Основные уровни живого

     Популяции и виды, а также протекающий  в популяциях процесс эволюции всегда существуют в определенной природной  среде, конкретной системе, которая  включает в себя биотические и  абиотические факторы. Такая система  получила название «биогеоценоз» —  элементарная единица следующего (биогеоценотического) уровня организации жизни на Земле.

     Популяции разных видов взаимодействуют между  собой. В ходе взаимодействия они  объединяются в сложные системы  — биоценозы. Биоценоз — совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более  или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой. Совокупность растений, входящих в биоценоз, называют фитоценозом, а совокупность животных — зооценозом. Компоненты, образующие биоценоз, взаимозависимы. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад.

     Высокоорганизованные  организмы для своего существования  нуждаются в более простых  организмах. Поэтому каждый биоценоз неизменно содержит как простые, так и сложные компоненты. Биоценоз только из бактерий или деревьев никогда  не сможет существовать, как нельзя представить биоценоз, населенный лишь позвоночными или млекопитающими. Таким  образом, низшие организмы в биоценозе  — это не какой-то случайный пережиток  прошлых эпох, а необходимая составная  часть биоценоза.

     Биоценозы характеризуются биомассой, продукцией и структурой (пространственной, видовой, пищевой). В ходе развития биоценоза  растет его биомасса, усложняется  структура, увеличивается продукция. Только знание всех закономерностей  биоценоза позволяет рационально  использовать продукцию биоценозов без их необратимого разрушения.

     Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) — биогеоценозы. Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) — взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом  веществ и энергией. Абиотическими  компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, вода, химические компоненты, включенные в биотический круговорот. Биогеоценоз  — одна из наиболее сложных природных  систем, продукт совместного исторического  развития в относительно однородной абиотической среде многих видов  растений и животных, в ходе которого все компоненты приспосабливались  друг к другу.

     Биогеоценоз — это целостная система. Виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи (в том числе  посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза может  привести к разрушению его целостности, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь  биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно  говорить о его саморегуляции. В  то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую  каналы вещества и энергии, связывающие  соседние биогеоценозы. Обмен веществом  и энергией между ними может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме  миграции животных.

     Уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система — биогеоценоз  является результатом длительной и  глубокой адаптации составных компонентов. Устойчивость его пропорциональна  многообразию его компонентов: чем  многообразнее биогеоценоз, тем  он, как правило, устойчивее во времени  и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов  в зоне умеренного или арктического поясов, так как они состоят  из гораздо большего множества видов  растений и животных.

     Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов в данных абиотических условиях (почва, вода и др.) служат автотрофы  — зеленые растения и микроорганизмы, хемосинтетики, производящие органическое вещество. Автотрофные растения и  микроорганизмы представляют жизненную  среду для гетеротрофов — животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому границы биогеоценозов  чаще всего совпадают с границами фитоценозов. Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

       Авготрофы, прежде всего фотосинтетики,  играют поистине космическую  роль на Земле. Фиксируя энергию  солнечного света в продуктах  фотосинтеза, растения выполняют  роль космического очага энергии  на Земле. Ежегодно растения  образуют до 100 млрд т органических  веществ и фиксируют до 10 16 кДж  энергии солнечной радиации. При  этом растения усваивают из  атмосферы до 170 млрд т углекислого  газа и разлагаются до 130 млрд  т воды, выделяя до 115 млрд т  свободного кислорода. Таким образом,  жизнь на Земле полностью зависит  от фотосинтеза. Учение о фотосинтезе  было создано нашим соотечественником  — великим ботаником К.А. Тимирязевым. 

     Вся совокупность связанных между собой  круговоротом веществ и энергии  биогеоценозов на поверхности нашей  планеты образуют мощную систему  биосферы Земли. Верхняя граница  жизни в атмосфере достигает  примерно 25—30 км, нижняя граница в  земной коре сосредоточена в самом  верхнем ее слое — до 10 м. (Отдельные  виды микроорганизмов встречаются  в нефтеносных слоях на глубине  до 3 км.) В гидросфере (океаны и моря) зона, богатая живыми организмами, занимает слой воды до 200 м, но некоторые организмы  обнаружены и на максимальной глубине  глубоководных океанских впадин — до 11 км. Таким образом, «пленка  жизни» на Земле достаточно тонкая — всего около 40 км. Она ограничена интенсивным потоком губительных  ультрафиолетовых лучей за пределами  озонового слоя в тропосфере и  высокой температурой земных недр (на глубине 3 км она может достигать 100 °С).

     Благодаря деятельности растений биосфера стала  аккумулятором солнечной энергии. Живые организмы представляют собой  самую важную биохимическую силу, которая преобразует земную кору. Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность, которая  в свою очередь составляет 97% биомассы суши. А общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 2 10 18 г (в  пересчете на сухое вещество). Масса  же биосферы в целом составляет 3 10 24 г.

     Масштабы  деятельности живых организмов поистине грандиозны. О них свидетельствуют  тысячеметровые толщи известняка, огромные залежи каменного угля, мощные биогенные  породы и т.п. Живые организмы  способны усваивать из среды обитания различные химические элементы: железо (железобактерии), кальций (многие моллюски и т.д.), кремний (водоросли пр.), йод (губки), ванадий (асцидии) и др. Именно живое вещество определило состав атмосферы, осадочных пород, почвы, гидросферы.

     Между неорганической и органической материей на Земле существует постоянный кругооборот  вещества и энергии, в котором  проявляется закон сохранения массы  и энергии: каждое живое существо благодаря следующим цепям питания (особенно бактериям) после окончания  жизненного цикла возвращает природе  все, что взяло от лее в течение  жизни. Именно кругооборот вещества и энергии обеспечивает продолжительность  существования жизни, потому что  иначе на Земле запасы необходимых  элементов были бы очень быстро исчерпаны. Рассматривая биосферу Земли как  единую экологическую систему, можно  убедиться, что живое вещество Земли  существенно не уменьшается и  не увеличивается в массе, а только переходит из одного состояния в  другое.

     В современную эпоху преобразующая  деятельность человека по своей мощности сравнилась с геологическими процессами. На Земле практически не осталось таких мест, где бы не сказывалось  влияние практической деятельности человека. При этом использование  природных ресурсов обычно происходит без учета закономерностей функционирования биосферы. Это влечет за собой загрязнение  среды обитания, уничтожение лесов, эрозию почв, вымирание видов животных и растений и др. Под угрозой  оказывается развитие биосферы —  человечество вступает в период глобального  экологического кризиса. Выход из него возможен только на пути изучения законов  биосферы и строгого следования им в деятельности человека.

     Раздел  биологии, изучающий экологические  системы (биоценозы, биогеоценозы) называется биогеоценология. Основателем ее был  выдающийся отечественный ученый В.Н. Сукачев, учение о биосфере создал наш  великий мыслитель В.И. Вернадский. 

Тема2.Описание клетки как «первокирпичика» живого

     нейшей  обЦитология – наука о клетках – элементарных единицах строения, функционирования и воспроизведения живой материи. Объектами цитологических исследований являются клетки многоклеточных организмов, бактериальные клетки, клетки простейших. У многоклеточных форм клетки входят в состав тканей, их жизнедеятельность подчинена координирующему влиянию целостного организма. У бактерий и простейших понятия "клетка" и "организм" совпадают; мы вправе говорить о клетках-организмах, ведущих самостоятельное существование.

     Подавляющее большинство клеток не видимы невооруженным  глазом; поэтому изучение клеток тесно  связано с развитием техники  микроскопирования. Первые микроскопы были сконструированы в начале XVII в.

     Впервые клетки в срезах пробки описаны в 1665г. английским естествоиспытателем  Робертом Гуком, применившим для  их наблюдения построенную им усовершенствованную  модель микроскопа. Он видел, что все  вещество пробки состоит из большого числа маленьких отделений, разграниченных тонкими диафрагмами, или полостей, наполненных воздухом. Эти полости, или ячейки, он назвал "клетками" (от греч. kytos – полость). Термин "клетка" утвердился в биологии, несмотря на то что Роберт Гук наблюдал, собственно, не клетки, а лишь целлюлозные оболочки растительных клеток и что клетки в действительности не полости.

     В дальнейшем клеточное строение многих частей растений видели и описали  М. Мальпиги и Н. Грю, а также А  Левенгук.

     В целом уровень знаний о клетке, достигнутый в XVII веке, почти не изменился  до начала XIX века. К этому времени  явилось общепризнанным существование  только одной из частей клеток, а  именно целлюлозной оболочки растительных клеток, которая составляла клетку Гука или пузырек Грю и Мальпиги. Внутреннее содержимое этих полостей продолжало ускользать от наблюдения большинства исследователей.

     В 1831 г . Р. Браун в "клеточном соке" орхидных открыл ядро, которое является одним из важнейших постоянных компонентов  клетки. Представления о клеточном  строении растений в окончательном  виде были сформулированы М. Шлейденом (1838).

     В 1839 г . Т. Шванн распространил представление  о клеточном строении на животных, постулировав, что клетки являются элементарной структурой всех тканей животных. Он установил также, что  клетки животных и растений гомологичны  по развитию и аналогичны по функциональному  значению, и сделал вывод, что "клетки представляют собой организмы, а  животные, как и растения, - это  сумма этих организмов, расположенных согласно определенным законам". Т. Шванн впервые применил термин клеточная теория, а его данные послужили убедительным ее обоснованием. Он подчеркнул также не только морфологическое, но и физиологическое значение клеток и ввел понятие о клеточном метаболизме.

     Клеточная теория быстро распространилась и на простейших, которых стали рассматривать  как животных, состоящих из одной  клетки, и к середине XIX века клеточное  учение стало охватывать не только анатомию и физиологию, но и патологию  человека, животных и растений.

     В момент возникновения клеточной  теории вопрос о том, как образуются клетки в организме, не был окончательно выяснен. М. Шлейден и Т. Шванн  считали, что клетки в организме  возникают путем новообразования  из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто к середине XIX в., что нашло отражение  в знаменитом афоризме Р. Вирхова: " omnis cellula a cellula " (всякая клетка происходит только от клетки). Дальнейшее развитие цитологии полностью подтвердило, что и клетки животных, и клетки растений возникают только в результате деления предшествующих клеток и  никогда не возникают de novo – из "неживого" или "живого" вещества.

     Во  второй половине XIX и в начале XX вв. Были выяснены основные детали тонкого  строения клетки, что стало возможным  благодаря крупным усовершенствованиям  микроскопа и техники микроскопирования  биологических объектов.