Происхождение и многообразие форм жизни. Многообразие живого мира. Уровни организации и основные свойства Многообразие форм жизни и их особенности
Биологическое разнообразие (биоразнообразие) — это понятие, обозначающие все многообразие жизни на Земле и все существующие природные системы. Биоразнообразие признано как одна из основ жизни человека. Роль биоразнообразия огромна — от стабилизации климата земли и восстановления плодородия почв до обеспечения человека продуктами и услугами, что позволяет нам поддерживать благосостояние общества, да и, собственно, позволяет существовать жизни на Земле.
Разнообразие живых организмов вокруг нас очень значительно, а уровень знаний о нем все еще не велик. Сегодня науке известно (описано и получили научные названия) около 1,75 миллиона видов, однако по оценкам на нашей планете может существовать не менее 14 миллионов видов.
Россия обладает существенным биоразнообразием, при этом уникальной чертой нашей страны остается наличие крупных малоосвоенных природных территорий, где большая часть экологических процессов сохраняет свой природный характер. Россия владеет 25% всех девственных лесов планеты. В России насчитывается 11500 видов дикорастущих растений, 320 видов млекопитающих, 732 вида птиц, 269 вида пресноводных рыб, а беспозвоночных около 130 000 видов. Много эндемиков, видов живущих только на территории нашей страны. Наши леса составляют 22% всех лесов мира.
Именно теме «Роль разнообразия в живой природе» и посвящен данный реферат
1.
Любому из нас очевидно, что все мы разные и что мир вокруг нас разнообразен. Однако, не каждому придет в голову задаться с виду простым вопросом – а почему это так? Зачем нам нужно разнообразие и какую роль оно играет в повседневной жизни?
А если всерьез задуматься, то получается, что:
Разнообразие — это прогресс
, развитие, эволюция. Что-то новое можно получить только из разного – атомов, мыслей, идей, культур, генотипов, технологий. Если вокруг все одинаково, то откуда взяться новому? Представьте себе, что наша Вселенная состоит только из одинаковых атомов (например водорода) — разве мы с вами при этом могли появиться на свет?
Разнообразие – это устойчивость
. Именно взаимные и согласованные действия разных по функциям составляющих дают всякой сложной системе возможность сопротивляться внешним воздействиям. Система из одинаковых элементов подобна гальке на пляже – она устойчива лишь до следующей набежавшей волны.
Разнообразие — это жизнь
. И живем мы чредою поколений исключительно в силу того, что генотипы у нас всех разные. Вовсе не случайно испокон веков все религии мира накладывали строжайшее табу на браки с близкими родственниками. Этим сохранялось генетическое разнообразие популяции, без которого прямой путь к вырождению и исчезновению с лица земли.
Если теперь представить себе, что в мире исчезло разнообразие, то вместе с ним мы потеряем:
А) способность к развитию;
Б) устойчивость;
в) собственно жизнь.
Жутковатая картина, не правда ли?
То есть, задавшись с виду наивным вопросом, мы приходим к неожиданному для многих выводу: разнообразие – определяющий
фактор существования всего живого на нашей планете
.
Человечество, возомнившее себя «царями природы», легко, не задумываясь, стираем с лица земли «неугодные» нам виды. Уничтожаем целые виды растений и животных – полностью, безвозвратно, навсегда. Уничтожаем естественное разнообразие и при этом вкладываем огромные суммы в клонирование – искусственное создание одинаковых особей… И это называем биотехнологией, наукой будущего, с которой связываем все надежды на дальнейшее существование. Каковы перспективы подобного существования ясно из предыдущего абзаца – не поленитесь, перечитайте еще раз…
В свое время мы на себе ощутили и «единственно верное учение», и «общество всеобщего равенства», и ценой миллионов жизней походили «в едином строю»… В социально-экономической сфере жизнь научила нас ценить разнообразие, но нужно ли пройти через еще более тяжкие испытания, чтобы научиться ценить разнообразие биологическое?
По определению, данному Всемирным фондом дикой природы (1989), биологическое разнообразие – это «все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу». Таким образом, биологическое разнообразие следует рассматривать на трех уровнях. Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями Для беспрерывного выживания видов и природных сообществ необходимы все уровни биологического разнообразия, все они важны и для человека. Разнообразие видов демонстрирует богатство эволюционных и экологических адаптаций видов к различным средам. Видовое разнообразие служит для человека источником разнообразных естественных ресурсов. Например, влажные тропические леса с их богатейшим набором видов производят замечательное разнообразие растительных и животных продуктов, которые могут использоваться в пищу, в строительстве и медицине. Генетическое разнообразие необходимо любому виду для сохранения репродуктивной жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, способности к адаптации в изменяющихся условиях. Генетическое разнообразие домашних животных и культивируемых растений особенно ценно для тех, кто работает над селекционными программами по поддержанию и улучшению современных сельскохозяйственных видов.
Разнообразие на уровне сообществ представляет собой коллективный отклик видов на различные условия окружающей среды. Биологические сообщества, характерные для пустынь, степей, лесов и затопляемых земель, поддерживают непрерывность нормального функционирования экосистемы, обеспечивая ее «обслуживание», например, с помощью регулирования паводков, защиты от почвенной эрозии, фильтрации воздуха и воды.
Видовое разнообразие
На каждом уровне биологического разнообразия – видовом, генетическом и разнообразии сообществ специалисты изучают механизмы, которые изменяют или сохраняют разнообразие. Видовое разнообразие включает весь набор видов, обитающих на Земле. Существует два основных определения понятия вида. Первое: вид представляет собой совокупность особей, которая по тем или иным морфологическим, физиологическим или биохимическим характеристикам отличается от других групп. Это морфологическое определение вида. Сейчас для различения видов, которые внешне практически идентичны (например, бактерии), все чаще используют различия в последовательности ДНК и другие молекулярные маркеры. Второе определение вида – это совокупность особей, между которыми происходит свободное скрещивание, но при этом отсутствует скрещивание с особями других групп (биологическое определение вида).
Невозможность четко отделить один вид от другого из-за сходства их характеристик или возникающая путаница в научных названиях часто снижают эффективность усилий по защите вида.
Сейчас биологами описаны только 10–30% видов в мире, и многие могут исчезнуть до того, как будут описаны.
Любая стратегия сохранения биологического разнообразия требует чекого понимания того, сколько всего существует видов и как эти виды распределены. На сегодня описано 1,5 млн видов. По меньшей мере вдвое большее число видов остается неописанным, главным образом это насекомые и другие тропические членистоногие.
Наши знания о количестве видов не точны, поскольку многие не броские животные еще не попали в поле зрения систематиков. Например, трудны для изучения мелкие пауки, нематоды, почвенные грибы и насекомые, живущие в кронах деревьев тропического леса встречаются различные течения, но границы этих областей, как правило, нестабильны во времени.
Эти малоизученные группы могут насчитывать сотни и тысячи, даже миллионы видов. Бактерии тоже изучены очень слабо. Из-за сложностей в их выращивании и идентификации, микробиологи научились определять только около 4000 видов бактерий. Однако проводимые в Норвегии исследования по анализу ДНК бактерий показывают, что в одном грамме почвы возможно присутствие более чем 4000 видов бактерий, и примерно столько же можно их обнаружить в морских донных отложениях. Такое высокое разнообразие, даже в малых пробах, подразумевает существование тысяч или даже миллионов неописанных еще видов бактерий. Современные исследования пытаются определить, каково соотношение числа широко распространенных видов бактерий по сравнению с региональными или узколокальными видами.
Генетическое внутривидовое разнообразие часто обеспечивается репродуктивным поведением особей внутри популяции. Популяция – это группа особей одного вида, обменивающихся генетической информацией между собой и дающих плодовитое потомство. Вид может включать одну или более отдельных популяций. Популяция может состоять как из нескольких особей, так и из миллионов.
Особи внутри популяции обычно генетически отличаются друг от друга. Генетическое разнообразие связано с тем, что особи обладают незначительно отличающимися генами – участками хромосом, которые кодируют определенные белки. Варианты гена известны как его аллели. Различия возникают при мутациях – изменениях в ДНК, которая находится в хромосомах конкретной особи. Аллели гена могут по-разному влиять на развитие и физиологию особи. Селекционеры сортов растений и пород животных, отбирая определенные генные варианты, создают высокоурожайные, устойчивые к вредителям виды, например зерновых культур (пшеницы, кукурузы), домашнего скота и птицы.
Разнообразие сообществ и экосистем
Биологическое сообщество определяется как совокупность особей различных видов, обитающих на определенной территории и взаимодействующих между собой. Примеры сообществ – хвойные леса, высокотравные прерии, влажные тропические леса, коралловые рифы, пустыни. Биологическое сообщество в совокупности со средой своего обитания называется экосистемой. В наземных экосистемах вода испаряется биологическими объектами с поверхности Земли и с водных поверхностей, чтобы снова пролиться в виде дождя или снега и пополнить наземные и водные среды. Фотосинтезирующие организмы поглощают энергию света, которая используется растениями для их роста. Эта энергия поглощается поедающими фотосинтезирующие организмы животными или высвобождается в виде тепла как в процессе жизнедеятельности организмов, так и после их отмирания и разложения.
Физические свойства окружающей среды, особенно годовой режим температур и осадков, влияют на структуру и характеристики биологического сообщества и определяют становление либо леса, либо луга, либо пустыни или болота. Биологическое сообщество, в свою очередь, также может изменять физические характеристики среды. В наземных экосистемах, например, скорость ветра, влажность, температура и почвенные характеристики могут быть обусловлены влиянием обитающих там растений и животных. В водных экосистемах такие физические характеристики, как турбулентность и прозрачность воды, ее химические характеристики и глубина определяют качественный и количественный состав водных сообществ; а такие сообщества, как коралловые рифы, сами в значительной степени влияют на физические свойства окружающей среды. Внутри биологического сообщества каждый вид использует уникальный набор ресурсов, который составляет его нишу. Любой компонент ниши может стать лимитирующим фактором, когда он ограничивает размер популяции. Например, популяции видов летучих мышей с узко- специализированными требованиями к условиям среды, формирующие колонии только в известковых пещерах, могут быть ограничены числом пещер с подходящими условиями.
Состав сообществ во многом определяется конкуренцией и хищниками. Хищники зачастую значительно сокращают численность видов – своих жертв – и могут даже вытеснить некоторые из них из привычных мест обитания. Когда хищников истребляют, численность популяции их жертв может возрасти до критического уровня или даже перейти его. Тогда после исчерпания лимитирующего ресурса может начаться разрушение популяции.
Структура сообщества определяется также симбиотическими (в широком смысле этого слова) взаимоотношениями (в том числе мутуалистическими), при которых виды находятся во взаимовыгодных отношениях. Мутуалистические виды достигают большей плотности при совместном существовании. Обычные примеры такого мутуализма – растения с мясистыми плодами и питающиеся этими плодами птицы, которые разносят их семена; грибы и водоросли, которые вместе образуют лишайники; растения, которые дают кров муравьям, снабжающим их элементами питания; коралловые полипы и живущие в них водоросли.
Наиболее богаты видами тропические влажные леса, коралловые рифы, обширные тропические озера и глубоководные моря. Велико биологическое разнообразие и в сухих тропических областях с их листопадными лесами, кустарниковыми бушами, саваннами, прериями и пустынями. В умеренных широтах высокими показателями выделяются покрытые кустарником территории со средиземноморским типом климата. Они есть в Южной Африке, на юге Калифорнии и на юго-западе Австралии. Влажные тропические леса в первую очередь характеризуются исключительным разнообразием насекомых. На коралловых рифах и в глубоководных морях разнообразие обусловлено гораздо более широким набором систематических групп. Разнообразие в морях связано с их огромным возрастом, гигантскими площадями и стабильностью этой среды, а также со своеобразием типов донных отложений. Замечательное разнообразие рыб в крупных тропических озерах и появление на островах уникальных видов обусловлено эволюционной радиацией в изолированных продуктивных местообитаниях.
Видовое разнообразие почти всех групп организмов увеличивается по направлению к тропикам. Например, в Таиланде обитает 251 вид млекопитающих, а во Франции – только 93, несмотря на то, что площади обеих стран примерно одинаковы.
2. МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ – ОСНОВА ОРГАНИЗАЦИИ И УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ
Биосфера — сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планет Можно сказать, что биосфера – это область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.
Огромное видовое разнообразие. живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации энергии. Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий среды в той или иной части биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биоценоз - пространственно ограниченные части биосферы - не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных к совместному обитанию. Такие сообщества называются биоценозами.
Особой сложностью отличаются отношения между хищником и жертвой. С одной стороны, хищники, уничтожая домашних животных, подлежат истреблению. С другой - хищники необходимы для поддержания экологического равновесия («Волки - санитары леса»).
Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценозы, тем выше устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Озера превращаются в болота - идет образование торфа, а в итоге на месте озера вырастает лес.
Процесс закономерного изменения биоценоза называется сукцессией. Сукцессия - это последовательная смена одних сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке среды. При естественном течении сукцессия заканчивается формированием устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.
Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для вселения. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.
В ходе естественного отбора в составе биоценоза неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Формирование биоценозов имеет существенную сторону: «соревнование за место под солнцем» между различными биоценозами. В этом «соревновании» сохраняются лишь те биоценозы, которые характеризуются наиболее полным разделением труда между своими членами, а следовательно, более богатыми внутренними биотическими связями.
Так как каждый биоценоз включает в себя все основные экологические группы организмов, он по своим возможностям приравнивается биосфере. Биотический круговорот в пределах биоценоза - своеобразная уменьшенная модель биотического круговорота Земли.
Таким образом:
1. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы: газов, атмосферы, минеральных солей, воды и т.д.
2. Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее следующие уровни жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих уровней обладает относительной независимостью, и только это обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы.
3. Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды обитания и жизни отдельных видов создают предпосылки для морфологического процесса, важным элементом которого является совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы. Сохранились лишь те виды организмов, которые в ходе борьбы за существование стали оставлять потомство, несмотря на внутренние перестройки биосферы и изменчивость космических и геологических факторов.
3. ПРОБЛЕМА СОХРАНЕНИЯ РАЗНООБРАЗИЯ В ПРИРОДЕ КАК ФАКТОР ВЫЖИВАНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
На рубеже третьего тысячелетия мы с горечью констатируем, что в результате антропогенного пресса, особенно в последние десятилетия, резко уменьшается число видов растений и животных, истощается их генофонд, сокращаются площади наиболее продуктивных экосистем, ухудшается здоровье среды. Постоянное расширение списков редких и исчезающих видов биоты в новых изданиях Красных книг тому прямое свидетельство. По некоторым прогнозам ведущих орнитологов, к концу XXI века на нашей -планете исчезнет каждый восьмой вид птиц.
Осознание необходимости сохранения всех видов из царств грибов, растений и животных, как основы существования и благополучия самого человечества, послужило решающим стимулом для разработки и реализации ряда крупных международных и национальных программ, а также принятия основополагающих межгосударственных соглашений в области охраны и мониторинга окружающей среды, растительного и животного мира. После подписания и последующей ратификации более 170 государствами Международной конвенции по биоразнообразию (1992 г., Рио-де-Жанейро) вопросам изучения, сохранения и устойчивого использования биологических ресурсов стало уделяться гораздо больше внимания во всех странах мира. В соответствии с основными требованиями Конвенции по биологическому разнообразию, которую Россия ратифицировала в 1995 г., необходимо было обеспечить «научное сопровождение» принятия решений в области охраны живой природы in-situ и ex-situ. Все, что связано с инвентаризацией, оценкой состояния, сохранением, восстановлением и рациональным использованием объектов растительного и животного мира, требует четкого научного обоснования. Для огромной территории России с ее ландшафтным разнообразием, многонациональным населением, различными традициями в использовании природных ресурсов, необходимо значительно более активное развитие фундаментальных исследований, без которых в принципе невозможно осуществить инвентаризацию и разработку скоординированной стратегии охраны всех категорий биоразнообразия, на всех его иерархических уровнях.
Проблема сохранения биоразнообразия является сегодня одной из центральных проблем экологии, поскольку сама жизнь на Земле возмещена только при достаточном разнообразии эволюционного материала. Именно благодаря биологическому разнообразию создается структурная и функциональная организация экологических систем, обеспечивающая их стабильность во времени и устойчивость к изменениям внешней среды. По образному определению чл.-корр. РАН А.Ф. Алимова: «Вся совокупность биологических наук изучает четыре главнейших феномена: жизнь, организм, биосферу и биоразнообразие. Первые три образуют ряд от жизни (в основании) до биосферы (наверху), четвертый проникает в первые три: без разнообразия органических молекул нет жизни, без морфологического и функционального разнообразия клеток, тканей, органов, а у одноклеточных - органелл, - нет организма, без разнообразия организмов не может быть экосистем и биосферы». В связи с этим весьма логичным представляется изучение биоразнообразия не только на видовом уровне, но на уровне популяций, сообществ и экосистем. По мере усиления антропогенного воздействия на природу, приводящего в конечном итоге к обеднению биологического разнообразия, изучение организации конкретных сообществ и экоистем, а также анализ изменения их биоразнообразия становится действительно важным. Одной из наиболее важных причин деградации биоразнообразия является недооценка его реальной экономической ценности. Любые предлагаемые варианты сохранения биоразнообразия постоянно проигрывают соревнование с лесным и сельским хозяйством, добывающей промышленностью, так как выгоды от этих секторов экономики зримы и ощутимы, они имеют цену. К сожалению, ни централизованно планируемая экономика, ни современная рыночная экономика не могли и не могут корректно определить истинную ценность природы. В то же время группой экспертов под руководством Роберта Констаца (Мэрилендский университет) было выделено 17 категорий функций и услуг природы, среди которых были регулирование климата, газового состава атмосферы, водных ресурсов, образование почвы, переработка отходов, генетические ресурсы и др. Расчеты этих ученых дали суммарную оценку этих функций природы в среднем в 35 трлн. долларов, что вдвое превышает созданный человечеством ВНП (18 трлн. долларов в год). Этому направлению исследований по определению ценности биоразнообразия мы до сих пор не уделяем должного внимания, что и не позволяет нам создать надежный экономический механизм защиты окружающей среды в республике.
Среди приоритетных направлений научных исследований на ближайшие десятилетия для целей сохранения биоразнообразия на европейском Северо-Востоке России следует выделить:
— унификация существующих и разработка новых методов оценки и инвентаризации всех компонентов биоразнообразия;
— создание компьютерных баз данных по биоразнообразию в разрезе отдельных таксонов, типов экосистем, форм использования компонентов биоразнообразия, включая базы данных по редким видам растений и животных;
— развитие и внедрение новейших методов таксономии в систематику и диагностику растений, животных, грибов и микроорганизмов;
— продолжение инвентаризации биоты региона и особенно на особо охраняемых природных территориях;
— подготовка и издание новых региональных флористических и фаунистических сводок, атласов, каталогов, определителей, монографий по отдельным таксонам микроорганизмов, грибов, низших и высших растений, позвоночных и беспозвоночных животных;
— разработка методологических основ экономической оценки биоразнообразия;
— разработка научных основ и технологий по восстановлению биологического разнообразия в антропогенно нарушенных наземных, водных и почвенных экосистемах; — подготовка региональной программы сохранения биоразнообразия с учетом специфики разнообразных условий нашей страны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Человечество признало огромное значение биологического разнообразия и его компонентов, приняв 5 июня 1992 г. Конвенцию о биологическом разнообразии. Она стала одной из самых массовых международных конвенций, ее членами сегодня являются 187 стран. Россия является участницей Конвенции с 1995 г. С принятием этой Конвенции впервые был принят глобальный подход к сохранению и устойчивому использованию всего богатства живых организмов на Земле. Конвенция признает необходимость использования многоотраслевого комплексного подхода для устойчивого использования и сохранения биоразнообразия, особой роли международного обмена информацией и технологиями в данной сфере, и значения справедливого и равного распределения выгод, полученных от использования биологических ресурсов. Именно эти три компонента — устойчивое использование биоразнообразия, сохранение биоразнообразия, справедливое распределение выгод от использования генетических ресурсов — составляют «три кита» Конвенции.
Какие чудеса открылись бы человеку,
будь его глаза способны разглядеть
очертания и движения мельчайших
частиц в крови и других жидкостях
организмов столь же отчетливо, как
очертания и движения самих живых
существ.
Дж. Локк
Чем различаются клетки животных и клетки растений? Каковы особенности организации и функционирования одноклеточных эукариот и клеток в составе многоклеточного организма? Как устроены клетки прокариот? Что представляют собой вирусы?
Урок-лекция
РАЗЛИЧИЯ В СТРОЕНИИ ЖИВОТНЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК . Описание общего плана строения клетки эукариот в основном рассмотрено на примере животной клетки. Организация растительной клетки имеет некоторые свои специфические черты (рис. 44). Снаружи она одета клеточной стенкой, которая состоит из целлюлозы.
Рис. 44. Строение растительной клетки
Наличие плотной клеточной стенки препятствует образованию перетяжки при делении цитоплазмы клетки в телофазе митоза, как это было описано в § 32. Деление цитоплазмы на две части при митозе растительных клеток происходит путем формирования плазматической мембраны и клеточной стенки прямо внутри делящейся клетки - от центра к периферии.
В состав растительных клеток входят особые органеллы - пластиды . Они окружены не менее чем двумя мембранами, содержат короткую кольцевую ДНК, рибосомы и способны к самостоятельному делению. В функциональном отношении большинство разновидностей пластид так или иначе связаны с энергетикой клетки. В первую очередь это хлоропласты, в которых осуществляются реакции фотосинтеза.
Хлоропласты содержат хлорофилл, каротиноиды и необходимые для фотосинтеза белки. Хромопласты не содержат хлорофилла, но обогащены каротиноидами - желтыми, оранжевыми и красными пигментами, которые определяют окраску цветов, плодов и некоторых корнеплодов (морковь). И наконец, лейкопласты бесцветны. В некоторых из них может синтезироваться и накапливаться крахмал, в других - запасы жира и белка. Лейкопласты при определенных условиях могут превращаться в хлоропласты и хромопласты, а хлоропласты - в хромопласты. С последним процессом связано осеннее изменение окраски листьев.
Вспомним, что целлюлоза - это полисахарид, молекулы которого образуют тончайшие нити. Связь между соседними клетками у многоклеточных растений осуществляется благодаря тонким тяжам цитоплазмы, пронизывающим неуплотненные участки клеточной стенки.
В типичной растительной клетке имеется одна или несколько центральных вакуолей , которые при сильном развитии могут вытеснять все остальное содержимое клетки на периферию. Вакуоли окружены мембраной, а их внутреннее содержимое сильно варьирует в клетках разных типов. Это могут быть запасные питательные вещества (сахара, растворимые белки), растворы необходимых клетке солей, аминокислоты и др. В вакуоли же выводятся и вредные продукты, образующиеся в результате обмена веществ, например щавелевая кислота.
В вакуолях накапливаются и пигменты - антоцианы, которые могут придавать растениям широкий спектр оттенков - от розового до чернофиолетового.
Антоцианы обеспечивают голубую и красную окраску плодов (слива, вишня, виноград, брусника, земляника) и лепестков цветков (василек, герань, роза, пион). Кроме того, именно они окрашивают осенние листья в ярко-красный цвет.
Растительная клетка имеет принципиально то же строение, что и животная. Отличительной особенностью растительной клетки является наличие клеточной стенки, пластид и вакуолей.
КЛЕТКА КАК ОРГАНИЗМ И КЛЕТКА В СОСТАВЕ ОРГАНИЗМА . Вы уже знаете, что клетка может функционировать как самостоятельный организм или входить в состав многоклеточного организма или колонии. Во всех этих случаях клетки обладают специфическими чертами в своей организации. У одноклеточных эукариот имеются органеллы, которые необходимы им для самостоятельного существования и которые никогда не встречаются у клеток многоклеточных организмов. Это могут быть пигментные глазки, жгутики и реснички, клеточный рот (особый участок цитоплазмы, которым отдельные хищные простейшие захватывают добычу) и многое другое.
Основная черта клеток, формирующих многоклеточный организм, заключается в их специализации. Особенно отчетливо это проявляется на тканевом уровне организации высших растений и животных. Клетки каждой ткани строго дифференцированы, т. е. приспособлены к выполнению какой-либо одной основной функции или немногих функций, что определяет и их структурные особенности. Более того, такие клетки, как правило, теряют способность к размножению. Они функционируют определенное время, а затем погибают. В большинстве тканей имеется некоторый запас способных к делению недифференцированных клеток. Они производят новые клетки, которые, пройдя определенный этап дифференциации, заменяют собой погибшие клетки данной ткани.
Клетки одноклеточных эукариот, помимо обычного набора органелл, обладают рядом специфичных структур, обеспечивающих их существование как самостоятельных организмов. В составе тканей клетки приспособлены к выполнению определенных функций. Эта специализация необратима, и пополнение тканей новыми клетками происходит в результате деления и последующей специализации недифференцированных клеток.
СПЕЦИФИКА КЛЕТКИ ПРОКАРИОТ . Бактериальная клетка принципиально отличается от рассмотренных нами клеток эукариотических организмов. Различия эти касаются отнюдь не размеров, которые для большинства бактерий составляют 1 - 10 мкм. Это вполне сопоставимо с размерами некоторых типов клеток эукариот. А вот строение и связанные с этим особенности функционирования бактериальной клетки оказываются совершенно иными (рис. 45).
Рис. 45. Строение бактериальной клетки
Прежде всего у бактерий отсутствует не только оформленное ядро, но и все остальные органеллы. Различия обнаруживаются и в строении мембраны, окружающей клетку бактерии. Вещества попадают в бактерию и выводятся из нее только благодаря диффузии.
Надмембранные структуры бактерий формируют вокруг них жесткую клеточную стенку. Она обладает избирательной проницаемостью. Поверх клеточной стенки бактерии формируют еще и слизистую капсулу, которая служит дополнительной защитой от неблагоприятных факторов среды, в том числе предохраняет от высыхания. В цитоплазме бактерий отсутствует цитоскелет.
Некоторые бактерии снабжены жгутиком, который не имеет ничего общего ни по строению, ни по особенностям функционирования с одноименной структурой эукариот.
Наконец, генетический аппарат бактерий, так называемый нуклеоид, представлен замкнутой в кольцо молекулой ДНК, которая свободно лежит в цитоплазме. Нуклеоид прикреплен к внутренней стороне бактериальной мембраны. Перед началом деления бактерии происходит удвоение кольцевой ДНК, и два образовавшихся нуклеоида «разъезжаются» по мембране в разные стороны. Затем мембрана и клеточная стенка впячиваются и перешнуровывают бактериальную клетку надвое. В каждой из образовавшихся клеток оказывается свой нуклеоид.
Клетки прокариот лишены оформленного ядра и клеточных органелл. Снаружи бактерию окружают плотная клеточная стенка и капсула, у некоторых видов имеется жгутик. Генетический аппарат прокариот представлен кольцевой молекулой ДНК, репликация которой предшествует делению бактерии.
НЕКЛЕТОЧНАЯ ФОРМА ЖИЗНИ - ВИРУСЫ . Впервые о существовании вирусов узнали в 1892 г., когда русский ботаник Д. И. Ивановский обнаружил, что заболевание табака - табачную мозаику вызывает возбудитель, проходящий через бактериальные фильтры, т. е. он существенно меньше бактерий по размеру. Действительно, размеры большинства вирусов варьируют в пределах 15-300 нм. В простейшем случае вирус состоит из небольшой молекулы ДНК или РНК, окруженной защитной белковой оболочкой - капсидом (рис. 46).
Рис. 46. Строение вируса табачной мозаики: а - РНК; б - капсид
Вирус способен существовать длительное время и при широком диапазоне внешних условий. Однако самостоятельно воспроизводить себя вирусы не могут, поскольку не содержат тех структур и ферментов, которые обеспечивают процессы, связанные с репликацией нуклеиновых кислот и биосинтезом белков. Поэтому основная задача вируса - это попасть в клетку-хозяина. Процесс этот может происходить случайно, например с жидкостью при пиноцитозе. Однако большинство вирусов способны распознавать именно те клетки, в которых они могут воспроизводиться.
Оказавшись в клетке-хозяине, вирусная ДНК начинает реплицироваться.
С нее также считывается информация в виде мРНК, которая поступает на рибосомы, где и осуществляется синтез вирусных белков. В случае РНК-содержащих вирусов вирусная РНК многократно реплицируется и сама играет роль мРНК. По мере наработки белков капсида и нуклеиновых кислот вируса в цитоплазме клетки-хозяина происходит сборка вирусных частиц. Их накопление ведет к гибели клетки-хозяина, она разрывается, и вирусные частицы выходят во внешнюю среду.
Однако последовательность событий, следующих за проникновением вируса в клетку-хозяина, может быть и иной. Оказалось, что при определенных обстоятельствах ДНК вируса не приступает к репликации в цитоплазме клетки-хозяина, а встраивается в ее кольцевую ДНК (у бактерий) или в ДНК хромосом (у эукариот). Такая клетка с вирусной ДНК в геноме способна размножаться, причем в каждую дочернюю клетку попадает и ДНК вируса. Затем при каком-то внешнем воздействии (ультрафиолета или радиации) вирусная ДНК выходит из состава генома клетки-хозяина и приступает к производству вирусных частиц по описанной выше схеме.
Способность ДНК вирусов встраиваться в геном клетки имеет целый ряд серьезных последствий. Дело в том, что при выходе ДНК вируса из хромосомы или нуклеоида она может захватывать и прилежащие участки (гены) ДНК хозяина. Затем вместе с вирусной ДНК эти участки могут встраиваться в геном клеток другой особи (или даже особи другого вида), в которую проникнет вирус. Такой «горизонтальный» перенос генетического материала (в отличие от «вертикального» - от родителей детям) играет важную роль в эволюции организмов.
Вирусные ДНК и РНК могут нести онкогены - гены, которые при встраивании в геном клетки преобразуют ее в раковую. Кроме того, встраивание генетического материала вируса в ДНК клетки может провоцировать активацию некоторых ее собственных генов (протоонкогены), что также приводит к перерождению клетки и формированию опухоли.
Вирус представляет собой молекулу ДНК или РНК, окруженную белковой оболочкой. Воспроизводство вирусов возможно только в клетках-хозяевах. Вирусная ДНК способна встраиваться в геном хозяина, что может приводить к явлению горизонтального переноса генетической информации.
Многие вирусы и бактерии гибнут под воздействием ультрафиолетового излучения. Во время эпидемий, вызванных вирусами, полезно проводить кварцевание помещения. При отсутствии соответствующих приборов необходимо регулярно проветривать помещение и делать влажную уборку.
- Объясните различия в строении растительной и животной клеток.
- Почему скорость деления бактериальной клетки выше скорости деления клетки эукариот? Какова роль вирусов в биосфере?
- Почему в процессе эволюции клетки эукариот, а не прокариот заняли господствующее положение и дали начало огромному разнообразию форм жизни?
В зависимости от среды обитания живые организмы делят на несколько больших групп. Каждая группа относится к определенной форме жизни.
1) Запишите определение термина.
Биосфера -
Ответ: Оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов.
2) Назовите оболочки биосферы.
Ответ: Атмосфера, гидросфера, литосфера
3) Охарактеризуйте основные формы жизни. Заполните таблицу "Многообразие форм жизни на Земле".
-
Форма жизни Среда обитания Особенности Растения наземно-воздушная наличие механических тканей для поддержания вертикального расположения Рыбы водная приспособлены дышать кислородом, растворенном в воде; обтекаемая форма тела Птицы воздушная легкие коста; способность к полету
4) Приведите примеры просто организованных существ и существ, имеющих сложную организацию. Объясните, почему их так называют.
Ответ: Простая организация - простейшие, к примеру, жгутиковые, бактерии и т.д.
Сложная организация - это млекопитающие, рыбы, птицы.
Они отличаются тем, что сложно организованные являются многоклеточными, а просто организованные - одноклеточными.
Почему при их характеристике можно употреблять термин "организм"?
Ответ: Как одноклеточные, так и многоклеточные обладают совокупностью основных жизненных свойств (клеточное строение, обмен веществ, синтез высокомолекулярных веществ и прочее) и имеют специальные образования, которые обеспецивают эти процессы. У одноклеточных - органоиды, у многоклеточных - ткани, органы и системы органом.
5) Что такое биологическая система?
Ответ: Биологическая система - совокупность функционально связанных элементов или процессов, объединенных в целое для достижения биологически значимого результата.
Какие биологические системы вы можете наблюдать около школы, дома, на улице, в лесу, на берегу реки?
Ответ: Насекомые, животные, микробы, вирусы.
Можно ли назвать организмы человека биологической системой? Свой ответ аргументируйте.
Ответ: Можно. У человека все органы работаю во взаимосвязи, одно идет к другому.
6) Напишите цифры, которыми обозначены уровни организации жизни в порядке их усложнения: от самого простого до самого сложного.
1- Популяция трески
2- Целостный организм
3- Биосфера
4- Молекулы веществ, входящих в состав клетки
5- Биоценоз смешанного леса
6- Клетки мякоти листа
7- Виды клевера
Ответ: 4,6,2,7,1,5,3
7) Укажите, какие уровни организации жизни изучают науки:
Ответ: Генетика - молекулярный (касаемо генов) и популяционный (касаемо проявлений наследственности и изменчивости)
Цитология - наука о строении клетов
Ботаника - (организменный), наука про растения
Экология - (биогеноцетический), наука о загрязнении природы
Биоценология - (биосферный)
Все многообразие живого мира практически невозможно выразить в количественном эквиваленте. По этой причине систематики объединили их в группы на основании определенных признаков. В нашей статье мы рассмотрим основные свойства, основы классификации и организмов.
Многообразие живого мира: кратко
Каждый вид, существующий на планете, индивидуален и неповторим. Однако многие из них имеют целый ряд сходных черт строения. Именно по этим признакам все живое можно объединить в таксоны. В современный период ученые выделяют пять Царств. Многообразие живого мира (фото демонстрирует некоторых его представителей) включает Растения, Животные, Грибы, Бактерии и Вирусы. Последние из них не имеют клеточного строения и по этому признаку относятся к отдельному Царству. Молекула вирусов состоит из нуклеиновой кислоты, которая может быть представлена как ДНК, так и РНК. Вокруг них располагается белковая оболочка. С таким строением данные организмы способны осуществлять только единственный признак живых существ - размножаться самосборкой внутри организма хозяина. Все бактерии являются прокариотами. Это значит, что в их клетках нет оформленного ядра. Их генетический материал представлен нуклеоидом - кольцевыми молекулами ДНК, скопления которых находятся прямо в цитоплазме.
Растения и животные отличаются способом питания. Первые способны сами синтезировать органические вещества в ходе фотосинтеза. Такой способ питания называется автотрофным. Животные поглощают уже готовые вещества. Такие организмы называют гетеротрофами. Грибы обладают признаками как растений, так и животных. К примеру, они ведут прикрепленный образ жизни и неограниченный рост, но не способны к фотосинтезу.
Свойства живой материи
А по каким признакам, вообще, организмы называют живыми? Ученые выделяют целый ряд критериев. Прежде всего, это единство химического состава. Вся живая материя образована органическими веществами. К ним относятся белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты. Все они являются естественными биополимерами, состоящими из определенного количества повторяющихся элементов. К также принадлежат питание, дыхание, рост, развитие, наследственная изменчивость, обмен веществ, размножение, способность к адаптации.
Каждый таксон характеризуется своими особенностями. К примеру, растения произрастают неограниченно, в течение всей жизни. А вот животные увеличиваются в размерах только до определенного времени. То же самое касается и дыхания. Принято считать, что этот процесс происходит только при участии кислорода. Такое дыхание называется аэробным. Но вот некоторые бактерии могут окислять органические вещества и без наличия кислорода - анаэробно.
Многообразие живого мира: уровни организации и основные свойства
Указанными признаками живого обладает и микроскопическая бактериальная клетка, и огромный голубой кит. Кроме того, все организмы в природе взаимосвязаны непрерывным обменом веществ и энергии, а также являются необходимыми звеньями в цепях питания. Несмотря на многообразие живого мира, уровни организации предполагают наличие только определенных физиологических процессов. Они ограничиваются особенностями строения и видовым разнообразием. Рассмотрим каждый из них подробнее.
Молекулярный уровень
Многообразие живого мира наряду с его уникальностью определяется именно этим уровнем. Основу всех организмов составляют белки, структурным элементов которых являются аминокислоты. Количество их невелико - около 170. Но в состав белковой молекулы входит всего 20. Их сочетание обуславливает бесконечное разнообразие белковых молекул - от запасного альбумина птичьих яиц до коллагена мышечных волокон. На этом уровне осуществляется рост и развитие организмов в целом, хранение и передача наследственного материала, обмен веществ и превращение энергии.
Клеточный и тканевый уровень
Молекулы органических веществ формируют клетки. Многообразие живого мира, основные свойства живых организмов на этом уровне уже проявляются в полном объеме. В природе широко распространены одноклеточные организмы. Это могут быть как бактерии, так и растения, и животные. У таких существ клеточный уровень соответствует организменному.
На первый взгляд может показаться, что их строение достаточно примитивно. Но это совсем не так. Только представьте: одна клетка выполняет функции целого организма! К примеру, осуществляет движение с помощью жгутика, дыхание через всю поверхность, пищеварение и регуляцию осмотического давления посредством специализированных вакуолей. Известен у этих организмов и половой процесс, который происходит в форме конъюгации. У формируются ткани. Эта структура состоит из клеток, сходных по строению и функциям.
Организменный уровень
В биологии многообразие живого мира изучается именно на этом уровне. Каждый организм является единым целым и работает согласовано. Большинство из них состоит их клеток, тканей и органов. Исключением являются низшие растения, грибы и лишайники. Их тело образовано совокупностью клеток, которые не формируют тканей и называется слоевищем. Функцию корней в организмах такого типа выполняют ризоиды.
Популяционно-видовой и экосистемный уровень
Наименьшей единицей в систематике является вид. Это совокупность особей, обладающих рядом общих черт. Прежде всего, это морфологические, биохимические особенности и способность к свободному скрещиванию, позволяющие обитать данным организмам в пределах одного ареала и давать плодовитое потомство. Современная систематика насчитывает более 1,7 млн. видов. Но в природе они не могут существовать разрозненно. В пределах определенной территории обитает сразу несколько видов. Это и определяет многообразие живого мира. В биологии совокупность особей одного вида, которые обитают в пределах определенного ареала, называются популяцией. От подобных групп они изолированы определенными природными барьерами. Это могут быть водоемы, горные или лесные массивы. Каждая популяция характеризуется своим разнообразием, а также половой, возрастной, экологической, пространственной и генетической структурой.
Но даже в пределах отдельно взятого ареала, видовое разнообразие организмов достаточно велико. Все они приспособлены к обитанию в определенных условиях и тесно связаны трофически. Это означает, что каждый вид является источником питания для другого. В результате формируется экосистема, или биоценоз. Это уже совокупность особей уже разных видов, связанных местом обитания, круговоротом веществ и энергии.
Биогеоценоз
Но со всеми организмами постоянно взаимодействуют К ним относятся температурный режим воздуха, соленость и химический состав воды, количество влаги и солнечного света. Все живые существа находятся в зависимости от них и не могут существовать без определенных условий. К примеру, растения питаются только при наличии солнечной энергии, воды и углекислого газа. Это условия фотосинтеза, в ходе которого синтезируются необходимые им органические вещества. Совокупность биотических факторов и неживой природы называются биогеоценозом.
Что такое биосфера
Многообразие живого мира в самом широком масштабе представлено биосферой. Это глобальная природная оболочка нашей планеты, объединяющая все живое. Биосфера имеет свои границы. Верхняя, расположенная в атмосфере, ограничена озоновым слоем планеты. Он расположен на высоте 20 - 25 км. Данный слой поглощает вредное ультрафиолетовое излучение. Выше него жизнь просто невозможна. На глубине до 3 км находится нижняя граница биосферы. Здесь она ограничена наличием влаги. Так глубоко способны обитать только анаэробные бактерии. В водной оболочке планеты - гидросфере, жизнь найдена на глубине 10-11 км.
Итак, живые организмы, населяющие нашу планету в разных природных оболочках, обладают рядом характерных свойств. К ним относят их способность к дыханию, питанию, движению, размножению и т. д. Многообразие живых организмов представлено разными уровнями организации, каждый из которых отличается уровнем сложности структуры и физиологических процессов.
«Биологические препараты» - Регистрация биоаналогов в ес. Терапевтическая эквивалентность. 27. Мексика. Законодательная основа для биоаналогов. Г.Я. Шварца.
«Органическое вещество почвы» - Пространственная изменчивость коэффициента обновления гумуса в г/кг углерода в год в высоких широтах на локальном уровне. Чичагова О.А., Зазовская Э.П. Треугольники – Kr для поверхностных горизонтов; кружки – Kr на глубине 10 см.; квадраты – скорости обновления подстилок. Выбор "датирующей" фракции и поиск "инертного" углерода.
«История биологии» - Окончил Высшую нормальную школу (1847). Различал по темпераменту 4 основных типа людей – сангвиники, холерики, флегматики и меланхолики. Родился в семье профессора политэкономии. Линней. Гарвей. Гиппократа называют «отцом медицины». Член-корреспондент (1884) и почётный член (1893) Петербургской АН. Л. Пастер.
«Фитотоксичность почвы» - Ключевые участки. Район Левого берега (улица Маяковского). Экологический проект Определение фитотоксичности почв города Магнитогорска методом проростков. Объект исследования. Коэффициент фитотоксичности по фасоли соответствует результатам опыта по кукурузе. Фото проведения опыта. Выполнила: Лукьянчикова Мария Руководитель: Казармщикова Л.В.
«Биология наука о жизни» - Тема урока: Биология –наука о жизни. Методы исследования в биологии. Задание на урок по §1: По учебнику и слайду напишите названия наук и кратко что изучает данная наука. Основные науки, связанные с биологией: Анатомия – Физиология – Медицина - Экология – Генетика – Биохимия – Биофизика - Селекция – Вирусология –.
«История развития биологии» - Биология – наука о живых организмах и всех проявлениях жизни. Общие свойства живых организмов: План урока: Методы биологии: Открывают общие законы и закономерности. Название произошло от двух греческих слов: bios - «жизнь»; logos – «учение». Биология – как наука. Развитие – необратимые качественные изменения в течение времени.
