Глава 8. Многообразие живых организмов

СИСТЕМАТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ И ТАКСОНОМИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

В настоящее время на Земле описано более 2,5 млн видов живых организмов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, так как многие виды микроорганизмов, насекомых и др. не учтены. Кроме того, считается, что современный видовой состав - это лишь около 5% от видового разнообразия жизни за период ее существования на Земле.

Для упорядочения такого многообразия живых организмов служат систематика, классификация и таксономия. Систематика - раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам. Классификация - распределение всего множества живых организмов по определенной системе иерархически соподчиненных групп - таксонов. Таксономия - раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон - искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства и, в то же время, достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга. В современной классификации существует следующая иерархия таксонов: царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд в систематике животных), семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и подцарства, над- и подотделы, над- и подклассы и т.д.

От Аристотеля до Карла Линнея классификация была искусственной, так как в ее основе лежало не истинное родство организмов, а их сходство по некоторым признакам. Дарвин заложил основы естественной классификации, построенной на принципах общности происхождения организмов. Карл Линней ввел в науку бинарную номенклатуру, по которой название вида складывается из двух латинских слов. Первое обозначает название рода, второе - собственно вида (Homo sapiens).

Систематика существующих на Земле организмов постоянно изменяется и обновляется. В настоящее время систематика живых организмов представляется следующим образом:

I. Неклеточные формы. Царство Вирусы.

II. Клеточные формы.

1. Надцарство Прокариоты (Procariota):

1) царство Бактерии (Bacteria, Bacteriobionta),

2) царство Архебактерии (Archaebacteria, Archaebacteriobionta),

3) царство Прокариотические водоросли:

а) отдел Синезеленые водоросли, или Цианеи (Cyanobionta),

б) отдел Прохлорофитовые водоросли или Прохлорофиты (Prochlororhyta).

По другой классификации в надцарстве Прокариоты выделяют одно царство Дробянки, которое включает три подцарства: Бактерии, Архебактерии и Цианобактерии.

2. Надцарство Эукариоты (Eycariota):

1) царство Растения (Vegetabilia, Phitobiota или Plantae):

а) подцарство Багрянки (Rhodobionta),

б) подцарство Настоящие водоросли (Phycobionta),

в) подцарство Высшие растения (Embryobionta);

2) царство Грибы (Fungi, Mycobionta, Mycetalia или Mycota):

а) подцарство Низшие грибы (одноклеточные) (Myxobionta),

б) подцарство Высшие грибы (многоклеточные) (Mycobionta);

3) царство Животные (Animalia, Zoobionta):

а) подцарство Простейшие, или Одноклеточные (Protozoa, Protozoobionta),

б) подцарство Многоклеточные (Metazoa, Metazoobionta).

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ГРУПП ОРГАНИЗМОВ

Вирусы

Вирусы - внутриклеточные паразиты. Могут проявлять свойства живых организмов, только попав внутрь клетки. В отличие от объектов неживой природы они способны к размножению, обладают наследственностью и изменчивостью. В отличие от клеточных организмов вирусы не имеют клеточного строения, не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма), могут существовать только как внутриклеточные паразиты, не увеличиваются в размерах (не растут), имеют особый способ размножения, имеют только одну нуклеиновую кислоту либо ДНК, либо РНК.

Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки - капсида. В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Вирус подавляет существующие в клетки процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы.

Прокариоты

Прокариоты (бактерии, архебактерии, цианобактерии) - одноклеточные организмы, не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоид, единственная молекула ДНК замкнута в кольцо и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, отсутствуют мембранные органеллы, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие и т.д. Деление клеток осуществляется путем перетяжки (митоза и мейоза нет).

Архебактерии - древнейшие бактерии (метанообразующие и др., всего известно около 40 видов). Имеют общие черты строения прокариот, но значительно отличаются по ряду физиологических и биохимических свойств от эубактерий. Эубактерии - истинные бактерии, более поздняя форма в эволюционном отношении. Цианобактерии (цианеи, синезеленые водоросли) - фототрофные прокариотические организмы, осуществляющие фотосинтез подобно высшим растениям и водорослям с выделением молекулярного кислорода.

По форме клеток различают следующие группы бактерий: шаровидные - кокки, палочковидные - бациллы, дугообразно изогнутые - вибрионы, спиралеобразные - спириллы. Многие бактерии способны к самостоятельному движению за счет жгутиков или благодаря сокращению клеток. Бактерии - одноклеточные организмы. Некоторые способны образовывать колонии, но клетки в них существуют независимо друг от друга.

В неблагоприятных условиях некоторые бактерии способны образовывать споры за счет формирования плотной оболочки вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. Споры бактерий служат не для размножения как у растений и грибов, а для защиты организма от воздействия неблагоприятных условий (засухи, нагревания и др.).

По отношению к кислороду бактерии делят на аэробов (обязательно нуждающиеся в кислороде), анаэробов (погибающие в присутствие кислорода) и факультативные формы.

По способу питания бактерии делят на автотрофные (в качестве источника углерода используют углекислый газ) и гетеротрофные (используют органические вещества). Автотрофные в свою очередь подразделяют на фототрофов (используют энергию солнечного света) и хемотрофов (используют энергию окисления неорганических веществ). К фототрофам относят цианобактерии (синезеленые водоросли), которые осуществляют фотосинтез, как и растения, с выделением кислорода, и зеленые и пурпурные бактерии, которые осуществляют фотосинтез без выделения кислорода. Хемотрофы окисляют неорганические вещества: нитрифицирующие бактерии, азотфиксирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.

Гетеротрофы делят на сапротрофов (используют органические вещества мертвой массы) и паразитов (используют органические вещества живых организмов). Гетеротрофы могут окислять органические вещества при участии кислорода (дыхание) или в анаэробных условиях (брожение). Выделяют несколько типов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксусное, маслянокислое и др.

Благодаря очень разнообразному метаболизму бактерии могут существовать в самых различных условиях среды: в воде, воздухе, почве, живых организмах. Велика роль бактерий в образовании нефти, каменного угля, торфа, природного газа, в почвообразовании, в круговоротах азота, фосфора, серы и других элементов в природе. Сапрофитные бактерии участвуют в разложении органических останков растений и животных и в их минерализации до СО2, Н2О, H2S, NH3 и других неорганических веществ. Вместе с грибами они являются редуцентами. Клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) образуют симбиоз с бобовыми растениями и участвуют в фиксации атмосферного азота в минеральные соединения, доступные растениям. Сами растения такой способностью не обладают.

Человек использует бактерии в микробиологическом синтезе, в очистных сооружениях, для получения ряда лекарств (стрептомицин), в быту и пищевой промышленности (получение кисломолочных продуктов, виноделие).

Однако бактерии приносят не только пользу, но и вред. Бактерии-паразиты разрушают клетки хозяина или выделяют токсические вещества. Они являются возбудителями опасных инфекционных заболеваний, таких как чума, холера, дифтерия, дизентерия, туберкулез и др. Для борьбы с ними

проводят вакцинации населения, дезинфекцию предметов, стерилизацию или пастеризацию воды и продуктов питания.

Грибы

Грибы выделяют в особое царство, насчитывающее около 100 тыс. видов. В отличие от растений они имеют гетеротрофный способ питания, запасное питательное вещество гликоген, наличие в клеточных стенках хитина. В отличие от животных грибы имеют неограниченный рост, поглощают пищу путем всасывания, размножаются с помощью спор, имеют клеточную стенку, не способны активно передвигаться.

Тело гриба - грибница (или мицелий) - система тонких ветвящихся нитей (гиф). Грибы делятся на низшие и высшие. Низшие грибы - одноклеточные организмы. У них все тело состоит из одной многоядерной клетки. Высшие грибы - многоклеточные организмы.

Грибы являются гетеротрофами. Пищеварение у них наружное - они выделяют гидролитические ферменты, расщепляющие сложные органические вещества, и всасывают продукты гидролиза всей поверхностью тела.

Большинство грибов способно размножаться как половым, так и бесполым путем. Бесполое размножение осуществляется почкованием, фрагментацией или образованием спор. Споры образуются внутри спорангиев или на концах гиф. При половом размножении происходит слияние мужских и женских гамет.

Шляпочные грибы состоят из грибницы и плодового тела, которое в свою очередь образовано пеньком и шляпкой. Шляпка и пенек состоит из плотно прилегающих друг к другу нитей грибницы. Шляпочные грибы бывают съедобные и ядовитые. Съедобные грибы: белый гриб, подосиновик, подберезовик, рыжик, лисичка, груздь и др. Ядовитые грибы: мухомор, бледная поганка, ложный опенок, ложная лисичка и др. Употребление в пищу ядовитых грибов приводит к отравлениям, иногда со смертельным исходом. Старые съедобные грибы тоже могут быть ядовитыми.

Плесневые грибы имеют маленькие размеры, большую скорость размножения, неприхотливость к пище и среде обитания. Широко распространен плесневый гриб мукор (или белая плесень). Это одноклеточный гриб, размножается спорами. Он образует пушистые плесневые налеты на хлебе, овощах, варенье.

Многие плесневые грибы наносят большой вред народному хозяйству: портят продукты питания, разрушают лесоматериалы и ткани, вызывают заболевания растений, животных и человека.

Другим представителем плесневых грибов является пеницилл. Это многоклеточный гриб, размножается спорами. Он образует зеленую плесень на пищевых продуктах. Пеницилл используют для получения пенициллина. Это первый открытый в медицине антибиотик. Пенициллин широко применяют как противовоспалительное средство для подавления жизнедеятельности болезнетворных бактерий.

Дрожжи - одноклеточные грибы, имеют сферическую форму, размножаются почкованием. Они поселяются на средах, богатых сахаром, и сбраживают его в спирт и углекислый газ. Эту способность дрожжей используют в хлебопечении, производстве спирта, виноделии, кондитерской промышленности.

Грибы часто способны вступать в симбиотические отношения с другими организмами. Симбиоз гриба с водорослью называется лишайник. Симбиоз гриба с корнями растений - микориза ("грибокорень"). Такой союз выгоден обоим партнерам: гриб получает готовые органические вещества из растения, а растение более эффективно поглощает питательные вещества из почвы.

Грибы-паразиты вызывают такие заболевания растений как головня, спорынья, ржавчина, мучнистая роса. Размножающиеся спорами грибы распространяются очень быстро и наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Для лесного хозяйства вреден гриб-трутовик, вызывающий повреждения и гибель деревьев. Ряд грибов-паразитов вызывают заболевание человека (микозы, стригущий лишай, парша).

Грибы-сапрофиты играют важную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя органические остатки отмерших растений и животных. Вместе со многими бактериями они являются редуцентами.

Растения

Растения - это эукариотические автотрофные фотосинтезирующие организмы. Царство растений насчитывает около 500 тыс. видов. Растения являются продуцентами органических веществ и основным источником энергии для других живых организмов. Любые пищевые цепи начинаются с зеленых растений. Они же определяют характер биоценоза, защищают почву от эрозии. Растения служат источником кислорода воздуха и оказывают значительное влияние на климат Земли. Человек использует около 1,5 тыс. видов культурных растений как пищевые, технические и лекарственные ресурсы. Продукты питания растительного происхождения обеспечивают организм человека белками, жирами, углеводами и витаминами. Растения вырабатывают фитогормоны (вещества, способные усиливать физиологические процессы) и фитонциды (вещества, способные угнетать рост микроорганизмов или убивать их).

Царству Растения присущ ряд отличительных признаков:

1.Автотрофный (фототрофный) тип питания. Встречаются также виды с миксотрофным (насекомоядные растения) и гетеротрофным (растения-паразиты) питанием.

2.Специфические черты в организации растительной клетки: окружена клеточной стенкой, образованной целлюлозой; имеет пластиды; содержит крупные вакуоли; основным запасающим веществом является крахмал.

3.Неподвижный, в основном прикрепленный, образ жизни. Поэтому растения не имеют костей, мышечной и нервной систем. Движения растений связаны с перемещением их частей тела: ростовые движения корней и стеблей, движение листьев в зависимости от времени суток и освещенности и др.

4.Рост возможен в течение всей жизни и осуществляется только в определенных участках тела. Тело большинства растений в той или иной степени ветвится.

5.Чередование гаплоидной (гаметофит) и диплоидной (спорофит) фаз развития.

6.Практически нет специальных экскреторных органов.

7.Расселение происходит спорами и семенами, находящимися в состоянии покоя.

Растения делят на низшие и высшие. У низших растений тело (слоевище или таллом) не расчленено на ткани и органы. К ним относятся Красные водоросли (Багрянки), Настоящие водоросли и Лишайники. У высших растений тело разделено на органы (корень, стебель, лист), образованные дифференцированными тканями. К высшим растениям относятся Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и Покрытосеменные (Цветковые). Четыре первых отдела расселяются при помощи спор (споровые), два последних - при помощи семян (семенные).

Животные

Животные - это эукариотические гетеротрофные организмы. Их описано более 2,0 млн. видов.

Царству Животные присущ ряд отличительных признаков:

1.Гетеротрофный тип питания: у большинства голозойное, у некоторых осмотрофное.

2.Специфические черты в организации животной клетки: не имеет клеточной стенки (поэтому может принимать различную форму), система вакуолей не развита, имеются центриоли, многие клетки снабжены ресничками или жгутиками, основное запасное вещество - гликоген.

3.Четыре типа тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.

4.В основном подвижный образ жизни, что связано с развитием опорно-двигательной и нервной систем.

5.Имеются экскреторные органы и выделяются азотсодержащие продукты жизнедеятельности (аммиак, мочевина, мочевая кислота и др.).

6.Для высших характерны сложные поведенческие реакции. Высоко организованные формы способны осуществлять процессы высшей нервной деятельности.

7.У большинства имеются нервная и гуморальная системы регуляции (у растений только гуморальная).

8.Имеется защитная (иммунная) система.

9.Рост диффузный (т.е. рост всей поверхности, а не за счет определенных ростовых точек) и ограниченный.

10.Жизненные циклы проще, чем у растений. Гаплоидная стадия представлена только гаметами (за исключением споровиков и фораминифер).

Царство Животные делят на два подцарства: Одноклеточные и Многоклеточные.

Подцарство Одноклеточные включает типы: Саркомастигофора (классы Саркодовые и Жгутиконосцы), Инфузории (класс Ресничные инфузории), Апикомплекса (класс Споровики).

Подцарство Многоклеточные включает типы: Кишечнополостные (классы Гидроидные, Сцифоидные и Коралловые полипы), Плоские черви (классы Сосальщики, Ленточные черви, Ресничные черви), Круглые черви (класс Собственно круглые черви, или Нематоды), Кольчатые черви (классы Малощетинковые, Многощетинковые и Пиявки), Моллюски (классы Брюхоногие, Двустворчатые, Головоногие), Членистоногие (классы Ракообразные, Паукообразные и Насекомые), Хордовые. Тип Хордовые делят на три подтипа: Оболочники (класс Асцидии), Бесчерепные (класс Ланцетники), Позвоночные (классы Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные (Амфибии), Пресмыкающиеся (Рептилии), Птицы, Млекопитающие).