Жизнь. 
Уровни биологической организации живого

Лекция 2. Жизнь. Уровни биологической организации живого Живая составляющая Земли, названная академиком Вернадским «Живым веществом», представлена миром растений, животных и микроорганизмов.

Жизнь — в самом общем смысле есть активное поддержание и матричное воспроизведение специфической и упорядоченной структуры. Активное поддержание идет с затратой полученной извне энергией, т. е. за счет постоянного обмена веществ и энергии с окружающей средой. Жизньэто особая форма существования материи, связанная с самовоспроизведением «Все живое происходит только от живого» (принцип Реди). Процесс обеспечивается передачей генетической информации от поколения к поколению («подобное рождает подобное»).

Свойствами живого является кроме самовоспроизведения специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность, дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимодействия с окружающей средой.

Специфика живого, несовместимость его с неживой материей, практическая невозможность получения живого из неживого в современных условиях Земли обусловлена хиральной чистотой живого вещества. Закон Л. Пастера: живое вещество состоит из хирально чистых структур. Хиральность или хиральная чистота, — наличие объектов, несовместимых со своим зеркальным отражением (хирарука). Вещества абиогенного происхождения хирально симметричны. Синтезировать хирально чистые вещества в лабораторных условиях не возможно.

Живое вещество — самая активная форма материи. Оно производит гигантскую геохимическую работу, преобразовывая верхнюю оболочку Земли. Взаимодействуя с абиотической средой, т. е. с абиотическими компонентами, они образуют определенные функциональные системы, где живые компоненты и среда — единый цельный организм (уровни организации живого).

Различают ряд уровней организации живого, а именно: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, видовой, популяционный, биоценотический, экосистемный, глобальный (биосферный). Терминыорганизм, вид, популяция, сообщество экосистема и т. д. имеют в экологии точные определения.

Организм (особь, индивид) — система, замкнутая по структуре, иерархически организованная неравновесная, самоорганизующаяся, открытая по обменам веществом и энергией.

Видсовокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство. Биологический вид состоит из сходных особей, которые тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга (например, как один человек от другого), но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов.

Популяция — форма существования вида, совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство с относительно однородными условиями обитания. Генетики обычно добавляют как обязательный момент — способность этой совокупности к самовоспроизведению.

Изолированность в пространстве и во времени аналогичность популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группу в пределах определенной территории.

Некоторые группы достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало большой популяции.

Однако настоящих одновидовых групп и поселений в природе не существует и мы имеем дело с группами, состоящими из многих видов, т. е. с биологическими сообществами, или биоценозами.

Все организмы, обитающие на Земле, объединяются в сообщества, чтобы выжить и оставить жизнеспособное потомство. Сообщества, совместно обитающих и взаимосвязанных организмов, называют биоценозами. Биоценозы не только приспосабливаются к взаимодействующим на них факторам, но и активно изменяются сами и изменяют окружающую среду, преобразуя ее в согласии с законами природы.

В каждое сообщество, как правило входят автотрофы, т. е. организмы, создающие органическое вещество, используя при этом солнечный свет и биогенные элементы (фосфор, азот, кремний, углерод). К автотрофам относятся высшие растения, водоросли, некоторые бактерии. В пищевой цепи автотрофы служат продуцентами. Кроме продуцентов в составе биоценоза обязательно имеются организмы, поедающие продуцентов и друг друга. Первые — травоядные, а вторые — плотоядные (хищные животные), которые вместе составляют группу консументов или гетеротрофов. Гетеротрофность — способность питаться готовыми органическими веществами и неспособность синтезировать органические вещества из неорганических. К гетеротрофам (консументам) относятся все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные и др. В биоценозах обязательно присутствуют организмы, это главным образом бактерии и грибы, в ходе всей жизнедеятельности превращающие органические остатки в неорганические вещества, высвобождающие неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами. Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами.

Такая иерархия позволяет биоценозу поддерживать численность организмов на каком то оптимальном уровне, с одной стороны, и обеспечить воспроизводство биоценоза, с другой стороны — не допустить слишком большого его развития. Последнее не менее опасно, чем первое.

Хорошо известны случаи, когда в результате совпадений оптимальных значений нескольких регулирующих численность биоценоза факторов тот или иной член биоценоза получал преимущество перед другими, и тогда люди сталкивались с такими бедами, как нашествие саранчи или грызунов, уничтожающих урожай. Иногда сами люди по неосторожности или незнанию экологических законов развития биосферы способствуют таким бедам как, например, вышедшее из-под контроля человека размножение кроликов в Австралии, куда они были завезены человеком и где у них не было естественных врагов.

Все это вносит возмущения в процессы функционирования биоценозов, а иногда к экологическим катастрофам, вызывая частичное или полное исчезновение биоценоза.

В целом в составе биоценоза выделяют три живых и три неживых компонента:

Продуценты (автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые создают пищу из простых неорганических веществ).

Макроконсументы (гетеротрофные организмы) главным образом животные, которые поедают другие организмы.

Микроконсументы или редуценты (гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы), которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные к использованию продуцентами.

Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов — один из самых общих признаков биоценоза, хотя часто эти организмы разделены в пространстве, располагаясь в виде ярусов.

Экология показала, что живой мир не простая совокупность существ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и генных взаимодействий.

Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое сообществом, называется биотопом (место обитания). В любом месте обитания сообщество находит необходимые неорганические соединения, необходимые для поддержания жизнедеятельности его организмов. Таким образом сообщество образует с неорганической средой определенную систему.

Эту эволюционно сложившуюся, внутренне однородную природную систему функционально взаимосвязанных живых организмов и абиотической среды, называют биогеоценозом. Биоценоз определяют, как сообщество из продуцентов, консументов и редуцентов, входящих в состав одного биогеоценоза и населяющих один биотоп.

Масштабы биоценозов различны: от сообщества подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня до населения лесов, степей, озер, рек, морей и т. д.

Биоценозы связаны с неорганической средой теснейшими материально — органическими связями. Продуценты могут существовать только за счет постоянного поступления углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности организмов в биоценозах хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течении жизни организмов, так и после их смерти, т. о. сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, образует круговорот. живое пищевая цепочка биоценоз Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот, называют экосистемой. Экосистема относительно устойчива во времени, термодинамически открыта в отношении притока и оттока вещества и энергии.

В некоторых типах экосистем вынос вещества за пределы так велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот мало эффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки и склоны гор и т. д. Другие экосистемы имеют значительно более опасный круговорот вещества и относительно автономны (леса, озера, луга и т. д.), по ним одна даже самая крупная экосистема не имеет полностью замкнутого круговорота. Материки интенсивно обмениваются веществом с океанами, причем большую роль в этих процессах играет атмосфера. Наша планета получает из космического пространства часть материи, отдавая часть своей материи в космос. Экосистемы представляют собой единое целое за счет взаимодействия, распределения и перераспределения имеющихся в сообществе веществ обеспечивая преобладание внутренних связей (в том числе перемещение вещества, энергии и информации) над внешними.

В некоторых источниках дают более развернутое определение экосистемы. Экосистема — это информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом, и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и саморазвитие под управляющим действием биотических и биогенных составляющих. Это трудно произносимое определение с достаточной полнотой указывает на специфику экосистемы в ряду других природных образований.