Текст книги "Единая картина мира. Системно структурным методом"

ТЕРМОСФЕРА, слой атмосферы над мезосферой от высот 80–90 км, температура в котором растет до высот 200–300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остается почти постоянной до больших высот.

ЭКЗОСФЕРА (от экзо… и сфера) (сфера рассеяния), внешний слой атмосферы, начинающийся с высоты около 400–500 км, которые граничат с межпланетной средой. В этих слоях плотность настолько низка, что между атомами происходит очень мало столкновений и атомы, движущиеся с большой скоростью, могут выйти из сферы гравитационного притяжения планеты и улетать (ускользать) в космическое пространство.

Наконец, на расстояниях более 1000 км слой холодной плазмы высокой плотности (плазмосфера). Плазмосфера простирается до расстояний в 3–7 земных радиусов. Ее верхняя граница (плазмопауза) отмечена резким падением плазменной плотности. Большинство частиц в плазмосфере составляют протоны и электроны. газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.

Современная атмосфера Земли представляет собой результат длительного эволюционного развития, происходившая вместе с формированием и последующим развитием планеты. Она возникла в результате совместных действий геологических факторов и жизнедеятельности организмов. В течение всей геологической истории земная атмосфера пережила несколько глубоких преобразований. На основе геологических данных и теоретических (предпосылок первозданная атмосфера молодой Земли, существовавшая около 4 млрд. лет тому назад, могла состоять из легких газов – водорода, гелия и других примесей – наиболее распространенных в околоземном пространстве – это так называемая первичная атмосфера. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера около трех миллиардов лет до нашей эры. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами: утечка легких газов (водорода и гелия) в межзвездное пространство; химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов. Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим – азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов). Далее состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений – аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере выросло и стабилизировалось, что вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере.

Биосфера

* * *

Биосфера (с греч. био – жизнь) – еще один элемент в структуре Земли (геологического уровня структурной организации материи) наряду с геосферой, гидросферой и атмосферой – живая оболочка планеты – живые организмы и условия их обитания – определенный уровень структурной организации материи. Настоящая биосфера – результат длительного развития живых организмов и измененных ими условий существования, неразрывно связанных с другими элементами Земли. Данный раздел можно начать с рассмотрения биосферы как она есть сейчас с последующим переходом на другие уровни по нисходящей вплоть до молекулярного уровня, но лучше начать с возникновения жизни – с молекулярного уровня, постепенно переходя по более высшим уровням структурной организации биосистем. Геологический уровень структурной организации материи, рассмотренный в предшествующем разделе, относится к неживой (неорганической) материи, хотя сегодня выделить ее в чистом виде можно лишь условно: слишком большой путь развития Земли пройден с ее элементами – геосферой, гидросферой, атмосферой и биосферой, претерпевшей существенные изменения. Биологический уровень структурной организации материи возник на определенном этапе развития геологической материи при появлении определенных условий среды, на базе сравнительно небольшого сочетания углеродисто водородистых соединений.

Живые организмы, в отличие от неживой, мёртвой материи, рождаются, размножаются и умирают; но самое главное – в них непрерывно идёт обмен веществ. Они питаются неорганическими веществами или другими организмами, перерабатывая эту пищу в клетках своего тела. Одной из важнейших характеристик организмов является их клеточное строение, хотя в природе имеются примеры, промежуточные между живыми и неживыми, молекулярным и клеточным представителями материи. С одной стороны это атомы, соединяемые в молекулы и кристаллы, а с другой – вирусы.

Существует несколько гипотез возникновения жизни на Земле:

– самозарождение, когда определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм;

– теория стационарного состояния, согласно которой Земля не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, конечно со временем она менялась, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание;

– религиозная: господь сотворил Землю и образовал ее для жительства;

– жизнь была занесена на Землю из космоса метеоритами и космической пылью с последующим развитием на Земле;

– жизнь была занесена из космоса путем переселения с другой планеты;

– жизнь зародилась в глубинах океанов у гидротермального источника, выбрасывающие воду, обогащенную минералами, где мог образоваться бульон, содержащий вещества, входящие в состав органических соединений;

– теория Опарина, в которой путем постепенного усложнения молекул углеродисто-водородистых соединений в водной среде возникновение жизни происходило в три этапа: возникновение органических веществ, возникновение белков, возникновение белковых тел.

Не все гипотезы, приведенные здесь в кратком виде, равноценны, и, тем не менее, ясно одно – Земля приспособлена к условиям жизни и ее развитию – наличие атмосферы, воды, наличием извержений вулканов, молний и другими природными явлениями, а также смесью атомов, молекул и энергии, необходимых для появления таких молекул, из сочетания которых возможно появление простейших признаков жизни, зарождение которых (неважно каким способом, о чем пока мы достоверно не знаем) стало революционным этапом в истории Земли. Несмотря на то, что химики сегодня научились получать органические вещества из неорганических, мы пока не можем достоверно утверждать, каким образом возникла жизнь в далеком прошлом. Если даже органические вещества будут найдены на кометах и астероидах, все равно останется вопрос о происхождении этих веществ в космосе и на Земле.

Исчерпывающего понятия жизни нет, и пока не может быть, потому что наши познания ограничены земными условиями и даже то, что есть на Земле, мы знаем далеко не все. Некоторые считают, что жизнь есть процесс, а не структура, однако жизнь есть и то и другое, т. к. прежде чем говорить о процессе, функционировании системы, надо разобраться со структурой, определить внутреннее содержание системы, т. е. ее структуру, состоящую из элементов, связанных между собой в единое целое.

На одном из спутников планеты солнечной системы есть атмосфера, текут реки, но это не вода, потому что там -160°С. Это аммиак – на этой основе вполне возможно возникновение нового вида жизни (на основе аммиака, не воды) а сколько других возможных вариантов жизни может быть в космосе, пока нам неизвестно.

Сегодня в окружающем нас мире живых существ присутствует вся иерархия организмов по степени сложности от самых простейших, кроме того найденные в раскопках останки различных вымерших организмов позволяют сделать предположение о зарождении и эволюции жизни на Земле. При этом необходимо учесть, что зарождение жизни и эволюция заложены в самой сущности материи, а также самой жизни, как способность к усложнению материи, поэтому зарождение жизни и эволюция – это не случайный, а необходимый и закономерный процесс существования материи. Таким образом, возникновение жизни естественным путем из неживой материи произошло благодаря молекуле РНК, с которой началась жизнь, т. к. она способна осуществлять присоединение других молекул, обеспечивающих жизнедеятельность, а также хранить наследственную информацию.

Структуру биосферы (настоящего состояния Земли) составляют элементы – верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению приспособлению и распространению по планете, однако с существенными ограничениями по земным широтам.

Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4·10¹² т (около 0,01% массы всей геосферы). 97% из этого количества занимают растения, 3% – животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.

Рис. 15. Границы биосферы Земли

В биосфере, возможно, выделить факторы, определяющие связь ее элементов:

• энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца), радиоактивными процессами в недрах Земли и геомагнитной ее сферой);

• биогеохимический (роль живого в распределении атомов и вещества в биосфере, включая поглощение, выделение и размножение);

• информационный (принципы организации и управления в живой природе);

• пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

• ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 10²⁴ Дж солнечной энергии; 42% из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20% энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10% расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 10²² Дж в год, поглощают 1,7·10⁸ т CO₂, выделяют около 11,5·10⁷ т кислорода и испаряют 1,6·10¹³ т воды. Этот баланс ресурсов необходим и достаточен для поддержания и развития жизни не Земле. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.

В биосфере в целом можно выделить следующего уровня структурной организации соответствующие природным зонам на различных широтах, связанных с изменением тепловых условий (прежде всего, потока солнечной энергии). Хотя здесь нет четких границ – переход из одной зоны в другую происходит постепенно, и поэтому переходные зоны следует рассматривать в рамках динамической структуры, но, учитывая масштабы Земли и распределение тепла, стабильные широтные зоны все же можно выделить. Внутри широтных зон могут выделяться структуры, различающиеся микроклиматом в соответствии с рельефом местности, или на различных высотах горного рельефа или близости водоемов. Для Мирового океана кроме широтных структур должны быть выделены структуры глубинных слоев, различающиеся условиями (плотностью, давлением воды и освещенности), а также обитателями. Природные зоны тесно связаны с понятием реала – области распространения данного вида организмов. Изучением закономерностей распределения биогеоценозов по поверхности Земли занимается биогеография.

Рис 16. Первичная продукция в различных территориальных структурах Земли

Рис. 18. Количество осадков и среднегодовая температура в различных участках суши

Земная суша разделена на 13 основных широтных поясов: арктический и антарктический, субарктический и субантарктический, северный и южный умеренные, северный и южный субтропические, северный и южный тропические, северный и южный субэкваториальные, экваториальный. Широтные пояса резко отличаются между собой, но между ними нет четких границ, они плавно переходят от одного к другому, поэтому к ним более подходят динамические структуры, показывающие зависимость ареала от условий среды. Для примера можно рассмотреть основные биогеографические зоны суши. Территорию вокруг полюсов охватывают холодные арктические и в Южном полушарии – антарктические пустыни. Они отличаются крайне суровым климатом, обширными ледниковыми покровами и каменистыми пустынями, неразвитыми почвами, скудостью и однообразием живых организмов. Животные арктических пустынь связаны, в основном, с морем – это белый медведь, ластоногие, в Антарктиде – пингвины.

Рис. 19. Приполярные районы Земли. Слева направо: арктическая пустыня (Гренландия), тундра (Якутия), лесотундра (Хибины)

Южнее арктических пустынь расположена тундра («безлесная возвышенность»); в Южном полушарии тундра представлена лишь на некоторых субантарктических островах. Холодный климат и почвы, подстилаемые вечной мерзлотой, определяют здесь преобладание мхов, лишайников, травянистых растений и кустарничков. Южнее появляются небольшие деревца (например, карликовая берёза), и тундра сменяется лесотундрой. Фауна тундры достаточно однородна и скудна: северные олени, песцы, лемминги и полевки, а также обширные птичьи базары. Из насекомых обильны комары. Большинство позвоночных с наступлением зимы покидают тундру (откочёвывают или улетают в более тёплые края). Вблизи морей и океанов тундра и лесотундра сменяются зоной океанических лугов

Южнее лесотундры начинаются леса умеренной зоны; сначала хвойные (тайга), затем – смешанные, и наконец, широколиственные (Южный умеренный пояс практически полностью покрывает мировой океан). Умеренные леса занимают громадные территории в Евразии и Северной Америке. Климат здесь уже значительно теплее, и видовое разнообразие больше в несколько раз, чем в тундре. На подзолистых почвах доминируют крупные деревья – сосна, ель, кедр, лиственница, южнее – дуб, бук, берёза. Среди животных распространены хищные (волк, лиса, медведь, рысь), копытные (олени, кабаны), певчие птицы, отдельные группы насекомых.

Рис. 20. Природные зоны умеренных поясов. Слева направо: тайга (Саяны), широколиственный лес (Красноярский край), степь (Ставрополье), пустыня (Гоби)

Зону умеренных лесов сменяют лесостепь и затем степь. Климат становится теплее и засушливее, среди почв наибольшее распространение получают чернозёмы и каштановые почвы. Преобладают злаки, среди животных – грызуны, хищные (волк, лисица, ласка), хищные птицы (орёл, ястреб), пресмыкающиеся (гадюки, полозы), жуки. Большой процент степей занят сельскохозяйственными угодьями. Степи распространены на Среднем западе США, на Украине, в Поволжье и Казахстане.

Следующей за степью зоной является зона умеренных полупустынь и пустынь (Средняя и Центральная Азия, западная часть Северной Америки, Аргентина). Пустынный климат характеризуется малым количеством осадков, большими суточными колебаниями температуры. Водоёмы в пустынях, как правило, отсутствуют; лишь изредка пустыни пересекают крупные реки (Хуанхэ, Сырдарья, Амударья). Фауна отличается достаточным разнообразием, большинство видов приспособлены к обитанию в засушливых условиях.

Рис. 21. Субтропические пояса. Слева направо: вечнозелёный лес (Абхазия), прерии (Небраска), пустыня (Каракумы)

При приближении к экватору умеренный пояс сменяют субтропики. В прибрежной полосе (северное побережье Средиземного моря, южный берег Крыма, Ближний Восток, юго-восток США, крайний юг ЮАР, южное и западное побережья Австралии, Северный остров Новой Зеландии) распространены вечнозелёные субтропические леса; вдали от моря находится лесостепь (в Северной Америке – прерии), степь и пустыни (последние – в Южной Австралии, на южном побережье Средиземного моря, в Иране и Тибете, Северной Мексике и западной части ЮАР). Животный мир субтропиков характеризуется смешением умеренных и тропических видов.

Тропические влажные леса (Южная Флорида, Вест-Индия, Центральная Америка, Мадагаскар, Восточная Австралия) в значительной степени распаханы и используются под плантации. Крупные животные практически истреблены. Западный Индостан, Восточная Австралия, бассейн Параны в Южной Америке и Южная Африка – зоны распространения более засушливых тропических саванн и редколесий. Самая же обширная зона тропического пояса – пустыни (Сахара, Аравийская пустыня, Пакистан, Центральная Австралия, Западная Калифорния, Калахари, Намиб, Атакама). Огромные пространства галечных, песчаных, каменистых и солончаковых поверхностей здесь лишены растительности. Животный мир малочисленен.

Рис. 22. Тропические пояса. Слева направо: лиственный лес (Коста-Рика), вельд (Южная Африка), пустыня (Намибия)

Субэкваториальные влажные леса сосредоточены в долине Ганга, южной части Центральной Африки, на северном побережье Гвинейского залива, северной части Южной Америки, в Северной Австралии и на островах Океании. В более засушливых районах их сменяют саванны (Юго-Восточная Бразилия, Центральная и Восточная Африка, центральные районы Северной Австралии, Индостана и Индокитая). Характерные представители животного мира субэкваториального пояса – жвачные парнокопытные, хищники, грызуны, термиты.

Рис 23. Субэкваториальные и экваториальный пояса. Слева направо: саванна (Танзания), влажный лес (Южная Америка)

Ближе всего к экватору расположен экваториальный пояс (бассейн Амазонки, Центральная Африка, Индонезия). Обилие осадков и высокая температура обусловили здесь наличие вечнозелёных влажных лесов (в Южной Америке такой лес называется гилеей). Экваториальный пояс – рекордсмен по разнообразию видов животных и растений.

Рис. 24. Высотная поясность

Похожие закономерности наблюдаются и в смене биогеографических зон в горах – высотной поясности. Она обусловлена изменением температуры, давления и влажности воздуха с увеличением высоты местности. Полного тождества между высотными, с одной стороны, и широтными, с другой стороны, поясами, однако, нет. Так, присущей типичной тундре смены полярных дня и ночи лишены её высокогорные аналоги в более низких широтах, а также альпийские луга.

Наиболее сложные спектры высотных поясов свойственны высокогориям, находящимся близ экватора. К полюсам уровни высотных поясов снижаются, а их разнообразие уменьшается. Изменяется спектр высотных поясов и при удалении от берега моря.

Одни и те же природные зоны встречаются на разных материках, однако леса и горы, степи и пустыни имеют свои особенности на различных континентах. Различаются и растения и животные, приспособившиеся к существованию в этих природных зонах. В биогеографии выделяют шесть биогеографических областей:

• Палеарктическая область (Евразия без Индии и Индокитая, Северная Африка);

• Неарктическая область (Северная Америка и Гренландия);

• Восточная область (Индостан и Индокитай, Малайский архипелаг);

• Неотропическая область (Центральная и Южная Америка);

• Эфиопская область (практически вся Африка);

• Австралийская область (Австралия и Океания).

Рис. 25. Вода. Слева направо: коралловый риф, поверхность озера

Живые организмы населяют не только сушу, но и Мировой океан. В океане обитает порядка десяти тысяч видов растений и сотни тысяч видов животных (в том числе более 15 тысяч видов позвоночных). Растения и животные заселяют в мировом океане две сильно отличающиеся друг от друга области – поверхностные слои воды и морское дно. Широтные зоны хорошо выражены только в приповерхностных водах океана; с увеличением глубины влияние солнца и климата уменьшается, а температура воды приближается к характерным для толщи океана +4 °С.

Толща воды океанов, морей и озёр – делится на вертикальные зоны по освещённости (хорошо освещённая, сумеречная и лишённая света) и по распределению жизни (поверхностная, переходная и глубоководная). Для организмов определенных глубин характерны схожие приспособления, обеспечивающие плавучесть. Они разделяются на пассивно плавающих на поверхности воды (плейстон: саргассовые водоросли, сифонофоры и др.) или в её толще (планктон) и на активно плавающих организмов, способных противостоять силе течения (нектон: рыбы, кальмары, водные змеи и черепахи, пингвины, китообразные, ластоногие, а также крупные ракообразные). Нектон отличает вытянутая форма тела с наименьшим лобовым сопротивлением воды при движении.

Рис 26. Вертикальная поясность в Мировом океане.

Растительные организмы (фитопланктон: в основном) водоросли – основные продуценты органического вещества в океане. Фитопланктон наиболее распространён в местах выноса с глубины или стока с суши питательных веществ – фосфатов и нитратов. Потребность в солнечной энергии ограничивает их распространение до глубины в 50-100 м. Зоопланктон (ракообразные, простейшие, медузы и гребневики, личинки различных животных) можно встретить и на большей глубине. Тропические районы океанов, удалённые от суши, наиболее бедны по количеству видов. Остатки организмов участвуют в образовании донных осадков. Надо признать, что большие глубинные слои Мирового океана не изучены.

Население дна также распределено по глубинным поясам. Среди растительных организмов распространены бурые, красные, и зелёные водоросли; у берега пресноводных водоёмов встречаются и цветковые растения (тростник, камыш, кувшинка, элодея и другие). Морское население представлено, главным образом, фораминиферами, губками, коралловыми полипами, многощетинковыми червями, сипункулидами, моллюсками, ракообразными, мшанками, иглокожими, асцидиями и рыбами. Особенно многочисленны обитатели мелководий; их количество может доходить до десятков килограммов на 1 м² поверхности. Пресноводные водоемы гораздо беднее: в основном, это простейшие, кольчатые черви, моллюски, личинки насекомых и рыбы. Современная биология разделилась на большое количество почти самостоятельных наук.

Рис. 27

Основополагающими науками биологии являются ботаника и зоология, изучающие разнообразные формы живого на разных уровнях структурной организации: молекулярном (молекулярная биология, биохимия и молекулярная генетика), клеточном (цитология), тканевом (гистология), на уровне органов и их систем (анатомия, физиология, морфология), популяций и природных сообществ (экология). Важнейшей их частью является систематика, целью которой является разделение организмов на группы и расположение этих групп в порядке, отражающем их родственные связи и иерархию уровней структурной организации в несколько другом плане (чем рассмотренные выше): царство, тип (отдел), класс, отряд (порядок), семейство, род, вид. Каждая предыдущий уровень в этом списке объединяет несколько последующих – ветви подуровней (так, семейство объединяет несколько родов и, в свою очередь, принадлежит к какому-либо отряду или порядку). По мере перехода от верхнего уровня структурной организации к нижнему степень родства возрастает. Для более детальной классификации используются подуровни, названия которых образуются прибавлением к основным единицам приставок «над-» и «под-», например, надцарство, подвид, являющиеся еще большим разветвлением уровней структурной организации живой материи. Классификация организмов дело не простое, при этом сразу следует разграничивать организмы, живущие сегодня и организмы в процессе исторического развития, начиная с периода зарождения жизни. В обоих случаях следует идти от простого по мере возрастания сложности, отражающих эволюционный процесс.

Приступая к рассмотрению уровней структурной организации живой материи, воспользуемся одним из вариантов существующих классификаций, начиная с самых простых форм жизни, и далее по мере усложнения организмов, будем продвигаться также, как шло эволюционное развитие биологических систем. Рассмотрение организмов будет производиться в следующем плане:

• структура организма (представителя одной из классификационных группировок) – внутреннее строение, основные его элементы;

• связи элементов – образ жизни, способ получения питательных веществ, особенности размножения;

• связь с другими организмами, со средой, способ передвижения, происхождение.

Особой формой, промежуточной между живым и неживым состоянием (внеклеточной формой жизни), являются вирусы (лат. «яд») – внутриклеточные паразиты, отличающиеся от всех остальных организмов отсутствием важнейшего признака организации живой материи – клеточного строения. Однако, если их считать живыми организмами, то их следует отнести к первому уровню структурной организации живой материи, как представителей первичной, неклеточной формы жизни. Вирусы поражают все группы живых организмов, живут в клетках растений, животных, человека и даже бактерий. Вирусы имеют настолько простое строение, что их нередко вообще не считают живыми. Каждая вирусная частица состоит из небольшого количества (ДНК или РНК), заключённого в белковую оболочку (капсид), которую имеют только зрелые вирусные частицы, они также могут иметь липидную оболочку поверх капсида, образованную из мембраны клетки-хозяина. Трудно пока понять, как образовалась такая сложная структура как капсид или мембрана и, в тоже время невозможно представить живой раствор, не отделенный от окружающей его среды – водоемов, хотя первоначально так оно и было, но в последствии произошло усложнение, обеспечившее продолжение жизни, чтобы не раствориться в воде. Возможно, это были внутренние ресурсы в виде химических процессов, обеспечивших защитную пленку, первоначально простую, усложнившуюся впоследствии, а возможно это были полости ближайших минералов, ведь кристаллы тоже загадочные вещества, стремящиеся к усложнению в процессе своего роста. Каким бы способом это не произошло, это был переход на организменный уровень, от которого началась и развилась жизнь.

Вирусы в настоящее время обнаружены почти в каждой системе на Земле, являясь самой многочисленной биологической формой (миллионы видов), потому, что они очень жизнестойкие, проявляют хорошую защитную реакцию, изменчивость и приспосабливаемость даже в условиях инъекций, они переносят высушивание и низкие температуры. Форма вирусов может быть либо правильный многогранник – додекаэдр или икосаэдр (как у некоторых кристаллов), либо спиральной, или более сложной формы, которые следует считать уровнями структурной организации вирусов по степени их сложности (подробная классификация вирусов здесь не приводится). В составе ряда вирусов присутствуют углеводы и жиры. Размеры вируса примерно в сто раз меньше бактерии (о которой речь пойдет позже). Современные вирусы являются паразитами клетки и не могут размножаться вне клеток. Вне клетки вирусы не проявляют признаков живого (по крайней мере, в более поздние периоды эволюции) и ведут себя как частицы полимеров.

Прежде чем продвигаться далее, а именно перейти к следующему уровню структурной организации живой материи – клеточной, следует рассмотреть структуру клетки, т. к. клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых так и говорят, как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, является цитология.

Современная клеточная теория утверждает:

1. Клетка – элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

2. Клетка – целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов – органелл.

3. Клетки различных организмов похожи по строению и основным свойствам и имеют общее происхождение.

4. Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после процесса синтеза ДНК.

5. Многоклеточный организм – это новая система, сложный ансамбль из большого количества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов и информационных (нервных) связей.

6. Любая клетка многоклеточного организма обладает одинаковым полным фондом генетического материала этого организма, всеми возможными потенциями для проявления этого материала, – но отличаются по уровню работоспособности отдельных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию.

Мелкие организмы могут состоять всего лишь из сотен клеток. Организм человека включает в себя 10¹⁴ клеток. Самая маленькая из известных сейчас клеток имеет размер 0,2 мкм, самая большая – неоплодотворенное яйцо эпиорниса – весит около 3,5 кг. Типичные размеры растительных и животных клеток составляют от 5 до 20 мкм. При этом между размерами организмов и размерами их клеток прямой зависимости обычно нет. 70–80% массы клетки – это вода.

Клетки могут быть:

• безъядерные или доядерные, возникшие на ранних этапах зарождения жизни;

• многоядерные, когда клетки не разделены мембраной, как стадия появления многоклеточного организма (здесь не учитывается патологические явления органов);

• клетки многоклеточных организмов, они проще одноклеточных, т. к. специализированы.

Структура клетки животного

Структура клетки растения

Элементы клетки показаны в структурах, далее охарактеризуем лишь основные:

Оболочка клетки – включает в себя мембрану и наружную часть, выполняющие следующие функции:

• разделение содержимого клетки и внешней среды, а также между клетками;

• регуляция обмена веществ между клеткой и средой;

• место протекания некоторых биохимических реакций (в том числе фотосинтеза, окислительного фосфорилирования);