Сходство и различие организмов разных царств

Кроме продуктов разрушения берегов в Мировой океан поступает с суши огромная масса минеральных веществ, сносимых реками и в меньшей степени ледниками и ветром. Эти вещества, находящиеся в виде обломков, а также в составе истинных и коллоидных растворов, осаждаются в различных участках моря, подчиняясь особенностям гидродинамического и гидрохимического режимов бассейна.

В образовании морских осадков помимо принесенного мате­риала принимают участие скелетные остатки организмов, населяющих морской бассейн. Небольшая доля материала, осаждающегося в морях и океанах, приходится на продукты вулкани­ческой деятельности (лавы при подводных извержениях; пепел, переносимый ветром), метеориты и космическую пыль (табл. 4).

Таблица 4

Рельеф полосы пляжа. Разбивающиеся о фронтальную зону волны выбрасывают переносимый материал на берег, где образуется береговой вал (рис. 38). Высота его обычно несколько превышает среднюю высоту волны.

При откате волн во фронтальной зоне возникает замкнутая прибрежная циркуляция воды, производящая основную работу по переотложению и скатыванию обломков. В зоне наибольшего отката волн образуется подводный вал, протягивающийся параллельно берегу.

Многократное перемещение обломков — продуктов абразии — обусловливает их дифференцированное по массе отложение. Наиболее крупные обломки (валуны, галька) переносятся на минимальные расстояния и слагают береговой вал, дальше в море уносятся песчаные частицы разного размера, затем алевритовые и, наконец, глинистые. Естественно, что в конкретных геологических условиях в зависимости от прочности пород берега и интенсивности процесса абразии приведенная зональность обломков по дисперсности может смещаться в направлении как берега, так и моря. Однако закономерное увеличение дисперсности обломков по мере удаления от берега в целом, как правило, выдерживается. Наиболее тонкодисперсные (илистые) осадки заполняют самые погруженные котловины, а в прибрежной зоне обычно распространены грубозернистые осадки.

К мелководной области морей и океанов относятся также мелкие затишные участки заливов и бухт, в которых накапливаются илы различного типа. На плоских побережьях в тропиках располагаются заболоченные низины с пышной своеобразной расти­тельностью. При отмирании растений здесь в широких масштабах идет накопление органического вещества, которое в дальнейшем при захоронении осадков и прогибании данного участка земной коры может преобразоваться в угли.

Иначе идут процессы осадконакопления у крутых, обрывистых, сложенных крепкими и плотными породами берегов. Как уже отмечалось, прибой достигает в таких местах максимальной силы, волны интенсивно разрушают коренные породы, образуя волно-прибойную нишу и террасу. На террасе накапливается неотсортированный обломочный материал различной величины и формы. Морские волны сортируют этот материал и окатывают остроугольные обломки, постепенно превращая их в гравий и гальку. Частицы более мелкой размерности выносятся в море и не накапливаются у берега. Органические остатки в таких породах встречаются крайне редко, так как среда, в которой происходит накопление грубообломочного материала, неблагоприятна для их обитания. Представлены они фауной с толстостенными раковинами или организмами, высверливающими норы в твердом грунте.

Характер осадков мелководной зоны в значительной степени определяется также рельефом водосборных площадей, т. е. прилегающих участков континента, откуда в морской бассейн поступает минеральное вещество. При расчлененном рельефе водосборов, с которых сносится огромная масса обломочного материала, в мелководной зоне накапливаются терригенные осадки. Как уже отмечалось, под действием волн происходит закономерное распределение обломочного материала в литоральной и мелко­водной зонах. Более грубые осадки — глыбы, галька, гравий и т. п. — отлагаются ближе к берегу, за ними в направлении к внешней границе шельфа располагается зона песчаных осадков, затем алевритовых и, наконец, глинистых. Органическая жизнь на участках шельфа, прилегающих к водосборам с расчлененным рельефом, подавлена, поэтому органогенные осадки развиты здесь ограниченно. Карбонатные органогенные осадки могут формироваться лишь на значительном удалении от берега.

В мелководную зону, прилегающую к водосборам с плоским рельефом, обломочный материал практически не поступает. Минеральное вещество доставляется с суши лишь в форме растворов. Обилие света и питательных веществ создает благоприятные условия для развития органической жизни. Население таких шельфов исключительно разнообразно, характеризуется массовостью и представлено организмами с известковым скелетом. Здесь в широких масштабах накапливаются органогенные карбонатные осадки, состоящие из целых и раздробленных раковин.

Своеобразной формой органогенных карбонатных накоплений являются органогенные постройки, растущие со дна морей и возвышающиеся над средним уровнем дна. При приближении таких построек к поверхности воды они превращаются в рифы. Современные органогенные постройки чаще всего возводятся коралловыми полипами. Это морские одиночные или колониальные животные, ведущие прикрепленный образ жизни. Отдельная особь обладает известковым скелетом в виде небольшой камеры, или кораллита. У колониальных кораллов каждое последующее поколение полипов расселяется, прикрепляясь к кораллитам уже отмершего предшествующего поколения. Так образуется колония, у которой живет и развивается только верхняя часть, а нижняя представляет собой твердый известковый остов. Размеры колоний могут быть различными, часто крупными. Для существования кораллов необходимы определенные условия морской среды — скалистое дно, нормальная соленость воды и сравнительно небольшая глубина, примерно 5—40 м.

Сходство и различие организмов разных царств

* У мико- и спироплазм жесткая оболочка отсутствует.

** Жесткой оболочки нет у клеточных и плазмодиальных слизевиков.

Унитарные организмы: каждый организм состоит из вполне определенного числа клеток, невзаимнозаменяемых органов, частей тела, причем у всех особей одного вида примерно или абсолютно одинакового. Размеры тела тоже вполне определенные. Никакая часть организма не может в естественных условиях существовать отдельно от целого, и сам организм при утрате какой-либо части, как правило, погибает. Наконец, у всех унитарных организмов имеется заложенный на генетическом уровне механизм запрограммированной смерти, неизбежно наступающей по истечению некоторого, также вполне определенного для каждого вида срока.

Модулярные организмы: грибы, растения и некоторые животные, вроде коралловых полипов. Как следует из названия, их тела состоят из повторяющихся блоков-модулей (побегов, участков мицелия), причем число их неодинаково не только у разных особей внутри вида, но даже и у одной особи в течение жизни. Они фрактальны, то есть каждый блок, в принципе, повторяет в своем строении и, по крайней мере потенциальных возможностях, весь организм. Они обладают неограниченным ростом, то есть растут пока живут. Любой модуль можно отделить от тела, и он не только не утратит жизнеспособности, но и сможет дать начало новому полноценному организму. Потеря одного или даже большей части модулей не ведет к гибели всего организма, который может просто заменить утраченные части новыми (вспомните многочисленную поросль, возникающую на пне срубленного дерева). Как следствие, у модулярных организмов нет запрограммированной смерти. Они могут жить так долго, как позволяют условия, и собственно только катастрофические изменения внешних условий могут привести к гибели организма.

Разделы ботаники.Исторически ботаника складывалась как описательная наука, изучающая различные стороны жизнедеятельности растений: их строение функции, систематическое разнообразие, географическое распространение и т.д. Каждый из этих разделов ботаники имеет свои задачи, подходы и методы.

Морфология растений(греч. morpha — форма и logos — слово, учение) — наука о закономерностях строения и процессах формообразования растений. В широком смысле морфология растений, или структурная ботаника, изучает как внешнее, воспринимаемое непосредственно человеческим взглядом, так и внутреннее, видимое лишь с помощью оптических инструментов (лупы, светового и электронного микроскопов) строение растений.

Внешнее строение растений, или эпиморфологию (греч. epi - на, над, сверх), изучает морфология в узком смысле слова, а внутреннюю структуру - анатомия растений (греч. anatome — разрезать). Науку о строении и жизнедеятельности клеток назы вают цитологией (греч. kytos, cytos — сосуд, клетка), а о растительных тканях - гистологией (греч. histos - ткань). Распределение веществ в клетках и тканях с помо щью химических реакций изучает гистохимия.

Некоторые разделы морфологии растений посвящены изучению отдельных орга нов. Так, карпология (греч. karpos - плод) исследует форму, строение, функции и морфогенез (лат. genesis — начало, происхождение) плодов и семян, палинология (греч. paline — тонкая пыль) изучает пыльцу и споры, ризология (греч. rhiza — корень) — строение и жизнедеятельность корней и корневых систем. Уклоняющимся (уродливым) формам растений и их органов посвящена тератология (греч. teras - чудовище, урод).

По мере прогресса общебиологических знаний, признания эволюционных идей в качестве основополагающих для биологии и осознания зависимости строения и жиз ни растений от условий их произрастания возникли новые направления морфологии растений, тесно связанные с другими ботаническими науками.

Сравнительная морфология сопоставляет морфогенез, строение и функциональные особенности органов, тканей и клеток растений, принадлежащих к разным систематическим группам — как ныне живущим, там и вымершим (ископаемым). Эти сопоставления позволяют реконструировать способы морфологических преобразований растений в ходе их эволюции, изменения их структур в масштабах геологического времени, что является задачей эволюционной морфологии. Обе эти науки тесно связаны с систематикой и географией растений, а также с палеоботаникой (греч. palaios -древний) - наукой о вымерших, ископаемых растениях.

Экологическая морфология (греч. oikos — жилище) изучает особенности внешнего и внутреннего строения и онтогенеза (греч. ontos - сущее), или индивидуального раз вития растений в зависимости от условий внешней среды. Узловым объектом изучения экологической морфологии стала жизненная форма, или биоморфа растения (греч. bios - жизнь), т.е. его внешний облик (габитус), возникший в ходе эволюции и отражающий приспособленность к условиям среды. Раздел экологической морфоло­гии растений, посвященный изучению жизненных форм, с 80-х годов XX в. стали называть биоморфологией. Она активно развивается в настоящее время.

Морфология растений во второй половине XX в. (после изобретения электронного микроскопа) пополнилась огромным объемом новых сведений об ультраструктуре клеток и тканей. Это заставило пересмотреть прежние взгляды на процессы жизнедеятельности растительного организма. Начался бурный прогресс цитологии и анатомии растений, которые развивались преимущественно в структурно-функциональ­ном направлении и тесном контакте с физиологией и экологией.

Теоретическая морфология в XX в. обогатилась новой трактовкой вегетативных органов. Стебель и лист стали рассматривать как единый орган — побег, т.е. переосмыслили концепцию «железной триады» — корень — стебель — лист. Новый взгляд опирался на результаты современных палеоботанических и морфогенетических исследований, а также на данные нодальной анатомии, изучающей внутреннюю структуру узлов (лат. nodus — узел).

Углубилось сравнительно-морфологическое направление. Наиболее крупных успехов в этой области морфологии добились немецкие ботаники школы Вильгельма Тролля (1897—1978), создавшие новую методологию структурного анализа побеговых систем, в особенности соцветий.

Активно развивались экологические разделы морфологии и эмбриологии, связанные с геоботаникой, физиологией и экологией растений. Узловым объектом изучения многих ботанических дисциплин, и в первую очередь экологической морфологии, в XX в. становятся жизненные формы (биоморфы) растений. Их исследуют с точек зрения роли и разнообразия во флорах, фитоценозах и географических ландшафтах; изменений в процессе индивидуального развития (онтогенеза) растений; эволюционных преобразований, проявляющихся в форме общих тенденций, в филогенезе крупных таксономических единиц и в конкретных путях морфологической эволюции в родах и семействах. Объединить и обобщить эти разнообразные аспекты анализа биоморф сумел наш соотечественник профессор И.Г. Серебряков (1914—1969). Он разработал новые принципы структурно-биологического изучения биоморф, учитывающие их изменения в онтогенезе и сезонную ритмику; ввел в морфологию ряд новых понятий, необходимых для характеристики растений как мо­дульных организмов; разработал оригинальную классификацию биоморф, отражающую их важнейшие структурные и адаптационные признаки, параллельные эволюционные ряды в разных условиях обитания, преобразования в процессе морфологической эволюции. Как уже отмечено в 80-х годах это направление ботаники стали называть биоморфологией, т.е. учением о жизненных формах. Она активно продолжает развиваться и в наши дни.

Как отдельная научная дисциплина обособилась эмбриология растений(греч. embryon - зародыш), исследующая закономерности зарождения и первые этапы развития растительных организмов. Современная эмбриология бурно развивается, ставит своей задачей управление развитием организмов и тесно связана с цитологией, физиологией, генетикой и селекцией и другими науками. Эмбриологическая инфор­мация становится все более и более необходимой для теоретических и экспериментальных исследований, касающихся вопросов размножения растений.

В нашем учебнике отражено современное состояние всех выше перечисленных разделов структурной ботаники. Особое внимание уделено эмбриологии и биоморфологии как направлениям наиболее прогрессирующим, теоретически и практически значимым.

Систематика растенийставит своими целями описание, обозначение всех существующих и некогда существовавших, а ныне вымерших видов, а также их классификацию, т.е. распределение по систематическим группам разного ранга (родам, семействам, порядкам, классам и отделам). Инвентаризация видов и их расположение в легко обозримой классификационной системе необходимы для успешных исследований в любой отрасли ботаники. Главные же задачи современной систематики — восстановление путей эволюционного развития растительного мира и выявление степени родства между разными систематическими группами. Вопросы систематики решаются в тесном контакте с другими ботаническими науками: морфологией, географией растений, палеоботаникой и др.

Среди ботанических наук систематика занимает центральное место. По выражению К. Линнея она представляет «нить Ариадны» для любой отрасли биологии, а академик А.Л. Тахтаджян называет ее «фундаментом и венцом биологии».

Как и морфология растений, систематика активно развивается в наше время и по­полняется новыми направлениями, например, хемосистематикой, изучающей химические отличия растений разных групп, кариосистематикой, исследующей структуру хромосом и их наборы (карйотипы), геносистематикой, анализирующей строение ДНК и РНК. Для современной систематики растений характерна специализация по объектам изучения, поскольку в последние десятилетия утвердилась концепция множества царств живой природы. К дроблению систематики подталкивают также все увеличивающиеся объемы конкретных знаний по каждой крупной систематической группе. Выделились такие науки, как альгология (лат. alga - водоросль), микология (греч. mykes - гриб), бриология (греч. bryon - мох). Эти специализированные разделы систематики по традиции относят к ботанике.

Физиология растенийисследует жизненные процессы, присущие растениям: фотосинтез, корневое питание, обмен веществ, рост, развитие и т.д. Эта наука базируется, главным образом, на экспериментах и широко использует данные биохимии и биофизики. Физиология в комплексе с другими ботаническими науками создает теоретические разработки и практические рекомендации, необходимые для повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

Фитоценологияизучает растительные сообщества — фитоценозы (греч. phyton -растение, koinos — общий). Фитоценозом называют совокупности разных видов растений, которые живут совместно на однородном участке земной поверхности, влияют друг на друга и взаимодействуют с окружающей средой, изменяя ее. Различают фитоценозы естественные (леса, луга, болота, степи, тундры) и искусственные (поля, огороды, сады, парки). Естественные фитоценозы обладают относительно постоянным набором видов и устойчивым строением. Искусственные фитоценозы лишены таких свойств и нуждаются в уходе со стороны человека. Фитоценология — сравнительно молодая наука, официально она была признана лишь в 1910 г. В отличие от классических ботанических дисциплин (морфологии и систематики растений) фитоценология изучает жизнь растений не на организменном и популяционно-видовом а на ценотическом, или экосистемном, уровне. Фитоценология тесно связана с экологией, физиологией и географией растений. Ряд прикладных направлений ботани ки (лесоведение, луговедение, степеведение, тундроведение) по существу являются разделами фитоценологии.

География растенийизучает распределение на поверхности Земли видов растений и растительных сообществ в зависимости от климата, почв и геологической истории. С географией растений тесно связана флористика, главная задача которой - составление флор, т.е. списков всех видов, обитающих на определенной территории. Kaк особую науку выделяют и раздел географии растений, изучающий распространение и размещение на Земле различных растительных сообществ. Этот раздел называют геоботаникой (от греч. ге — земля), он тесно связан с фитоценологией.

Экология растенийисследует зависимость строения и функционирования растений, их популяций и фитоценозов от условий среды обитания. Экология исследует основные приспособительные признаки организмов, сформировавшиеся в ходе их эволюции, характеризует и классифицирует экологические группы растений, имеющие сходные адаптации к определенным условиям внешней среды, изучает закономерности популяционной жизни видов, структуру и динамику фитоценозов. Главные задачи экологии: выявление закономерностей, определяющих устойчивость экосистем и их способность к самоподдержанию; разработка научных основ для природоохранных мероприятий. Экологические аспекты присущи многим ботаническим наукам, и эти их направления все чаще выделяют как самостоятельные дисциплины, например, экологическая анатомия, экологическая морфология и экологическая физиология.

Таким образом, в XXI в. ботаника вступила как система большого числа взаимосвязанных и дополняющих друг друга ботанических наук, ориентированных на решение жизненно важных для человечества практических и теоретических задач.

Уровни морфологической организации растений, низшие и высшие растения.Важнейшим поворотным событием в морфологической эволющии растительного мира был выход растений на сушу, т.е. приспособление крупных многоклеточных форм к жизни в почвенно-воздушной среде, что означало возникновение высших растений.

До этого сушу уже населяли различные виды водорослей, бактерий и грибов. Однако различие между этими низшими организмами и громадным большинством высших растений состоит в том, что низшие организмы живут или в воде, или в воздушной среде, насыщенной парами воды, а при наступлении засухи теряют воду и настолько пересыхают, что впадают всостояние скрытой жизни, или анабиоза (греч. anabiosis - возрождение, оживление). Таким образом, у низших наземных организмов водный обмен не стабилизирован, и интенсивность их жизненных процессов целиком зависит от наличия влаги в окружающей среде. Эти растения можно назвать пойкилогидрическими (греч. poikilos - разный и hydor - вода).

Напротив, высшие растения стабилизировали содержание воды внутри своего тела и стали относительно независимыми от колебания влажности в почве и атмосфере (гомойогидрические растения: греч. homoios - равный, сходный).

Выход на сушу потребовал приспособления к совершенно новым условиям и дал мощный толчок к перестройке всей организации растения. Тело растения оказалось разделенным на две части - подземную и надземную - с разными функциями. Подземная часть обеспечила почвенное питание (всасывание воды и растворенных в ней веществ), а надземная часть - фотосинтез. Вместе с тем органы, расположенные в почве, потеряли возможность фотосинтеза, а надземные органы потеряли непосредственную связь с почвенной влагой. Разделение функций повлекло за собой возникновение специализированных групп клеток - тканей (проводящих, покровных, скелетных и др.).

Морфологическую эволюцию высших растений с большой достоверностью воссоздали на основе анализа современных и вымерших организмов. Особенно помогло изучение ископаемых остатков риниофитов — первенцев наземной флоры, которые жили более 400 млн лет тому назад - в силурийском и девонском периодах.

Риниофиты (или псилофиты) были подробно изучены после нахождения в 1912 г. в Шотландии (а позднее и в других местах) прекрасно сохранившихся остатков ринии и некоторых других представителей этой группы растений. Найденный материал позволил восстановить не только общий облик растений, но и внутреннее строение вплоть до особенностей организации тканей и клеток.

Риния представляла собой небольшое травянистое растение. Ее цилиндрические органы ветвились дихотомически. Одни из этих органов простирались на поверхности влажной почвы и поглощали воду волосковидными выростами — ризоидами; другие росли вертикально; некоторые из них оканчивались спорангиями (греч. spora - семя, посев и angeion - сосуд).

Риния еще сохраняла сходство с водорослеобразными предками. У нее не было ни листьев, ни стеблей, ни корней — все эти органы возникли позднее. Не было у ринии и почек — меристематических кончиков побегов, защищенных зачатками листьев. Цилиндрический осевой орган риниофитов получил особое название – телом. Телом имел внутреннее строение, вполне характерное для сухопутных растений. Он был покрыт эпидермой (кожицей) с типичными устьицами. В центре имелись проводящие ткани, а между ними и эпидермой залегала хлорофиллоносная ткань, способная к фотосинтезу.

В ходе дальнейшего приспособления к наземной жизни от риниофитов произошли растения, обладавшие побегами и корнями.

Таким образом, весь листостебельный побег образовался в результате интеграции (объединения) групп теломов и разделения функций между цилиндрическими осевыми органами (стеблями) и плоскими боковыми органами (листьями). Стебель сохранил способность к длительному верхушечному нарастанию, а листья эту способность потеряли. У многих современных папоротников листья могут длительно нарастать своей верхушкой, а у некоторых даже ветвиться в течение многих лет. Листья папоротников вследствие многих особенностей, отличающих их от листьев прочих растений, называют вайями.

Возникновение почек — замкнутых вместилищ верхушечных меристем, защищенных листовыми зачатками и почечными чешуями, имело огромное значение для успешного завоевания суши высшими растениями. Благодаря защищенности меристем в почках побеги смогли лучше сохранять способность к нарастанию и ветвлению в условиях резких колебаний температуры и влажности во внешней среде.

Параллельно с дифференциацией надземного побега шла эволюция корня. Предполагают, что корни произошли из теломов, простертых на поверхности почвы, а затем углубившихся в нее. Сохранив характер осевых цилиндрических органов, корни развили громадную поверхность соприкосновения с частицами почвы путем многократного ветвления и образования корневых систем.

Особенности морфологической эволюции фототрофных растений.Иу одноклеточных зеленых водорослей, и у высших растений клетка сохраняет одни и те же основные черты организации. Для нее характерна наружная сплошная упругая полисахаридная оболочка, образующая опорную систему, наружный скелет клетки. Возникновение такой оболочки явилось следствием фототрофного питания, при котором в клетке образуется избыток продуктов фотосинтеза - растворимых углеводов. Эти вещества выводятся из клетки и превращаются в нерастворимые углеводы оболочки. Вода, С0₂ и различные минеральные соли, равномерно рассеянные вокруг растения в почве и атмосфере, проникают через оболочку. Вещества, выделяемые клеткой, также проходят через клеточную оболочку в виде истинных растворов. Таким образом, наличие сплошной оболочки, одевающей клетку, соответствует основ­ному признаку обмена веществ у растений — поглощению и выделению веществ в растворенном виде.

Поскольку элементы питания равномерно рассеяны в окружающей среде, расте­ния в ходе эволюции постепенно потеряли подвижность и перешли к прикрепленному образу жизни. Отдельные особи в течение всей жизни остаются на одном месте, а передвижение чаще всего связано с постепенным нарастанием и отмиранием более старых органов или с размножением.

Элементы питания, равномерно распределенные во внешней среде, поглощаются через наружную поверхность растения. Чем больше поверхность соприкосновения, тем интенсивнее идет обмен веществ. Поэтому в процессе эволюции наблюдается тенденция к увеличению поверхности соприкосновения с внешней средой. Эта тенденция становится особенно заметной у более крупных форм.

Действительно, при пропорциональном увеличении размеров тела, т.е. с сохранением общей объемной формы, соотношение между поверхностью и объемом нарушается, так как площадь поверхности растет пропорционально квадрату линейного увеличения, а объем — пропорционально кубу. При увеличении линейных размеров организма вдвое его поверхность увеличится вчетверо, а объем в 8 раз; при увеличении линейных размеров втрое поверхность увеличится в 9, а объем в 27 раз. Эти расчеты поясняют, почему у растений увеличение общих размеров и массы тела осуществляются путем нарастания их тела в длину и обильного ветвления, а также за счет образования плоских органов. Сильно разветвленные или пластинчатые органы с громадной поверхностью способны поглощать больше света, необходимого для фотосинтеза. Линейный рост и ветвление стали возможными у прикрепленных, непо­движных организмов.

Среди водорослей можно найти много форм, составляющих морфогенетический ряд от одноклеточных подвижных форм к одноклеточным неподвижным и далее к более крупным нитчатым неразветвленным и сильно разветвленным формам. У высших растений увеличение поверхности проявляется в многократном и обильном ветвлении побегов и корней и в образовании множества плоских листьев.