Ф. Энгельс в «Диалектике природы» писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществом и энергией с окружающей средой».
Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь — это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.
Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
5. Понятия организма, клетки. Состав клетки.
Организм – живое существо, обладающеесовокупностью свойств, отличающих его отнеживой материи.
Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения которых определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М. В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.
Со времен Аристотеля организмы прежде всего подразделяют на растения и животных, клетки которых принципиально одинаковы. В современной науке – систематике, описывающей все разнообразие живой природы, выделяют ряд таксонов,[8] наиболее крупные из которых – бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства – типы, классы и более мелкие таксоны – группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций.
Тем не менее большинство современных ученых признает необходимость выделения таксона более высокого ранга. Это, во-первых, прокариоты (от лат. pro – перед, раньше, вместо и греч. karyon – ядро) – только одноклеточные организмы, не имеющие истинного ядра, ограниченного мембраной. К ним относятся бактерии, включая архе-и цианобактерии. Аналогом ядра служит структура, состоящая из белков, дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот. Они лишены хлоропластов, митохондрий и аппарата Гольджи. Во-вторых, это эукариоты – одно-и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро. К ним относятся все остальные организмы. Деление на прокариотов и эукариотов характерно и для самых древних организмов.
2.1. Состав клетки
Живые тела наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержат множество веществ, характерных только для живых организмов (табл. 2.1).
Таблица 2. 1
Химический состав клетки (%)
АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
Из числа существующих на Земле химических элементов всеми необходимыми свойствами для того, чтобы быть структурными компонентами живого вещества, обладают лишь соединения углерода. Уникальная способность углерода создавать углерод-углеродные связи, составлять полимерные цепи и кольца, содержащие как одинарные, так и кратные углерод-углеродные химические связи, позволяет образовывать огромное количество разнообразных органических соединений.
Подобным свойством образовывать химические связи с самим собой обладают еще два элемента – сера и кремний, однако они сильно уступают углероду. В результате построение живого вещества на основе преимущественно серы или кремния невозможно. Тем не менее кремний-и серосодержащие органические соединения в живой природе многочисленны и играют важную роль.
Среди неорганических веществ, входящих в состав клетки, первое место занимает вода. Ее роль чрезвычайно велика: большинство химических процессов протекает только в водных растворах, вода обеспечивает терморегуляцию, многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в виде водных растворов.
Биогенные элементы – химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В составе живого вещества более 70 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, причем больше всего (около 98 % по массе) в клетках кислорода, водорода и углерода. К числу так называемых «универсальных» элементов (присутствующих в клетках всех организмов) относятся азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.
Свыше 30 металлов (Al, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co, Ni, Sr, Se, As и др.) и неметаллов (I, Br, F, B), содержащихся в клетках в малых количествах (обычно тысячные доли процента и ниже) и исключительно необходимых для жизнедеятельности клеток (см. закон Ю. Либиха в разд. 3.2.1), называют микроэлементами.
Сравнение химического состава живого и косного вещества Земли– земной коры и вод Мирового океана показывает несоответствие распространенности химических элементов в косных компонентах и живом веществе (рис. 2.1, а—г). Так, в земной коре содержание углерода в 70 раз ниже, чем в живом веществе, а кремния, наоборот, намного больше.
Недостаток или недоступная для усвоения организмом форма в окружающей природной среде какого-либо необходимого для жизнедеятельности химического элемента ограничивает рост и размножение живых организмов.
В живых клетках обнаруживают следы практически всех элементов, присутствующих в ОС. Различия в ходе геологической истории и почвообразующих процессов в отдельных областях Земли привели к формированию биогеохимических провинций – областей на поверхности Земли, резко отличающихся по содержанию каких-либо химических элементов, например урановые и ториевые провинции (см. разд. 3.1.1.1). Значительная недостаточность или избыточность содержания химического элемента в среде вызывает в пределах данной биогеохимической провинции соответствующие эндемии – специфические заболевания растений, животных и человека (см. разд. 8.1.5).
6. Какие организмы являются продуцентами и какова их роль в экосистеме?
Продуценты (от лат. producens, родительный падеж producentis — производящий, создающий), организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи созидателями органического вещества, т. е. все автотрофные организмы.
Продуце́нты (автотрофные организмы или автотрофы) — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. Это, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики и без солнечного света.
Продуценты являются первым звеном пищевой цепи.
Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.
Продуцентами называются также организмы, служащие источником получения каких-либо веществ (например, микроорганизмы - продуценты антибиотиков, растения - продуценты эфирных масел).
продуцентов (лат. producens производящий) входят производители органических веществ из неорганики. Это автотрофы: фотосинтезирующие растения и бактерии, использующие солнечную энергию, а также хемосинтезирующие бактерии, использующие химическую энергию.
Продуценты являются источником органики и энергии для консументов (лат. consumо потребитель). Растительноядных животных называют первичными консументами, паразитов и хищников, потребляющих растительноядных и друг друга — вторичными и третичными консументами.
7. Объясните взаимоотношения между организмами-производителями, организмами-потребителями и организмами-разрушителями.
организмами-производителями (продуцентами), организмами-потребителями (коксументами) и организмами-разрушителями (редуцентами).
Живые компоненты подразделяются на организмы-производители, организмы-потребители и организмы-разрушители. К первой группе относятся фотосинтезирующие зеленые растения (автотрофы), использующие солнечную энергию для создания органических соединений из неорганических веществ и углекислого газа. Для озера или пруда характерно присутствие двух типов производителей. Ими являются как крупные плавающие или растущие вдоль берега растения, так и мелкие, часто микроскопические водоросли, населяющие доступные свету глубины. Очень часто именно этот так называемый фитопланктон играет основную роль в обеспечении экосистемы пищей.
Вторая группа организмов — потребители (гетеротрофы) — представлена различными животными. Их подразделяют на первичных потребителей, питающихся непосредственно растениями или их остатками (зоопланктон и бентос), и вторичных, питающихся первичными потребителями. Это хищные рыбы и насекомые. Те из них, которые существуют за счет себе подобных или других вторичных потребителей, относятся к группе третичных потребителей.