Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Шаламов Біологія 9 клас 2017

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1Остаточно довести, що живі істоти виникають тільки з живих істот, удалося

2Виникнення життя на Землі згідно з теорією Опаріна–Холдейна почалося з А перших організмів Б утворення УФ-проміння та грозових розрядів В синтезу полімерів Г утворення органічних речовин із неорганічних Д формування Землі

3Міллер та Юрі використовували такий метод біологічних досліджень, як

4РНК стала єднальною ланкою між ДНК і білками, бо вона може

5У теорії Опаріна–Холдейна «життєвою силою» Рейхенбаха можна назвати

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6Чому відкриття одноклітинних організмів зробило спростування самозародження, отримане Франческо Реді, недостовірним?

7Схарактеризуйте склад, вигляд і запах первинної атмосфери Землі.

8У чому суть пребіотичного синтезу? Чи можливо здійснити його в наш час у лабораторії?

9 Як проявляється природний добір на рівні рибозимів, що самореплікуються? 10 Що виникло раніше — ДНК, РНК чи білок і чому?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11Які функції в обміні речовин сучасних організмів виконують рибозими? Чому в ході еволюції не всі вони були замінені білками?

12Чим зумовлено те, що життя виникло у водному середовищі, а не на поверхні суходолу чи в атмосфері?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13Що таке є в «чорних курців», що вони стали чудовим місцем для виникнення життя?

14Чому життя не залишилося у світі РНК, а перейшло до ДНК-білкової форми?

15Теорія панспермії є альтернативною версією виникнення життя на Землі. Які аргументи цієї теорії й чого вона не може пояснити? Чи можна вважати її науковою?

251

§ 47. Біологічна систематика

Біологічні види об’єднують у таксономічні одиниці

Еволюційні процеси, розглянуті нами в попередніх параграфах, створили величезне різноманіття живих організмів, що населяють Землю. Учені неодноразово здійснювали спроби систематизувати живі організми, виділяючи ті чи ті види, а потім об’єднуючи останні в більші таксони — систематичні одиниці. Для зручності опису було розроблено ієрархію таксономічних одиниць. Історично склалося дві ієрархічні системи — ботанічна та зоологічна, які розвивалися паралельно. Річ у тім, що розроблення цих систем почалося, коли ботаніка й зоологія були окремими незалежними дисциплінами, до того, як біологія стала цілісною наукою. У таблиці 47.1 показано порівняння ієрархії таксонів у ботаніці та зоології на прикладі Соняшника однорічного й Вусача соняшникового (рис. 47.1).

Таблиця 47.1. Порівняння ієрархії таксономічних одиниць рослин і тварин

Спочатку все різноманіття біологічних організмів поділяли на два царства — Рослини й Тварини, пізніше до них додали царство Гриби. Відкриття Левенгуком мікроорганізмів значно розширило відоме вченим різноманіття організмів, однак перші дослідники намагалися не порушувати усталеної класифікації та відносили нововідкриті організми до одного з уже наявних царств на підставі їхньої рухливо-

сті й здатності до фотосинтезу. Подальший розвиток мікроскопії дав змогу виявити значні відмінності в клі- А Б тинній будові мікроорганізмів, а головне — поділити все біорізноманіття на дві групи — прокаріотів та еукаріотів — на підставі важливої ознаки: наявності чи відсутності клітинного ядра. Але перш ніж перейти до опису сучасного погляду на біорізноманіття, звернемо увагу на одне дуже важливе, і тому нечасто пору-

шуване, питання.

Штучна класифікація систематизує організми за довільно взятими ознаками

254

1 Не дивно! За підрахунками вчених, там мешкає 25 % біорізноманіття всієї планети.

2Від грецької diho — надвоє та tomo — поділ, тобто на кожному етапі є два варіанти.

255

Карл Лінней

Народився 1707 року на півдні Швеції в селі Росхульт. Освіту здобув в Уппсальському університеті. Відомий у світі передусім як «батько систематики». Лінней запропонував штучну класифікацію природи, яка, на його думку, складалася з трьох царств: мінералів, рослин і тварин. Основна наукова праця Ліннея — «Система природи» — лягла в основу сучасної біологічної систематики. Запропоновану ним форму найменування видів за

допомогою двох слів — родової назви й видового епітета — використовують до сьогодні. Дослідник увів у наукову мову близько тисячі термінів для опису будови організмів. Ще одним досягненням Ліннея було те, що людину він відніс до царства Тварини, чого раніше ніхто не робив. Карл Лінней за життя здобув всесвітню славу й визнання. За це король Швеції подарував Ліннею титул дворянина, що було надзвичайною подією. До кінця життя дослідник працював в Уппсальському університеті. Помер 1778 року і похований в Уппсальському кафедральному соборі як почесний громадянин міста.

У цього способу класифікації є дві важливі властивості: по-перше, як уже було зазначено, подібний алгоритм утворює дихотомічну схему, розгалужене дерево; по-друге, очевидно, що два організми, які перебувають на сусідніх гілках цього дерева, мають більше спільних ознак, ніж організми, віддалені один від одного на схемі. Можна припустити, що організми, які характеризуються більшою кількістю спільних ознак, є більш спорідненими між собою. Таким чином, можна зробити сміливе припущення, що подібна схема зображує еволюційні зв’язки між організмами. Проте це припущення часто виявляється помилковим.

На це теж є низка причин. По-перше, під час складання визначника використовуються лише деякі, найзручніші ознаки організму. Жоден дослідник не використовуватиме аналіз амінокислотної послідовності якогось ферменту чи аналіз структури кришталика для того, щоб відрізнити двокрапкове сонечко від семикрапкового (рис. 47.3). По-друге, у визначниках геть не враховується еволюційна сталість ознак. Деякі ознаки мало змінюються в процесі еволюції, тому наявність такої ознаки в певної групи організмів може свідчити про їхнє спільне походження. Інші ознаки менш сталі й можуть виникати та зникати в процесі еволюції багато разів. Так, дуже зручна для визначення ознака — колір крил комахи чи колір пелюсток квітки — неодноразово змінюється в ході еволюції тієї чи тієї групи. Водночас на-

бір кісток черепа більш сталий і менш мінливий, тому не дуже зручний для аналізу. Найконсер- А Б вативнішими ознаками зазвичай є послідовності білків і РНК, які не враховують під час складання подібних визначників. І нарешті, до певної класифікації потрапляють лише сучасні види, що становлять лише тонкий зріз неосяжного різно-

маніття форм життя.

Філогенетичні дерева демонструють

еволюційні зв’язки між видами

Рис. 47.3. Різні види сонечок

256

3В одному з визначників жуків є вираз «лапки зі шкірястими пластинками». Це приклад

4Усі організми, які літають, можуть бути об’єднані в один таксон, тому можна стверджувати, що А вони споріднені між собою Б у них між собою багато спільних ознак

В вони походять один від одного

Г вони утворюють єдину гілку філогенетичного дерева Д усі вони є різними популяціями одного виду

5 Філогенетичне дерево демонструє А те, наскільки види схожі ззовні

Бте, наскільки види подібні за хімічним складом

Вте, від яких видів пішли інші види

Г послідовність предкових видів цього виду Д штучну класифікацію живих організмів

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6У чому відмінність дихотомічної класифікації від філогенетичного дерева?

7Навіщо біологи класифікують різні організми?

8Яку з ознак — колір крил комах чи будову черепа — доцільніше використати для побудови філогенетичного дерева?

9Чому більшість вимерлих організмів не вдається включити до філогенетичних дерев?

10Як наявність горизонтального перенесення генів ускладнює побудову філогенетичного дерева?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11Які таксономічні одиниці є найбільшими, а які — найдрібнішими? Чому їх укрупнення чи відповідно подрібнення неможливе?

12У чому відмінність між кладограмою та філогенетичним деревом?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13У які способи може здійснюватися горизонтальне перенесення генів? Чи можливе воно між багатоклітинними еукаріотами?

14Які труднощі виникають перед сучасною систематикою вірусів?

Проект для дружної компанії

15Складання дихотомічних схем класифікації.

1)Спробуйте скласти дихотомічну схему класифікації для різних об’єктів: хребетних організмів, родичів, організмів, які мешкають у школі, марок автомобілів, комп’ютерних ігор тощо.

2)Представте отриману схему однокласникам і запропонуйте їм прокласифікувати за нею якийсь об’єкт.

3)У чому виявилися недоліки вашої схеми? Що потрібно зробити, щоб покращити її?

258

§ 48. Основні групи живих організмів

Забудовоюклітинживіорганізмиможна поділити на прокаріотів, що не мають клітинного ядра, та еукаріотів, або ядерні організми. Еукаріотична клітина влаштована значно складніше за прокаріотичну, тому вважається, що еукаріоти пішли від якихось давніх прокаріотів. Проте встановити родинні зв’язки між прокаріотами та еукаріотами виявилося не так легко. Для цього було використано аналіз послідовності РНК рибосом. Ці молекули РНК є в усіх живих організмів, від кишкової палички до людини, і доволі повільно змінюють-

ся в процесі еволюції. Тому вони чудово підходять для відтворення давніх еволюційних подій. Аналіз рибосомних РНК дав змогу розподілити все біорізноманіття на три групи, що їх називають доменами: Бактерії, Археї та Еукаріоти (рис. 48.1).

Поглянувши на еволюційне дерево на рисунку, ви одразу можете помітити дві цікаві особливості. По-перше, багатоманітність прокаріотів становить собою дві чітко відокремлені гілки, які було не дуже вдало названо Бактерії та Археї. По-друге, гілка Архей є сестринською до Еукаріотів. Отож в еукаріотів та архей був спільний предок, щоненалежавдобактерій.Цетакожпідтверджуєтьсятим,щогеномархеймаєнабагато більше спільного з ядерним геномом еукаріотів, ніж із геномом бактерій. Отже, предок еукаріотів був більше подібний до сучасних архей, ніж до сучасних бактерій.

Бактерії й археї не мають ядра

Аналіз ДНК показує, що різноманіття прокаріотів представлено двома групами — бактеріями й археями. Ці гілки еволюції розійшлися на самому початку формування життя на Землі. Зараз бактерії є найпоширенішими організмами на планеті: вони населяють океани, ґрунт, свердловини в земній корі, живі організми; їхні спори розносяться атмосферою та вкривають усю поверхню землі.

Карл Воуз

Народився 1928 року в Нью-Йорку (США). Освіту здобув у Єльському університеті. Відкрив нову групу організмів — археїв. Запропонував нову систематику живої природи, розподіливши її на три домени: Бактерії, Археї й Еукаріоти. Сформулював гіпотезу походження життя, яку потім Волтер Гілберт розвинув у гіпотезу «Світу РНК». Ідеї Воуза мають серйозну експериментальну й теоретичну підтримку, тому на сьогодні лише невелика група

консервативних учених дотримується старих поглядів на систематику природи. Воуз працював професором в Університеті Іллінойсу. Помер учений наприкінці 2012 року.

259

Рис. 48.2. Бактерії й археї

А. Ціанобактерія анабена. Входить до складу фітопланктону, здійснює фотосинтез із виділенням кисню. Деякі види вступають у симбіоз із рослинами. Б. Холерний вібріон. Має вигляд вигнутої палички зі джгутиком. Зазвичай мешкає в забруднених водоймах, але може паразитувати в тонкому кишківнику людини, спричиняючи холеру.

В. Молочнокисла бактерія. Використовується людиною для одержання кисломолочних продуктів. Г. Архея метаносарцина, що здійснює метаногенез — особливий варіант анаеробного дихання з утворенням метану. Населяє безкисневі місця проживання: глибокі стічні води, заболочені ґрунти, кишківник ссавців.

Бактерії життєво необхідні для нормального функціонування біосфери: лише вони здійснюють азотфіксацію — процес, що переводить атмосферний азот у сполуки, доступні іншим організмам. Ціанобактерії роблять значний внесок у виробництво кисню (рис. 48.2, А). Симбіотичні бактерії, що населяють наш кишківник, виробляють вітаміни та забезпечують нормальне травлення. Утім деякі бактерії спричиняють захворювання (рис. 48.2, Б). Так, перша пандемія (епідемія, що охопила всю планету) чуми сталась у VI столітті1 та згубила близько 100 млн людей. Багатьох бактерій людина навчилася використовувати у своїх цілях: для виробництва кисломолочних продуктів (рис. 48.2, В), сиру, деяких алкогольних напоїв, квашених овочів, про що йтиметься в § 60. Археї також доволі поширені в біосфері2. Серед них багато організмів, які віддають перевагу екстремальним умовам перебування — високим температурам і значній солоності. Їх можна знайти у водах гейзерів і вулканічних джерел, солоних озер, що пересихають. Багато архей уникають контактів із киснем і змушені жити в безкисневих «кишенях» біосфери, таких як ґрунтові води та шлунково-кишковий тракт тварин (рис. 48.2, Г).

Походження еукаріотів пояснює ендосимбіотична теорія

Як ми вже згадували на початку параграфа, перші еукаріоти походять від давніх архей. Проте, як ви пам’ятаєте, крім ядерної ДНК, більшість еукаріотів мають ще й цитоплазматичну ДНК, що міститься в мітохондріях і пластидах. Послідовності цієї ДНК більше нагадують ДНК бактерій: у випадку мітохондрій — альфа-про- теобактерій3, а у випадку зелених хлоропластів — ціанобактерій.

Розглянемо гіпотетичний сценарій походження мітохондрій у межах теорії ендосимбіозу. Якийсь прокаріотичний предок еукаріотів (якась давня архея) вступив у тісні стосунки з якоюсь давньою бактерією, у результаті яких остання була поглинена

1У Європі її було названо Юстиніановою чумою.

2Раніше вважалося, що архей доволі мало в біосфері, однак останні дослідження показують, що археї становлять значну частину океанічного планктону, а також щільно населяють морське дно, ґрунт, кишківники тварин.

3До них належить ендосимбіонт рослин азотфіксатор ризобіум, а також внтурішньоклітинний паразит тварин рикетсія, що спричиняє висипний тиф.

260