Системы организмов и биота Земли

В настоящее время на Земле насчитывается более 2,2 млн видов организмов.Их систематика все более усложняется, хотя основной скелет остается почти неизменным со времени его создания выдающимся шведским ученым Карлом Линнеем в середине ХVII в.

До середины ХХ века органический мир обычно делили только на два царства – растений и животных. Хотя еще в девятнадцатом веке все одноклеточные или даже все низшие организмы (простейшие, водоросли, низшие грибы) считали возможным выделить в самостоятельное царство, а некоторые микологи предлагали выделить в отдельное царство грибы. Только с развитием электронной микроскопии и молекулярной биологии в середине двадцатого века началась фундаментальная перестройка всей системы высших таксонов.

В наше время органический мир поразделяют на две империи – доклеточных (вирусы и фаги) и клеточных (все остальные организмы). Империя доклеточных состоит из одного царства – вирусов (фаги тоже вирусы – паразиты). Империя клеточных состоит из двух надцарств, четырех царств и семи подцарств (табл. 2). Все это многообразие организмов изучает систематика. Современная систематика стремится к созданию эволюционной, или филогенетической, системы организмов, разрабатываемой на всех таксономических уровнях, от видового и подвидового до высших таксонов – классов, отделов (типов) и царств.

Принципиально важным было установление факта резкого отличия бактерий, цианобактерий (сине-зеленых водорослей) и недавно открытых архебактерий от всех остальных живых существ. Эти организмы называются прокариотами, или доядерными. У них нет истинного ядра, а генетический материал в виде кольцевой цепи лежит свободно в так называемой нуклеоплазме и не образует настоящих хромосом. Они отличаются также отсутствием митотического веретена (деление немитотическое), микротрубочек и других существ, особенностями в строении жгутиков.

Все остальные организмы (одно – и многоклеточные) имеют настоящее ядро, окруженное мембраной. Генетический материал ядра заключен в хромосомах, содержащих ДНК, РНК и белки. Обычно имеются различные формы митоза, а также упорядоченно расположенные микротрубочки, митохондрии и пластиды. Такие организмы называются эукариотами (эвкариотами), или ядерными.

Прокариоты и эукариоты образуют два разных надцарства органического мира. Надцарство прокариотов представлено царством так называемых дробянок, состоящим из двух подцарств – бактерий (включая цианобактерий) и архебактерий.

Надцарство эукариотов отличается большим разнообразием. Оно состоит из трех царств – животных, грибов и растений. Царство животных включает в себя подцарства простейших и многоклеточных животных. Объем подцарства простейших вызывает большие разногласия, и многие зоологи включают в него также часть ядросодержащих водорослей и низшие грибы.

Таблица 2

Высшие таксоны систематики империи клеточных организмов

Однако такое деление живых организмов на четыре царства еще не легло в основу справочной и учебной литературы, поэтому при дальнейшем изложении материала мы придерживаемся традиционных классификаций, по которым бактерии, сине-зеленые водоросли и грибы являются отделами низших растений.

Всю совокупность растительных организмов данной территории планеты любой детальности (региона, района и т.д.) называют флорой, а совокупность животных организмов - фауной.

Флора и фауна данной территории в совокупности составляют биоту. Но эти термины имеют и гораздо более широкое применение. Например, говорят: флора цветковых растений, флора микроорганизмов (микрофлора), микрофлора почв и т.п. Аналогично используется термин «фауна»: фауна млекопитающих, фауна птиц (орнитофауна), микрофауна и т.п. Термин «биота» используют, когда хотят оценить взаимодействие всех живых организмов и среды или, скажем, влияние почвенной биоты на процессы почвообразования.

Прокариоты являются древнейшими организмами в истории Земли, следы их жизнедеятельности выявлены в отложениях протерозоя, образовавшихся около миллиарда лет назад. В настоящее время их известно около 5000 видов.

Самыми распространенными среди дробянок являются бактерии, и в настоящее время это самые распространенные в биосфере организмы. Их размеры составляют от десятых долей до двух-трех микрометров.

Некоторые из бактерий являются автотрофами, например серобактерии, образующие органическое вещество за счет хемосинтеза на основе серы. Большинство же бактерий – гетеротрофы, среди которых преобладают сапротрофы, редуценты. Но есть паразитирующие формы на других организмах, вызывающие болезни у животных, растений, человека.

Бактерии распространены повсеместно, но больше всего их в почвах – сотни миллионов на один грамм почвы, а в черноземах – более двух миллиардов. Микрофлора почв весьма разнообразна. Здесь бактерии выполняют различные функции и подразделяются на следующие физиологические группы: бактерии гниения, нитрофиксирующие, азотофиксирующие, серобактерии и др. Среди них есть аэробные и анаэробные формы.

В результате эрозии почв бактерии попадают в водоемы. В прибрежной части их до 300 тысяч в одном миллилитре, с удалением от берега и с глубиной их количество снижается до 100…200 особей на один миллилитр.

В воздухе бактерий значительно меньше.

Широко распространены бактерии в литосфере ниже почвенного горизонта. Под почвенным слоем их всего на порядок меньше, чем в почве. Бактерии распространяются на сотни метров в глубину земной коры и встречаются даже на глубине двух и более тысяч метров.

Сине-зеленые водоросли сходны по строению с бактериальными клетками и являются фотосинтезирующими автотрофами. Обитают преимущественно в поверхностном слое пресноводных водоемов, хотя есть и в морях. Продуктом их метаболизма являются азотистые соединения, способствующие развитию других планктонных водорослей, что при определенных условиях может привести к «цветению» и загрязнению воды, в том числе и в водопроводных системах.

Эукариоты – это все остальные организмы Земли. Самые распространенные среди них – растения, которых около 300 тысяч видов.

Растения – это практически единственные организмы, которые создают органическое вещество за счет физических (неживых) ресурсов – солнечной инсоляции и химических элементов, извлекаемых из почв (комплекс биогенных элементов). Все остальные питаются уже готовой органической пищей. Поэтому растения как бы создают, продуцируют пищу для остального животного мира, т.е. являются продуцентами.

Одноклеточные и многоклеточные формы растений имеют, как правило, автотрофное питание за счет процессов фотосинтеза.

Водоросли –первые на Земле фотосинтезирующие организмы, которым мы обязаны появлением кислорода в атмосфере. Они представляют собой большую группу растений, живущих в воде, где они могут либо свободно плавать, либо прикрепляться к субстрату, кроме того, они способны усваивать азот, серу, фосфор, калий и другие компоненты непосредственно из воды, а не из почвы.

Остальные, более организованные растения – обитатели суши, получающие питательные элементы из почвы посредством корневой системы, которые транспортируются через стебель в листья, где берут начало процессы фотосинтеза. Лишайники, мхи, папоротникообразные и цветковые растения являются одним из важнейших элементов географического ландшафта, доминируют здесь цветковые, которых более 250 тысяч видов. Растительность суши – главный генератор кислорода в атмосферу, и ее бездумное уничтожение не только оставит животных и человека без пищи, но и без кислорода.

Грибы – низшие организмы, не содержат хлорофилла, их размеры от микроскопических до крупных, типа дождевиков, насчитывается более 100 тысяч видов. Тело гриба состоит из нитчатых образований, формирующих грибницу или мицелий. Все грибы – гетеротрофные организмы, среди которых имеются и сапрофиты, и паразиты. Около трех етвертей всех грибов – сап-

рофиты, питающиеся гниющими растениями, некоторые грибы паразитируют на растениях и единичные – на животных. Большую пользу растениям приносят грибы симбиотиты, органически связанные с растениями: они помогают усваивать труднодоступные вещества гумуса, помогают своими ферментами в обмене веществ, связывают свободный азот и т.д.

Низшие почвенные грибы играют основную роль в процессах почвообразования.

Животные представлены большим разнообразием форм и размеров, их более 1,7 мил видов. Все царство животных – это гетеротрофные организмы, консументы.

Наибольшее количество видов и наибольшая численность особей у членистоногих. Насекомых, например, столько, что на каждого человека их приходится более 200 миллионов особей. На втором месте по количеству видов стоит класс моллюсков, но их численность значительно меньше, чем насекомых. На третьем месте по числу видов выступают позвоночные, среди которых млекопитающие занимают примерно десятую часть, а половина всех видов приходится на рыб.

Значит, большая часть видов позвоночных формировалась в водных условиях, а насекомые – это сугубо животные суши.

Насекомые развивались на суше в тесной связи с цветковыми растениями, являясь их опылителями. Эти растения появились позже других видов, но более половины видов всех растений приходится на них. Видообразование в этих двух классах организмов находилось и находится сейчас в тесной взаимосвязи.

Если сравнить количество видов сухопутных организмов и водных, то это соотношение будет примерно одинаково и для растений, и для животных: количество видов на суше – 92…93%, в воде – 7…8%, значит, выход организмов на сушу дал мощный толчок эволюционному процессу в направлении увеличения видового разнообразия, что ведет к повышению устойчивости природных сообществ организмов и экосистем в целом.