ракообразных, паукообразных и насекомых.

Ракообразные насчитывают около 20 тыс. видов. К ним относятся раки, крабы, лангусты, дафнии, циклопы, мокрицы, креветки и т. д. Населяют морские и пресные водоемы; органы дыхания - жабры.

Паукообразные насчитывают около 60 тыс. видов. Они обладают всеми признаками членистоногих и отличаются наличием четырех пар ног, отходящих от головогруди и двух пар челюстей. В связи с наземным образом жизни развиты легкие и трахеи. Все паукообразные - хищники с наружным пищеварением; иногда встречаются паразиты. Самыми яркими представителями являются пауки, клещи и скорпионы разных видов, живущие в чрезвычайно разных условиях. Среди этих животных имеются ядовитые представители.

94

Насекомые- самые многочисленные животные среди беспозвоночных, да и среди позвоночных тоже. Полагают, что их насчитывается около 2 млн. видов, причем каждый год описывают по нескольку десятков новых видов. Насекомые живут в воздухе, воде, почве и на ее поверхности. Насекомые могут ползать, прыгать, ходить и летать, плавать, скользить и т. п.

Насекомые эволюционировали из воды на сушу, но многие из них перешли к вторичному существованию в воде. Строение насекомых в целом единообразно, несмотря на колоссальное количество форм их тела. Главная отличительная особенность - три пары ног, не зря насекомых иногда именуют как шестиногие. Все насекомые - раздельнополые животные, которые в зависимости от вида личинки могут иметь полные (в четыре стадии) или неполные (в три стадии) превращения. Четыре стадии - это яйцо, личинка, куколка, имаго (взрослое насекомое), а три стадии - яйцо, личинка, имаго. Класс насекомых насчитывает более 300 отрядов, которые отличаются строением крыльев, ротового аппарата и развитием. Наиболее широко распространенные низшие насекомые с неполным превращением - это тараканы, стрекозы, кузнечики, саранча, сверчки, клопы; к высшим насекомым с полным превращением относятся бабочки, шмели, осы, пчелы, муравьи, мхи, слепни, комары. Их размеры составляют 1-3 см. Распространены повсеместно от Арктики до Антарктиды во всех природных зонах.

Насекомые обладают сезонной и суточной активностью; некоторые из них обладают склонностью к общественному проживанию, в виде колоний-семей, где присутствует четкая дифференциация обязанностей (пчелы, муравьи, термиты).

Насекомые обладают инстинктами - наследственно безусловно-рефлекторной деятельностью, причем весьма большой сложности, обеспечивающей целесообразность поведения. Наряду с этим насекомые, как и все животные, непосредственно реагируют на факторы внешней среды.

Моллюски и иглокожие. Очень большим типом животных, насчитывающих около 100 тыс. видов, являются моллюски, которые обитают как в воде, так и на суше. Моллюски не имеют сегментированного тела, а состоят из трех отделов: головы, туловища и ноги. С помощью ноги моллюски могут передвигаться. Тело моллюска защищается, как правило, раковиной, которая растет вместе с моллюском. Дышат моллюски жабрами, а у наземных форм развиты легкие. В мантийную полость открываются выводные протоки почек, половых органов и анальное отверстие. Нервная система очень простая, почти как у плоских червей; кровеносная система незамкнута. Моллюски бывают обоеполые и раздельнополые с внутренним оплодотворением. Выделяют брюхоногих (виноградная улитка, рапана, катушки слизни, прудовики); двустворчатых в соленых и пресных водоемах (беззубка, мидия, гребешки, устрицы); головоногих - самых высокоорганизованных

95

среди моллюсков (кальмары, каракатицы, осьминоги). Головоногие представляют собой хищников, ведущих активный образ жизни в водной среде.

Тип иглокожих насчитывает около 5 тыс. видов, живущих исключительно в морских условиях, эти животные обладают весьма высокой организацией и по своему внешнему виду очень разнообразны и даже весьма красивы. По форме тела их разделяют на морские звезды, змеехвостки, морские ежи, морские лилии и т. д. Эти животные имеют подкожный известковый скелет в виде пластин с шипами и иглами. Образ жизни в основном малоподвижный. Особенности в виде центрального по отношению ко всему телу ротового отверстия, радиально-лучевой симметрии в строении тела, а также в том, что эти животные обладают водно-сосудистой системой, которая выполняет функции дыхания, газообмена и выделения. Иглокожие относятся к раздельнополым; для них характерна способность к регенерации. У некоторых видов при неблагоприятных условиях происходит самопроизвольный распад тела на отдельные части с последующей регенерацией.

Хордовые. Численность типа составляет всего около 3 % от числа видов животных (всего 45 тыс. видов). Они встречаются во всех средах, где возможна жизнь. Для хордовых обязательными являются следующие признаки: внутренний осевой скелет - хорду (для высших форм - это позвоночник); центральная нервная система в виде нервной трубки над осевым скелетом с подразделением на спинной и головной мозг; глоточные жаберные щели; двусторонняя симметрия; замкнутая кровеносная система и сердце, мышечный орган, обеспечивающий движение крови по сосудистой системе. По мере освоения образовались два круга кровообращения и усложнилось сердце с двухкамерного до четырехкамерного. Нервная система усовершенствована до значительного объема головного мозга, в частности, его переднего отдела и высокой степени развития органов чувств. При переходе от водного к наземному образу жизни созданы приспособленные к нему кожные покровы, дыхательная система, органы передвижения, системы зрения, обоняния, осязания и терморегуляции. Все позвоночные - раздельнополые.

Наибольшее распространение получил подтип Позвоночных, который включает в себя несколько основных классов: Хрящевые рыбы, Костистые рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие.

Рыбы подразделяют на хрящевых и костистых. Средой обитания рыб являются водоемы, что сформировало особенности их тела и создало плавники как органы передвижения. Дыхание жаберное, а сердце двухкамерное и один круг кровообращения.

Хрящевые наиболее примитивные из современных рыб, хотя многие из них появились в палеозое. Эти рыбы имеют неокостеневающий скелет; у них отсутствует плавательный пузырь, парные горизонтальные

96

плавники. Для них характерно внутреннее оплодотворение. К этому классу относятся акулы, скаты и химеры. Большинство из них хищники: акулы достигают размеров почти 20 м; скаты - придонные рыбы с 3-5 - метровым "размахом" плавников, некоторые способны с помощью электрических органов создавать электрические разряды в 200 В; химеры весьма немногочисленны и встречаются в основном на больших глубинах.

Костистые рыбы - это самая многочисленная среди рыб группа. Скелет костный, жабры закрыты крышками, имеется плавательный пузырь, тело покрыто чешуей. Встречаются хищники, всеядные и растительноядные. Характерным является наружное оплодотворение. Среди костных рыб есть представители весьма древних - двоякодышащие и кистеперые, которые процветали 380 млн. лет тому назад и первыми из животных выбрались на сушу, создав земноводных. Перечислить рыб по названиям практически невозможно, но среди них есть группы лососеобразных, сельдеобразных, карпообразных, трескообраз-ных, глубоководных, придонных и т. д.

Земноводные или амфибии - немногочисленная группа наземных довольно примитивных позвоночных животных. В зависимости от стадии развития часть жизни многие из них проводят в воде. Они возникли чуть менее 370 млн. лет тому назад от кистеперых рыб. В развитии имеют две стадии: личиночную и взрослую. В личиночной стадии имеют большое сходство с рыбами в строении и жизненных процессах, во взрослой - похожи на многих наземных животных. Это раздельнополые животные с наружным оплодотворением и развитием в воде. Питаются в основном животной пищей, но личинки иногда растительноядные.

Существует три группы земноводных: хвостатые, наиболее примитивные (тритон, саламандра, амбистома), червяги (безногие), очень немногочисленные, похожие на змей (червяга, рыба-змея) и бесхвостые амфибии, наиболее процветающие в настоящее время среди земноводных (жабы, лягушки).

Пресмыкающиеся или рептилии. Это типичные позвоночные, приспособленные к жизни на суше. Сердце - трехкамерное, имеется разделение артериальной и венозной крови в связи с наличием неполной перегородки в сердце; развита нервная система, полушария головного мозга значительно больше; существуют кроме врожденных безусловных и условные рефлексы. Пищеварительная, выделительная и кровеносная системы открываются в часть кишечника - клоаку. Легкие весьма объемистые, ячеистые. Тело покрыто чешуей, которая сбрасывается во время линьки. Рептилии - раздельнополые с внутренним оплодотворением. Отложенные яйца развиваются даже у водных рептилий на суше. Некоторые виды размножаются живорождением. Наибольшего расцвета пресмыкающиеся достигли в мезозойскую эру около 100-200 млн. лет тому назад, это были

97

динозавры, ихтиозавры, птерозавры различного размера от кошки до огромных животных. Все они вымерли примерно 70 млн. лет тому назад; более или менее ясного понимания причин этому пока нет.

В настоящее время существуют четыре основных группы рептилий: черепахи, змеи, ящерицы и крокодилы.

Характерной особенностью черепах является наличие панциря; живут они как в воде, так и на суше; размеры от очень небольших до более чем 110 см длиной, обитающих на суше, и более 500 см - в море.

Очень широко распространены ящерицы (игуаны, агамы, гекконы, хамелеоны, вараны, собственно ящерицы и др.) обычно с длинным хвостом и развитыми конечностями. Всем известны змеи, как типичные рептилии, имеющие длинное тело без конечностей; это ползающие животные; многие из них ядовиты, некоторые заглатывают добычу целиком, предварительно задушив ее. К змеям относят питонов, удавов, гюрз, кобр, гадюк, ужей и т. д.

Ближе к млекопитающим стоят крокодилы, имеющие четырехкамерное сердце, легкие; дыхательный, пищеварительный, выделительный аппараты очень развиты. Это довольно крупные хвостатые животные, обитающие в воде по берегам водоемов; по суше передвигаются медленно, но великолепно плавают. Обитают в основном в тропиках, субтропиках: пустынях, болотах, лесах.

Птицы - животные, приспособленные к полетам в земной атмосфере. Распространены по всему земному шару и насчитывают около 9 тыс. видов. Тело птиц покрыто перьями, а передние конечности превратились в крылья. В строении тела птиц имеются особенности, например, кости скелета у них полые, хорошо развита грудина-киль. Птицы - теплокровные животные (до 42° С). Легкие у них ячеистые и имеются воздушные мешки для активной вентиляции (это так называемое двойное дыхание). Сердце четырехкамерное; артериальная и венозная кровеносная системы разделены; пищеварительная, выделительная и половая системы у птиц и рептилий очень похожи. Нервная система птиц развита весьма хорошо, особенно передний мозг-мозжечок. Поведение птиц весьма сложное и у них выработано много условных рефлексов. Оплодотворение внутреннее; яйца откладываются, как правило, в гнезда; для птиц, как и рептилий, характерна забота о потомстве.

Всех птиц делят на три группы: бескилевые (бегающие), плавающие, килегрудые. Бегающие (страусы, эму, казуары, киви) высотой от 0,5 до 2,5 м - наиболее примитивные птицы. Пингвины - нелетающие птицы, но прекрасно плавающие, очень плохо передвигающиеся по суше. Килегрудые - самые распространенные в настоящее время, разделяются на 34 отряда, большинство птиц прекрасно летают; живут в лесах, степях, пустынях, на лугах, болотах, на воде, в садах и парках. Среди них есть хищники.

98

Млекопитающие или звери. Это наиболее высокоорганизованные позвоночные животные; развита нервная система (большой объем полушарий головного мозга и его кора), примерно постоянная температура тела; четырехкамерное сердце, два круга кровообращения; диафрагма, разделяющая брюшную и грудную полости; развитые молочные железы, дети развиваются в теле матери, кроме яйцекладущих, и вскармливаются молоком; развиты зубы; у многих есть хвост и кожа покрытая шерстью. У млекопитающих хорошо развиты органы чувств; обоняния, осязания, зрения, слуха. Внешний облик чрезвычайно разнообразен в зависимости от среды обитания: водные имеют ласты или плавники; летающие имеют крылья; сухопутные обладают хорошо развитым и для разных целей конечностями. Высокоразвитая нервная система позволяет прекрасно приспосабливаться к внешним условиям и вырабатывать многочисленные условные рефлексы.

Класс млекопитающих подразделяется на три подкласса: яйцекладущие, сумчатые и плацентарные.

Яйцекладущие (первозвери), наиболее примитивные из млекопитающих, они откладывают яйца, но детенышей выкармливают молоком; у них в часть кишечника (клоаку) открываются пищеварительная, выделительная и половая системы. Встречаются только в Австралии - это ехидны и утконос.

Сумчатые, гораздо более организованы, они рожают недоразвитых детенышей, которых донашивают в сумке. В Австралии обитают кенгуру, муравьеды, коала, вомбаты, сумчатые мыши, сумчатые белки. Еще более примитивные сумчатые встречаются в Центральной и Южной Америке - опоссумы, сумчатые волки.

Плацентарные имеют развитую плаценту - орган, прикрепленный к стенке матки и выполняющий функции обмена веществами и кислородом между материнским организмом и эмбрионом. Среди плацентарных выделяют 16 отрядов, в частности, Насекомоядные, Рукокрылые, Грызуны, Зайцеобразные, Хищные, Ластоногие, Китообразные, Копытные, Хоботные, Приматы.

Насекомоядные (кроты, ежи, землеройки и др.) наиболее примитивные мелкие животные.

Рукокрылые - единственные летающие среди зверей (крыланы, летучие мыши, вечерницы, вампиры); сумеречные мелкие животнце.

Грызуны - наиболее многочисленные (около 40 %), как правило, мелкие растительноядные и всеядные животные. Это крысы, мыши, белки, суслики, бобры, хомяки, сурки и др.

Зайцеобразные (зайцы и кролики), очень близки к грызунам, растительноядные.

Хищные (более 240 видов) питаются животной и смешанной пищей, делятся на несколько семейств: собачьи (собака, волк, лисица и др.), медвежьи (белый, бурый, гималайский и др.), кошачьи (кошка, тигр, рысь, лев, леопард, гепард, пантера и дракуньи (куница, соболь,

99

хорек, ласка, норка) и др. Некоторые из хищников способны к зимней спячке с замедлением обмена веществ.

Ластоногие, в основном, хищники обитают в воде, по суше передвигаются весьма плохо, но размножаются на суше. Это тюлени, моржи, морские львы и котики.

Китообразные также живут в воде, никогда ее не покидают и поэтому размножаются в воде; дышат атмосферным воздухом, хотя ведут образ жизни, близкий к рыбам. К ним относятся различные киты и дельфины. Голубой кит - самое крупное из современных животных (длина до 30 м и масса до 150 т).

Копытные подразделяются на два отряда: непарнокопытные (лошадь, осел, зебра, носорог, тапир), это растительноядные животные; парнокопытные (олени, коровы, жирафы, козы, овцы) растительноядные жвачные животные.

Хоботные (слоны) - самые крупные наземные животные, которые обитают только в Азии и Африке. Растительноядные, хобот - это видоизмененный удлиненный нос, сросшийся с верхней губой.

Приматы объединяют 140 видов. Для этих животных характерны пятипалые конечности, кисти хватательного типа, ногти вместо когтей. Зрение бинокулярного типа. Питаются растительной и животной пищей. Обитают в тропических и субтропических лесах. Различают полуобезьян и собственно обезьян. К первым относят лемуров, лори, долгопятов. Среди обезьян выделяют широконосых (игрунки, ревуны, коата) и узконосых (макаки, мартышки, павианы, гамадрилы). В группы высших узконосых бесхвостых человекообразных обезьян входят гиббон, шимпанзе, горилла, орангутанг. К приматам принадлежит и человек.

100


1 Ежегодный прирост живого вещества на Земле составляет 0,88 × 1012 т и столько же его распадается, что и означает наличие природного баланса в органическом мире Земли.
1 Петросова Р.А. и др. Естествознание и основы экологии. М., 1998, с. 161.


Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved