Число нарождающихся видов в среднем равно числу вымерших и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа

Биологическая наука – систематика – подразделяет все живое на таксоны – группы организмов, имеющие общие черты морфологической организации и физиологических процессов и в то же время достаточно обособленные в природе, т. е. не имеющие гибридов с представителями других таксонов.

Наиболее естественным природным таксоном является вид – классификационная единица низшего ранга. Современная систематика насчитывает в живой природе пять высших таксонов, представители которых различаются по типу обменных процессов и роли в природе: это бактерии, простейшие, грибы, растения и животные. В каждой из этих крупных групп организмов можно найти более примитивных и более морфологически и физиологически сложных представителей, причем все они в высокой степени адаптированы к среде своего обитания.

Бактерии. Бактерии (от греч. bakterion – палочка) – микроорганизмы с этопрокариотным типом строения клетки. Их клетки не имеют отделенного от цитоплазмы ядра. Однако генетическая программа, как и у всех живых организмов, закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК и несет информацию о структуре белков. Бактериальные клетки не содержат таких органелл, как хлоропласты (специализированных для фотосинтеза) и митохондрии (специализированных для клеточного дыхания и синтеза АТФ). Эти биохимические процессы происходят у бактерий в цитоплазме.

Роли бактерий в природе очень разнообразны, что связано с различными источниками энергии, используемыми разными группами бактерий. Многие гетеротрофные аэробные бактерии являются редуцентами в экосистемах. В почве они участвуют в образовании плодородного слоя, преобразуя лесную подстилку и гниющие остатки животных в гумус. Бактерии почвы также разлагают органические соединения до минеральных веществ. Установлено, что до 90 % СО₂ попадает в атмосферу за счет деятельности бактерий и грибов. Бактерии участвуют в биогеохимических циклах азота, серы, фосфора. Самоочищение воды в природных водоемах, а также очистка сточных вод производится аэробными и анаэробными гетеротофными бактериями.

Бактерии‑симбионты населяют кишечник травоядных животных; бактериальная микрофлора кишечника человека участвует в процессах переваривания целлюлозы (растительной клетчатки). Эти бактерии также синтезируют некоторые витамины. Нитрифицирующие бактерии – симбионты бобовых растений – обогащают почву азотом.

Бактерии брожения используются в биотехнологических производствах. Продукты брожения используются как источники пищи (в молочной промышленности) и топлива (биогаз из растительных остатков). Бактерии применяют в генетической инженерии, например, для биотехнологического получения инсулина, интерферона и других ценных лекарственных препаратов.

Ряд бактерий является возбудителем болезней растений, животных, человека (столбняк, тиф, коклюш, холера, дифтерия и др.).

В некоторых экосистемах автотрофные бактерии, как фотосинтезирующие, так и хемосинтезирующие, являются продуцентами. Цианобактерии (фотосинтетики) играли решающую роль в повышении уровня свободного кислорода в атмосфере в ранние периоды жизни Земли. В настоящее время бактериальные препараты применяют для очистки почвы от нефтяных и других органических загрязнений, для борьбы с насекомыми‑вредителями и т. д.

Простейшие. Простейшие – одноклеточные эукариотические организмы со сложноорганизованной цитоплазмой и истинным ядром. Клетка простейших выполняет все жизненно важные функции с помощью специализированных внутриклеточных структур – органелл. В природе простейшие широко распространены во влажной и водной среде. Среди них имеются авто‑и гетеротрофы. Разнообразие простейших велико: описано более 50 тыс. видов, входящих в водные и почвенные сообщества. Имеются также виды простейших, паразитирующих на многоклеточных организмах и являющихся возбудителями заболеваний. Многие простейшие участвуют в очистке сточных вод, в почвенных экосистемах – в почвообразовании.

Грибы. Грибы[34]– это одна из самых больших и процветающих групп организмов. Разнообразие грибов охватывает такие организмы, как одноклеточные дрожжи, плесневые грибы, возбудители болезней и, наконец, высшие грибы, имеющие зачастую крупные размеры и употребляемые в пищу человеком.

Грибы – это гетеротрофные организмы. Тип питания грибов – сапрофитный (поглощение питательных веществ через поверхность тела). У шляпочных грибов плодовые тела состоят из переплетения тонких нитей. Грибные нити называют гифами, а их совокупность – мицелием. Отдельный гриб может образовать за 24 ч мицелий длиной более километра. Роль грибов в природе чрезвычайно велика. Грибы зачастую являются симбионтами (партнерами) растений. Взаимовыгодная связь грибов с корневой системой растений – микориза – имеет большое значение в питании и распространении растений, в почвообразовании. Симбионты грибов с водорослями – лишайники – заселяют непригодные для других организмов места обитания.

В наземных и почвенных экосистемах грибы вместе с бактериями являются редуцентами, питаясь мертвым органическим веществом и разлагая его. Метаболическая активность грибов очень высока, они способны к быстрому разрушению горных пород и высвобождению из них химических элементов, которые при этом включаются в биогеохимические циклы углерода, азота и других компонентов почвы и воздуха.

Многие грибы являются паразитами растений и животных. Некоторые виды вызывают быструю порчу деревянных, кожаных изделий и многих других органических материалов, а также пищевых продуктов. Грибы образуют биологически активные вещества, используемые в медицине и биотехнологии (например, антибиотики). Дрожжи, благодаря способности синтезировать спирт и кислоту, используются с древних времен и до наших дней в хлебопечении и виноделии.

Наконец, съедобные шляпочные грибы – ценный пищевой продукт и объект специального разведения.

Растения. Это автотрофные фотосинтезирующие эукариотические организмы, в клетках которых в специализированных для фотосинтеза органеллах – хлоропластах – содержится зеленый пигмент – хлорофилл. Среди растений выделяют группы обитателей воды и суши. Ведущее место в водных экосистемах занимают водоросли, играющие роль продуцентов органического вещества и источников кислорода. Мельчайшие водоросли, парящие в поверхностных слоях теплых океанов, благодаря быстрому размножению и большой суммарной биомассе, являются важными поставщиками кислорода для всей атмосферы Земли. Некоторые водоросли используются в пищу животных и человека.

В наземных экосистемах поток энергии по пищевым цепям начинается с сосудистых растений – мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных (цветковых). Эти растения имеют разнообразные приспособления для наземного существования, добывания и использования воды, размножения. Самая совершенная – группа цветковых (покрытосеменных) растений, освоивших разнообразнейшие места обитания. Земные растения играют ведущую роль в современной биосфере. Заселение суши растениями определяет облик континентов. В экосистемах именно растения, как правило, являются доминантными видами, определяющими характер зооценозов и микробиоценозов.

В хозяйственной деятельности и жизни человека растения также играют ведущую роль как источник пищи, строительного материала, лекарственных и других биологически активных веществ. Растительные сообщества палеобиосфер создали ныне используемые человеком запасы органического топлива. Растительный покров планеты регулирует климат, гидрологический режим, служит основой способности экосистем к самоочищению. Растения широко используются в современной биотехнологии для производства пищевой биомассы, лекарств, а также биомассы для энергетических цепей.

Животные. Эта группа включает многоклеточные эукариотические гетеротрофные организмы, большинство которых способно к активному движению и питается, схватывая и заглатывая добычу, переваривание которой происходит в полостях пищеварительного тракта. В экосистемах животные представляют трофические уровни консументов (травоядные животные, мелкие и крупные хищники, некрофаги). Разнообразие животных весьма велико. Среди животных биологическая систематика выделяет десятки различных типов строения тела, с чем связаны и особенности выполнения основных жизненных функций. Для животных характерно наличие нервно‑гормональной регуляции физиологических процессов и активного поведения (выбора образа действий). Можно разделить царство животных на две большие группы – беспозвоночных и позвоночных.

У представителей позвоночных – рыб, амфибий, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих – особенно хорошо развита нервная система, что позволяет им быстро двигаться, активно охотиться и легко завоевывать освобождающиеся участки среды обитания. Развитие центральной нервной системы (мозга) является морфологическим условием развития сложного индивидуального поведения и интеллектуальных свойств у высших животных. Среди беспозвоночных животных наиболее процветающая группа – насекомые, многие из которых обладают сложными врожденными формами поведения и развитым социумом («общественные» насекомые – пчелы, термиты, муравьи и др.).

В наземных экосистемах 90 % растительной биомассы перерабатывается грибами и бактериями, около 9 % – мелкими беспозвоночными животными и только 1 % энергии первичной продукции – крупными животными. Однако видовое разнообразие животных играет важную роль в регуляции биоценозов. Многие виды животных служат для человека объектом разведения и промысла. Домашние и сельскохозяйственные животные – верные спутники человечества на пути цивилизации.

Контрольные вопросы и задания

5.1. Что такое пищевая цепь и как много таких цепей в экосистемах?

5.2. Расскажите о потоке энергии, проходящем через пищевую

цепь.

5.3. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают продуценты и консументы первого, второго и третьего порядков?

5.4. Что такое экологическая пирамида? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомасс?

5.5. От чего зависит видовой состав и насыщенность биоценоза?

5.6. Дайте определение вида, являющегося эдификатором. Приведите примеры.

5.7. Кто чью численность контролирует: хищник численность жертвы или наоборот?

5.8. Как влияют абиотические факторы среды на формирование видовой структуры биоценозов?

5.9. Сформулируйте правило экологического дублирования и приведите примеры его действия.

5.10. Объясните, в чем заключается особая важность биоразнообразия для экосистем нашей планеты.

ГЛАВА 6

Дата добавления: 2014-11-25