Лекция №17. Общая экология Лекция №17 Тема: Биоразнообразие (царства: вирусы, дробянки, грибы, растения)
| Вид материала | Лекция |
- Лекция №19. Общая экология Лекция №19 Тема: Биоразнообразие (Царство Животные), 107.84kb.
- Царство Растения (Plantae), 141.98kb.
- Лекция №18. Общая экология Лекция №18 Тема: Биоразнообразие (царство Животные), 121.78kb.
- Лекция №20. Общая экология Лекция №20 Тема: Растительные ресурсы: рациональное использование, 108.7kb.
- Лекция №10. Общая экология 2 Лекция №10 Тема: Биоценозы, 109.82kb.
- Лекция №12. Общая экология 2 Лекция №12 Тема: Круговороты веществ, 102.71kb.
- Лекция №11. Общая экология 2 Лекция №11 Тема: Классификация и структура экосистем, 78.52kb.
- Лекция №21. Общая экология Лекция №21 Тема: Животный мир: рациональное использование, 114.56kb.
- «Основные отделы царства Растения», 85.3kb.
- Решение Работы 2 (ноябрь-декабрь 2011) Задание 1 Укажите группу, в которой все растения, 75.52kb.
Лекция № 17. Общая экология
Лекция № 17
Тема: Биоразнообразие (царства: вирусы, дробянки, грибы, растения)
Живая природа представлена великим множеством разнообразных организмов. В настоящее время на Земле насчитывается более 2 млн. видов организмов. Систематика их все более усложняется, хотя ее принципиальная основа остается почти неизменной со времени ее создания выдающимся шведским ученым К. Линеем в середине 17 в.
Органический мир объединяет две империи: доклеточных (вирусы) и клеточных (все остальные) организмов. Империя доклеточных состоит из единственного царства – вирусов. Империя клеточных состоит из двух надцарств: доядерные организмы (прокариоты) и ядерные организмы (эукариоты). Различия между ними очень глубокие. Прокариоты представлены царством дробянок, к которым относят бактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли). В клетках этих организмов нету обособленного ядра, ядерный материал (ДНК) рассеян в цитоплазме. Эукариоты представлены тремя царствами: грибы, растения, и животные. Клетки этих организмов содержат ядро, в котором находится ДНК, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.
Всю совокупность растительных организмов (сюда традиционно кроме растений относят бактерии, сине-зеленые водоросли и грибы) данной территории планеты любой детальности, называют флорой, а совокупность животных организмов – фауной. Флора и фауна в данной территории в совокупности составляют биоту.
Дадим краткую общую характеристику флоры и фауны в соответствии с приведенной классификацией.
Царство Вирусы. Вирусы представляют собой субмикроскопические внеклеточные формы жизни. Открыты Д.И. Ивановским в 1892 г., который обнаружил возбудителя мозаичной болезни табака. В 1898 г. голландский микробиолог М. Бейеринк ввел понятие вирус (от лат. virus – яд) в научный обиход. В том же году Ф. Лефлер и П. Фрош описали вирусного возбудителя ящура крупного рогатого скота. В 1901 г. У. Рид открыл вирус желтой лихорадки.
К настоящему времени вирусы открыты у организмов практически всех систематических групп, включая человека. Можно сказать, что вирусы вездесущи. Вирусы не способны к воспроизведению в свободном состоянии. Их воспроизведение возможно только в клетках. Более того, оказавшись в клетках они ведут себя как внутриклеточные паразиты. Таким образом, вирусам присущи две формы существования, а именно: внеклеточная (покоящаяся), и внутриклеточная (репродуцирующаяся).
В общем виде вирусы представляют собой субмикроскопические образования, состоящие из белковой оболочки (капсида) и нуклеиновой кислоты (ДНР или РНК). Размеры вирусных частит составляют от 15-18 до 300-350 нм их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.
Воспроизводство вирусов происходит в клетках хозяина и состоит из нескольких стадий, а именно: адсорбция и проникновение вирусов в клетки, синтез вирусных белков, необходимых для репликации вирусной нуклеиновой кислоты, репликация нуклеиновой кислоты, синтез белков капсида, сборка вирусов и выход из клетки готовых вирусных частиц.
Классификация вирусов является сложной и часто противоречивой. Выделяют ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы, которые в свою очередь классифицируют на разные семейства. Вирусы, паразитирующие в клетках бактерий называют фагами (бактериофагами).
Вирусы человека и животных являются наиболее изученными по сравнению с вирусами другого происхождения, они вызывают болезни, многие из которых характеризуются большой тяжестью лечения и высокой смертностью. Наиболее известными вирусными болезнями человека являются грипп, полиомиелит, бешенство, оспа, клещевой энцефалит, СПИД и др., а домашних животных – бешенство, ящур, оспа, энцефалит и др., отдельные из которых являются повальными болезнями.
Помимо способности вызывать инфекционные болезни животных и человека, отдельные виды вирусов обладают свойством индуцировать образование опухолей, они получили название онкогенных вирусов.
Данные об онкогенных вирусах имеют огромное значение не только для понимания многообразия жизни, но и для поисков эффективных путей лечения и профилактики злокачественных новообразований у человека и животных.
Наконец, как уже отмечено, ВИЧ способен вызвать СПИД, который в конечном итоге смертелен для человека. Летальный эффект этого вируса связан с тем что, убивая специализированные клетки, он повреждает иммунную систему человека. Следовательно, человек умирает от неспособности защитится иммунологически от тех инфекций, которые сами по себе не являются смертельными. Впервые ВИЧ был выделен в 1959 г. в Заире. Открытие ВИЧ позволило по новому взглянуть на мир вирусов, с одной стороны, и на характер общения между людьми, с другой стороны.
Вирусы растений. Вирусы растений так же широко распространены в природе, вызывая болезни разной видовой принадлежности. Первым открытым вирусом, как уже отмечалось, оказался вирус мозаичной болезни табака, повреждающий листья растений этого вида. Широко так же известны вирусы некроза табака, желтой карликовости картофеля, желтой мозаики репы, а так же вирусы, поражающие многие другие культурные и дикие растения. Вирусные болезни приносят значительный ущерб сельскому хозяйству.
Вирусы бактерий (бактериофаги) поражают бактерии, принадлежащие к разным систематическим группам. В молекулярной биологии в начале ее развития выдающая роль в качестве экспериментальных моделей принадлежала бактериофагам. Бактериофаги используют в медицине в качестве лечебного и профилактического средства в случае отдельных бактериальных болезней.
И, наконец, нельзя не привлечь внимание к одному важному моменту, заключающемуся в том, что вирусы оказывали и оказывают влияние на эволюцию организмов в которых они паразитируют. Это влияние может выражаться как в их способности переносить генетическую информацию от одних организмов к другим, так и в способах действовать в качестве мутагенов.
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 5 тысяч видов. Это микроскопические организмы, у них нет ядерной мембраны и организованного ядра. Прокариотами являются в основном одноклеточные организмы, к ним относятся и некоторые колониальные формы.
Генетический материал у прокариотов представлен молекулой ДНК, находящейся в ядерной (центральной) зоне. Размножаются прокариоты путем простого деления. Прокариоты не обладают ни хлоропластами, ни митохондриями; у них нет комплекса Гольджи и центриолей, но есть рибосомы. Характерной особенностью прокариот является наличие у них клеточной стенки. Известны подвижные формы этих организмов.
В пределах надцарства Доядерные организмы (прокариоты) выделяют лишь одно царство – царство Дробянок.
Самыми многочисленными среди дробянок являются бактерии и в настоящее время это самые распространенные в биосфере организмы. Бактерии являются обитателями практически всех экологических ниш. Большинство бактерий являются гетеротрофами, а часть из них является автотрофами или хемосинтетиками. Бактерии многих видов являются аэробами, но встречаются и анаэробы.
Значение бактерий в природе очень велико. Они вызывают брожение, гниение, а так же, минерализацию органических остатков. Результатом действий бактерий является накопление карбонатов, сульфидов, фосфатов, бокситов, образование железных руд. Клубеньковые бактерии, колонизируя корневые клубеньки бобовых растений, усваивают азот атмосферы, которые затем транспортируется в клетки растений. Бактерии широко используются в практике. Например, бактерии молочного брожения используют в производстве молочно-кислых продуктов, а так же в консервировании овощей, силосовании кормов для животных. Известны так же виды бактерий, являющиеся продуцентами антибиотиков. Бактерии используют в генной инженерии. Многие виды бактерий являются возбудителями бактериальных болезней человека, животных и растений. Наиболее известными бактериальными болезнями человека являются дизентерия, чума, холера, дифтерия и др. У человека и животных бактерии вызывают туберкулез, бруцеллез, сибирскую язву и др. болезни.
Цианобактерии (по старой терминологии – сине-зеленые водоросли). Их строение сходно со строением бактерий. Известно около 2,5 тыс. видов. В основном они являются одноклеточными организмами разной формы, но могут образовывать длинные одноклеточные нити или даже объединяться в колонии. Однако они отличаются от настоящих бактерий тем, что их клеточные стенки содержат некоторое количество целлюлозы и что они способны к фотосинтезу, так как в цитоплазме содержат хлорофилл.
Обитают в пресной и соленой воде входя в состав фитопланктона, а так же являются обитателями почвы. Они могут так же находиться в симбиотических отношениях с грибами. Размножение цианобактерий происходит путем простого деления. При интенсивном размножении вызывают «цветение» воды. Осуществляя фотосинтез, цианобактерии ответственны за появление значительного количества кислорода в атмосфере, хозяйственного значение не имеют, если не считать, что их не сгнившие остатки участвуют в образовании лечебных грязей.
Считают, что цианобактерии тоже являются древнейшими обитателями Земли, их возраст составляет несколько миллиардов лет.
Надцарство Ядерные организмы (эукариоты) – это все остальные организмы: грибы, растения и животные.
Царство Грибы. Для организмов этого царства характерно значительная выраженность клеточной оболочки, неподвижность, гетеротрофный тип питания путем всасывания и неограниченный рост. Насчитывают около 100 тыс. грибов, характеризующихся разнообразием как по строению, размерам, местам обитания, так и по физиологическим функциям. Оптимальные температуры для роста грибов равны 20-26 оС. Обитают практически во всех географических зонах, встречаясь в воде (пресной и морской) и почве, на мертвом органическом материале. Многие виды паразитируют в тканях растений и животных (включая человека).
Грибы могут вступать в симбиотические отношения с другими организмами, например, с водорослями или цианобактериями, образуя лишайники. Они могут так же вступать в симбиоз с высшими растениями, обволакивая и проникая в корни растений своими гифами и формируя структуры (корень+гриб) получившие название микориз. При этом грибы помогают растениям усваивать труднодоступные вещества гумуса, помогают своими ферментами в обмене веществ, связывают свободный азот, обеспечивают потребность в фосфатах.
Среди организмов этого царства встречаются как одноклеточные, или низшие, так и многоклеточные (высшие грибы). Протопласт грибных клеток содержит не только ядра, но и митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи и даже гликоген в качестве запасного вещества. Среди грибов есть как сапрофиты, которые широко участвуют в разложении остатков растений и в почвообразовательных процессах, так и паразитические формы.
Широко известны грибы из родов Penicillium, Aspergillus, они широко используются в промышленном производстве некоторых органических кислот (лимонной, фумаровой и др.), а так же ряда ферментов. Отдельные виды этих родов являются продуцентами антибиотиков, широко используемых в медицине и ветеринарии. Очень известны виды из рода Phytophtora, которые вызывают болезни картофеля, томатов и других пасленовых.
Грибы играют значительную роль в природе. В частности, они являются организмами-разрушителями (редуценты). Входя в состав многих экологических систем ответственны за разрушение органического материала растительного происхождения, так как продуцируют ферменты, действующие на целлюлозу, лигнин и другие вещества растительных клеток.
Их широко используют в сыроваренной промышленности для производства многих популярных сортов сыра. Нельзя не отметить, что Neurospora crassa принадлежит выдающаяся роль в качестве экспериментального объекта в познании многих метаболических путей.
Лишайники представляют собой сложные организмы, образованные в результате симбиоза между грибами, зелеными водорослями или цианобактериями, и азотобактером. Следовательно, лишайник – это комбинированный организм, т.е. гриб + водоросль + азотобактер, существование которого обеспечивается тем, что гифы гриба ответственны за поглощение воды и минеральных веществ, водоросли – за фотосинтез, а азотобактер – за фиксацию азота атмосферы. Лишайники являются обитателями всех ботанико-географических зон.
Значение лишайников в природе велико. Из-за высокой чувствительности к загрязнениям среды лишайники используют в качестве биоиндикаторов чистоты атмосферы. На севере они являются главным кормом для оленей, их используют так же в аптечном деле и парфюмерии.
Возраст лишайников определяют примерно в 400 млн. лет. Предполагают, что образование лишайников явилось первым случаем установления симбиотических отношений между организмами, это обеспечило возможность их широкого распространения в разных экологических нишах.
Царство Растения. Это царство представлено организмами, клетки которых обладают плотными клеточными стенками и которые способны к фотосинтезу, среди растений различают низшие (настоящие водоросли и багрянки), тело которых не расчленено на ткани и органы и высшие (все остальные), характеризующиеся наличием разных тканей и расчленением тела на органы. Эти растения приспособлены к жизни в наземных условиях.
Подцарство Низшие растения.
Настоящие водоросли. Тело представлено слоевищем. Известно около 30тыс видов этих организмов. Встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные водоросли. Они являются обитателями в основном пресноводных водоемов и морей, но встречаются почвенные водоросли и даже водоросли снега и льда. Классифицируют водоросли на несколько отделов.
Отдел Зеленые водоросли. Этот отдел представлен подвижными и неподвижными одноклеточными и многоклеточными организмами. Некоторые виды формируют колонии. Насчитывают свыше 13 тыс. видов этих водорослей, большинство которых являются обитателями пресных водоемов. Но известны и морские формы. Зеленые водоросли способны к фотосинтезу так как содержат хроматофоры (хлоропласты) с хлорофиллом и от наличия которого они имеют зеленую окраску. Типичными представителями одноклеточных зеленых водорослей являются хламидомонады, обитающие в лужах и других небольших пресных водоемах (обильное размножение вызывает «цветение» воды), и хлорелла, которая обитает в пресных и соленых водах, на поверхности сырой земли, на коре деревьев. Хлорелла обладает исключительной фотосинтезирующей активностью, будучи способной улавливать и использовать 10-12% световой энергии. Содержит ряд ценных белков, витамины B, C, K.
Хозяйственное значение зеленых водорослей невелико, если не считать, что из-за богатого содержания белков и витаминов хлореллу используют в качестве корма для животных. Будучи компонентов фитопланктона, зеленые водоросли служат кормом для рыб.
Отдел Золотистые водоросли. В этом отделе объединяются разнообразные водоросли: одноклеточные, колониальные, многоклеточные, пресноводные и морские. Но у всех у них зеленый цвет хлорофиллов скрывается желтыми ксантофиллами. Чаще всего они имеют красивый золотисто-желтый цвет.
Золотистые водоросли играют довольно важную роль в жизни водоемов, ими питаются многочисленные мелкие животные.
В морях и океанах, особенно теплых, широко распространены золотистые водоросли кокколитофориды. Это микроскопические организмы, имеющие известковые тельца – кокколиты. Несмотря на крошечные размеры, эти водоросли могут изменять вид Земли. Кокколиты из отмерших клеток падают на дно и образуют толщи осадков. Некоторые известняки, например, всем известные писчий мел, на 50-75% образован кокколитами. В последнее время кокколитофоридам приписывается еще более важная роль. Как известно, содержание СО2 в атмосфере возрастает, это приводит к парниковому эффекту – Земля постепенно перегревается. Леса, связывающие углекислый газ по всей планете активно вырубаются. Поэтому аккумулятором CO2 служит океан. И именно крошечные кокколитофориды связывают СО2 т.е. как бы выкачивают его из атмосферы, спасая планету от перегрева.
Отдел Диатомовые водоросли. Представлены многоклеточными, колониальными и одноклеточными организмами. Известно 5,7 тыс. видов. Клеточная стенка пропитана кремнеземом. Являются обитателями пресных водоемов, морей и океанов, и входят в состав фитопланктона. В клетках этих водорослей имеются хлоропласты, которые окрашены в разные цвета (от золотистого до коричневого) из-за содержания разных пигментов (каротин, ксантофилл, диатомин). Напластования отмерших диатомовых водорослей дали начало диатомиту, который на 50-80% состоит из их панцирей и который используют в качестве поглотителей в химии и пищевой промышленности.
Значение диатомовых водорослей очень большое. Они занимают исключительно важное место в круговороте веществ, являясь главным кормом для рыб, их пищевая ценности очень высока.
Отдел Бурые водоросли. Эти водоросли являются многоклеточными организмами. По размерам они самые большие (длинные водоросли) достигают в длину несколько десятков метров. Известно около 900 видов. Являются обитателями морей и океанов, включая северные. Их пигментация определяется тем, что они содержат хлоропласты (хроматофоры), окрашенные в бурый цвет из-за содержания хлорофилла, а так же бурых пигментов (каротина, ксантофилла и фукоксантина). Наиболее известными являются водоросли из родов Laminaria и Fucus.
Хозяйственное значение бурых водорослей, особенно ламинарий, очень велико. Из них добывают йод, калийные соли, агароподобные вещества, используемые в пищевой промышленности. Ламинария известна под названием «морская капуста» и используется в пищу человеком. Некоторые водоросли используют в качестве удобрения.
Багрянки являются многоклеточными организмами. Это самые совершенные по строению низшие водные растения. Тело багрянок представлено слоевищем. Насчитывают около 4тыс видов багрянок. Их багряная окраска зависит от содержания в них хлорофилла, каротиноидов, красных фикоэритринов, синих фикоцианинов и других пигментов. Являются обитателями больших глубин морей и океанов. Часто их называют красными водорослями. Особенно ими богато Красное море.
Имеют хозяйственное значение. Отдельные виды служат сырьем из которого добывают агар-агар. Используют на корм скоту.
Водоросли вообще имеют важное значение во многих экологических системах. Фактически они являются главным источником органических веществ в водоеме. Подсчитано, что водорослями ежегодно синтезируется в Мировом океане органического вещества в количестве 550 млрд. т, что составляет значительную часть продуктивности всей биосферы. Далее, им принадлежит значительная роль в обогащении кислородом атмосферы. Наконец, водоросли участвуют в самоочищении водоемов, в почвообразовании.
Подцарство Высшие растения.
Растения, входящие в состав этого подцарства, часто называют листостебельными, поскольку их тело расчленено на стебель, лист и корень (кроме мхов).
Высшие растения в ходе исторического развития приспособились к жизни в наземных условиях.
В подцарстве Высшие растения различают высшие споровые и высшие семенные растения. Для высших споровых характерно размножение одноклеточными спорами, а для высших семенных растений характерно наличие многоклеточного образования – семени, образующегося в процессе размножения и придающего семенным растениям важнейшее эволюционное преимущество перед споровыми.
Подцарство Высшие растения классифицируют на несколько отделов. Среди высших споровых выделяют отдел Моховидных и отдел Папоротниковидных. Высшие семенные растения классифицируют на отделы Голосеменные и Покрытосеменные, или Цветковые. Итак, голосеменные и покрытосеменные – это семенные растения, тогда как все остальные – споровые.
Отдел Моховидные. Этот отдел представлен низкорослыми многолетними растениями. У некоторых из них тело представлено слоевищем (печеночные мхи), но у большинства расчленено на стебель и листья (листостебельные мхи).
Насчитывают около 25 тыс. видов моховидных. Являются обитателями сырых мест во всех географических зонах. К почве прикрепляются с помощью волосовидных выростов, называемых ризоидами. Через эти структуры они осуществляют почвенное питание.
Значение моховидных заключается в том, что, находясь в экосистемах, они воздействуют на среду обитания многих видов других растений, равно как и животных. Интенсивное размножение мхов способствует ухудшению почвы. Отмирая, сфагновые мхи образуют залежи торфа. Некоторые виды используются в медицинской промышленности.
Полагают, что растения этой группы были одними из первых наземных растений и широко произрастали еще 500 млн. лет назад. Считают, что моховидные являются слепой эволюционной ветвью.
Биолого-экологическая роль моховидных состоит в том, что они являются звеном в цепях питания (как продуценты, обогащают атмосферу молекулярным кислородом). Они участвуют в почвообразовательном процессе, торфообразовании. Из торфа в соответствующих условиях возможно образование бурых и других углей.
Отдел Папоротниковидные. В пределах этого отдела классифицируют травянистые растения, так же обитающие в сырых местах. Некоторые папоротниковидные, обитающие в тропиках, представлены древесными формами, отдельные из которых достигают до 25 метров в высоту. Насчитывают более 10 тыс. видов этих растений. Имеются основные органы – стебель, листья и корень.
Значение папоротниковидных в природе большое, так как они входят в состав многих экосистем. Хозяйственное значение современных папоротниковидных невелико, если не считать, что растения отдельных видов служат лекарственным сырьем. Большинство видов папоротниковидных в настоящее время являются вымершими.
Папоротниковидные наиболее древние споровые растения. Они уже были в девоне, а в карбоне составляли леса из растений, высота которых достигала 30 метров. Остатки этих растений принимали участие в образовании каменного угля. В настоящее время они находятся в состоянии биологического регресса. Биолого-экологическая роль папоротниковидных такая же, как и у других растений. В деятельности человека папоротники могут использоваться в пищу, для изготовления лекарств, имеют эстетическое значение.
Отдел Голосеменные. Растения этого отдела дают семена, которые представляют собой, по существу, готовые зародыши будущих растений. Основными органами семени являются зародышевый корешок, зародышевый стебелек, зародышевые листики. Однако у голосеменных семя не покрыто околоплодником. По этой причине их и называют голосеменными.
Голосеменные представлены деревьями, кустарниками и лианами, трав среди них нет. Количество видов составляет около 700. Распространены по всему земному шару. В северном полушарии занимают огромные площади, образуя хвойные леса.
Голосеменные являются истинно сухопутными растениями, так как их размножение не связано с наличием воды.
Хозяйственное значение голосеменных очень большое. Они дают древесину, сырье для медицинской промышленности, многие виды являются декоративными.
Голосеменные представляют очень древнюю группу высших растений. Появившись в девоне (около 350 млн. лет назад), голосеменные в конце палеозоя – начале мезозоя заняли место папоротниковидных, поскольку оказались более приспособленными к жизни в наземных условиях. Произошли голосеменные от древнейших папоротниковидных (семенные папоротники).
Отдел Покрытосеменные или Цветковые. Растения этого отдела встречаются почти повсеместно. На их долю приходится 250 тыс. видов, т.е. половина видов всех растений. В настоящее время они являются самой процветающей группой растений. В пределах этого отдела различают однодольные и двудольные растения, которые бывают как травянистыми и кустарниковыми видами, так и деревьями.
Замечательной особенностью этих растений является наличие у них цветка, который представляет собой видоизмененный побег, приспособленный для семенного размножения. Именно по этой причине растения, образующие цветки называют цветковыми. Покрытосеменными их называют потому, что семя защищено, покрыто околоплодником. Для цветковых характерно наличие двойного оплодотворения. Покрытосеменные имеют хорошо развитые вегетативные органы (корень и побег), а так же, совершенную проводящую систему. В листьях происходит фотосинтез.
Велика биолого-экологическая роль отдела покрытосеменные. Эти растения находятся в состоянии биологического прогресса, поэтому они занимают большую площадь на поверхности Земли и продуцируют много органических веществ и молекулярного кислорода, необходимых для других организмов.
Хозяйственное значение покрытосеменных переоценить очень трудно, так как они исключительно широко используются в жизни человека, как источник продовольствия, сырья для промышленности, корма для животных, они так же обеспечивают эстетические потребности человека. Покрытосеменные растения являются господствующими растениями нашей планеты. Произошли от голосеменных.