§ 2. Развитие организма

как живой целостной системы

Организм — любое живое существо. Он отличается от

неживой природы определенной совокупностью свойств,

присущих только живой материи: клеточная организация; обмен

веществ при ведущей роли белков и нуклеиновых кислот,

обеспечивающий гомеостаз организма — самовозобновление и

поддержание постоянства его внутренней среды. Живым

организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие,

32

размножение и наследственность, а также приспособляемость

к условиям существования — адаптация.

Взаимодействуя с абиотической средой, организм

выступает как целостная система, включающая в себя все более

низкие уровни биологической организации (левая часть

«спектра», см. рис. 1.1). Все эти части организма (гены, клетки,

клеточные ткани, целые органы и их системы) являются

компонентами и системами доорганизменного уровня.

Изменение одних частей и функций организма неизбежно влечет за

собой изменение других его частей и функций. Так, в

изменяющихся условиях существования, в результате

естественного отбора те или иные органы получают приоритетное

развитие. Например, мощная корневая система у растений

засушливой зоны (ковыль) или «слепота» в результате

редукции глаз у ночных животных, а также у животных

существующих в темноте (крот).

Живые организмы обладают обменом веществ, или

метаболизмом, при этом происходит множество химических

реакций. Примером таких реакций могут служить дыхание,

которое еще Лавуазье и Лаплас считали разновидностью

горения, или фотосинтез, посредством которого зеленые

растения связывают солнечную энергию, а результаты

дальнейших процессов метаболизма используются всем растением,

и др.

Как известно, в процессе фотосинтеза кроме солнечной

энергии используются диоксид углерода и вода. Суммарно

химическое уравнение фотосинтеза выглядит так:

солнечная энергия

бсо2 + imp1 l l l l l l с6н|2о6+бо2+ бн2о,

где С6Н1206 — богатая энергией молекула глюкозы.

Практически весь диоксид углерода (С02) поступает из

атмосферы и днем ее движение направлено вниз, к растениям,

где осуществляется фотосинтез и выделяется кислород.

Дыхание — процесс обратный, и движение С02 ночью направлено

вверх и идет поглощение кислорода.

33

Некоторые микроорганизмы, бактерии способны создавать

органические соединения и за счет других компонентов,

например за счет соединений серы. Такие процессы называются

хемосинтезом.

Обмен веществ в организме происходит только при

участии особых макромолекулярных белковых веществ

—ферментов, выполняющих роль катализаторов. Каждая

биохимическая реакция в процессе жизни организма контролируется

особым ферментом, который в свою очередь контролируется

единичным геном. Изменение гена, называемое мутацией,

приводит к изменению биохимической реакции вследствие

изменения фермента, а в случае нехватки последнего, и к выпадению

соответствующей ступени метаболической реакции.

Однако не только ферменты регулируют процессы

метаболизма. Им помогают коферменты. Это крупные молекулы,

частью которых являются витамины — вещества, необходимые

для обмена веществ всех организмов — бактерий, зеленых

растений, животных и человека. Отсутствие витаминов ведет к

болезням: нарушается обмен веществ.

Наконец, для ряда метаболических процессов

необходимы особые химические вещества, называемые гормонамщ

которые вырабатываются в различных местах (органах)

организма и доставляются в другие места кровью или

посредством диффузии. Гормоны осуществляют в любом

организме общую химическую координацию метаболизма и

помогают в этом деле, например нервной системе животных и

человека.

На молекулярно-генетическом уровне особенно

чувствительно воздействие загрязняющих веществ, ионизирующей и

ультрафиолетовой радиации. Они вызывают нарушение

генетических систем, структуры клеток и подавляют действие

ферментных систем. Все это приводит к болезням человека,

животных и растений, угнетению и даже уничтожению видов

организмов.

Метаболические процессы протекают с различной

интенсивностью на протяжении всей жизни организма, всего пути

его индивидуального развития. Этот его путь от зарождения и

до конца жизни называется онтогенезом. Онтогенез представ-

34

2-2

ляет собой совокупность последовательных морфологических,

физиологических и биохимических преобразований,

претерпеваемых организмом за весь период жизни.

Онтогенез включает рост организма, т. е. увеличение

массы и размеров тела, и дифференциацию, т. е. возникновение

различий между однородными клетками и тканями,

приводящее их к специализации по выполнению различных функций

в организме. У организмов с половым размножением

онтогенез начинается с оплодотворенной клетки (зиготы). При

бесполом размножении — с образованием нового организма

путем деления материнского тела или специализированной

клетки, путем почкования, а также от корневища, клубня,

луковицы и т. п.

Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий

развития. Для организмов, размножающихся половым путем,

различают зародышевую (эмбриональную) стадию, послезароды-

шевую (постэмбриональную) и период развития взрослого

организма. Зародышевый период заканчивается выходом

зародыша из яйцовых оболочек, а у живородящих — рождением.

Важное экологическое значение для животных имеет

первоначальный этап послезародышевого развития — протекающий

по типу прямого развития или по типу метаморфоза. В

первом случае идет постепенное развитие во взрослую форму

(цыпленок — курица, и т. д.), во втором — развитие происходит

вначале в виде личинки, которая существует и питается

самостоятельно, прежде чем превратится во взрослую особь

(головастик — лягушка). У ряда насекомых личиночная стадия

позволяет пережить неблагоприятное время года (низкие

температуры, засуху и т. д.)

В онтогенезе растений различают рост, развитие

(формируется взрослый организм) и старение (ослабление биосинтеза

всех физиологических функций и смерть). Основной

особенностью онтогенеза высших растений и большинства водорослей

является чередование бесполого (спорофит) и полового (гема-

тофит) поколений.

Процессы и явления, проходящие на онтогенетическом

уровне» т. е. на уровне индивида (особи), — это необходимое и

весьма существенное звено функционирования всего живого. Про-

35

2*

цессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии

действием химического, светового и теплового загрязнения среды

и привести к появлению уродов или даже к гибели индивидов

на послеродовой стадии онтогенеза.

Современный онтогенез организмов сложился в течение

длительной эволюции, в результате их исторического

развития — филогенеза. Не случайно в 1866 г. этот термин ввел

Э. Геккель: для целей экологии необходима реконструкция

эволюционных преобразований животных, растений и

микроорганизмов. Этим занимается наука филогенетика, которая

базируется на данных трех наук — морфологии, эмбриологии и

палеонтологии.

Взаимосвязь между развитием живого в историко-эволю-

ционном плане и индивидуальным развитием организма

сформулирована Э. Геккелем в виде биогенетического закона:

онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение

филогенеза данного вида. Иными словами, вначале в утробе

матери (у млекопитающих и др.), а затем, появившись на свет,

индивид в своем развитии повторяет в сокращенном виде

историческое развитие своего вида.