Основные типы организмов

Жизнь на Земле многообразна (более 350 000 видов растений и 1,5 миллиона видов животных). Исходя из способа питания, выделяют два главных типа организмов:

· автотрофы (autotrophes от греч. autos - сам + trophe - пища);

· гетеротрофы (heterotrophes от греч. heyeros - другой + trophe - пища).

Автотрофы

Автотрофы - синтезируют из неорганических соединений органическое вещество с использованием энергии Солнца или энергии, освобождающейся при химических реакциях. Автотрофы использую для этого хемосинтез или фотосинтез.

Хемосинтетики образуют органическое вещество из двуокиси углерода, окисляя неорганических соединения: аммиак, водород, соединений серы, закисного железа и др. (Хемосинтез открыт С. Н. Виноградским в 1887 г.). Примером являются водородные бактерии, которые синтезируют глюкозу из углекислого газа и водорода:

12H₂ + 6CO₂ = C₆H₁₂O₆ + 6H₂O

или железобактерии, использующие закисное железо

2FeO + H₂O = Fe₂O₃ + H₂; 6СО₂ + 12Н₂ = C₆H₁₂O₆ + Н₂О.

Хемосинтез на первых порах преобладал. Со временем необходимые ресурсы уменьшились, и сейчас хемосинтез играет второстепенную роль. Его роль заметна вблизи горячих источников на дне океана и других экстремальных обстановках.

Фотосинтез – это превращение лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Различают две формы синтеза:

· бактериальный

12H₂S + 6CO₂ + энергия Солнца = C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O,

· растений

12H₂O + 6CO₂ + энергия Солнца = C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂.

Заметим, что фотосинтез растений не совсем точное название. Дело в том, что первыми его освоили цианобактерии, т.е. не растения, а прокариоты.

Гетеротрофы

Гетеротрофы используют для питания исключительно или преимущественно органические вещества и неспособны к фото или хемосинтезу. Это все животные, грибы и многие микроорганизмы. Различают разные типы гетеротрофного питания: сапрофитное (остатками отмерших организмов или выделениями живых), галозойное (частями тела других организмов) и паразитное (использует «хозяина» в качестве среды обитания и источника пищи). Гетеротрофы минерализуют органическое вещество, созданное автотрофами.

Другая классификация организмов основана на их потребности в кислороде, т.е. исходит из процесса, в ходе которого освобождается энергия химической связи. Выделяют две типа организмов:

· анаэробные;

· аэробные.

Анаэробы

Анаэробы (от греч. an − отрицательная частица, aer − воздух и bios − жизнь) способны жить и развиваться без свободного кислорода. Термин был введен Л. Пастером, открывшим в 1861г бактерии масляно-кислого брожения, которые получают энергию, необходимую в жизненных процессах, так:

.

Анаэробные организмы представлены, главным образом, прокариотами (одноклеточные без ядра). [Г.А.1] Известны лишь немногие формы эукариот (клетки, имеющие ядро), вторично приспособившиеся к отсутствию кислорода (анаэробиоз) – дрожжи. Среди многоклеточных организмов анаэробиоз свойствен некоторым кишечным паразитам, например, лентецам, аскаридам. Анаэробы плохо приспособлены для жизни в среде, содержащей свободный кислород, который является сильным окислителем и губителен для простейших.

Аэробы

Аэробы (от греч. aer — воздух и bios — жизнь) нуждаются для нормальной жизни в свободном кислороде. Это все растения, почти все животные, грибы и многие бактерии.

Аэробное дыхания имеет принципиальное значение для развития современной биосферы, так как является обязательным условием для существования многоклеточных организмов, нуждающихся в большом количестве энергии.

Аэробный метаболизм (дыхание) схематично можно записать так:

.

При этом высвобождается почти в 14 раз больше энергии, чем при брожении. Это объясняет способность аэробов строить многоклеточные организмы.

В настоящее время лицо биосферы определяют аэробные формы. Анаэробы вытеснены в ниши с неблагоприятными для аэробов условиями. Тем не менее роль анаэробов и сейчас огромна. Примером являются азотфиксирующие бактерии, от деятельности которых зависит плодородие почв.

Фенотип вида

Фенотип вида определяет окружающая их среда. По определению В. И. Вернадского

«… жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов».

Водная среда отличается от атмосферы высокой плотностью, большой скоростью распространения механических колебаний и хорошей электропроводностью. Поэтому водные животные отличаются от сухопутных обтекаемой формой тела и специфическими органами чувств.

Для суши характерно большая амплитуда изменения температуры, высокое содержание кислорода и т.д. Все это приводит к развитию таких органов чувств как зрение, слух.

Промежуточное положение почв между водной и наземно-воздушной средами способствует тому, что для некоторых почвенных организмов характерен как водный, так и воздушный тип дыхания.

Паразиты и симбионты, как правило, получают питательные вещества в доступной форме. Поэтому у них наблюдается упрощение органов пищеварения. Стратегия их выживания направлена на формирование защитных механизмов, обеспечивающих существование в агрессивной среде организма.

Популяция

Популяция имеет сложную структуру и неоднородна. Внутри нее можно выделить более или менее устойчивые небольшие группировки по родственному или возрастному признаку. Члены сообщества конкурируют друг с другом за ресурсы, право продолжения рода, таким образом, формируя определенную структуру популяции (численность, возрастной состав и т.п.). Вместе с тем, объединение в популяцию дает членам сообщества определенные преимущества при выращивании потомства, поисках пищи, защите от врагов и т.д.

Особенно важно, что внутри популяции происходит постепенная эволюция вида. В свою очередь популяция воздействует на окружающую среду и, в частности, влияет на другие виды.

Устойчивость популяций. В экологии понятие "устойчивость" означает способность адаптироваться к окружающей среде. Принципиальное отличие понятий устойчивость и стабильность в том, что стабильность предполагает способность сохранить свои свойства, несмотря на внешние воздействия, а устойчивость подразумевает способность адаптироваться к условиям среды, в том числе, путем эволюции популяции.

Важнейшим условием устойчивости популяции является ее оптимальная численность или плотность, возрастная структура и способность быстро восстановиться после катастрофических событий. Малочисленный вид с продолжительным циклом размножения может исчезнуть после катастрофических событий, таких как засуха, эпидемия и многое другое.

Прогрессия размножения позволяет поддерживать численность на высоком уровне. При неограниченных ресурсах численность популяции растет по экспоненте (рис. 6, кривая 1). В естественных условиях ее рост ограничен внутрипопуляционными и межвидовыми механизмами, а также природными ресурсами (рис. 6. кривая 2).

Рис. 6. Динамика изменения числа особей в популяции (N) во времени (t)

1 – факторы, ограничивающих рост отсутствуют; 2 – в естественных условиях.

Факторы, ограничивающие рост численности разнообразны. Это может быть недостаток пищи, рост заболеваемости, обострение межвидовых отношений (паразит – хозяин и хищник – жертва) и многое другое. В результате увеличивается смертность, меняется возрастная структура и популяция сокращается.

Оптимальная плотность и структура популяции не гарантируют ее устойчивость при изменении условий обитания. Для этого вид должен меняться, адаптируясь к новым условиям. Как это происходит?

Популяция и эволюция вида. Ч. Дарвин объяснил эволюцию видов действием трех великих законов Природы:

– наследственность – необходимое условие для воспроизведения организмов;

– изменчивость – обязательное условие для развития форм жизни, лучше приспособленных к новым условиям;

– прогрессия размножения – быстрое увеличение численности вида в благоприятных условиях. Следствиями являются обострение конкуренции и естественный отбор наиболее жизнеспособных форм, а также быстрое возрождение популяции в случае эпидемий и других катастрофических событий.

Изменение вида происходит следующим образом. Лучше приспособившиеся к условиям обитания особи имеют преимущество при передаче генетического кода последующим поколениям. Если условия обитания изменятся, доминанты могут утратить преимущество, а поэтому их доля в популяции уменьшиться. В новых условиях начинают доминировать другие особи, и произойдет эволюция популяции.

Теория Ч.Дарвина не могла объяснить ни высокой скорости изменений популяции, ни возникновение качественно новых признаков. Ответ на эти вопросы был дан генетиками.

Любой популяции присуще:

· генетическое единство особей – необходимое условие для продолжения вида;

· генетическая неоднородность – необходимое условие для эволюции вида при изменении условий обитания.

В последовательном ряду потомков неизбежно накапливаются случайные изменения наследственной программы (мутации). Большая их часть ведет к деградации особи, а потому передача негативных признаков потомкам мала. Часть может оказаться полезной и закрепиться у последующих поколений. Накапливающиеся со временем генетические изменения обеспечивают эволюцию вида и его адаптацию к новой обстановке.

Экосистема

Основополагающим понятием и главной таксономической единицей биосферы является экосистема. Она складывается не случайно, а представляет взаимообусловленную систему, образованную организмами и средой их обитания, характеризующуюся многочисленными внутренними связями и относительно постоянной структурой. Большую роль играют не только трофические связи – использование в пищу одних видов другими. Многообразны и важны непищевые взаимоотношения. Так, для размножения многих растений необходимы опыляющие насекомые.