Роль разнообразия в живой природе

Тип Иглокожие (Echinodermata). Иглокожие — один из наиболее своеобразных типов царства животных. Их тело, размерами от нескольких миллиметров до 5 м радиально-симметрично, обычно пятилучевое, имеет форму звезды (морские звезды), цветка (морские лилии), шара, диска, сердца (морские ежи), огурца или червя (голотурии). Иглокожие имеют известковый скелет. Рот у свободноживущих представителей находится на брюшной стороне тела (хотя понятие «брюшная и спинная сторона тела» у большинства иглокожих условно). Многие из них     хищники, некоторые питаются растительной пищей и детритом, паразитов нет. Иглокожие большей частью обитают на морском дне, лишь некоторые (офиуры) могут перемещаться в толще воды. Движение осуществляется с помощью амбулакральной системы, состоящей из многочисленных ножек.

Иглокожие живут во всех океанах  и морях с нормальной океанической соленостью. Некоторые представители  этого типа животных употребляются  в пищу (трепанги, морские ежи). Морские  звезды приносят большой вред, опустошая  устричные банки. Свою геологическую  историю иглокожие ведут с  раннего кембрия.

Тип Хордовые (Chordata). Этот тип включает наиболее высокоорганизованных животных, для которых характерно наличие спинной струны - - хорды, спинной нервной трубки и жаберных щелей. Спинная нервная трубка существует почти у всех хордовых в течение жизни, у позвоночных на ее конце образовался головной мозг. У водных форм жаберные щели сохраняются всю жизнь, у наземных позвоночных с легочным дыханием они имеются только у личинок и на ранней стадии развития. Хордовые подразделяются на оболочников, бесчерепных  и   позвоночных.  Оболочники  являются  морскими животными обычно небольшой длины (несколько сантиметров). Их тело заключено в студенистую или хрящеватую оболочку — тунику, которая состоит из вещества, близкого к целлюлозе. У бесчерепных, или головохордовых, черепа нет, тело сегментировано. К ним относятся ланцетники — маленькие рыбообразные животные очень примитивного строения. Наибольшее значение в жизни современной биосферы имеют позвоночные, или черепные, у которых хорда в процессе эволюции заменилась позвоночником.

Среди позвоночных выделяются бесчелюстные, хрящевые рыбы, костные рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

 

2) Жизненные формы растений и животных

Жизненная форма растений зависит  от внешнего строения надземных и  подземных органов. Каждый вид растения реагирует на воздействие окружающей среды в пределах своих наследственно  измененных возможностей, так как  его жизненная форма выработалась в процессе эволюции в результате естественного отбора в различных  абиотических и биотических условиях. По этой причине однолетний побег  дуба превращается в могучее дерево, но земляника никогда не станет высоким  деревом даже в самой благоприятной  природной обстановке. Вместе с тем  в природе нередки случаи, когда  растение  приобретает  не свойственный ему внешний облик. Например, крона одиночных деревьев, растущих на берегу моря и в горах, где преобладают сильные ветры одного направления, приобретает флагообразную форму. Однако не присущая растению форма не является жизненной, так как она не наследуется.

Для каждой природной зоны характерен определенный набор жизненных форм растений, связанных прежде всего  с климатическими условиями, что  отражено в классификации К. Раункиера. Но этой классификацией разнообразие жизненных форм растений не исчерпывается. Так, в тундре типичны низкорослые, часто ползучие (шпалерные) кустарники из полярных видов березы и ивы; общий  облик лесам умеренного пояса  придают хвойные и листопадные  летнезеленые деревья; в степях господствуют травы, а в более засушливых местообитаниях преобладают колючие кустарники и редколесья; неотъемлемый компонент  мексиканских пустынь — безлистные кактусы с шарообразными или  колонноподобными стволами. В качестве примера приведем одну из довольно сложных классификаций жизненных  форм растений (рис. 4.15), в которой  кроме деревьев, кустарников, кустарничков и других хорошо известных форм цветковых  растений выделены монокарпики и  поликарпики. Монокарпики (от греч. karpos — плод) — растения, которые цветут и плодоносят раз в жизни, после  чего обычно погибают. К ним относятся  все одно- и двухлетние растения, из многолетних — некоторые виды пальм, бамбука, ферулы, агавы и др. Поликарпиками являются растения, многократно  цветущие и плодоносящие в течение  жизни.

Для животных, как и для растений, также важна система жизненных  форм, основанная на их отношении к  климатическим факторам. Существенное значение для животных приобрели  общие особенности среды обитания, способ передвижения в этой среде, а  также характер их пищи. Классификация жизненных форм животных, предложенная Д. Н. Кашкаровым в 1938 г., имеет следующий вид. В связи с воздействием важнейшего климатического фактора — температуры животные делятся на:

• Холоднокровные (пойкилотермные): 1) деятельные весь год; 2) деятельные часть года: а) летоспящие; б) зимоспящие.
• Теплокровные   (гомойотермные):   А.   Оседлые: 1)   деятельные весь год; 2) деятельные часть года; а) лето-спящие; б) зимоспящие; Б. Сезонные: 1) гнездящиеся; 2)   зимние; 3) летние; 4) пролетные.

По способам передвижения в различной  среде обитания выделяются такие  жизненные формы:

• Плавающие: 1) чисто водные: а) нектон; б) планктон; в) бентос; 2) полуводные: а) ныряющие; б) неныряющие; в) лишь добывающие из воды пищу.
• Роющие: 1) абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей); 2) относительные землерои (выходят на поверхность).
• Наземные: 1) не делающие нор: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие; 2) делающие норы: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие; 3) животные скал.
• Древесные, лазающие: а) не сходящие с деревьев; б) лишь лазающие на деревья.
• Воздушные: а) добывающие пищу в воздухе; б) высматривающие пищу с воздуха.

Жизненные формы животных можно  классифицировать и по другим критериям: по отношению к влажности воздуха  и почвы (влаголюбивые и сухолюбивые), месту размножения (под землей, на поверхности земли, в ярусе трав и т. д.), размерам животных, так как  среда обитания в эволюционном плане  во многом определила их (сравним, например, слона, голубого кита, жирафа, крота  и паразитирующий микроорганизм).

Анализ жизненных форм животных и растений позволяет судить об особенностях среды обитания и путях приспособительных  изменений организмов

 

3. Закономерности развития экосистем

Одним из основных достижений экологии стало обнаружение того обстоятельства, что развиваются не только организмы  и виды, но и экосистемы. Развитие экосистем — сукцессия — это  последовательность сообществ, сменяющих  друг друга в данном районе.

Сукцессия в энергетическом смысле связана с фундаментальным сдвигом  потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание  системы. Сукцессия состоит из стадий развития, стабилизации и климакса. Их можно различать на основе критерия продуктивности системы: на первой стадии продукция растет до максимума, на второй остается постоянной, на третьей уменьшается  до нуля по мере разрушения системы.

Различия между развивающимися и зрелыми системами можно  представить в виде таблицы:

 

Урожай	высокий	низкий
Видовое разнообразие	мало	велико
Структурное разнообразие	слабо организовано	хорошо организовано
Специализация по нишам	широкая	узкая
Размеры организма	небольшие	крупные
Жизненные циклы	короткие и простые	длинные и сложные
Скорость обмена биогенных веществ  между организмом и средой	высокая	низкая
Давление отбора	на быстрый рост	на регуляцию обратной связи
Внутренний симбиоз	не развит	развит
Сохранение биогенных веществ	с потерями	высокая
Стабильность	низкая	высокая
Энтропия	высокая	низкая
Информация	мало	много

Обратите внимание на обратную связь  зависимости между энтропией  и информацией, в также на то, что  развитие экосистем идет в направлении  повышения их устойчивости, достигаемой  за счет увеличения разнообразия. Распространив  этот вывод на всю биосферу, получаем ответ на вопрос, зачем природе  нужны 2 млн. видов. Можно думать (так  до возникновения экологии и считали), что эволюция ведет к замене одних  менее сложных и приспособленных  видов другими, вплоть до человека как  венца природы. Менее сложные  виды, дав дорогу более сложным, становятся не нужны. Экология разрушила этот удобный  для человека миф. Теперь ясно, почему опасно, как делает современный человек, уменьшать многообразие природы.

К основным законам экологии относятся  также: 1) «закон минимума» (Либих) —  ограничивают развитие лишь те факторы, которые имеются в недостаточном  количестве; 2) «закон толерантности» —  избыток какого-либо фактора (тепло, свет, вода) тоже может ограничивать распространение данного вида; 3) недонаселенность и перенаселенность могут оказывать лимитирующее влияние (принцип Олли); 4) принцип конкурентного  исключения — два вида, занимающие одну нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно  долго; 5) чем больше трофических  уровней, тем больше потери энергии в системе; 6) развитие экосистем во многом аналогично развитию отдельного организма; 7) принцип гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма. Это свойство экосистем сейчас под угрозой в связи с хозяйственной деятельностью человека, ведущей к накоплению отходов, которые природа не в состоянии утилизировать.

Первыми экосистемами, которые изучались  с помощью количественных методов  были системы «хищник — жертва». Американец Лотка в 1925 году и итальянский  ученый В. Вольтерра в 1926 году создали  математические модели роста отдельной  популяции и динамики популяций, связанных отношениями конкуренции  и хищничества. Исследование системы  «хищник — жертва» показало, что  типичной для популяции жертв  эволюцией является увеличение рождаемости, а для популяции хищников —  совершенствование способов ловли  жертвы.

К интересным результатам привело  изучение системы «паразит — хозяин». Казалось бы, отбор должен вести  к уменьшению вредности паразита для хозяина, но это не так. И в  этой паре идет конкурентная борьба, в  результате которой усложняются  и те, и другие. Гибель одного ведет  к гибели другого, а сосуществование  увеличивает сложность всей системы.

На изучении эволюции системы «паразит—жертва» основана гипотеза, объясняющая значение полов. Бесполое размножение, с точки  зрения теории Дарвина, — значительно  более эффективный процесс. Двойная  стоимость полового размножения (поскольку  мужские особи не включают в создание и выращивание потомства столько, сколько женские) вызывала трудности  в объяснении этого феномена. Системное  изучение биологических процессов  предлагает следующее объяснение: половые  различия дают хозяевам уникальные преимущества, поскольку позволяют обмениваться частями генетического кода между  особями. Рекомбинация больших блоков генетической информации в результате полового размножения позволяет  изменять признаки в потомстве быстрее, чем при мутациях. Поэтому потомки  в этом случае могут быть более  резистентными к паразитам, чем  их родители. Паразиты же вследствие краткости  периода воспроизводства и быстрого хода эволюционных изменений меньше нуждаются в наличии полов  и обычно бесполы. И здесь конкурентная борьба является фактором естественного  отбора.

В науке Нового времени преобладал редукционизм, т. е. объяснение функционирования высших структурных уровней с  помощью низших. Развитие биологии в XX веке как будто укрепило позиции редукционизма. Молекулярная биология выяснила, что все многообразие форм жизни и жизненных процессов, повадок и инстинктов зависит от особенностей чередования четырех нуклеотидов в цепочке ДНК.

С другой стороны, экология показала наличие системных закономерностей. «Вся совокупность современных биохимических  данных показывает, что отдельные, индивидуальные реакции, протекающие в живых  телах, сравнительно просты и однообразны. Это хорошо известные и легко  воспроизводимые в пробирке и  колбе химика реакции окисления, восстановления, гидролиза... Ни в одной  из них нет ничего специфически жизненного. Специфическим для живых тел  является то, что в них эти отдельные  реакции определенным образом организованы во времени, сочетаются в единую целостную  систему, наподобие того, как отдельные  звуки сочетаются в какое-либо музыкальное  произведение, например симфонию. Стоит  только нарушить последовательность звуков — получится дисгармония, хаос. Аналогичным  образом и для организации  живых тел важно то, что в  них эти отдельные реакции  протекают не случайно, не хаотически, а в строго определенном гармоничном порядке... весь этот порядок закономерно обусловливает самосохранение и самовоспроизведение всей жизненной системы в целом в данных условиях внешней среды, в поражающем соответствии с этими условиями» (А. И. Опарин, В. Г. Фесенков. Жизнь во вселенной.- М., 1956. - С. 40).

Необходимость системного подхода  в исследовании живого в противоположность  редукционизму хорошо изложена в  словах Мефистофеля из «Фауста» Гете, обращенных к его ученику:

«Иль вот: живой предмет  желая изучить,

Чтоб ясное о нем  познанъе получить, -

Ученый прежде душу изгоняет,

Затем предмет на части  расчленяет

И видит их, да жаль: духовная их связь

Тем временем исчезла, унеслась!»

(И. В. Гете. Собр. соч. Т. 5.- М., 1947.- С. 119).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Литература.

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. – М.: Мысль, 1997.
2. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания. - М.:Альфа-М, 2005. – 622 с. (в пер.)
3. Яблоков А. В., Юсуфов А. Г. Эволюционное учение (Дарвинизм): Учеб. для биол. спец. вузов. – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 1989.
4. Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и учебные пособия». – Ростов н/Д, 1997.
5. Дубнищева Г. Д. Концепции современного естествознания: Учеб. для студ. вузов / Под ред. М. Ф. Жукова. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997.
6. Вернадский В. И. Начало и вечность жизни. – М.: Республика, 1989.
7. Советский энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 1982.
8. Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20. М.: Мысль, 1965.
9. Концепции современного естествознания: Под ред. Профессора С.И. Самыгина. Серия «Учебники и учебные пособия» - 4-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д: «Феникс», 2003. – 448с.
10. Концепции современного естествознания. Садохин А.П. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.
11. Концепции современного естествознания. Лавриенко В.Н., Ратников В.П. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006