Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 1 (страница 3)

Рис. 1.1. Биология

Итак, мы вынуждены признать, что не можем дать строгого определения, что же такое жизнь, и не можем сказать, как и когда она возникла. Все, что мы можем, — это перечислить и описать те признаки живой материи, которые отличают ее от неживой.

Это прежде всего:

Пища нужна всем живым существам. Они используют ее как источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу. Почти все растения способны к фотосинтезу, т. е. они сами создают питательные вещества, используя энергию света. Фотосинтез — одна из форм автотрофного питания. Животные и грибы питаются по-иному: они используют органическое вещество других организмов, расщепляя с помощью ферментов это органическое вещество и усваивая продукты расщепления. Такое питание называют гетеротрофным. Гетеротрофами являются многие бактерии, хотя некоторые из них автотрофны.

Для всех процессов жизнедеятельности нужна энергия. Поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеротрофного питания, используется в качестве источника энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая энергия запасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.

Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить. Например, кровеносные сосуды кожи млекопитающих при повышении температуры тела расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым снова восстанавливая оптимальную температуру тела. А зеленое растение, которое стоит на подоконнике и освещается только с одной стороны, тянется к свету, потому что для фотосинтеза нужна определенная освещенность.

Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т. е. способностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны сами создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри клеток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут двигаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.

Выделение, или экскреция, — это выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Такие ядовитые "шлаки" возникают, например, в процессе дыхания, и их надо обязательно удалять. Животные потребляют очень много белков, и, поскольку белки не запасаются, их необходимо расщепить, а затем вывести из организма. Поэтому у животных выделение сводится в основном к экскреции азотистых веществ. Еще одной из форм экскреции можно считать выведение из организма свинца, радиоактивной пыли, алкоголя и массы других вредных для здоровья веществ.

Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, однако все живое "бессмертно". Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения. Пытаясь объяснить природу наследования признаков, "редукционисты" открыли нуклеиновые кислоты — ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту) и РНК (рибонуклеиновую кислоту). В молекулах этих кислот содержится закодированная наследственная информация, которая передается от одного поколения к другому.

Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые организм получает в процессе автотрофного или гетеротрофного питания. В результате ассимиляции этих веществ образуется новая живая протоплазма.

Эти семь главных признаков живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв. Не следует, однако, забывать, что все эти признаки — лишь наблюдаемые проявления главных свойств живой материи (протоплазмы), т. е. ее способности извлекать, превращать и использовать энергию извне. К тому же протоплазма способна не только поддерживать, но и увеличивать свои энергетические запасы.

В отличие от живой материи мертвое органическое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды. Живые существа обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неуправляемому распаду структур и веществ и бесцельному выделению энергии. Такая регуляция направлена на поддержание гомеостаза на всех уровнях организации живых систем — от молекул до целых сообществ.

Все перечисленные признаки живого будут подробно рассмотрены в указанных главах книги. Во многих главах описаны физические и химические механизмы, лежащие в основе тех или иных явлений. Этим мы обязаны успешным исследованиям последних лет. Наши знания о том, что происходит в клетке или в организме, несомненно, обогатились после открытия ДНК, АТФ, ферментов, гормонов, вирусов, биосинтеза белка, взаимодействия антиген-антитело и многих других процессов.

В Приложениях к первому тому вы найдете много различных сведений, которые необходимо знать биологу, и в том числе: описание биохимических процессов, методы научного познания, экспериментальные приемы и многое другое. Приложения составлены так, чтобы прежде всего помочь тем, у кого есть существенные пробелы в той или иной области. Освоив эту информацию, вы можете попытаться выработать у себя способность к критической оценке и описанию наблюдаемых явлений. Ведь именно такой способ мышления лежит в основе любого научного поиска.

Глава 2. Разнообразие жизни на Земле: прокариоты и эукариоты

В этой главе рассматриваются две относительно простые группы организмов — прокариоты и вирусы. Вирусы — это необычная группа организмов, не имеющих клеточного строения. Основной структурной единицей всех остальных организмов является клетка. Но даже вирусы не могут размножаться вне клетки. Третья основная группа организмов — эукариоты — будет рассмотрена в гл. 3 и 4.

2.1. Сравнение прокариот и эукариот

Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы вполне естественно делятся на две большие группы — прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам — зеленые растения (в том числе и все остальные водоросли), грибы, слизевики и животные. Первые эукариоты появились около 3 млрд. лет назад — в самом конце докембрия. Они, по-видимому, произошли от прокариот.

Клетки прокариот (от греч. pro — до, karion — ядро) не имеют оформленного ядра. Иными словами, генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. У эукариот (от греч. ей — настоящий, истинный, karion — ядро) имеется настоящее ядро, т. е. у них генетический материал окружен двойной мембраной (ядерной оболочкой) и образует вполне определенную клеточную структуру, которую очень легко узнать.

Прокариоты отличаются от эукариот и по целому ряду других признаков. Самые существенные различия указаны в табл. 2.1. Некоторые из клеточных структур, упомянутых в этой таблице, мы подробно рассмотрим в гл. 7. Типичные клетки прокариот и эукариот изображены на рис. 2.3, 7.3 и 7.4.

Таблица 2.1. Основные различия между прокариотами и эукариотами. (Из A Dictionary of Life Science, E.A. Martin (ed.), (1976), Pan Books.)

2.1.1. Протисты (Protista)

Прежде чем мы рассмотрим свойства вирусов и прокариот, следует сказать несколько слов и о другой классификации, которую часто используют, несмотря на ее несколько искусственный характер. Эта классификация была создана еще в то время, когда все живое делили на два царства — царство растений и царство животных. При этом бактерии и многие другие примитивные организмы никак не укладывались в эти две категории. К тому же у некоторых видов имеются признаки и животных, и растений, например у слизевиков (которые во многом похожи на амеб, но образуют плодовые тела, как грибы) или фотосинтезирующих жгутиковых, например эвглены. Поэтому в 1866 г. было выделено еще одно царство — протисты. В него вошли бактерии, водоросли, грибы и простейшие. Главное отличие этого царства — очень простое, мало дифференцированное строение клетки. В наше время к протистам обычно относят только одноклеточные организмы. Прокариот, входящих в царство протистов, иногда называют монерами (Monera). Обе классификации представлены на рис. 2.1. Схема, которой мы придерживаемся в нашей книге, изображена на рис. 2.1, А.

Рис. 2.1. Альтернативные системы классификации основных групп организмов; мы рекомендуем классификацию, изображенную на схеме А

2.2. Бактерии

Бактерии — это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки в среднем составляет 1 мкм. Размеры клеток варьируют в пределах от 0,1 до 10 мкм. Бактерии — одноклеточные организмы; их можно разглядеть только под микроскопом. Поэтому их и называют микробами или микроорганизмами. Изучением бактерий занимается наука бактериология — одна из дисциплин микробиологии. К микробиологии относятся также вирусология (изучение вирусов), микология (изучение грибов) и другие дисциплины, занимающиеся изучением остальных микроорганизмов. При исследовании самых разных микроорганизмов используют почти одни и те же методические приемы.