Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Одно из главных различий между растениями и животными заключено в строении их клеток. Оболочки большинства растительных клеток содержат целлюлозу (клетчатку), что придает им твердость и постоянную форму. А оболочки животных клеток - тонкие и эластичные мембраны, способные изменять свою форму. Кроме того, растительные клетки содержат вакуоли с клеточным соком, что несвойственно животным клеткам. Различна и продолжительность роста у растений и животных. Обычно растение растет всю свою жизнь. Животные (за исключением некоторых ракообразных, рыб, черепах, крокодилов) растут лишь некоторое время, достигая определенных размеров. Большинство растений постоянно прикреплены к месту обитания, а животные подвижны. Стебли комнатных растений изгибаются к свету, а листья тянутся к нему своей поверхностью. Заметили ли вы, что корзинка подсолнуха с восходом солнца обращена на восток, а к заходу оказывается обращенной на запад? Также же удивительны движения листьев стыдливой мимозы: при самом незначительном прикосновении они как бы вянут, свертываясь и поникая. Раздражимость, хотя и в различной степени, свойственна всем живым существам (и животным, и растениям). Раздражимость - первичное свойство живой цитоплазмы. Наиболее существенное различие между животными и растениями заключено в способе их питания. Зеленые растения усваивают неорганические вещества, из которых с помощью хлорофилла и солнечной энергии образуются органические вещества. Животные питаются готовыми органическими веществами. В основном животные поедают растения или других животных. Ни одно животное не может жить за счет только лишь неорганических веществ и создавать из них в своем теле сложные органические вещества - белки, жиры, углеводы.
Казалось бы, очень простой вопрос. Однако правильно ответить на него не так легко. Всякий скажет без колебаний, что кошка, змея, лягушка, ворона — это животные, а пшеница, дуб, ель — растения. Различить их несложно: животные передвигаются, чувствуют и отвечают на раздражения, а пшеница, дуб, ель неподвижны и на раздражения, по-видимому, не отвечают. Но сравните губку бодягу, наросты которой часто покрывают стебли подводных растений, с грибом трутовиком, растущим на стволе березы. Различия между ними не так ясны, хотя губка — животное, а гриб трутовик — растение. И губка и трутовик неподвижны и заметно не реагируют на раздражения.
Вооружимся микроскопом. Среди многих движущихся в воде мелких организмов мы найдем и подобные тем, которые изображены на рисунке. Оба организма на рисунке одноклеточные. И у того и у другого есть жгутики, с помощью которых они быстро передвигаются в воде. Различия между ними в том, что у одного из них внутри цитоплазмы находится зеленый хроматофор с хлорофиллом, а у другого его нет. Вы, конечно, будете правы, приняв за растение зеленое жгутиковое: зеленый пигмент — хлорофилл — характерен для растений. Но ведь немало растений, у которых нет хлорофилла. Таковы, например, грибы.
Многие животные, и не только низшие, ведут неподвижный образ жизни. К ним относятся губки, коралловые полипы, некоторые морские лилии и даже некоторые моллюски, например устрицы, которые прикрепляются к подводным камням. В то же время некоторые низшие растения подвижны, например жгутиковые — обычные обитатели водоемов. Однако в основном значительная подвижность характерна для подавляющего большинства животных. Верно также, что многие растения всю жизнь связаны с почвой, на которой они растут. Но это не значит, что растения полностью лишены способности к движениям (см. ст. «Движения растений»).
То же можно сказать о раздражимости. Животные обладают раздражимостью, и их способность отвечать на раздражение тем больше, чем выше их организация. Но раздражимость, правда в более слабой степени, свойственна и растениям. Комнатные растения надо время от времени поворачивать, так как их стебли наклоняются к свету, а листья обращаются к нему своей поверхностью. У маленького болотного растения росянки (см. ст. «Насекомоядные растения») небольшие ложкообразные листья покрыты железистыми волосками. Стоит мухе или другому мелкому насекомому сесть на листок росянки, как волоски наклонятся к добыче и прилипнут концами к телу пойманного насекомого. Раздражимость — первичное свойство цитоплазмы клеток. Поэтому она в различной степени свойственна всем живым существам.
Чем же все-таки растения и животные существенно отличаются друг от друга? Наиболее существенное различие между животными и растениями в способе питания. Зеленые растения получают из внешней среды одни лишь неорганические вещества: воду, минеральные соли из почвы и углекислый газ из воздуха. Из этих неорганических веществ в клетках зеленого растения создаются органические вещества. Такой способ питания называют растительным или автотрофным.
Ни одно животное не может жить за счет неорганических веществ и создавать из них в своем теле органические вещества. В отличие от растений животным необходимы для питания сложные органические вещества: белки, жиры и углеводы, которые они получают, поедая растения или других животных. Такой тип питания называется животным или гетеротрофным.
Различия в способах питания есть уже у одноклеточных растений и животных, существенно не различающихся степенью развития раздражимости и подвижности. Среди растений теряют способность синтезировать органические вещества лишь паразиты и те, которые питаются продуктами разложения (гниения) мертвых животных и растений, например грибы. Такой способ питания называется сапрофитным.
Характер питания животных, необходимость разыскивать пищу определили развитие у них подвижности. Среди растений, наоборот, подвижны лишь наиболее древние из них — одноклеточные и колониальные жгутиковые. Их в одинаковой мере можно считать и растениями и животными, так как у них встречается и растительный и животный тип питания.
Одноклеточные животные перемещаются при помощи ложноножек, жгутиков и ресничек. Неподвижны только паразиты, да и то не все. С развитием многоклеточности и увеличением размеров тела животного передвижение при помощи жгутиков и ресничек становится неэффективным. Наиболее древние многоклеточные животные неподвижны, так как старые способы передвижения мало пригодны, а новые еще не развились. В таком положении оказались все губки и многие кишечнополостные. Только 5% кишечнополостных способны к передвижению — медузы, сифонофоры и гребневики. Гребневики плавают при помощи ресничного эпителия, но их движения очень медленны. Другие кишечнополостные имеют «реактивный двигатель». Например, у медуз сжимающийся колокол выталкивает из-под себя воду, и животное получает толчок вперед. Для такого движения не требуется сильной мускулатуры, и у медуз она составляет 1—2% объема тела. У червей и хордовых развилась сильная мускулатура. Они стали передвигаться, изгибая все тело. Самые высокоорганизованные представители животного мира — членистоногие и наземные позвоночные — двигаются при помощи специальных органов — конечностей. Конечности очень разнообразны по своему строению и могут выполнять разные формы движения. В связи с активным движением у животных постепенно развивались нервная система и органы чувств. Совершенствовалась их способность чувствовать и отвечать на раздражения.
Животные отличаются от растений развитием приспособлений для схватывания пищи. У амебы для этого служат ложноножки. У инфузорий околоротовые реснички создают непрерывный ток воды со взвешенными в ней частицами в направлении к ротовому отверстию. Гидры, медузы, осьминоги захватывают пищу щупальцами, позвоночные животные — челюстями, вооруженными зубами, или клювом, лапами, у некоторых животных лапы имеют острые когти и т. п.
Сложные органические вещества не могут непосредственно усваиваться животными. Их организм должен был приспособиться переваривать эти вещества. У одноклеточных пища переваривается при помощи ферментов внутри клетки. У губок это происходит внутри клеток энтодермы. У кишечнополостных переваривание идет и в клетках энтодермы, и в полости тела, куда выделяются пищеварительные ферменты. У червей впервые появляется пищеварительная система, которая в процессе дальнейшего развития животных все более усложняется. Исключение представляют некоторые паразиты (см. ст. «Паразиты животных и человека»), живущие в кишечнике других животных и питающиеся переваренной пищей. У них собственный кишечник не развивается.
У плоских червей пищеварительная система ветвится, и благодаря этому питательные вещества разносятся по всему телу. У кольчатых червей эту функцию берет на себя кровеносная система. Кроме того, она разносит от органов дыхания по всему телу кислород и доставляет к ним углекислый газ, который затем выделяется наружу.
Появление специальных органов дыхания — жабр у водных обитателей, трахей и легких у наземных — по сравнению с растениями во много раз увеличивает поверхность, участвующую в газообмене между организмом и окружающей средой. Животное получает благодаря этому больше кислорода, в его теле активнее идет окисление различных веществ, входящих в состав цитоплазмы, и в результате высвобождается большое количество энергии, необходимой для движения и других процессов жизнедеятельности.
У животных есть органы выделения: у позвоночных — почки, у простейших — сократительная вакуоля. Органы выделения удаляют из организма мочевину, мочевую кислоту и аммиак — продукты распада разных веществ, в том числе и белка, У растений сходных отходов образуется немного. Это объясняется типом их питания и отсутствием мышечной активности. Из растительных организмов аммиак не выводится. Путем химических превращений он переходит в безвредные для растения вещества — аспарагин и глутамин. Это кладовые азота, который может быть использован растением вновь при биосинтезе азотсодержащих соединений. Некоторые продукты жизнедеятельности накапливаются у растений в листьях и удаляются при листопаде.
Таким образом, отличия животных от растений по типу питания определяют и все другие их особенности: способность к передвижению, развитие пищеварительной, дыхательной, кровеносной и выделительной систем, нервной системы и органов чувств, различных способов захвата пищи.
Низшие животные и растения меньше отличаются друг от друга, чем высокоорганизованные. Это свидетельствует о единстве происхождения всего живого. Кроме растений и животных в органическом мире выделяют еще особую группу бесклеточных существ, которую составляют вирусы. Они устроены проще, чем клетки. Вирус состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), покрытой снаружи белковой оболочкой.
Вопрос о сходстве и различиях животных и растении для непосвященного в тайны живой природы может показаться несколько наивным. Ведь со времен Аристотеля, а на самом деле, вероятно, еще задолго до него человечество разделило мир живых существ на два царства — животных и растений. Разве можно спутать собаку и сосну, белку и одуванчик? Они совершенно не похожи друг на друга.
Но тем не менее между животными и растениями существует много общего, и зачастую провести резкую границу между ними бывает очень трудно. Например, простейший одноклеточный организм эвглена зеленая является и животным, и растением. Она передвигается при помощи жгутика как животное и в то же время может осуществлять фотосинтез как растение, так как у эвглены имеются специальные органеллы — хроматофоры, содержащие хлорофилл.
Мы привыкли отличать животных от растений по внешнему виду. Действительно, большинство растений не похожи на животных. Но если внимательно присмотреться, то можно найти немало примеров большого сходства многих животных с растениями. Так, некоторые кишечнополостные и другие животные, обитающие в морях, по внешнему виду очень похожи на растения. Ярко раскрашенные неподвижные актинии напоминают цветы. Морские лилии, морские гидроидные полипы, коралловые полипы, губки, некоторые черви на морском дне образуют густые «заросли», сказочные по своей расцветке и формам «леса». Для того чтобы убедиться, что эти заросли не растения, а животные, необходимо тщательно изучить строение и образ жизни этих организмов. Отличить по внешнему виду таких животных от растений иногда бывает очень трудно, особенно для наблюдателя, не знакомого с зоологией и ботаникой. Таким образом, многие животные и растения по внешнему виду почти неотличимы друг от друга.
Все животные и все растения состоят из клеток — особых структурных и функциональных единиц.
Клеточное строение объединяет растения и животных. Но строение животных и растительных клеток неодинаково. Клетки растений имеют твердую оболочку, состоящую из клетчатки (целлюлозы), тогда как клетки животных лишены оболочки и могут легко изменять свою форму. В этом состоит первое отличие животных от растений, но... оно не абсолютно. Есть растения с клетками без целлюлозных оболочек, а с другой стороны, у оболочников (группа водных животных) клетки имеют целлюлозные стенки. Следовательно, по строению клеток, из которых сотканы тела животных и растений, резкой границы между теми и другими провести не удается, точно так же, как по внешнему виду.
Движение. Вот, очевидно, признак, отличающий животных от растений. Животные подвижны, растения неподвижны. Но так ли это? Упомянутые уже выше морские животные, образующие на дне моря своеобразные леса, неподвижны. Такие животные, как морские уточки и морские желуди (ракообразные), долгое время принимались за растения. Они ведут прикрепленный образ жизни, как большинство растений. В реках и озерах часто встречаются зеленоватые или бурые бесформенные наросты на камнях, затонувших корягах и других подводных предметах. Это пресноводные губки бадяги, которые совершенно не похожи на животных. Они неподвижны. С другой стороны, можно привести массу примеров о подвижности растений. Так, подсолнечник все время поворачивает свои цветки в сторону солнца, он всегда «смотрит на солнце». Многие цветки с восходом солнца раскрываются, а при наступлении сумерек закрываются и наоборот. Это портулак, звездчатка, ослинник, ночная фиалка и многие другие растения. А цветок альпийской горечавки закрывает свой венчик всякий раз, как только солнце закрывается облаком! На основе свойства цветков многих растений закрываться и раскрываться в определенное время суток Линней создал свои знаменитые «цветочные часы», которые сейчас в разных вариантах воспроизводятся в садах, парках и цветниках.
А движение вьющихся растений! Немецкий ученый Франсэ так описывает виноградную лозу: «Наподобие полипа с тысячью хватательных щупалец отходит от нее усик за усиком, ощупывая воздух, и если, следя внимательно, уделить на это время до полудня, то можно заметить, как они действительно ищут и ощупывают, причем их верхушки медленно описывают круги длительностью в 67 минут каждый. При этом усик медленно приподнимается кверху; за ним следуют другие и. таким образом, в теплые летние дни... стоят распростертыми перед укромной виноградной беседкой сотни щупалец, дрожащих, трепещущих, словно алчущих схватить, но только не жертву, а новую опору для всего тяжеловесного растения. Но вот опора найдена, и тогда-то наступает в усиках настоящая жизнь. Тогда кончик его, уже сам по себе большею частью согнутый, тотчас же... кольцеобразно обхватывает посторонний предмет и в продолжении часа обвивается вокруг него до такой степени крепко, что его с трудом можно бывает снять. Так-то взбирается виноград, так-то взбираются и другие вьющиеся растения на деревья и стены: медленно, но надежно и прочно».
Движения щупалец актиний, усиков усоногих раков, ресничек ряда животных и описанные движения растений очень близки друг к другу. Значит, и в этом признаке существенного различия между животными и растениями не заметно.
Чувствительность, реакция на раздражение движением. Может быть, в этом растения и животные принципиально и резко отличаются друг от друга? Животные убегают, прячутся, сжимаются в комок при опасности, при раздражении. А растения? Сколько бы мы ни раздражали дерево, оно на эти раздражения не реагирует. Но есть такие растения, как мимоза стыдливая, у которой при прикосновении к одному из листочков, все остальные листья на ветке смыкаются и повисают, как завядшие. В меньшей степени, но примерно так же реагирует на удар прутом распространенная в наших лесах кислица.
Многие животные обладают изумительной чувствительностью. Например, глаза таракана воспринимают инфракрасную часть спектра и ощущают колебания температуры в 0,01 градуса. Термолокаторы гремучих змей и сибирских щитомордиков реагируют на изменения температуры в 0,001 градуса. Некоторые кузнечики воспринимают вибрации, амплитуды колебаний которых не превышают 0,5 диаметра атома водорода. Самцы некоторых бабочек-шелкопрядов при помощи обоняния отыскивают самок в радиусе до 10 километров. Рыбы, в частности караси, ощущают растворенное в воде вещество в концентрации 10-14 граммов на кубический сантиметр.
Некоторые растения по остроте своих «ощущений» конкурируют с животными. Так, многие виды бактерий чрезвычайно чувствительны к радиоактивному излучению, а такие хвойные деревья, как ели, «ощущают» в воздухе буквально следы сероводорода, почему плохо растут вблизи крупных промышленных центров.
Исключительно высокую степень чувствительности обнаруживают щетинки насекомоядного растения росянки. Они реагируют движением на кусочек волоса длиной в 0,203 миллиметра, который весит 0,000822 миллиграмма. Кроме того, росянка исключительно чутко реагирует на химические воздействия. Если на листок росянки поместить каплю раствора фосфорнокислого аммония в концентрации 1 часть соли на 2 187 500 частей воды, то щетинки ее приходят в энергичное движение. А такой
раствор означает, что в его капле содержится 0,00081 миллиграмма вещества. При распределении между щетинками на каждую из них попадает 0,000003 миллиграмма соли. При воздействии на росинку дистиллированной водой щетинки ее листьев не изгибаются. Значит, механическое действие жидкости здесь исключено.
Следовательно, и в остроте чувствительности существенных, резких различий между животными и растениями мы не находим.
Рост у растений практически не ограничен. Они растут всю жизнь. Животные растут только до определенных размеров. Но и здесь у некоторых представителей растительного и животного мира есть сходство. Многие колониальные животные растут всю жизнь. Колонии губок увеличиваются в размерах до смерти. Колонии коралловых полипов беспрерывно нарастают на скелетах своих отмерших собратьев, в конце концов образуя огромные рифы и целые коралловые острова.
Дыхание также присуще и растениям, и животным. Растения дышат, подобно животным, причем даже по интенсивности дыхания в стадии прорастающих семян некоторые растения не уступают животным, а иногда и превосходят последних.
Какой бы признак, какую бы сторону жизнедеятельности растений и животных ни взять, всегда можно найти много общего, сходного, а подчас и совершенно одинакового между этими группами живых организмов, населяющих Землю.
Но все-таки животные и растения разделяются на два царства живых существ. Значит, между ними должно быть какое-то коренное различие. И вот таким наиболее существенным признаком, отличающим животных от растений, является способ питания. Животные питаются другими организмами, т. е. употребляют в пищу органические вещества, содержащиеся в растениях или в других животных. Растения, обладая зеленым пигментом хлорофиллом, способны осуществлять фотосинтез, т. е. синтезировать органические вещества из неорганических, используя для этого световую энергию Солнца. Правда, среди растений имеются и такие, как грибы и бактерии, лишенные хлорофилла и не способные осуществлять фотосинтез. Эти бесхлорофильные растения по способу питания приближаются к животным.
Кроме того, известны и настоящие зеленые растения, питающиеся как и животные, другими организмами. На торфяных сфагновых болотах, например, встречаются растения-хищники. Это уже упоминавшиеся росянки. Если на листок росянки сядет мелкое насекомое, то оно сразу же приклеивается жидкостью, выделяемой в виде капелек росы (отсюда и название растения) многочисленными волосками, покрывающими листья, а сам листок начинает складываться. Вскоре насекомое плотно спеленуто листом, а к телу его как бы присасываются многочисленные волоски. Когда листок расправляется, на нем остается лишь хитиновый скелет. Росянка съела насекомое. Оказывается, капельки росы на волосках по своему составу подобны пищеварительному соку животных. Таким образом, по способу питания росянка очень напоминает животных.
Таких насекомоядных растений, как росянка, в современной флоре насчитывается до 500 видов. Это росолистник, венерина мухоловка, альдрованда, непентес, дарлингтония, пузырчатка и многие другие. Жидкость, выделяемая этими растениями, содержит пепсинообразные ферменты и органические кислоты, очень близкие по составу к пищеварительному соку животных. В результате напрашивается вывод о том, что нет ни одного признака, или критерия, для строгого и абсолютного разграничения животных и растений.
Однако в основу разделения живых организмов на два мира — растений и животных — должен быть положен способ питания. Несмотря на ряд исключений, именно по способу питания зеленые растения и животные резко отличаются друг от друга.
Как уже говорилось, первичная продукция, т. е. первичные органические вещества, на современной Земле создаются зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Именно по этому признаку зеленые растения принципиально отличаются от животных, как и от других организмов- потребителей. У .у
Кроме зеленых растений, к фотосинтезирующим организмам относятся еще пурпурные бактерии, использующие для синтеза белковых молекул солнечную энергию. Существуют еще хемосинтезирующие организмы, которые получают энергию при окислении определенных минеральных соединений. Эта энергия и используется для синтеза органического вещества. К таким организмам относятся нитрифицирующие бактерии, упомянутые при рассмотрении вопроса о круговороте веществ в биосфере. Но так как, по современным представлениям, хемосинтез занимает весьма незначительное место по сравнению с фотосинтезом, а удельный вес фотосинтезирующей деятельности пурпурных бактерий также весьма низок, мы можем условно пренебречь этими явлениями при дальнейшем обсуждении вопроса.
Зеленые растения по способу питания — автотрофы, или самопитающиеся. Они синтезируют питательные вещества из неорганических и именно поэтому являются созидателями первичной продукции, за счет которой существуют на Земле все остальные живые существа. «Когда-то где-то на землю упал луч солнца,— писал К. А. Тимирязев,— но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу...
Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу... Мы можем выразить это короче, тремя словами. Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она — не что иное, как консерв солнечных лучей». И далее: «...хлорофилловое зерно —тот фокус, та точка в мировом пространстве, где солнечный луч, превращаясь в химическую энергию, становится источником всей жизни на земле. Это, как я ее назвал, космическая функция зеленого растения».
Эта космическая функция и есть принципиальное отличие растений от животных. Причем фотосинтезирующая деятельность зеленых растений поистине грандиозна. Общая поверхность всех зеленых растений на Земле, т. е. фотосинтезирующая площадь, в 150 раз больше поверхности земного шара. Определить продуктивность фотосинтеза на Земле очень трудно. По грубым, в высшей степени приближенным оценкам биомасса всех лесов планеты (запас древесины) составляет 300 миллиардов тонн сухого вещества; биомасса почвенных животных — 0,5 миллиарда тонн; всех растений Мирового океана —0,3 миллиарда тонн, а животных— 6 миллиардов тонн.
За счет органического вещества, выработанного растениями, живут все другие организмы на Земле. Эти организмы, к которым принадлежат животные, называются гетеротрофами, а их способ питания — гетеротрофным. Именно в этом и заключается принципиальная разница между растениями и животными. Растения созидают, животные потребляют; растения служат накопителями, животные — расточителями органического вещества. Б. М. Завадовский писал: «Это замечательный закон жизни, и над ним стоит задуматься. Животное и растительное царства здесь впервые для нас приобретают ясный раздельный смысл и свое взаимосвязанное и взаимозависимое единство. Здесь уже различие сводится не к простому отличию в способах питания, а дело в противоположном значении тех и других в общей жизни природы. Животные являются как бы разрушителями и расточителями жизненной энергии и живого вещества, они, собственно, сжигают то, что было создано растениями».
Но растения, как и животные, дышат, а значит, тоже сжигают, разрушают какую-то часть органического вещества. Без этого они не смогли бы жить. Но эти разрушения по сравнению с созиданием ничтожны.
Гетеротрофные организмы, в том числе грибы и бактерии, по типам питания могут быть разделены на две группы. Большинство животных поедают твердые куски пищи, которые в их организме перевариваются и затем всасываются и усваиваются. Это голозойный тип питания. Животные с голозойным типом питания постоянно отыскивают и ловят другие организмы, употребляя их в пищу. В результате такого образа жизни у них хорошо развиты органы чувств, мышечная и нервная системы, а превращение пищи в низкомолекулярные соединения происходит в пищеварительной системе. Дрожжи, плесневые грибы, простейшие и большинство бактерий обладают сапрофитным типом питания. Они не могут заглатывать твердую пищу. Пища поступает в их организм через стенки тела, поэтому они могут существовать в среде с разлагающимися органическими веществами, т. е. на отмерших телах растений и животных или же в местах с большим скоплением продуктов жизнедеятельности автотрофов и гетеротрофов с голозойным типом питания, т. е. зеленых растений и животных.
Необходимо также выделить в своеобразный тип гетеротрофного питания широко распространенный как у животных, типичных гетеротрофов, так и у растений, автотрофов, паразитический способ питания. Паразиты из мира животных и растений живут за счет своих хозяев. Одни из них питаются, заглатывая и переваривая твердые частицы, другие—всасывают соки своего хозяина специальными органами или всей поверхностью тела. В результате у паразитов встречаются и голозойный, и сапрофитный типы питания.
Рассматривая паразитический способ питания, необходимо обратить внимание на то, что здесь объединяются и животные, и растения. Например, омела, типичное зеленое растение, питается, как паразит, врастая корнями в стебли других растений и высасывая питательные вещества из тела хозяина; в то же время, обладая хлорофиллом, как автотроф, она синтезирует органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии.
Так при рассмотрении способов питания растений и животных обнаруживаются интересные закономерности. Прежде всего именно здесь кроется коренное различие между растениями и животными. Растения — автотрофы, созидатели органического вещества. Животные — гетеротрофы, потребители этого вещества. Растения способны синтезировать органические вещества из неорганических; животные к этому неспособны, они могут существовать лишь за счет готовых органических соединений.
Но, как мы уже видели, существует немало растений, представляющих исключение из этого правила. Это прежде всего бесхлорофильные растения-сапрофиты и паразиты, а также типичные зеленые растения- паразиты и хищники (насекомоядные). Для многих зеленых растений
хищничество и паразитизм являются дополнительным источником пищи, и при благоприятных условиях они могут жить за счет фотосинтеза. Но тем не менее все эти растительные организмы стирают резкие грани между растениями и животными и приближаются к последним. Еще более нивелируются эти различия в мире простейших одноклеточных существ. Уже упоминалось об эвглене зеленой, объединившей в себе признаки животного и растения. По этому поводу заслуживает внимания заключение Б. М. Завадовского: «При всех условиях не вызывает сомнений тот факт, что все незеленые растения есть просто отклонения от общего правила, происшедшие из-за того, что они попали когда-то, в весьма отдаленные времена, в особо благоприятные или же особо неблагоприятные условия существования, позволившие им из накопителей энергии превратиться, подобно животным, в ее расточителей. Эти исключения ни в какой мере не уничтожают общего различия в способах питания между представителями животного и растительного царства, но все же они учат нас тому, что нет коренного различия между животными и растительными организмами, которое провело бы между ними резкую, непереходимую границу».
На современной Земле насчитывается около 1,5 миллиона видов животных и 500 тысяч видов растений. Они отличаются друг от друга многообразием форм, образом жизни и внутренним строением. Но вместе с тем у животных и растений есть много общего, все они представляют единую систему — живую материю. Основное различие между животными и растениями заключается в способах питания» но и это различие, как мы уже видели, не является абсолютным. Имеется множество переходных форм, объединяющих царства животных и растений в единое целое. И все же зеленые растения играют особую роль на Земле. Все современные живые существа в значительной мере обязаны своим появлением и дальнейшим развитием тому, что когда-то среди первичных организмов возникли зеленые растения — накопители вещества и энергии на Земле. В этом и состоит особая роль зеленых растений, коренное отличие их от других организмов, населяющих Землю и образующих ее биосферу, в этом состоит особенность и специфичность возникновения и развития жизни на планете Земля.
БИОГЕОЦЕНОЗ (ЭКОСИСТЕМА) И БИОЦЕНОЗ
Животные и растения, обитающие на Земле, существуют как единое целое. Отдельные части этого целого, группы растений и животных, вступают между собой и с окружающей средой в контакты, более или менее прочные. В результате в природе складываются определенные комплексы животных и растений, где остальные виды не независимы от других организмов, а представляют собой взаимодействующие и взаимосвязанные части этого комплекса. В основе связей в этом комплексе лежат пищевые отношения отдельных его компонентов, а на базе пищевых связей, взаимодействия автотрофных и гетеротрофных организмов осуществляется биологический круговорот веществ и поток энергии в биосфере.
В конечном итоге на Земле в процессе длительного исторического развития живой материи сложились так называемые биогеоценозы (или экосистемы) как естественные единицы, совокупности живых и неживых элементов, в которых сложные взаимоотношения отдельных частей поддерживаются в результате разносторонней приспособленности видов друг к другу и к условиям неживой природы.
Биогеоценозы могут быть самых различных размеров, чаще всего очень сложные, в которых подчас трудно учесть все элементы, все звенья. Это такие естественные группировки, как лес, озеро, луг и т. д.
Примером наиболее простого и четкого биогеоценоза может служить небольшой водоем, пруд. К неживым компонентам его относятся вода с растворенными в ней веществами (кислород, углекислый газ, различные соли, органические соединения) и грунт, дно водоема, в котором также содержится большое количество разнообразных веществ. Живые компоненты разделяются на производителей (зеленые растения), потребителей (первичные — растительноядные животные; вторичные — плотоядные—и т. д.) и разрушителей (бактерии и грибы), которые разлагают органические соединения до неорганических веществ.
Любой биогеоценоз, каких бы размеров и сложности он ни достигал, состоит из этих основных звеньев: производителей (часто называемых продуцентами), потребителей (консументов), разрушителей (редуцентов) и компонентов неживой природы. Как правило, отдельных звеньев в любом биогеоценозе имеется огромное множество — сотни и тысячи видов. Между ними возникают связи самых различных порядков, параллельные и перекрещивающиеся, запутанные и переплетенные друг с другом. Устойчивость таких сложных биогеоценозов поддерживается саморегуляцией.
Что же следует понимать под саморегуляцией? Рассмотрим в качестве примера регуляцию численности видов в биогеоценозе.
С увеличением численности какого-либо вида создаются благоприятные условия для существования другого вида. Например, увеличение численности бактерий, развивающихся на органических остатках, способствует массовому размножению инфузорий, питающихся этими бактериями. Инфузории, уничтожив бактерий, сами начинают в массе погибать от недостатка пищи. Возникает некое колебание численности бактерий и инфузорий. Это колебание не превышает каких-то определенных величин. Устанавливается динамическое равновесие, при котором соотношение численности бактерий и инфузорий удерживается на определенном уровне.
B отдельные годы колеблется урожайность шишек в тайге и численность белок, питающихся семенами этих шишек; урожайность кедровых орехов и численность кедровок. От количества зайцев зависит количество рысей в лесу и наоборот. Больше зайцев — больше пиши для рысей, и последние в массе размножаются. Высокая численность рысей снижает численность зайцев, а затем снижается численность и самих рысей, которым становится мало пищи. Причем в первую очередь, как правило, погибают слабые особи.
Все эти примеры являются идеальными. В природе таких идеальных, чистых примеров найти невозможно, ибо на взаимоотношения зайцев и рысей, например, воздействует еще огромное количество самых разнообразных факторов, которые нелегко учесть и даже перечислить. Но тем не менее можно прийти к следующему выводу: чтобы различные виды могли существовать совместно в составе биогеоценоза, для хищников и их добычи, например, необходимо определенное соотношение в скорости размножения.
Следовательно, процесс саморегуляции в биогеоценозе заключается в том, что все элементы этой системы существуют совместно, никогда полностью не уничтожая друг друга, а только ограничивая численность особей до какого-то уровня. В нормальных условиях численность вида всегда колеблется в каких-то определенных пределах. Вспышки массового размножения возможны лишь в случаях исчезновения ограничивающих размножение факторов.
Благодаря саморегуляции в естественном биогеоценозе снимается проблема перенаселенности, которой многие исследователи придавали и придают большое значение. Возможность перенаселенности заложена в потенциальной плодовитости организмов, которая у многих видов исчисляется поистине астрономическими величинами. Еще Дарвин подсчитал, что от пары слонов через 750 лет может получиться 19 миллионов. Затем было подсчитано, что один полевой одуванчик менее чем за 10 лет может сплошь заселить своими потомками земной шар, если все семена прорастут, а одна инфузория за 7 лет беспрепятственного размножения может дать массу протоплазмы, в 10 000 раз превышающую объем Земли. Но в действительности этого не происходит. Как только численность какого-либо вида значительно увеличивается, резко повышается смертность, снижается его плодовитость.
Именно поэтому биогеоценоз и существует как устойчивая система, где исторически сложились такие взаимоотношения между отдельными видами животных и растений, которые обеспечивают существование и удерживают размножение этих видов на определенном уровне. Перенаселенность одного из видов может возникнуть временно, как вспышка массового размножения, когда по какой-то причине нарушится сложившееся соотношение между разными видами в биогеоценозе.
Биогеоценоз в силу саморегуляции стремится к устойчивому состоянию, однако эта устойчивость полностью, в абсолютном смысле никогда не достигается, так как в природе происходят непрерывные колебания как внешней среды (температура, влажность, химизм и т. д.), так и факторов, связанных с жизнедеятельностью самих организмов, входящих в биогеоценоз. Урожайные годы сменяются неурожайными, годы с большой численностью вредителей — годами с почти полным их отсутствием и т. д. Эти колебания подчас приводят к необратимым изменениям всего биогеоценоза, к коренной его перестройке.
А теперь несколько слов о терминологии. В отечественной литературе чаще употребляется термин «биогеоценоз», предложенный В. И. Сукачевым, а за рубежом распространен термин «экосистема». Под биогеоценозом следует понимать совокупность жизненного сообщества (биоценоза) и его местообитания (биотопа). В этом отношении термины «экосистема» и «биогеоценоз» могут рассматриваться как синонимы, хотя, по мнению В. И. Сукачева, они не вполне тождественны, ибо понятие «экосистема» более неопределенно.
Термин «биоценоз» был предложен в 1877 году немецким зоологом К. Мебиусом, который, изучая устричные банки, пришел к выводу, что каждая банка есть сообщество живых существ, где каждый его член находится в тесной взаимосвязи друг с другом. Такое сообщество и было названо биоценозом. В 1913 году А. С. Зернов ввел этот термин в русскую литературу. С этого времени он прочно укоренился в науке, но единства в понимании его смыслового значения пока нет. Прежде всего существует некоторая путаница между такими понятиями, как «экосистема» и «биоценоз». Одни исследователи усматривают в них различие, другие принимают как синонимы.
Не вникая в детальные подробности, имеющиеся в огромном количестве специальных и общих экологических работ, отметим лишь, что авторы учебника общей биологии для средней школы определяют биоценоз как «устойчивую экологическую систему», проводя знак равенства между экосистемой и биоценозом. Все это вносит путаницу в экологические понятия.
Согласно принятой терминологии, экосистема и биоценоз не одно и то же. Биоценоз —это сообщество организмов (растений, животных и микроорганизмов), которое сложилось исторически на определенной территории с конкретными условиями в результате взаимных приспособлений организмов разных видов друг к другу и к факторам неорганической среды, неживой природы.
Биогеоценоз, или экосистема — это сложная система биоценоза (сообщества живых организмов) и его местообитания, территории, на которой сформировался биоценоз (комплекса факторов неживой природы). Местообитание биоценоза называется биотопом. Отсутствие в учебнике общей биологии понятия биотоп и является причиной путаницы экологических терминов.
Экосистема и биогеоценоз являются тождественными понятиями, тогда как биоценоз — это только живая часть биогеоценоза (экосистемы), а биотоп — неживая его часть.
Следовательно, биогеоценоз и биоценоз не могут рассматриваться как равнозначные понятия.
Ввиду трудности комплексного исследования биоценоза специалисты — ботаники, зоологи, почвоведы — работают разрозненно, изучая в отдельности различные его компоненты. Это приводит в свою очередь к искусственному и по существу неправильному выделению из единого природного комплекса так называемых зооценозов, фитоценозов, пара- зитоценозов и т. д. Против этих односторонних понятий выступали и выступают крупнейшие экологи как у нас в стране, так и за рубежом. Например, Д. Н. Кашкаров такие «ценозы» называл «экологическим абсурдом», ибо ни в одном местообитании не может быть динамической системы, которая состояла бы только из растений или только из животных. Б. Г. Иоганзен пишет: «Изучение биоценоза по самому существу дела не может быть ни ботаническим, ни зоологическим, а должно быть экологическим, т. е. должно рассматривать всех членов его в их взаимоотношениях».
Биоценоз, зооценоз и фитоценоз необходимо рассматривать как биологические единства разных типов и ступеней. Абсолютное большинство биологов признает, что обособленных друг от друга растительных и животных биокомплексов в природе не существует, но тем не менее некоторые из них считают возможным условно выделять зооценоз и фитоценоз как компоненты более общего единства — биоценоза. Такой взгляд отражает реальное положение в современной биологии, ибо зоологи и ботаники в большинстве случаев работают самостоятельно, изучая растения и животных в составе биоценоза раздельно друг от друга, как компоненты, как некоторые части целого.
С подобной постановкой вопроса нельзя не согласиться. Для удобства, в целях разделения труда можно допустить выделение из биоценоза и зоо- и фитоценоза. Но такой акт должен быть условным, ибо из единства организмов выделять отдельные группы растений или животных — значит разрывать биоценоз как единое целое.
В тесной связи с понятием биоценоз находится, как уже упоминалось, и такой общераспространенный экологический термин, как биотоп, а также стация. Не рассматривая различных точек зрения на эти понятия, отметим лишь, что под биотопом следует понимать территорию с более или менее однородными условиями, заселенную определенным сообществом организмов. Иначе, биотоп — это место существования, местообитание биоценоза. Стация — это местообитание вида, точнее, популяции вида, т. е. части вида, совокупности особей вида, населяющей территорию с однородными условиями во все сезоны года. Термин «стация» применяется только по отношению к виду, хотя сам этот вид -и входит в состав биоценоза.
В результате мы можем рассматривать биоценоз как исторически сложившийся комплекс организмов (сообщество), характерный для какого-то конкретного биотопа. Виды, а точнее, популяции видов, распределяются в биотопе в составе биоценоза по стациям. Совокупность же биоценоза, т. е. всего сообщества организмов, и биотопа, т. е. местообитания этого сообщества, и является экосистемой, или биогеоценозом.
Различают первичные биотопы, не подвергавшиеся воздействию хозяйственной деятельности человека, и вторичные биотопы, т. е. «окультуренные» участки.
В биоценозе растения и животные вступают в определенные межвидовые взаимоотношения. Животные не могут жить без растений точно так же, как и растения без животных, хотя на первый взгляд эта обратная связь и не так заметна, как связь животных с растениями. Эти отношения, связи настолько прочны, что сами биоценозы при сохранении внешних условий относительно постоянными являются устойчивыми образованиями. Одна из причин этой устойчивости — историческое возникновение групп растений и животных в одном месте и их совместная эволюция, стему. В результате в каждом биоценозе исторически складываются комплексы связанных между собой отдельных цепей питания. Эти комплексы называют циклами или сетями питания. Если же принять во внимание, что практически каждый организм, входящий в цепь питания, выступает хозяином по крайней мере одного, а чаще нескольких паразитов, также являющихся звеньями своеобразных цепей питания, то нетрудно представить всю сложность циклов питания, сформировавшихся в биоценозе.
Чем богаче видовой состав биоценоза и чем больше в нем многоядных организмов, тем многочисленнее и сложнее циклы питания. Причем сами эти циклы не являются постоянными и устойчивыми. Они изменяются в связи с колебаниями численности животных и растений.