4. Растительный и животный мир

Живая природа нашей планеты богата разнообразием составляющих ее форм. Еще со времени Аристотеля все живые существа разделены на две большие группы - растений и животных.

Жизнь на земном шаре распространена повсеместно. Ее представители обитают в водном и воздушном пространстве, в глубинах земли и на ее поверхности. Представители живого (микробы) обнаружены даже в зоне вечной мерзлоты и льдах Арктики, в горячих источниках и на дне морских впадин, в сыпучих песках пустынь и на тысячеметровой глубине Земли.

Однако, живые существа распределены крайне неравномерно. Это определяется как неоднородностью внешней среды - температуры, концентрации кислорода и углекислого газа, влажности, солнечного света, давления, почвенных показателей и др., так и требованиями живых организмов к условиям обитания.

В зависимости от изменений почвенных и климатических условий в направлении с севера на юг земного шара идут следующие растительные зоны: тундра, тайга, лесостепи, степи, пустыни, субтропики. От климата и типов растительности, в свою очередь, зависит распространение животных.

Неравномерно также и вертикальное распределение жизни. В глубинах морей и океанов, в недрах Земли она в количественном и качественном отношениях значительно беднее, чем на поверхности. Весьма скудна она и в верхних слоях атмосферы. Живые существа сконцентрированы в основном в относительно небольшой оболочке Земли, включающей в себя незначительную часть атмосферы, гидросферы и литосферы. Все живые организмы, обитающие в этой оболочке, находятся в постоянной, тесной взаимосвязи друг с другом и с элементами абиотической (неживой) среды.

Жизнь на нашей планете дискретна. Это значит, что она представлена множеством отдельных, относительно самостоятельных особей. Для живой материи характерна качественная неоднородность ее форм. Тем не менее, среди колоссального разнообразия живых организмов всегда можно выделить формы, которые обладают сходными чертами строения и функционирования. Наиболее близкие из них, обладающие рядом общих морфологических и физиологических признаков и способные к свободному скрещиванию, объединяют в виды, которые являются не только основной таксономической единицей живой природы, но и основной формой ее существования, поскольку размножение и образование плодовитого потомства (продление жизни) возможно только между особями внутри вида. Виды объединяются в роды, роды группируются в семейства, семейства - в отряды (у животных) и порядки (у растений); отряды (порядки) интегрируются в классы, а классы - в типы, таксоны. Представители последних уже существенно отличаются друг от друга по ряду важнейших признаков.

Живая природа состоит из весьма различных по уровню организации форм животных - от примитивных одноклеточных до самых высших организмов и человека.

Жизнь любого организма немыслима без определенной среды обитания. Все живые существа находятся с внешней средой в различных неразрывных связях, среди которых первостепенное значение имеет обмен веществ и энергии (обменные связи). Без них ничто не может существовать хоть какое-нибудь длительное время. Именно в процессе обмена веществ со средой, проявляющемся в постоянном поглощении ими одних веществ и выделении других, и состоит качественное отличие живого от неживого.

Вместе с тем, в мире нет неживых тел, совершенно изолированных, отграниченных от внешней среды, лишенных с ней контакта. Однако обмен веществ со средой для них не является необходимым. Неживые тела могут существовать без обменных процессов сколь угодно долго. А если они и участвуют в обменных процессах, то выступают в них пассивной, инертной стороной. Неживые тела, подвергаясь воздействию внешних факторов, претерпевают определенные изменения и с течением времени перестают быть тем, чем они были ранее, превращаясь в нечто иное, отличное от исходного.

В противоположность этому обменные связи живых существ со средой являются основным условием и источником их существования и развития. Благодаря обмену веществ организмы способны осуществлять процессы самораспада (диссимиляция) и параллельно с этим - самосозидания (ассимиляция), т. е. восстановления того, что подверглось разрушению. Благодаря этому они сохраняют себя как целое, свои специфические биохимические структуры и осуществляют все прочие жизненные процессы - рост, развитие, изменчивость (приспособление к различным условиям внешней среды), наследственность (закрепление, фиксация определенных изменений в смене поколений), размножение, наконец старение и смерть. Любой живой организм в течение жизни на основе обменных связей со средой претерпевает цикл определенных изменений, необходимо заканчивающихся смертью и разложением. Хотя обмен веществ и энергии является одинаково необходимым для всех живых существ, характер его проявления у растений и животных принципиально разный. Растения способны самостоятельно образовывать на свету органические вещества из простейших неорганических соединений - углекислоты и воды - и таким образом питать себя. Такие организмы, способные самопитаться, называют автотрофными. Растения являются специфической, единственной в мире живой лабораторией, в которой с помощью светочувствительного зеленого пигмента - хлорофилла аккумулируется солнечная энергия и трансформируется затем в энергию химических связей синтезируемых молекул. Этот уникальный биохимический процесс называется фотосинтезом.

Образуемые при фотосинтезе сложные органические вещества (различные углеводы, некоторые белковые соединения и аминокислоты) потребляются животными - гетеротрофными организмами, лишенными способности синтезировать питательные вещества самостоятельно. Однако это различие между животными и растениями хотя и принципиальное, но не абсолютное. Существуют растения (грибы и некоторые бактерии), не содержащие хлорофилла и неспособные поэтому к фотосинтезу. С другой стороны, среди низших животных есть формы, например эвглена зеленая, производящие питательные вещества самостоятельно.

Растения отличаются от животных и тем, что они неподвижны и существуют, будучи прикрепленными к одному месту обитания, в то время как подавляющее большинство животных обладает подвижностью, способностью перемещаться или совершать различные движения. Но и это различие имеет исключение. Многие одноклеточные растения могут передвигаться, а у таких, как мимоза и росянка, наблюдаются движения некоторых частей. Среди животных имеются формы, которые ведут неподвижный образ жизни, например губки.

Существует ряд отличий в строении растительных и животных клеток. Так, клетки растений имеют наружную твердую целлюлозную оболочку и содержат в цитоплазме специальные органоиды - пластиды, чего лишены животные клетки. Однако и эти различия у животных и растений не строго обязательны. Есть определенные различия в механизмах роста и циклах размножения растительных и животных организмов, которые тоже имеют исключения.

Таким образом, нет ни одного абсолютного критерия, который позволил бы провести между растениями и животными резкую грань. Это обнаруживает глубокое единство растительного и животного миров, свидетельствует об общности их происхождения и развития.

Животных объединяет с растениями единый клеточный тип строения их тел, схема строения их клеток: те и другие имеют ядро, содержащее наследственные структуры (молекулы ДНК), и цитоплазму с различными органоидами: рибосомами, митохондриями, лизосомами. Растительные и животные организмы имеют одинаковый биохимический состав, сходство обменных процессов и ферментативных реакций, у них идентичные механизмы хранения и передачи наследственной информации. Единство растений и животных подтверждается еще и тем, что их одноклеточные представители совмещают признаки тех и других и распознать их бывает порой весьма сложно. Такие организмы объединяют в одну группу микроорганизмов.

Красиво и богато растительное царство Земли, объединяющее около 500 тысяч видов подводной и наземной флоры. Они образуют леса, луга, поля, степи, болота и создают ландшафтное разнообразие нашей планеты.

Для большего удобства в изучении ботаники подразделяют растительный мир условно на две большие группы: низшие и высшие растения. Критерием такого деления выступают различия в строении их тел. Вегетативное тело высших растений, к которым относят мхи, папоротники, многочисленные виды голосеменных и покрытосеменных, расчленено на специализированные участки: корень, стебель и листья, выполняющие строго определенные функции. Расположенные в почве корни служат для закрепления растения в месте обитания и для поглощения воды и минеральных солей. Листья аккумулируют солнечный свет и синтезируют сложные органические вещества. Стебли поддерживают растение в наиболее благоприятном для жизнедеятельности положении, осуществляют связь между корнями и листьями, транспортируя питательные вещества вверх и вниз по специальным проводящим тканям. У низших растений - бактерий, грибков, водорослей и лишайников - дифференциация вегетативного тела (слоевища) отсутствует.

Растения имеют исключительно важное значение для жизни на нашей планете. Они являются единственными продуцентами питательных веществ, потребляемых всеми.

Естественный растительный покров играет исключительно важную роль в общем газообмене и водном балансе нашей планеты. Он предохраняет почву от разрушения, задерживает в ней влагу, обогащает питательными элементами. Зеленые растения непрерывно поставляют энергию всем живым существам Земли. На планетарную и космическую роль зеленых растений впервые указал академик К. А. Тимирязев. Он назвал зеленые растения посредниками между небом и Землей, поскольку только они способны улавливать солнечные лучи и сохранять их в молекулах органических веществ.

Растения, вернее, их плоды, семена, клубни, корневища, листья являются ценнейшими продуктами питания для человека, служат кормом для домашних животных. Растения дают человеку древесину - ценный материал, широко используемый в строительстве и для изготовления мебели. Многие растения являются источником сырья для бумажно-целлюлозной, текстильной, лакокрасочной и фармацевтической промышленности, применяются человеком как лекарственные средства. Целебные свойства определяются содержанием в растениях уникальных химических соединений, таких, как гормоны, ферменты, витамины, алкалоиды, белки, антибиотики, положительно влияющих на человеческий организм.

Велика роль для жизни и низших растений. Они являются важнейшим звеном в круговороте веществ в природе. Благодаря деятельности многих бактерий и грибов осуществляется разложение и минерализация сложных органических веществ в мертвых организмах до простых неорганических соединений, которые повторно используются растениями для синтеза новых питательных веществ. Необходимые для жизни питательные элементы (углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера), входящие в состав клеток живых организмов, после их гибели через ряд превращений под действием микроорганизмов вновь возвращаются в почву. Огромную по своим масштабам и важности деятельность микроорганизмов отмечали многие крупнейшие ученые. Луи Пастеру, например, принадлежит высказывание, что микробы - это бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль.

Некоторые бактериальные клетки способны продуцировать и выделять ценные, жизненно важные вещества, получение которых химическим путем пока невозможно. Это замечательное биохимическое свойство бактерий обеспечило им большое практическое применение. Синтезируемые микроорганизмами белки, аминокислоты, витамины, антибиотики, а также ферменты с уникальными свойствами широко применяются в хлебопечении, виноделии, пивоварении, сыроделии, в молочной, целлюлозной, фармацевтической и других отраслях промышленности. Для получения ряда таких важнейших антибиотиков, как пенициллин, стрептомицин, левомицетин широко используют и некоторые виды грибов.

Вместе с тем низшие растения приносят человеку и немалый вред. Еще 400 лет назад профессор Падуанского университета Джироламо Франкосторо высказал догадку о существовании живых возбудителей некоторых инфекционных заболеваний. В настоящее время связь болезней с микробами установлена точно, наукой выявлены сотни микроорганизмов, являющихся причиной многих весьма тяжелых и опасных болезней человека и домашних животных. Отрицательное значение имеют и грибы. Одни из них вызывают гниение древесины, овощей, фруктов, семян, другие являются причиной разрушения деревьев на корню, третьи вызывают различные болезни культурных растений, а также дерматомикозы - заболевания кожи и волосяных покровов животных и человека.

Растительный мир является предметом серьезного внимания и познания человека. Во многих странах мира, в том числе и в СССР, существует сеть научно-исследовательских институтов и лабораторий, исследующих различные аспекты жизнедеятельности и распространения растений с тем, чтобы более широко и разумно использовать их на благо общества, а также найти более эффективные меры борьбы с такими представителями флоры, которые приносят человеку вред.

Еще более богат и разнообразен животный мир нашей планеты, он насчитывает около 2 миллионов видов. Особенно изобилует разнообразием водная фауна, представленная 180 тысячами пресноводных и обитающих в морской воде видов. Однако, наибольшее видовое разнообразие образуют насекомые, которых известно более 1 миллиона видов. Среди животных имеются микроскопические формы (простейшие) и организмы-гиганты (киты), достигающие в длину 35 метров.

Животных в соответствии с уровнем организации делят на одноклеточных (простейшие) и многоклеточных, клетки тел которых морфологически и физиологически дифференцированы и образуют различные ткани и органы (дыхания, движения, пищеварения, выделения, размножения и др.).

У простейших эти функции выполняют специализированные клеточные элементы, называемые органеллами.

Современная классификация форм животных представляет собой схематическое расположение их от более примитивных к более сложным и развитым формам. В начале классификационной таблицы стоят беспозвоночные: простейшие, губки, кишечнополостные, черви, моллюски, затем расположены позвоночные: рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

Современный животный мир представляет собой результат длительной эволюции наиболее древних и простых форм, населявших нашу планету в предыдущие периоды ее существования. Эволюция - это целостный процесс развития живого от начальных, простейших организмов до настоящих, наиболее сложных и совершенных.

Первые животные организмы - простейшие одноклеточные - появились в водной среде, затем они приспособились к жизни на суше и дали начало развитию многоклеточных животных форм. Историческое развитие животных, т. е. филогенетические отношения разных систематических групп, изображают в виде разветвленного дерева, в основании которого находятся простейшие одноклеточные организмы, а на вершине - наиболее сложные, млекопитающие и человек. Таким образом, генеалогическое дерево животных оказывается также и их классификацией, т. е. схемой расположения всех ныне существующих форм. Говоря точнее, современная классификация животных - это отражение в статике, графическая фиксация процесса их исторического развития. Классификация отражает материалистическую интерпретацию эволюционного процесса, показывает его истоки и направленность по пути постоянного усложнения организации живых существ.

Происхождение животных от общего корня, их генетическое единство выражает так называемый биогенетический закон (правило рекапитуляции), согласно которому индивидуальное развитие организмов, онтогенез, есть сжатое повторение его филогенеза. Это означает, что в эмбриональном развитии живой организм кратко отражает в определенной последовательности этапы своего эволюционного прошлого.

Животные имеют чрезвычайно большое значение в жизни человека. Одни из них являются источниками ценнейших продуктов питания, другие используются в качестве сырья для промышленного производства (пушные звери, рыбы, шелкопряды, пчелы, перловицы), третьи применяются как рабочая сила (лошади, верблюды, мулы, слоны, яки). Большую пользу приносят некоторые птицы и насекомые, способствуя размножению и распространению растений. Отдельные виды животных (моллюски, ракообразные, кишечнополостные) выполняют роль очистителей водоемов, утилизируя остатки разлагающихся в воде организмов. Немало животных человек использует в качестве лабораторных объектов исследования, производя над ними различные научные эксперименты (мыши, крысы, лягушки, морские свинки, собаки, обезьяны).

Наряду с полезными животными есть и такие, которые приносят человеку вред. Это различные паразиты и возбудители опасных инфекционных заболеваний у человека и домашних животных, переносчики этих возбудителей, вредители сельскохозяйственных растений, лесов, продуктов питания и др.

Говоря о роли животных и растений в жизни человека, следует особо отметить значение культурных форм, выращиваемых и возделываемых людьми специально для удовлетворения своих конкретных потребностей и нужд.

Культурные растения и домашние животные являются результатом длительного и весьма трудоемкого процесса искусственного отбора, который человек проводил над дикими особями, обладавшими различными весьма полезными для использования человеком свойствами и признаками. Сейчас точно не известно, какие именно дикие формы явились исходным материалом для выведения культурных сортов растений и пород животных. Однако установлено, что земледельческая культура возникла сразу в нескольких странах, весьма отдаленных друг от друга. Изучая мировые растительные ресурсы, Н. И. Вавилов выявил восемь центров происхождения (мировых очагов) и первичной селекции современных сельскохозяйственных культур. Это индийский центр, давший человечеству культуру цитрусовых, риса и банана. В среднеазиатском возникли культурные бобовые растения; в китайском - культурные хлебные злаки. Переднеазиатский является родиной большого числа форм пшеницы и ржи. В абиссинском центре появились тыквенные, овес и ячмень; в мексиканском и южноамериканском - возникли картофель, кукуруза, какао, подсолнечник. Средиземноморский центр стал родиной льна, капусты, свеклы, оливы и других растений.

В настоящее время проблема улучшения культурных растений и пород домашних животных является одной из актуальнейших в современной биологической и сельскохозяйственной науке. Это вызвано тем, что обеспеченность пищевыми продуктами людей в расчете на душу населения снижается вследствие бурного роста численности населения и постоянного сокращения пахотных земель.

Увеличение производства различных пищевых ресурсов постоянно находится в центре внимания Коммунистической партии и Советского государства.

На майском Пленуме ЦК КПСС 1982 года принята Продовольственная программа СССР на период до 1990 года. В ней, в частности, говорится о необходимости улучшения работы по селекции более продуктивных пород скота и сортов сельскохозяйственных культур, являющихся поставщиками полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей, витаминов и т. д. И надо сказать, что биологические рекомендации в отношении гетерозиса (повышенная мощность и продуктивность гибридов по сравнению с родительскими формами), искусственного мутагенеза (получение мутаций под действием ионизирующих излучений или некоторых химических веществ), гибридизации (скрещивание особей с определенными свойствами), полиплоидии (кратное увеличение числа хромосом) дали возможность повысить урожайность основных сельскохозяйственных растений на 35-40 процентов, а продуктивность скота - на 25-30.

Большие надежды возлагает селекция на генную инженерию - новую прикладную отрасль современной биологии, позволяющую целенаправленно изменять генетические программы живых организмов. Методами гибридных молекул она решает задачи получения новых, желательных для селекции организмов, которые не могут возникнуть в природе естественным путем. Уже получены некоторые генетически измененные штаммы микроорганизмов, широко используемые для удовлетворения нужд человека в физиологически активных, питательных и лекарственных веществах.

Природные ресурсы являются фундаментом, на котором существует и развивается человеческое общество. Человек и природа, общество и природа тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Они являются частями единого органического целого, неспособны существовать отдельно. Поэтому охрана, рациональное использование и приумножение природных растительных и животных ресурсов является существенно необходимым фактором для социального прогресса.