Курс лекций по биологии (Митрахович)

витие микроорганизмов, представителей низшего трофического уров- ня (редуцентов), разлагающих растительные остатки.

Втечение длительного времени происходит накопление запасов органических веществ в виде торфа. Из-за содержания в организме органических веществ сфагнолов (из фенольной группы) произошло название сфагновых мхов. Сфагнолы так же сдерживают развитие и микроорганизмов и других растений, выполняя таким образом средо- образующую роль.

Процесс образования торфа идет очень медленно: слой торфа в 1 см накапливается за 10 лет, толщиной в 1 м - за тысячу лет.

ВБеларуси болота занимают площадь около 2,5 млн.га с запаса- ми торфа примерно 30 млрд м3.

Торф используется, как топливо, удобрение для подзолистых почв, для приготовления кампостов, на подстилку, помогает сохране- нию плодов исемян.

Торф - важный источник сырья для получения уксусной кислоты, воска, парафина, нафталина, фенола, спирта, карбоновой кислоты и т.д.

Его используют в строительстве при изготовлении изоляционных плит, пластмасс и др.

Мхи играют существенную роль в регулировании водного балан- са ландшафтов, крометого, они обеспечивают равномерный переход поверхностного стока вод в подземный, предохраняя почву от эрозии, но при интенсивном развитии способствуют заболачиванию сельхозу- годий.

Печеночные мхи. Класс Печеночные мхи имеет свои характер- ные признаки. “Листья” у некоторых стеблевых печеночников распо- ложены тремя рядами, ризоиды одноклеточные. Проще всего устрое- ны талломные печеночники, тело которых представлено плоским слоевищем и не имеет деления на стебель и листья (рис. 68).

Печеночник Pellia широко распространен в Великобритании. Ши- рина тускло-зеленых плоских веточек около 1 см.

Половое размножение печеночных мхов (гаметофитов) происхо- дит весной или вначале лета. Репродуктивные органы - мужские анте- ридии и женские архегонии - находятся на верхней стороне таллома на концах разветвлений (рис. 68). В них из материнских клеток гамет, ядра которых делятся митотически, образуются мужские и женские гаметы (рис. 69).

Для оплодотворения необходима вода, поглощая которую со- зревшие антеридии лопаются и высвобождают двухжгутиковые спер- матозоиды. Шейка архегония, в это время, выделяет белки, которые привлекают мужские гаметы. Проникнув в брюшко архегония они оп- лодотворяют яйцеклетку. Из зиготы вырастает спорофит, не содержа- щий хлорофилла, у него образуется подставка, которая вырастает в гаметофит и обеспечивает питанием спорофит (рис. 70).

Бесполое размножение начинается с коробочки спорофита, со- держащего материнские клетки спор, которые делятся митотически с образованием гаплоидных спор.

Весной споры становятся многоклеточными, в них появляются хлоропласты и они превращаются в гаметофит. При высыхании и раз- рыве коробочки, споры подхватываются и разносятся ветром или во- дой. Спора, попав в подходящее влажное место, сразу прорастает, из нее вырастает таллом гаметофитного поколения.

В Беларуси широкое распространение имеет Маршанция много- образная, в Красную книгу Республики Беларусь включено 15 видов мохообразных.

ОтделПапоротниковидные

(Pterydophyta)..Папоротниковидные, или папоротники, возникли в девонский период, а уже в карбоне были представлены широко рас- пространенными древовидными формами. Остатки отмерших папо- ротников образовали залежи каменного угля. К настоящему времени сохранилось примерно 12 тыс. видов, которые распространены везде, кроме полярных широт. В умеренной зоне Северного полушария они растут в сырых тенистых лесах, по лесным оврагам, кустарникам, сы- рым лугам и сосновых лесах (например, орляк обыкновенный).

Большинство папоротников - многолетние наземные растения, но есть и водные формы - однолетняя сальвиния плавающая, занесенная в Красную книгу Беларуси.

Древовидные папоротники произрастают в тропических лесах и имеют диаметр ствола около 0,5 м и высоту до 20-25 м. Многие растут как эпифитные или лианные формы.

Листья папоротников (часто их называют вайями) крупные с пе- ристо-рассеченной листовой пластинкой и хорошо развитой проводя- щей системой прикрепляются к корневищу с придаточными корнями. Длина листьев может достигать нескольких метров.

Большинство папоротников - равноспоровое растение, из одина- ковых спор развиваются обоеполые гаметофиты (заростки), питаю- щиеся самостоятельно. К почве гаметофит прикрепляется ризоидами. Архегонии и антеридии располагаются на нижней стороне листа, там формируются соответственно женские и мужские гаметы.

Оплодотворение только в воде, обеспечивающей активное дви- жение антеридиев к архегониям. Зигота дает начало диплоидному за- родышу, развивающемуся во взрослое растение (рис. 71).

В Красную книгу Республики Беларусь занесено 7 видов папо-

ротниковидных: чистоус величавый, костенец постенный, многонож- ка обыкновенная, сальвиния плавающая, гроздовник полулунный и др.

Отдел Голосеменные (Gimnospеrmae, Pinophyta). Голосемен-

ные появились в конце девонского периода около 350 млн. лет назад. Предположительно они произошли от древних семенных папоротни- ков, вымерших в начале каменноугольного периода.

Отдел современных голосеменных насчитывает более 700 видов. Наибольшее распространение они получили в умеренных широтах се- верного полушария. Среди них редко встречаются лианные формы.

Листья голосеменных значительно отличаются от других растений по форме, размерам и анатомии. Листья располагаются поодиночке, по два или пучками.

Водопроводящая система (ксилема) голосеменных состоит пре- имущественно из трахеид, и лишь у некоторых групп имеются на- стоящие сосуды кселемы.

Голосеменные - вечнозеленые растения, одно - или двудомные. Семена формируются из голых семязачатков, отсюда название. Семя- зачатки расположены на мегаспорофилах или на семенных чешуях, собранных в женские шишки. В цикле развития спорофит преобладает над гамеофитам. Гамеофиты сильно редуцированы, а мужские гаме- тофиты голо- и покрытосеменных растений не имеют антеридиев.

Из шести ранее известных классов до настоящего времени дожи- ли четыре: хвойные, саговниковые, гинкговые и гнетовые.

Класс Хвойные. Все хвойные - вечнозеленые, реже листопадные (например, лиственница) деревья или кустарники (некоторые кипари- совые) с игольчатыми или чешуевидными листьями.

Шишки хвойных раздельнополые; растения - чаще однодомные, реже - двудомные. Наиболее распространенными представителями

хвойных в Беларуси и России являются сосна обыкновенная и ель обыкновенная, строение, размножение и чередование поколений в

жизненном цикле которых отражают характерные особенности всех хвойных.

Сосна обыкновенная - однодомное растение (рис. 72). В мае у основания молодых побегов образуются пучки зеленовато-желтых мужских шишек длиной 4-6 мм, содержащих микроспорофиллы под чешуйчатыми листочками. Снизу микроспорофил имеет два микро- спорангия - пыльцевых мешка с пыльцевыми зернами, которые снаб- жены воздушными мешками, для облегчения переноса их ветром.

На других побегах этого же растения образуются женские шишки красноватого цвета, в пазухах прозрачных чешуеккоторых сидят круп- ные одревесневающие чешуи. На верхней стороне этих чешуй разви- ваются два семязачатка, образующие впоследствии женский гамето- фит - эндосперм с двумя архегониями, имеющими крупную яйцеклет- ку.

В отличие от покрытосеменных растений, при оплодотворении,

образовавшиеся в мужском гаметофите два спермия ведут себя по иному. Один из них сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой отмирает (нет полярных ядер!). Семена сосны созревают на второй год и высыпаются из шишек.

По своему значению в биосфере и роли в хозяйственной деятель- ности человека хвойные, занимают второе место после покрытосемен- ных.

Представители других классов голосеменных менее известны, чем хвойные и встречаются преимущественно в южном полушарии. Произрастающие там саговниковые почти все являются декоративны- ми растениями.

Эфедры - невысокие безлистые кустарники служат источником сырья для получения алкалоидов эфедрина.

Из четырех дикорастущих в Беларуси представителей класса Хвойные один вид - пихта белая занесена в Красную книгу.

Отдел Покрытосеменные, или Цветковые (Angispermae, или

Magnoliophyta). Покрытосеменные - наиболее совершенная и самая многочисленная группа высших растений, включающая более 250 тыс. видов.

В Беларуси насчитывается 112 семейств, 500 родов и более 1750 видов (без учета интродуцированных и адвентивных форм, видов и сортов).

Предполагается, что возникли покрытосеменные в начале мело- вого периода мезозойской эры (около 125 млн.лет назад).

Важнейший признак покрытосеменных - наличие цветка - видо- измененного укороченного спороносного побега, приспособленного для размнождения.

По сравнению с голосеменными пыльца цветковых попадает сна- чала не в пыльцевход семязачатка, а на рыльце пестика, предназна- ченного именно для улавливания пыльцы, это важная отличительная черта этой группы.

Особенности строения и значения цветка рассмотрены в главе ве- гетативные органы.

Покрытосеменные имеют высокоорганизованную систему с на- стоящими сосудами ксилемы. Кроме этого покрытосеменные имеют ситовидные трубки флоэмы с клетками спутницами, появление кото- рых повысило эффективность транспорта веществ к корневой системе.

Эволюционный успех цветковых растений частично был обуслов- лен параллельным их развитием с некоторыми животными. Адаптация цветка была, как правило, направлена на максимальное увеличение шансов для переноса пыльцы (окраска, запах, съедобная пыльца и нектар), осуществляющегося привлеченными насекомыми- опылителями.

Одним из факторов широкого распространения покрытосеменных и увеличения их разнообразия является биохимическая эволюция. В некоторых группах покрытосеменных выработалась способность об- разовывать вторичные метаболиты (алкалоиды, хиноны, эфирные мас- ла, кристаллы оксалата кальция и др.) - ядовитые вещества, защи- щающие их от растительноядных животных.

Классификация покрытосеменных

Отдел Покрытосеменные делят на два класса: Двудольные и Од- нодольные. Представители этих классов различаются прежде всего по строению семени и по некоторым другим органам и частям тела (табл. 15).

Таблица 15

Отличительные признаки одно- и двудольных растений

Однако среди одно- и двудольных встречаются растения, у кото- рых отдельные признаки не совпадают сприведенными в таблице. Так

увороньего глаза (класс Однодольные) жилкование листа перистое, а

уподорожника (класс Двудольные) - дуговидное и имеется мочкова- тая корневая система.

Класс Двудольные состоит из 418 семейств, 10 тыс. родов и свыше 190 видов среди которых травянистые древесные и кустарни- ковые формы.

Класс Однодольные включает 122 семейства, свыше 3 тыс. ро- дов и около 63 тыс. видов, что составляет лишь 1/4 видов цветковых растений.

Среди однодольных нет деревянистых растений, все они травяни- стые за исключением некоторых тропических видов пальм.

ВКрасную книгу Республики Беларусь занесено 180 видов выс- ших растений, в том числе 84 вида двудольных и 60 - однодольных.

Лекция 14

ЦАРСТВО ЖИВОТНЫЕ (Animalia)

Одноклеточные, или простейшие (Prothozoa)

Общая характеристика животных. Многообразие животных, их строение, особенности жизнедеятельности и поведения, развитие, их происхождение и эволюцию, распространение, значение в природе и жизни человека изучает зоология - наука о животных.

Животным свойственны особые черты организации, которые от- личают их от растений. Наиболее глубокое различие заключается в характере питания этих организмов: растения - автотрофы, а живот- ные - гетеротрофы. Подавляющее большинство животных - подвиж-

ны.

Клетки животных, в отличие от растений не имеют клеточной стенки, пластид, вакуолей. Запасной углевод - гликоген, а конечные продукты обмена - амиак, мочевина, мочевая кислота.

Известно около 1,5 млн. видов животных, населяющих все среды в биосфере.

Значение животных в природе огромно. Как потребители готово- го органического вещества, они являются важнейшими звеньями це-

пей и сетей питания. Животные являются опылителями растений, распространяют плоды и семена, участвуют в почвообразователь- ных процессах, в формировании ландшафтов.

Значительная роль животных в жизни человека связана с исполь- зованием их для получения продуктов питания, ценного промышлен- ного сырья для производства меховой одежды, лекарственных препа- ратов, в качестве транспортных средств и др.

Велика и отрицательная роль многих животных в жизни человека. Ряд видов животных являются возбудителями болезней человека. Многие приносят вред сельскохозяйственным культурам. Яд многих животных опасен для человека (змеи, пауки, осы и др.).

Согласно современной системе, царство Животные подразделяет- ся на два подцарства: Одноклеточные, или Простейшие и Многокле- точные.

4.8.1. Одноклеточные

Известно более 30 тыс. видов простейших и которых около 3,5 тыс. являются паразитами человека и животных. В основном это мик- роскопические животные, но встречаются достигающие нескольких миллиметров.

Общими чертами организации простейших являются следующие:

1.Их одноклеточное тело обладает функциями целостного орга-

низма.

2.Покровы простейших представлены либо только плазматиче- ской мембраной, либо еще и плотной и эластичной пелликулой. В ци- топлазме различают два слоя: более плотный поверхностный - экто- плазма и более жидкий и зернистый внутренний - эндоплазма.

3.Оргоноиды движения большинства видов - ложноножки,

жгутики или реснички.

4.Пища переваривается в пищеварительных вакуолях под дейст- вием ферментов лизосом.

5.У пресноводных одноклеточных имеются 1-2 сократительные вакуоли, поддерживающие постоянное осмотическое давление. У

морских простейших сократительные вакуоли отсутствуют.

6.Газообмен осуществляется поверхностью тела.

7.Раздражимость у простейших осуществляется в форме такси-

нов.

8.Все простейшие размножаются бесполым путем. Для всех ин- фузорий характерен половой процесс-коньюгация, при которой увели- чение тела особей не происходит. У малярийного плазмодиума и не- которых других наблюдается чередование поколений (бесполого и по- лового).

9.Большинство простейших обладает способностью образовы- вать цисты. Попав в благоприятные условия простейшие покидают оболочку цисты, начинают питаться и размножаться.

Тип Простейшие подразделяется на классы: Корненожки, Жгути- ковые, Инфузории и Споровики.

Класс Корненожки. Типичным представителем класса является амеба - обитатель пресных водоемов. Она имеет форму маленького цитоплазматического комочка, постоянно меняющегося свою форму

(рис. 73).

Питается амеба фагоцитозом, захватывая бактерий, одноклеточ- ные, водоросли и детритные частицы. Образовавшаяся фагосома сли- вается с лизозомой и образуется пищеварительная вакуоль. Остатки непереваренной пищи удаляются из тела амебы путем экзоцитоза.

В цитоплазме имеется сократительная вакуоль, которая с перио- дичностью 1-5 мин. меняет объем, удаляя содержимое наружу.

Газообмен осуществляется диффузно через плазматическую мем- брану.

Размножается амеба путем митотического деления клетки на- двое. Способны образовывать цисты.

Класс Жгутиковые. Представители этого класса характеризуют- ся наличием одного или более жгутиков. Тело их покрыто эластичной оболочкой - пелликулой. Размножаются бесполым путем (эвглена зе- леная) и с чередованием бесполого и полового поколения (многие другие). В классе имеются и автотрофы (фототрофы) и гетеротрофы.

Один из представителей класса - эвглена зеленая - обитатель пре- сных стоячих водоемов. Имеет смешанный (авто-и гетеротрофный) тип питания. При длительном пребывании эвглены в темноте хлоро- филл у нее разрушается и она начинает заглатывать пищу. Ориентация на свету осуществляется глазком (стигмой) (рис. 74). При размноже- нии деление эвглены происходит в продольном направлении.

Класс Инфузории - это наиболее сложно устроенные простей- шие. Движутся инфузории с помощью ресничек, имеют два ядра - большое и малое, выполняющими разные функции. Половой процесс -

коньюгация.

Инфузория- туфелька - обитатель мелких стоячих водоемов. Ее длина - 0,1-0,3 мм. Благодаря пелликуле тело ее постоянно сохраняет форму туфельки (рис. 75). Реснички, расположенные правильными продольными рядами совершают согласованные волнообразные коле- бания.

Питание сложное. Пищевые частицы с помощью ресничек пода- ют сначала в рот, а затем вглотку, где они фагоцитируются и прони- кают в цитоплазму. Образовавшаяся пищеварительная вакуоль дви- жется с цитоплазмой по кругу и за 1-1,5 ч пища переваривается, вса- сывается в цитоплазму, а оставшиеся частицы через отверстие в пели- куле – порошицу – выводятся наружу.

Сократительных вакуолей у унфузории-туфельки две: в передней и задней частях тела. Сокращаются они каждые 20-30 сек поперемен- но.

Размножение бесполое. Сначала делятся оба ядра: большое ами- тотически, а мелкое митотически, а затем происходит поперечное де- ление клетки. Коньюгация наступает периодически после ряда беспо- лых поколений, а через некоторое время инфузории приступают к ак- тивному бесполому размножению делением.

Класс Споровики. – исключительно паразитические простейшие, живущие в эпителиальных, кровяных и других клетках человека и хордовых, а также беспозвоночных животных.

Малярийный плазмодиум – возбудитель малярии. В его жизнен- ном цикле имеется смена хозяев. Половое размножение происходит в кишечнике самки малярийного комара (основной хозяин), а бесполое в эпителиальных клетках печени и эритроцитах человека (промежу- точный хозяин). Со слюной самки комара паразиты (спорозоиты) про- никают в кровь и попадают в клетки эпителия печени, где они раз- множаются многократными делениями (шизогония). Через 7-10 суток спорозоиты переходят снова в кровь, проникают в эритроциты, пита- ются гемоглобином и вновь размножаются шизогонией. Эритроциты разрушаются, а новые паразиты поражают другие эритроциты. Массо- вое разрушение эритроцитов сопровождается развитием тяжелого ма- локровия. Ядовитые продукты метаболизма паразитов попадая в плазму крови вызывают у человека лихорадку с повышением темпера- туры тела до 400С, головную боль, озноб.

После смены ряда поколений некоторые из паразитов в эритроци- тах не размножаются, а растут и превращаются в предшественников половых клеток. Однако их полное созревание происходит в кишечни- ке самки комара, которая сосала кровь больного малярией человека. После оплодотворения, подвижная зигота внедряется в эпителий же- лудка комара. Ядро зиготы делится один раз мейотически и много раз митотически. Образовавшиеся в большом количестве спорозоиты с гемолимфой подносятся к слюнным железам самки, проникают в них и после этого самка способна заразить человека малярией.

Многообразие и значение одноклеточных. Мир одноклеточных ор-

ганизмов разнообразен и многие из них по своей организации отлича- ются от уже рассмотренных. Так, многие виды корненожек- фараминифер, обитающие на дне океанов имеют тело, заключенное в известковую раковину. После отмирания фараминифер образуется из- вестняк, идущий на приготовление мела и используемый человеком как строительный материал. Есть среди корненожек и паразитические виды, например, дизентерийная амеба.

Некоторые жгутиковые, например вольвокс объединяют в своей колонии от 8 до 10 тыс. двужгутиковых особей.