книги / Основы экологии

наименование рода униноминально - только имя суще­ ствительное в единственном числе, например, разные виды берез образуют род береза (Betula). Родственные роды объединяются в семейства, включающие один или несколько родов общего происхождения. Латинское на­ звание семейства образуется добавлением окончания -свае к основе названия одного из включенных в него родов. Так, роды береза, ольха, лещина и граб образуют семей­ ство березовые (Betulaceae). Близкие семейства объеди­ няются в порядки (растения) и отряды (животные), по­ рядки и отряды — в классы, классы - в отделы (расте­ ния) или типы (животные). Высшей таксономической категорией (рангом) является царство.

3.2. РАЗНООБРАЗИЕ ОРГАНИЗ­ МОВ, НАСЕЛЯЮЩИХ ЗЕМЛЮ

Со времен Аристотеля весь органический мир биоло­ гии делили на два царства: Растения (Vegetabilia) и Животные (Animalia). Успехи биологии в изучении орга­ нического мира вызвали сомнение в правильности тако­ го деления, сохранившего и в наши дни свою традицион­ ность. С середины XX века все большим признанием пользуется эволюционно обоснованное деление органи­ ческого мира на четыре царства: Дробянки, Грибы, Рас­ тения и Животные (рис.3.1). Однако на низком уровне развития, характерном для одноклеточных организмов, различия между растениями и животными несуще­ ственны. В частности, среди биологов нет единого мне­ ния, к какому царству относить бактерии, грибы и неко­ торые отделы водорослей.

Царство Дробянки (Mychota) —единственное царство, входящее в более крупное объединение — надцарство доядерных организмов, или прокариот (Procaryotae). К прокариотам относятся бактерии и синезеленые водорос­ ли (цианобактерии), которые образуют два подцарства.

Надцарство ядерных организмов, или эукариот, состо­ ит из царств грибов, растений и животных.

В царство Грибы входят первичногетеротрофные орга­ низмы с ясно выраженной плотной клеточной стенкой, состоящей из пектина с примесью азотистых веществ,

Рис. 3.1. Четыре царства органического мира: Дробянки, Грибы, Растения и Животные. Линейному масштабу соответству ет количество видов приведенных таксонов систематики организмов. Кроме них царство Растения включает псилотовндные - 4 вида и хвощевидные - 35 видов, царство Животные - плеченогих 200, погонофор 100 и щетинкочелюстных 50 видов

напоминающих хитин насекомых. Из запасных веществ они накапливают гликоген и масла, крахмал не образу­ ют. Эти организмы не способны к фотосинтезу. Их пита­ ние обычно абсорбтивное (всасывание), редко голозойное. Грибы размножаются и расселяются при помощи спор, обычно прикрепляются к субстрату.

Особое положение в системе органического мира за­ нимают вирусы, которые не входят ни в одно из пере­ численных царств. Они являются неклеточными орга­ низмами, не имеют собственного обмена веществ и размножаются только внутри клеток растений, грибов и животных, включая человека. Выделяют две формы вирусов: внеклеточную и внутриклеточную. По едино­ душному мнению ученых, они образовались в резуль­ тате своеобразного вырождения клеточных организмов. Поселяясь в живых клетках, они вызывают заболева­ ния, нередко приводящие к смерти организма-хозя- ина. Их роль в биосфере определяется активным учас­ тием в естественном отборе наиболее приспособленных организмов.

Вцарство Растения входят автотрофные организмы,

атакже вторичные гетеротрофы, произошедшие от авто­ трофных предков. Плотная стенка клеток растений состо­

ит из безазотистого вещества — целлюлозы. Запасные вещества откладываются в виде крахмала. Эти организмы не способны к активному перемещению.

Царство растений включает два подцарства: низшие и высшие растения. Низшие растения характеризуются относительной простотой строения. Многие из них име­ ют микроскопические размеры и состоят из одной или многих клеток. Многоклеточное тело низших растений называется талломом или слоевищем. По названию свое­ го тела низшие растения именуются талломными (Thallombionta) или слоевцовыми растениями. К ним от­ носятся водоросли и лишайники. У высших растений, как правило, сложнорасчлененное, листостебельное тело с корневой системой (за исключением мхов) и более слож­ ные, чем у низших растений, органы размножения. Их онтогенез связан с появлением зародыша. По наличию зародыша все высшие растения получили название Embryobionta. Подцарство высших растений образуют

моховидные, псилотовидные, плауны, хвощи, папорот­ ники, голосеменные и покрытосеменные (цветковые).

К царству Животные относятся преимущественно первичногетеротрофные организмы с голозойным пита­ нием (проглатывание пищи), обычно активно-подвижные, иногда прикрепленные к субстрату (вторичные формы). Оболочка их клеток образована азотсодержащими веще­ ствами или вообще отсутствует. Запасное вещество от­ кладывается в виде углевода гликогена. Размножаются

ирасселяются они без помощи спор. Животные, кроме некоторых простейших, делятся на два подцарства: про­ стейшие (одноклеточные) и многоклеточные организмы.

Разнообразие мира живых организмов поразительно. Общее количество видов, когда-либо населявших планету, оценивается учеными в 500 млн. К настоящему времени описано и систематизировано более 2 млн видов, населяю­ щих Землю. Их список с каждым годом пополняется.

Современный органический мир Земли — следствие исключительно сложного эволюционного процесса, все звенья которого взаимосвязаны и взаимозависимы. Его основой является рост многообразия органических видов

иих приспособляемость к изменяющимся географичес­ ким условиям существования. Соотношение числа видов четырех царств современного органического мира —дробя­ нок, грибов, растений и животных (рис. 3.1) составляет 1:20:70:360.

Древнейшими организмами на Земле являются бакте­ рии и цианобактерии (синезеленые водоросли), образую­ щие царство Дробянки (общее количество видов около 5000). Их возраст соизмерим с возрастом планеты и оце­ нивается в 3,5—3,8 млрд лет.

Происхождение и возраст грибов (более 100 000 видов) пока достоверно не установлены. Однако споры некоторых видов грибов, напоминающие современные, обнаружены

вотложениях мезозоя.

Вцарстве Растения (около 350 000 видов) по видово­ му разнообразию явно доминируют цветковые (покрыто­ семенные) — более 250 000 видов, начало эволюции которых связано с мезозоем, в то время как остальные отделы имеют более древний возраст —палеозойский, а настоящие водоросли —протерозойский. Водоросли дос­ таточно разнообразны, образуемые ими отделы по чис­

ленности видов неравнозначны (эвгленовые —1000, динофитовые —300, криптофитовые —100, золотистые —40, диатомовые — 20 000, желтозеленые - 400, красные - 4000, бурые — 1500, зеленые —5700, харовые —300).

В царстве Животные доминируют насекомые (более 1 млн видов) и круглые черви (0,5 млн видов). Отлича­ ются видовым разнообразием моллюски (107 000 видов). Количество видов, входящих в другие типы, исчисля­ ется десятками тысяч (см. рис. 3.1). Из хордовых наибо­ лее многочисленны позвоночные, среди которых преоб­ ладают рыбы (18 000 видов) и птицы (10 000 видов). Мле­ копитающих и рептилий (пресмыкающихся) насчитыва­ ется по 6000, амфибий (земноводных) до 3000 видов.

Численный состав видового разнообразия биоты по­ стоянно уточняется. Не исключено, что количество видов пока слабо изученных групп организмов, особенно круглых червей и насекомых, значительно больше, чем указано на рис. 3.1. Видовое соотношение царств может изменяться по мере их дальнейшего изучения. Следует подчеркнуть, что численность видов той или иной группы организмов отражает не их биомассу или роль в природ­ ной среде, а конечный результат развития жизни на Зем­ ле. В этой связи обращает на себя внимание абсолютное господство цветковых в царстве Растения, круглых чер­ вей и насекомых в мире животных.

Царство Дробянки. Отдел Бактерии. Наиболее разно­ образными по экологическим особенностям и роли в жизни природы и человека являются бактерии. Большин­ ство из них имеют форму микроскопических шариков (кокки), прямых (бациллы), изогнутых (вибрионы) или спирально извитых палочек (спириллы, или спирохеты). Нитчатые формы бактерий, близкие к синезеленым водо­ рослям и обитающие преимущественно в воде, встреча­ ются редко. Почти все бактерии бесцветны, только неко­ торые из них содержат в протоплазме пигменты, подоб­ ные хлорофиллу (зеленые) и фикоэритринам (пурпурные).

Внутри клетки бактерии, прежде всего бациллы, об­ разуется спора, имеющая собственную защитную оболоч­ ку, благодаря которой сохраняется жизнеспособность клетки в крайне неблагоприятных для нее условиях и после разрушения оболочки. Спора выдерживает длитель­ ное высушивание, нагревание свыше 100 °С и охлажде­

ние почти до абсолютного нуля. В обычном состоянии бактерии жизнеспособны и развиваются в самых небла­ гоприятных природных условиях. В воде горячих источ­ ников с температурой около 80 °С, в разогревающихся кучах торфа или листьев обитают термофильные, а в воде полярных морей — психрофильные бактерии. В среде, содержащей до 20 % поваренной соли, размножаются галофильные бактерии.

Благодаря быстрому размножению и- чрезвычайно малым размерам бактерии широко распространились в биосфере. Одни и те же виды можно найти почти повсе­ местно на всех материках.

Роль бактерий в природе определяется тем, что все они гетеротрофны. Минерализуя отмершие организмы растений и животных, они возвращают в биологический круговорот минеральные вещества, использованные авто­ трофными зелеными растениями в процессе фотосинтеза

и водно-минерального питания. Процесс распада белков

врезультате деятельности бактерий называется гниени­ ем, а распада углеродсодержащих небелковых веществ —

брожением.

Некоторые из автотрофных бактерий (зеленые и пур­ пурные) подобно зеленым растениям обладают способ­ ностью к фотосинтезу или созданию органического вещества с использованием солнечной энергии. Большин­ ство же автотрофных бактерий создают органическое вещество в процессе хемосинтеза, при котором использу­ ется химическая энергия окисления в их теле неоргани­ ческих соединений. К таким микроорганизмам относятся нитрифицирующие, серые ц, железистые бактерии. По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробные, т.е. нуждающиеся в свободном молекулярном кислоро­ де, и анаэробные, живущие в отсутствие воздуха и из­ влекающие кислород из минеральных и органических со­ единений.

С жизнедеятельностью бактерий, минерализующих растительные и животные остатки, в значительной мере связано плодородие почв. Кроме того, синтезируя живое вещество клеток, бактерии накапливают большое коли­ чество органических соединений в почве. В верхних слоях окультуренной почвы на площади, равной 1 га, содер­ жится несколько тонн бактериальных клеток. Живущие

в почве азотфиксирующие бактерии обогащают ее азо­ том. Исключительно велика роль клубеньковых бакте­ рий, фиксирующих газообразный азот. С использовани­ ем бактерий осуществляют мочку льна и конопли, полу­ чают кисломолочные продукты, антибиотики, витамины и другие полезные для человека биологические вещества.

Вместе с тем многие болезни человека (туберкулез, сепсис, проказа, чума, дифтерия, туляремия, холера, брюшной тиф, паратиф, бруцеллез) вызываются патоген­ ными бактериями, относящимися к группе паразитов. Сап, сибирская язва, туберкулез и другие заболевания животных также связаны с бактериями.

Отдел Синезеленые водоросли (Cyanophyta) включает организмы, имеющие примитивное внутреннее строение клеток, склонность к миксотрофному (смешанному) пи­ танию, сближающую эти организмы с животным миром, а также своеобразный обмен веществ, заключающийся в фотосинтетическом образовании полисахарида гликогена, который является запасным питательным веществом. Широкий диапазон природных условий местообитания свидетельствует о древности синезеленых водорослей. Они — старейшие среди живых организмов. Остатки подобных им организмов обнаружены в докембрийских осадочных отложениях земной коры.

В процессе эволюции синезеленые водоросли достиг­ ли сравнительно небольшой величины и сложности: боль­ шинство видов имеет одноклеточное строение тела, есть среди синезеленых водорослей нитчатые и колониальные формы, размер которых микроскопический.

Синезеленые водоросли обитают преимущественно в пресных водах (реках, озерах, лужах, колодцах и др.), широко распространены на поверхности и в пахотном слое почвы. Некоторые виды, живущие в морях, могут размно­ жаться в таких огромных количествах, что изменяют цвет воды. Размножаясь в пресных водах эвтрофных (богатых питательными веществами) водоемов во второй полови­ це весны, летом и в начале осени, синезеленые водорос­ ли микроцистис (Microcystis), анабена (Anabaena) и другие вызывают “цветение” воды, которая становится непри­ годной для питья, может привести к гибели животных цз-за присутствия токсинов, вырабатываемых предста­ вителями рода микроцистис. “Цветут” не только пресно­

водные водоемы, но и моря, преимущественно в бухтах и заливах, причем на больших пространствах.

Среди синезеленых водорослей существует группа видов, способных фиксировать атмосферный азот, сочетая этот процесс с фотосинтезом. Поселяясь на стволах дере­ вьев в крупных городах и промышленных центрах, они служат индикаторами загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота.

Как азотфиксаторы цианеи используются в качестве удобрений, участвуют они в образовании лечебных грязей.

Царство Растения. Низшие растения. Отдел Эвгленовые водоросли (Euglenophyta). Эти своеобразные низ­ шие растения находятся на границе растительного и животного мира, и поэтому еще в XIX веке они получи­ ли название порубежников. Эвгленовые водоросли —од­ ноклеточные микроскопические организмы веретеновид­ ной или эллипсоидной формы с одним, реже двумя жгу­ тиками на переднем конце, выходящими из углубления (глотки). Целлюлозная оболочка у клетки отсутствует, снаружи клетка уплотнена. В протопласте имеются ядро, сократительные вакуоли и обычно красный глазок (стигма), хроматофоры преимущественно зеленые, редко красные. Характерное свойство эвгленовых —движение. Работая жгутиком, клетка вращается вокруг своей оси и как бы ввинчивается в воду. Некоторые бесцветные пред­ ставители эвгленовых способны ползать по дну, ощупывая впереди себя дорогу жгутиком. Эвгленовые водоросли размножаются вегетативно — продольным делением на­ двое (у некоторых видов одна из дочерних клеток выскаль­ зывает через жгутиковое отверстие). Эвгленовым водо­ рослям свойственны все три типа питания живых орга­ низмов: фототрофный, сапрофитный и голозойный.

Эвгленовые водоросли —обычные обитатели континен­ тальных водоемов с пресными стоячими водами, хорошо прогреваемыми и заросшими водными растениями, глав­ ным образом в лесной и лесостепной зонах. В морях и океанах они встречаются крайне редко.

Способность большинства видов эвгленовых водорос­ лей к миксотрофному (смешанному) или полностью сап­ рофитному питанию позволяет им активно участвовать в самоочищении водоемов, загрязненных органическими веществами.

Отдел Динофитовые водоросли (Dinophita). К динофитовым водорослям относятся одноклеточные орга­ низмы с морфологически обособленным ядром. Тело водоросли по форме или почти шаровидное (гимнодиниум), или вытянуто (церациум), нередко одето в пан­ цирь, опоясанный поперечной и продольной полоска­ ми. Из места их пересечения выходят два жгутика, которые, качаясь и вращаясь, сообщают клетке посту­ пательное и вращательное движение. Динофитовые водоросли, обычно окрашенные в темно-бурые, крас­ ные, желтые или желто-зеленые тона, встречаются в холодную пору года в чистых пресных или соленых водах. Они обитают также в снегу и водах верховых болот. Массово размножаясь, некоторые виды динофитовых вызывают “цветение” воды.

Отдел Криптофитовые водоросли (Cryptophyta). Тал­ лом этих водорослей дорсовентральный — с выпуклой спинной и вогнутой или плоской брюшной сторонами, с одной продольной бороздкой и с носовидным выростом над углублением, переходящим внутри клетки в мешко­ видную глотку. Из глотки выходят два жгутика неоди­ наковой длины, сообщающих клетке поступательное движение. Хлоропласты окрашены в различные оттенки бурого, желтого, голубого, синего и красного цветов. Ядро сферическое, небольших размеров. Криптофитовые водо­ росли распространены преимущественно в мелких искус­ ственных и естественных стоячих водоемах с загрязнен­ ной водой, в том числе в очистных сооружениях городс­ кой канализации и сахарных заводов. Они являются активными санитарами, участвуя в самоочищении заг­ рязненных и сточных вод.

Зоологи относят эвгленовые, динофитовые и крипто­ фитовые водоросли со жгутиковым аппаратом и способ­ ностью к гетеротрофному типу питания к классу жгути­ коносцев (Mastigophora), типу простейших (Protozoa).

Отдел Золотистые водоросли (Chrysophyta). Это очень древняя группа водорослей, возникшая от первичных амёбоидных организмов и давшая начало диатомовым водорослям. Среди золотистых водорослей преобладают одноклеточные и колониальные, подвижные, свободно плавающие или прикрепленные формы длиной до 2 см. Из-за присутствия в хлоропластах, кроме хлорофилла,

фукоксантина живые клетки этих водорослей при ярком освещении под микроскопом имеют золотистый оттенок.

Золотистые водоросли — обычные обитатели чистых пресных вод преимущественно умеренных широт и осо­ бенно характерны для сфагновых верховых болот. Наи­ большее число золотистых водорослей обитает в морях и соленых озерах, в загрязненных водах они встречаются редко. Водоросли размножаются обычно простым деле­ нием клеток, путем распада колоний или многоклеточ­ ного таллома. Они являются в основном автотрофами.

Отдел Диатомовые водоросли (Diatomeae, Bacillariophyta). Это преимущественно одноклеточные микроскопические организмы, живущие одиночно или колониями различного типа (плети, ленты, цепочки, звез­ дочки, кустики и слизистые пленки). Диатомовые водо­ росли —особая группа одноклеточных организмов, резко отличающаяся от остальных водорослей: клетки диато­ мовых окружены твердой кремнеземной оболочкой, на­ зываемой панцирем. Панцирь настолько причудлив по форме, тонок, изящен и красив, что его можно принять за творение искусного художника. Он состоит из двух створок, надетых одна на другую наподобие коробочки (гипотеки) и крышечки (эпитеки). Размножаются диатомеи главным образом делением, некоторые виды —спо­ рами.

Диатомовые водоросли обитают в морях, пресных водах

ина влажной почве. В гидросфере они имеют большое значение как создатели органического вещества, в морях

иокеанах составляют основную массу растительной части планктона и могут существовать на глубине до 100 м.

Диатомовые водоросли играют первостепенную роль в осадконакоплении, образуя на дне океана, морей и пре­ сноводных водоемов диатомовые илы. В морских бухтах, загрязненных органическими веществами, участвуют в процессах естественного очищения вод. По питательной ценности диатомеи превосходят картофель и хлебные злаки: содержание белков и жиров в них выше.

Отдел Желтозеленые водоросли (Xanthophyta). Мор­ фологически эта группа водорослей весьма разнообразна.

Внее входят одно- и многоклеточйые, свободно плаваю­ щие и прикрепленные, нитчатые, пластинчатые, сифональные, амёбоидные и другие организмы. Оболочки