Глава 2

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

1. Признаки живой материи

Отечественным ученым М.В. Волькенштейном предложено следующее определение жизни: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующие­ся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из био­полимеров — белков и нуклеиновых кислот».

Однако до сих пор общепризнанного определения понятия «жизнь» не существует. Но можно выделить признаки (свой­ства) живой материи, отличающие ее от неживой.

1. Определенный химический состав. Живые организмы со­стоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ явля­ются С, О, N и Н.

2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме виру­сов, имеют клеточное строение.

3. Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступ­ления в них из внешней среды веществ и энергии.

4. Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз — постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

5. Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражи­мость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

6. Наследственность. Живые организмы способны переда­вать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации — молекул ДНК и РНК.

Часть I. Биосфера 41 40 глава 2. Живое вещество

7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться — воспроизводить себе подоб­ных.

9. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свой­ственен онтогенез — индивидуальное развитие организ­ма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.

10. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез — историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.

11. Адаптации. Живые организмы способны адаптировать­ся, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.

12. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).

13. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

14. Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нук­леиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функциони­рование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.

2. Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет ус­ловно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерар­хии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, субклеточный, клеточный, органно­тканевой, организменный, популяционно-видовой, биоцено- тический, биогеоценотический, биосферный.

1. Молекулярный (молекулярно-генетический). На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие, как белки, нуклеиновые кис­лоты и др.

2. Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные струк­туры.

3. Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и фун­кциональной единицей живого.

4. Органно-тканевой. На этом уровне живая материя орга­низуется в ткани и органы. Ткань — совокупность клеток, сход­ных по строению и функциям, а также связанных с ними меж­клеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организ­ма, выполняющая определенную функцию или функции.

5. Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) — неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

6. Популяционно-видовой. На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция — совокупность осо­бей одного вида, образующих обособленную генетическую си­стему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид — совокупность особей (популяций особей), спо­собных к скрещиванию с образованием плодовитого потом­ства и занимающих в природе определенную область (ареал).

7. Биоценотический. На этом уровне живая материя образу­ет биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

8. Биогеоценотический. На этом уровне живая материя фор­мирует биогеоценозы. Биогеоценоз — совокупность биоцено­за и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

9. Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера — оболочка Земли, преобразованная де­ятельностью живых организмов.

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосфер­ный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, вклю­чающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

На рис. 1 представлена схема иерархической организации природных систем и показано, что предметом изучения эколо­гии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического, биогеоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

Жизнь

Граница жизни

!

Отсутствие жизни

І

1

I

Область

экологии

Супермакромир, или космос (очень большой)

Макромир

(обычный)

Микромир (очень маленький)

Вселенная

Т

Г алактики

Т

Солнечная система

т

Земля

Т

Биосфера

т

Экосистемы

т

Сообщества

т

Популяции

г

Организмы

т

Системы органов

Т

Органы

т

Ткани

т

Клетки

т

Субклеточные структуры

т

Молекулы

Т

Атомы

т

Элементарные частицы

Рис. 1. Иерархия природных систем (по Т. Миллеру)

--тг-—

Следует отметить, что предсказать свойства каждого следую­щего уровня на основе свойств предыдущих уровней невозможно так же, как нельзя предсказать свойства воды, исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление носит название эмерд- жентность, то есть наличие у системы особых, качественно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных эле­ментов. С другой стороны, знание особенностей отдельных со­ставляющих системы значительно облегчает ее изучение. Та­ким образом, в науке вообще, и в экологии в частности, целе­сообразно оптимальное сочетание двух подходов к познанию окружающего мира — анализа и синтеза. Анализ — расчленение объекта на отдельные составляющие его элементы и их после­дующее изучение. Синтез — исследование объекта в целом.

3. Химический состав живого вещества

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входя­щих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

Атомный состав. По относительному содержанию элемен­ты, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы (табл. 6):

1. Макроэлементы — О, С, Н, N (в сумме около 98—99%, их еще называют основные), Са, К, Si, Mg, Р, S, Na, Cl, Fe (в сумме около 1—2%). Макроэлементы составляют основную мас­су процентного состава живых организмов.

2. Микроэлементы — Mn, Со, Zn, Си, В, I, F и др. Их суммар­ное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 %.

3. Ультрамикроэлементы — Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее

0. 01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни (табл. 7).

Тірі организмдардың құрамына кiретiн және сонымен бiрге биологиялық функциялардыатқаратынхимиялық элементтердібиогендiк деп аталады.

Таблица 6

Средний состав живого вещества (% от сырой массы)

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ (n х 10“^3 - n х 10)
А. Воздушные мигранты (98,8%)
0 — 70 С—18		Н — 10,5		N — 3 x lO^^1
Б. Водные мигранты (1,2%)
Са — 5 х 10^ч	Mg — 4 х 10~^2		Na — 2 х 10”^2
К — Зх 10“‘	Р —7х 10~^2		Cl —2х 10“^2
Si — 2х 10~'	S — 5 X 10~^2		Fe— 1 х 10"^2
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (водные мигранты) (n х 10 ^3 - п х 10 ^5)
А1 — 5 х 10'^3	Zn —5 х 10"^4		Pb — 5 x 10“^5
Ва — 3 х 10^-3	Rb — 5 х 10^-4		Sn — 5 x 10~^5
Sr —2х 10^_3	Си — 2 х 10"^4		As — 3 x 10~^5
Мп — 1 х 10“^3	V —пх 10“^4		Co — 2 x 10~^5 .
В — 1 х 10“^3	Сг —пх 10‘^4		r T X 5 i Uv
Тг —пх 10-^3	Вг— 1,5 х 10~^4		Mo — 1 X 10“^5
ТІ — 8 х 10~^4	Ge — п х 10"		Cs — ок. 1 x 10~^5
F — 5 х 10~^4	Ni — 5 х 10“^s
УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ
Se — < 10~^6	U —< 10"^6		Hg — n x 10“^7
Я Са 1 3 X о
Обнаружены в организмах, но нет данных о среднем содержании
Не, Be, Ne, Ar, Sc, Ga, Kr, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag? Cd, In, Sb, Те, I, Xe, Ta, W, Au, Tl, Bi. Th
He обнаружены с достоверностью в организмах
Ru, Hf, Re, Os, Ga, Ir, Po, Ac, Tc, At, Fr (последние три не обнаружены в земной коре)

Биогенные элементы и их роль в живых организмов

Элемент	Символ	Роль в живых организмах
Углерод	С	Входит в состав органических веществ, в форме карбонатов входит в состав раковин моллюсков, коралловых полипов, покровов тела простейших, бикарбонатной буферной системы (HCOV, Н2СОч)
Кислород	0	Входит в состав воды и органических веществ
Водород	н	Входит в состав воды и органических веществ
Азот	N	Входит в состав всех аминокислот, нуклеиновых ки­слот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД
Фосфор	Р	Входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД, фосфолипидов, костной ткани, эмали зубов, фосфатной буферной системы (НР04^2", Н2Р04')

Таблица 7

Окончание таблицы 7

Элемент	Символ	Роль в живых организмах
Сера	S	Входит в состав серосодержащих аминокислот (цисти- на, цистеина, метионина), инсулина, витамина В |
Хлор	С1	Преобладающий отрицательный ион в организме, уча­ствует в создании мембранных потенциалов клеток, входит в состав соляной кислоты желудочного сока
Натрий	Na	Главный внеклеточный положительный ион, участвует в создании мембранных потенциалов клеток
Калий	К	Преобладающий положительный ион внутри клетки, участвует в создании мембранных потенциалов клеток
Кальций	Са	Входит в состав костей и зубов, активизирует сокраще­ние мышечных волокон, участвует в регуляции избира­тельной проницаемости клеточной мембраны, процес­сах свертывания крови
Магний	Mg	Входит в состав хлорофилла, многих ферментов
Железо	Fe	Входит в состав некоторых ферментов, гемоглобина
Медь	Си	Входит в состав некоторых ферментов
Цинк	Zn	Входит в состав некоторых ферментов
Марганец	Mn	Входит в состав некоторых ферментов
Кобальт	Со	Входит в состав витамина В12
Фтор	F	Входит в состав эмали зубов, костей
Иод	I	Входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина
Бром	Br	Входит в состав витамина В!
И> ...	В	Влияет на рост растений

Молекулярный состав. Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — уг­леводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (табл. 8).

Таблица 8

Содержание в живых организмах химических соединений

Соединение	% от сырой массы
Вода	75-85
Белки	10-15
Жиры	1-5
Углеводы	0,2-2,0
Нуклеиновые кислоты	1-2
Низкомолекулярные органические соединения	0,1-0,5
Неорганические соединения	1,0-1,5

4. Систематика 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 т-аксономия. 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, до­статочно обособленная, чтобы ей можно было присвоить опре­деленную таксономическую категорию того или иного ранга.

В современной ксистематике живых организмов 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.

Систематика живых организмов постоянно изменяется и обновляется. В настоящее время она имеет следующий вид:

1. Неклеточные формы. Царство Вирусы.

2. Клеточные формы.

1. Надцарство Прокариоты (Procariota):

1. царство Бактерии (Bacteria, Bacteriobionta),

2. царство Архебактерии (Archaebacteria, Archaebacterio- bionta),

3. царство Прокариотические водоросли:

а) отдел Синезеленые водоросли, или Цианеи (Суапо- bionta),

б) отдел Прохлорофитовые водоросли, или Прохло- рофиты (Prochlorophyta).

Ряд ученых выделяет в надцарстве Прокариоты 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, Mycotalia 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, Metazoo- bionta).

5. Типы питания живых организмов

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления веще­ства и энергии извне. Процесс потребления вещества и энер­гии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности.

Существует два типа питания живых организмов: автотроф- ное и гетеротрофное.

Автотрофы (автотрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (ра­стения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, спо­собные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей.

В зависимости от источника энергии автотрофы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фототрофы — организ­мы, использующие для биосинтеза световую энергию (расте­ния, цианобактерии). Хемотрофы — организмы, использую­щие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водород­ные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых орга­нических веществах.

По способу получения пищи гетеротрофы делят на фагот - рофов (голозоев) и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) загла­тывают твердые куски пищи (животные), осмотрофы погло­щают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).

По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми орга­низмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты, Сап- ротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные живот­ные (сапрофаги). Среди них встречаются детритофаги (пита­ются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), коп- рофаги (питаются экскрементами) и др.

Некоторые живые существа в зависимости от условий оби­тания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному пита­нию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы — организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насеко­моядные растения, представители отдела эвгленовых водорос­лей и др.).

В таблице 9 представлен тип питания крупных системати­ческих групп живых организмов.

Таблица 9

Типы питания крупных систематических групп живых организмов

(по A.JI. Тахтаджяну, 1976, с изменениями)

Надцар- ства	Царства	Подцарства	Автотрофы		Г етеротрофы
			фото- трофы	хемо- трофы	биотро- фы	сапро- трофы
Прока­ риоты	Дробян­ ки	Бактерии	+	+	+	+
		Архебактерии	+	+	+	+
		Цианобактерии	+	+	-	—
Эукарио­ ты	Растения	Багрянки	+	-	-	-
		Настоящие водо­росли	+	—	—	-
		Высшие растения	+	—	очень редко	?
	Грибы	Низшие	-	-	редко	+
		Высшие	-	' -	редко	+
	Живот­ ные	Простейшие	-	—	+	очень редко
		Многоклеточные	-	-	+	+

6. Метаболизм живых организмов

Метаболизм — совокупность всех химических реакций, про­текающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (энергетический обмен, диссимиляция) — сово­купность реакций, приводящих к образованию простых ве­ществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и др. веществ). Катаболичес- кие реакции идут обычно с высвобождением энергии.

Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция) — понятие, противоположное катаболизму: совокупность реакций синте­за сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.

Процессы пластического и энергетического обмена нераз­рывно связаны между собой. Все синтетические (анаболичес­кие) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (ка­таболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтези­руемых в процессе ассимиляции.

Энергетический обмен. По отношению к свободному кисло­роду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.

Аэробы (облигатные аэробы) — организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).

Анаэробы (облигатные анаэробы) — организмы, неспособ­ные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).

Факультативные формы (факультативные анаэробы) — орга­низмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в при­сутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подго­товительный, бескислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соеди­нений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения еще бо­гатые энергией.

Этапы катаболизма:

1. Первый этап — подготовительный — заключается в фер­ментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот, полисахариды до моносаха­ридов, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. У многоклеточ­ных организмов это происходит в желудочно-кишечном трак­те, у одноклеточных — в лизосомах под действием гидролити­ческих ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рас­сеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические со­единения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.

2. Второй этап — неполное окисление (бескислородный) —

заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода.

Бескислородное, неполное окисление глюкозы называется гликолизом. В результате гликолиза из одной молекулы глюко­зы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом синтезируются две молекулы АТФ.

Далее при отсутствии в среде кислорода ПВК перерабаты­вается либо в этиловый спирт — спиртовое брожение (в клет­ках дрожжей и растений при недостатке кислорода), либо в молочную кислоту — молочнокислое брожение (в клетках жи­вотных при недостатке кислорода).

При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претер­певают дальнейшее расщепление до конечных продуктов, то есть включаются в третий этап.

3. Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях, при обязательном участии кислорода.

Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:

СН.,0, + 6 О, + 38 ҚР0₄ + 38 ЛДФ ->

-» 6 С0₂ + 44 Н₂0 + 38 АТФ.

Таким образом в ходе гликолиза образуются 2 молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания — еще 36 АТФ, в целом при полном окислении глюкозы — 38 АТФ.

Пластический обмен. Гетеротрофные организмы строят соб­ственные органические вещества из органических компонен­тов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:

органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) —> простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) —> макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Автотрофные организмы способны полностью самостоятель­но синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза, происходит образование простых органичес­ких соединений, из которых в дальнейшем синтезируются мак­ромолекулы:

неорганические вещества (С0₂, Н₂0) —> простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) —» макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Рассмотрим наиболее важные, с точки зрения экологии, метаболические процессы пластического обмена — фотосин­тез и хемосинтез.

Фотосинтез (фотоавтотрофия) — синтез органических со­единений из неорганических за счет энергии света. Суммар­ное уравнение фотосинтеза:

hv

6 С0₂ + 6 Н₂0 -> С₆Н₁₂0₆ + 6 0₂.

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пиг­ментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соедине­ний — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веще­ствами и кислородом.

Хемосинтез (хемоавтотрофия) — процесс синтеза органи­ческих соединений из неорганических (С0₂ и др.) за счет хи­мической энергии окисления неорганических веществ (серы, водорода, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.).

К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бак­терии: нитрифицирующие, водородные, железобактерии, се­робактерии и др. Они окисляют соединения азота, железа, серы и других элементов. Все хемосинтетики являются об­лигатными аэробами, так как используют кислород воздуха. Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота:

N~³H₃ —> (N⁺³0₂)~ —> (N⁺⁵0₃)~. Железобактерии превращают за- кисное железо в окисное: Ғе⁺² -> Ғе⁺³. Серобактерии окисля­ют соединения серы: H₂S^-2 —> S° —> (S⁺⁴0₃)^2- —> (S⁺⁶0₄)²~. Во­дородные бактерии окисляют свободный водород до воды: Н₂° -> Н₂⁺¹0.

Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия за­пасается бактериями в виде молекул АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бак­терии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве ми­неральных веществ, повышают плодородие почвы.

7. Экологическая характеристика основных систематических групп организмов

Вирусы — внутриклеточные паразиты. Могут проявлять свой­ства живых организмов, только попав внутрь клетки. Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молеку­лы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки — капсида. Ви­рус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нукле­иновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы.

Прокариоты (бактерии, архебактерии, цианобактерии) — од­ноклеточные организмы, не имеют ядра. По способу питания среди бактерий встречаются фототрофы, хемотрофы, сапро- фиты, паразиты. Благодаря такому 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. Сапротрофные бактерии участвуют в разложении органических останков ра­стений и животных и в их минерализации до С0₂, Н₂0, H₂S, NH₃ и других неорганических веществ. Вместе с грибами они являются редуцентами. Клубеньковые бактерии (азотфикси- рующие) образуют симбиоз с бобовыми растениями и уча­ствуют в фиксации атмосферного азота в минеральные соеди­нения, доступные растениям. Сами растения такой способно­стью не обладают.

54 ЧАСТЬ I. БИОСФЕРА

Грибы насчитывающее около 100 тыс. видов. Грибы явля­ются гетеротрофами. Встречаются сапротрофы и паразиты. Грибы-паразиты вызывают такие заболевания растений, как головня, спорынья, ржавчина, мучнистая роса. Грибы-сапро- фиты играют важную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя органические остатки отмерших растений и жи­вотных. Вместе со многими бактериями они являются реду­центами.

Растения — 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.

Животные — эукариотические гетеротрофные организмы. Их описано более 2,0 млн видов. У большинства животных питание голозойное, у некоторых осмотрофное. В пищевых цепях выполняют роль консументов. Встречаются свободножи- вущие формы и паразиты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое жизнь? Какие свойства (признаки) отличают живую материю от неживой?

2. Назовите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

3. Что такое эмерджентность? Как применимо это понятие к эколо­гии?

4. Охарактеризуйте атомный (элементный) состав живых организ­мов. Приведите примеры макро-, микро- и ультрамикроэлемен­тов.

5. Охарактеризуйте молекулярный (вещественный) состав живых орга­низмов.

6. Что такое систематика, классификация и таксономия живых орга­низмов?

7. Систематизируйте существующие на Земле организмы.

8. Классифицируйте живые организмы по типам питания.

9. Классифицируйте живые организмы по отношению к свободному

кислороду.

10. Охарактеризуйте две составные части метаболизма живых орга­низмов: катаболизм и анаболизм.

11. Дайте определение понятиям «брожение», «дыхание», «фотосин­тез» и «хемосинтез».

12. Дайте экологическую характеристику вирусам.

13. Дайте экологическую характеристику бактериям.

14. Дайте экологическую характеристику грибам.

15. Дайте экологическую характеристику растениям.

16. Дайте экологическую характеристику животным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С. Гиля­ров. М.: Сов. Энциклопедия, 1986.

2. Вахненко Д.В., Гарнизоненко T.C., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. Ростов н/Д: Феникс, 2003.

3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т. М.: Мир, 1990.

4. Колесников С.И. Общая биология. Ростов н/Д: Феникс, 2005.

5. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: Изд-во МГУ, 1986.

6. Пехов А.П. Биология с основами экологии. СПб.: Лань, 2000.

7. Энное А.Р., Бейли С.Э.Р. Биология окружающей среды: Пер. с англ. М.: Колос, 1997.