Уровни организации жизни

Возникновение жизни на Земле связано с биологическим круговоро­том веществ в биосфере. Жизнь предстает перед нами как сложная иерар­хическая система, в которой элементы низшего уровня организации служат составными частями для структур более высокого уровня. Живые орга­низмы, населяющую Землю, организованы в определенные развивающиеся группы, которые и составляют организации живого, или структурные уровни жизни.

Существует множество схем, отражающих иерархическую соподчиненность уровней живого:

• еще недавно высшим уровнем организации живого считался организменный уровень;

• но прогресс биологических наук (молекулярной биологии и т. д.), а также экологии, способствовал выявлению более сложной иерархии уровней.

Точное число уровней еще не установлено, но современные ученые выделяют 9 основных уровней живого: молекулярный —>органоидный —> клеточный —> тканевый —> органный —> организменный —> популяционный —> биоценотический —> биосферный.

Все эти уровни (ступени) можно свести к 3 основным:

• клеточному. Объекты клеточного уровня изучает молекулярная биология (цитология, молекулярная генетика, цитогенетика, био­химия);

• организменному. Объекты этого уровня изучаются такими науками, как морфология, анатомия, физиология, эмбриология; .

• надорганизменному. Его объекты исследуют систематика, таксоно­мия, фаунистика, флористика, фенология.

Существуют различные трактовки системы организации живого, на­пример:

• М.А. Голубец все живые системы разделял на 3 уровня: организменный, популяционный, экосистемный;

• Н.П. Наумов подразделяет на: видовой (популяционный), сообщества и биосферу;

• К.М. Завадский отмечает 4 формы организации: организменную, популяционно-видовую, биоценотическую и биосферную.

В настоящее время в экологии используется два взаимно дополняю­щих друг друга подхода для решения различных экологических задач:

• экосистемный подход. Объектом рассмотрения здесь выступает ком­плекс живых организмов в совокупности с абиотическими факторами среды. Он может использоваться, например, при изучении круговоро­та биогенных элементов, а также лесных массивов или же участка океана и т. д. Если при исследовании живых систем рассматривается их строение, то это направление называется структурным. А если изу­чаются процессы жизнедеятельности организмов экосистем, то это — функциональное направление;

• популяционный подход. В этом случае рассматривается совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, т. е. их изучают уже как популяцию. Исследуется, как и в первом случае, воз­действие внешних факторов на эти популяции, их возрастной состав и половые различия между особями в данных популяциях.

Живое вещество планеты

Одно из центральных звеньев концепции биосферы - учение о живом веществе. Исследуя процессы миграции атомов в биосфере, академик В.И. Вернадский подошел к вопросу о генезисе (происхождении, воз­никновении) химических элементов в земной коре, а после этого - к необ­ходимости объяснить устойчивость соединений, из которых состоят ор­ганизмы. Анализируя проблему миграции атомов, он пришел к выводу, что "нигде не существуют органические соединения, независимые от живого вещества".

Позже он формирует понятие "живого вещества": "Живое вещество биосферы есть совокупность ее живых организмов. Я буду называть со­вокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии, живым веществом", — отмечает В.И. Вернадский. Главное предназначе­ние живого вещества и его неотъемлемый атрибут — накопление свободной энергии в биосфере. Обычная биогеохимическая энергия живого вещества производится, прежде всего, путем размножения.

Научные идеи В.И. Вернадского о живом веществе, космичности жизни, биосфере и ее переходе в новое качество — ноосферу — своими корнями уходят в XIX в. — начало XX в., когда философы и естествоис­пытатели впервые попытались осмыслить роль и задачи человека в об­щей эволюции Земли. Именно их усилиями человек начал свое продви­жение к вершинам естественной эволюции живого, постепенно занимая экономическую нишу, отведенную ему природой.

В 30-е гг. прошлого века В.И. Вернадский из общей массы живого ве­щества выделяет человечество как его особую часть. Такое обособление человека от всего живого стало возможным по 3 причинам:

• во-первых, человечество является не производителем, а потребителем биогеохимической энергии. Такой тезис требовал пересмотра геохимиче­ских функций живого вещества в биосфере;

• во-вторых, масса человечества, исходя из статистических данных де­мографии, не является постоянным количеством живого вещества;

• и в-третьих, его геохимические функции характеризуются не массой, а производственной деятельностью. Характер усвоения человечеством биогеохимической энергии определяется разумом человека. Человек, с одной стороны, — это кульминация бессознательной эволюции, "продукт" спонтанной деятельности природы, а с другой — начало но­вого, разумно направленного этапа самой эволюции.

Живому веществу присущи следующие характерные черты, особенности:

• прежде всего, это огромная свободная энергия. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т. е. энергия живого вещества био­сферы, увеличилась во много раз и продолжает расти, ибо живое ве­щество перерабатывает энергию солнечных излучений, атомную энер­гию радиоактивного распада и космическую энергию рассеянных элементов, приходящих из нашей Галактики;

• высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с ве­ществом, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы раз мед­леннее. К примеру, некоторые гусеницы в сутки могут перерабатывать пищи в 200 раз больше, чем весят сами, а одна синица за день съедает столько гусениц, сколько весит сама;

• составляющие живое вещество химические соединения, главнейшие из которых — белки, устойчивы только в живых организмах. После завер­шения процесса жизнедеятельности исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей;

• живое вещество существует на планете в форме непрерывного чередова­ния поколений, благодаря чему вновь образовавшееся вещество генети­чески связано с живым веществом прошлых эпох. Это главная струк­турная единица биосферы, определяющая все другие процессы по­верхности земной коры;

для живого вещества характерно наличие эволюционного процесса.

Гене­тическая информация любого организма зашифрована в каждой его клетке. В.И. Вернадский классифицировал живое вещество на:

• однородное — это родовое, видовое вещество и т. д.,

• неоднородное, которое представлено закономерными смесями живых веществ (лес, болото, степь, т. е. биогеоценоз).

Характеризовать живое вещество ученый предлагал на основе таких количественных показателей, как химический состав, средний вес орга­низмов и средняя скорость заселения ими поверхности земного шара.

В.И. Вернадский приводит средние показатели скорости и передачи жизни в биосфере. Время захвата данными видами всей поверхности на­шей планеты у разных организмов может быть выражено следующими данными (в сутках):

• бактерия холеры (Vibrio cholerae) — 1,25;

• инфузория (Lekconhrys patula) - 10,6 (максимум);

• диатомовые (Nittschia putrida) - 16,8;

• зеленый планктон - 166-183 (среднее);

• насекомые (Mussa domestica) — 366;

• рыбы (Pleurettes platessa) — 2159 (максимум);

• цветковые растения (Trifolium repens) — 4076;

• птицы (куры) - 5600-6100;

• млекопитающие:

• крысы - 2800;

• дикая свинья — 37 600;

• слон индийский — 376 000.

Жизнь на нашей планете существует в неклеточной и клеточной формах:

• неклеточная форма живого вещества представлена вирусами, которые лишены раздражимости и собственного синтеза белка. Простейшие вирусы состоят лишь из белковой оболочки и молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) или РНК (рибонуклеиновая кислота), составляющей сердцевину вируса. Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы — Vira. Они могут размножаться только внут­ри определенных живых клеток. Вирусы повсеместно распространены в природе и являются угрозой для всего живого. Поселяясь в клетках живых организмов, они вызывают их смерть. Описано около 500 ви­русов, поражающих теплокровных позвоночных, и около 300 вирусов, уничтожающих высшие растения. Более половины болезней человече­ства обязаны своим развитием мельчайшим вирусам (они в 100 раз мельче бактерий). Это — полиомиелит, оспа, грипп, инфекционный гепатит, желтая лихорадка и др.;

• клеточные формы жизни представлены прокариотами (организмы, не имеющие ограниченного мембранного ядра) и эуакариотами (клетки содержат оформленные ядра). К прокариотам относятся различные бактерии. Эукариоты — это все высшие животные и растения, а также одно- и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.