том случае можно говорить об отдельной популяции.
В процессе эволюции, благодаря изменчивости, образуются новые биологические виды. Происходит это следующим образом. В результате естественного отбора, под влиянием условий окружающей среды, в каждой популяции эволюция идет своим путем, в своем направлении. Отбираются и закрепляются те признаки, которые выгодны в данных условиях, которые позволяют жить дольше и оставить больше потомства. Пра-пантера, обитающая в саванне, превратилась в льва, а та, что жила в лесах – в тигра.
Обратите внимание на то, что живая природа может эволюционировать только в надорганизменных уровнях. На уровне организма никакой эволюции происходить не может. Мы разберем эволюцию по косточкам и разложим по полочкам, но сделаем это немного позже. Пока что просто запомните, что на популяционно-видовом уровне появляется эволюционное развитие.
Седьмой уровень называется биогеоценотическим или экосистемным.
Биогеоценоз – это совокупность организмов разных видов, проживающих на одной территории и связанных между собой и с окружающей их неживой природой обменом веществ и энергии.
Биогеоценоз образуется биоценозом и биотопом.
БИОЦЕНОЗ + БИОТОП = БИОГЕОЦЕНОЗ
Биоценозом или биотическим сообществом называется совокупность организмов, проживающих на одной территории. Речь идет обо всех организмах вообще, а не только о представителях одного биологического вида. Биоценоз – это совокупность популяций.
Основные компоненты экосистемы и взаимодействие между ними
Биотопом называется участок пространства (суши или водоема), заселенный одним биоценозом.
Объединяясь, живая и неживая природа образуют биогеоценоз.
В любом биогеноценозе существует равновесие, обеспеченное замкнутым круговоротом веществ и энергии.
Биогеоценоз является экологической системой, поэтому седьмой уровень организации жизни также называют экосистемным.
Обратите внимание на то, что экологической системой называются не только биогеоценозы, но и любой природный или искусственный комплекс, состоящий из живых организмов и среды их обитания, связанных между собой потоками вещества, энергии и информации. Пруд со всеми его обитателями – это тоже экосистема, только небольшая. И аквариум тоже экосистема, и роща.
Восьмой и самый высший, глобальный уровень – это биосферный. Биосфера объединяет все биогеоценозы, существующие на нашей планете. В биосферу входят:
– вся гидросфера, потому что во всех водоемах на Земле есть те или иные формы жизни;
– тропосфера или нижняя часть атмосферы (до 18 км от поверхности земли). Эта граница определяется озоновым слоем атмосферы, который задерживает самую опасную для живых организмов часть ультрафиолетового излучения Солнца. Поэтому выше озонового слоя жизнь невозможна.
– педосфера или почвенная оболочка Земли, которая богато населена различными организмами;
– верхняя часть литосферы, твердой внешней оболочки Земли. Почти вся жизнь в литосфере существует на глубине нескольких метров, но отдельные бактерии могут жить и на больших глубинах. Ученые уже перестали устанавливать нижнюю границу жизни, потому что ее приходилось все время передвигать. Сначала считалось, что некоторые одноклеточные организмы могут обитать на глубине до 1 километра, затем планку опустили до 2,5 километров, затем – до 4 километров и тут хотели поставить точку, потому что на такой глубине температура литосферы возрастает до 100 °С, что делает жизнь невозможной – вода закипает, а белки начинают денатурироваться…[28]
Невозможной?
А вот и нет!
Сначала среди одноклеточных организмов нашлись такие, которые могли жить при температуре свыше 110 °С, а затем и такие, кто мог спокойно переносить невероятную для живых существ температуру в 123 °С… А несколько лет назад была высказано смелое предположение о существовании жизни на глубине в 19 километров! Так глубоко в земную кору никто еще не вгрызался, но глубоко залегающие породы могут выбрасываться на поверхность в результате геологических процессов, например – при извержении вулканов. В породе с такой глубины, которая вышла на поверхность очень давно, десятки миллионов лет назад, было обнаружено высокое содержание углерода, причем не в виде соединений с другими химическими элементами, как это обычно бывает в горных породах, а в чистом виде. Это можно расценивать как результат жизнедеятельности каких-то микроорганизмов, настоящих микробов-терминаторов, способных выдерживать высоченное давление и столь же высоченные температуры.
Надо уточнить, что на больших глубинах в земной коре обитают бактерии-анаэробы, то есть такие бактерии, которым для жизнедеятельности не нужен кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. И обитают эти бактерии не в самой толще коры, а в подземных водах и нефтяных залежях.
Границы биосферы
Глава шестая. Каталог строительных материалов или молекулярно-генетический уровень организации
Мы с вами нарушили иерархический порядок, начав знакомство с уровнями организации жизни с клетки, а не с молекул. Но так было удобнее, потому что именно с клетки начинается жизнь, та самая настоящая полноценная жизнь, а не вирусное или прионное существование.
А теперь вас ждет увлекательное знакомство со строительными материалами, из которых сделаны клетки.
Молекулярно-генетический уровень организации – это базовая основа жизни. Все, что происходит в живом организме, все биологические процессы, все эмоции и все мысли являются результатами реакций между различными молекулами и каждый организм состоит из молекул органических и неорганических веществ. Жизнь на молекулярно-генетическом уровне изучает наука, которая называется молекулярной биологией. Молекулярная биология тесно связана с биохимией и генетикой.
Главная особенность молекулярно-генетического уровня организации жизни заключается в том, что на этом уровне осуществляется важнейший жизненный процесс – превращение энергии солнечных лучей в энергию химическую, которая сохраняется в химических связях органических веществ и в таком виде может использоваться живыми организмами. Большинство живых организмов на нашей планете прямо или опосредованно питают солнечные лучи. Солнечная энергия усваивается растениями. Растения поедают травоядные животные, которыми, в свою очередь, питаются хищники. А после смерти все живое становится пищей для сапрофитов – растений, грибов и бактерий, питающиеся органическим веществом умерших организмов.
Обратите внимание на слово «большинство». Большинство живых организмов питают солнечные лучи, но есть на нашей планете организмы, для которых источником энергии служат химические реакции с участием неорганических соединений. Такой способ питания, называемый хемосинтезом, доступен некоторым одноклеточным организмам (только одноклеточным, все многоклеточное питается Солнцем). Хемосинтезирующие организмы или хемотрофы[29] могут жить в океанских глубинах и в земной коре. Им не нужны ни солнечный свет, ни останки других организмов. Был бы сероводород, или углекислый газ, или аммиак, или еще что-то неорганическое, неживое.
На первом месте в нашем каталоге строительных материалов стоит вода, которую заслуженно называют «основой жизни». Биологическое значение воды трудно переоценить, настолько оно огромно.
В первую очередь вода служит основой внутренней среды организмов и внутриклеточной среды. Вода обеспечивает транспорт веществ в клетках и организмах. Вода служит средой для химических реакций и участвует во многих реакциях, протекающих в живых организмах. А еще вода является средой обитания для многих организмов и вообще жизнь на нашей планете зародилась в воде.
Организм человека примерно на 60 % состоит из воды, то есть ее содержание больше, чем содержание всех других веществ вместе взятых. Нередко можно встретить другие цифры – 70 % или 80 %. Дело в том, что большинство клеток живых организмов содержат 70-80 % воды, но в костных клетках ее около 20 %, а в зубной эмали, самой твердой ткани организма – примерно 10 %. Поэтому в целом наш организм содержит именно 60 % воды, а не 70 % и не 80 %.
Содержание химических элементов в клетке
Кроме воды, в клетках содержатся различные минеральные соли, которые так же, как и вода, относятся к неорганическим веществам. Большинство этих минеральных солей (за исключением тех, что содержатся в костях и зубной эмали), растворены в воде.
По отношению к кислороду все живые организмы делятся на аэробов, которым для жизнедеятельности нужен свободный молекулярный кислород, и анаэробов, которые в кислороде не нуждаются. Подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов – аэробы. Но с эволюционной точки зрения более древними являются анаэробы. Первые жители нашей планеты «дышали» водородом и серой, кислорода тогда в атмосфере не было.
Органические вещества клетки представлены нуклеиновыми кислотами, белками, липидами и углеводами.
Органические вещества клетки
Углеводы содержатся в каждой живой клетке. Вот просто – в каждой без исключения. Особенно богаты углеводами клетки растений, в которых углеводы могут составлять до 90 % сухого остатка. В животных клетках углеводов содержится значительно меньше – около 1 % сухого остатка, и только в мышечных клетках и клетках печени их содержится в 5 раз больше.
Огромный мир углеводов делится на три основных класса – моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды[30] или простые углеводы содержат в своих молекулах до семи атомов углерода. Моносахариды хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Одним из самых распространенных моносахаридов и важнейшим источником энергии в живых клетках, является глюкоза, или виноградный сахар