Организм как самовоспроизводящаяся

Открытая система

Существенным свойством живого является обмен веществ, энергии и информации.

Организм потребляет из окружающей среды энергию и вещества и использует их для жизненно важных реакций, а затем возвращает в среду эквивалентное количество энергии и вещества, но уже в другой форме, менее пригодной для него. Организм выступает как открытая система, находящаяся в стационарном состоянии: скорость поступления в нее веществ и энергии из окружающей среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из системы. В основе последней находятся белки – носители большинства жизненных функций и нуклеиновые кислоты – носители информации. Живое вещество способно существовать только в потоке непрерывного обмена веществ, энергии и информации с окружающей средой. Прекращение движения в этом потоке хотя бы одного компонента прекращает жизнь организма.

Источниками энергии для живого вещества служат солнечная и другая тепловая радиация, пища, и контакты с более теплыми телами. Энергия живых организмов в процессе их жизнедеятельности подвергается многим превращениям, в частности преобразовывается в механическую, тепловую, световую, химическую, электрическую и в конце концов рассеивается в окружающем пространстве.

В широком и основном значении информация – это передача от одного живого объекта к другому различных сведений или иных воздействий, которые влияют на их жизнедеятельность.

Разнообразие организмов. Все живые организмы биосферы подразделяются на четыре царства: прокариоты (доядерные), животные, грибы и растения.

Прокариоты – это простейшие организмы, клетки которых не имеют истинного ядра. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Животные, грибы и растения в своих клетках содержат настоящие ядра, которые отделены от цитоплазмы ядерной мембраной. Вследствие этого они выделены в надцарство эукариотов (ядерных).

В свою очередь каждое царство эукариотов подразделяется на подцарства: 1) животные; 2) грибы; 3) растения.

По отношению в кислороду, присутствующему в среде, все животные делятся на аэробные (жизнедеятельность возможна только при наличии свободного кислорода) и анаэробные (обитают без кислорода).

Все разнообразие видов живых организмов биосферы связано между собой через питание. Так как питание, образно говоря, – красная нить экологии, весьма важна классификация живого вещества по его способам питания. При этом различают автотрофы и гетеротрофы (см. разд. 2.5.4).

Организм и среда

Организм является начальной, основ­ной единицей обмена веществ. Именно с организма и начинается цепочка взаимоотношений живой материи, ее нельзя прервать ни на одном уровне. Очевидно, что существует глубокая связь между орга­низмом и окружающей средой.

Среда – комплекс тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.В широком смысле это материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организм.

Существует значительное разнообразие объема значений слова «среда» в зависимости от степени конкретизации понятия. Так, внешняя среда рассматривается как совокупность сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека (организма), находящаяся вне рассматриваемого объекта или субъекта и необяза­тельно непосредственно контактирующая с ним. Понятие окружаю­щая среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов. Различают также природную среду (сочетание естественных и измененных деятельностью человека факторов живой и неживой природы, которые проявляют эффект воздействия на организм), среду абиотическую (все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов) и среду биотическую (силы и явления природы, которые обязаны своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов) (разд. 2.3.3).

Имеется и конкретное пространственное понимание среды, как непосредственного окружения организма – среда обитания. К ней относят только те элементы среды, с которыми данный организм всту­пает в прямые или непрямые отношения, т. е. это все то, среди чего он живет.

В земных условиях живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Пер­вой по времени была водная среда, в которой возникла и распростра­нилась жизнь. В дальнейшем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, затем они создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами организмы, тела которых использовались паразитами или симбионтами.

Необходимо подчеркнуть, что понятие «среда» не является сино­нимом понятия «условия существования». Последнее означает сумму жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организ­мы не могут существовать.

Влияние среды на организм. Организм, испытывая потребность в притоке вещества, энергии и информации, полностью зависит от сре­ды. Уместно здесь привести закон, открытый российским ученым К. Ф. Рулье: результаты развития (изменений) любого объекта (орга­низма) определяются соотношением его внутренних особенностей и осо­бенностей той среды, в которой он находится. Этот закон, иногда называемый первым экологическим законом жизни, имеет общее зна­чение, так как в равной мере относится к живой и неживой материи, а также к социальной сфере.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей, носит название адаптации.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, поскольку обеспечивает саму возможность ее существова­ния, возможность организмов выживать и размножаться. При этом адаптации способны проявляться на самых разных уровнях: от биохи­мии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функ­ционирования сообществ и экосистем.

Резкое и быстрое изменение условий среды обитания может привести к тому, что генетический аппарат вида не сможет приспособиться к новым условиям жизни. Сказанное в полной мере относится и к человеку.

Влияние живых организмов на среду. Организмы и сами способны существенно воздействовать на среду. Так, их жизнедеятельность сильно влияет на газовый состав атмосферы. Это связано, в частности, с тем, что в результате фотосинтеза зеленых растений в атмосферу поступает кислород. Диоксид углерода, напротив, извлекается из атмосферного воздуха растениями и вновь поступает туда в процессе разложения остатков погибших организмов. Разлагая тела погибших организмов, бактерии, грибы и животные участвуют в образовании почвы. Именно жизнедеятельность организмов опреде­ляет содержание растворенных органических соединений и минеральных солей в природных водах. Укажем, что организмы, меняя химический состав среды, воздействуют и на ее физические свойства.

На предел воздействия организмов на среду обитания описывает другой экологический закон жизни (Ю. Н. Куражковский): каждый вид организмов, потребляя из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования.

Таким образом, организмы испытывают воздействие постоянно ме­няющихся условий среды, но и сами способны изменять эти условия.

Экологические факторы среды

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор специфическими приспособительными реакциями, т. е. адаптируется к ним.

Экологические факторы весьма разнообразны, имеют разную природу и специфику действия, они могут быть необходимы для организмов или, наоборот, вредны для них, могут способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Их подразделяют на две категории: абиотические и биотические.

Абиотические факторы – это все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы (свет, температура, радиация, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности и т. д.).

Биотические факторы – это прямые и опосредованные формы воздействия живых существ друг на друга. Любой организм в реальных условиях постоянно испытывает на себе самое различное влияние других существ.

В табл. 2 приведен один из вариантов классификации экологических факторов среды.

В последние годы антропогенные факторы, учитывая силу их воздействия, выделяют как отдельную категорию экологических факторов.

Существуют и другие подходы к классификации экологических факторов:

– по очередности (периодические: первичный, вторичный и непериодические);

– по времени (эволюционный и исторический);

– по происхождению (космический, абиотический, биогенный, биотический, биологический, природно-антропогенный, антропогенный);

– по среде возникновения (атмосферный, водный, геоморфологический, эдафический (эдафогенный), физио­логический, генетический, популяционный, биоценотический, эко-системный, биосферный);

– по степени воздействия (летальный (приводящий живой организм к гибели), экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный (приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития)).

Таблица 2

Классификация экологических факторов среды

(Пономарева И. И., 1975 г.)

Абиотические факторы	Биотические факторы
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление	Фитогенные: растительные организмы
Эдафогенные (от «эдафос» – почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность	Зоогенные: животные организмы
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря	Микробиогенные: вирусы, простейшие, бактерии
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растений	Антропогенные: деятельность человека

 

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Так, сильный ветер в зимнее время весьма неблагоприятен для крупных животных, осо­бенно обитающих открыто (лоси), но не действует на более мелких, обычно укрывающихся в норах или под снегом.

Ряд свойств среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени: сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Другие эко­логические факторы (температура, влажность, ветер, хищники, пара­зиты и т. д.) изменчивы во времени и пространстве. При этом особенности среды обитания определяют, как уже указывалось, степень и характер изменчивости каждого из факторов. Так, например, тем­пература меняется существенно на поверхности суши, но практичес­ки постоянна на дне океана или в глубине пещер.

А. С. Мончадский предложил оригинальную классификацию эко­логических факторов. Он исходил из того, что приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются степенью постоянства воздействия этих факторов, т. е. их периодич­ностью. С учетом вышеизложенного выделяются первичные и вто­ричные периодические факторы, а также непериодические факторы. К первичным периодическим факторам относят явления, связан­ные в основном с вращением Земли: суточная смена освещенности, смена времен года. Эти факторы, которым свойственна правильная периодичность, действовали задолго до появления жизни на Земле и возникающие живые организмы должны были адаптироваться к ним.

Вторичные периодические факторы – следствие первичных пери­одических: например, влажность, температура, осадки, динамика ра­стительной пищи (для животных), содержание растворенных газов в воде.

К непериодическим факторам относятся факторы, не имеющие правильной периодичности, цикличности. Таковы почвенно-грунто­вые факторы, разного рода стихийные явления. Уточним, что «непе­риодично» лишь само тело почвы, составляющие ее компоненты, но динамика таких свойств почвы, как влажность, температурный ре­жим, может определяться первичными периодическими факторами и в свою очередь оказываться периодичной.

Антропогенное воздействие на среду проявляется, прежде всего, в изменении режима множества биотических и абиотических факто­ров, переходе их зачастую за те пределы, которые отвечают экологи­ческим требованиям живых организмов. Это обстоятельство и послужило причиной исчезновения многих видов растений и животных с лицаЗемли.