Основные царства. Какое самое большое царство живых организмов

Еще сравнительно недавно по всеобщему признанию все организмы подразделяли на два царства - царство животных и царство растений. Основное различие между животными и растениями сводили к способу питания. Животными считали тех, кто использовал в качестве пищи готовый органический материал (гетеротрофный способ питания), растениями - организмы, сами синтезирующие необходимый органический материал из неорганических соединений (автотрофный способ питания).

Если точнее, то гетеротрофные организмы - это те, которые должны получать углерод в виде его органических соединений, а автотрофные организмы способны использовать углерод в неорганической форме, а именно в виде диоксида углерода (ССЬ, углекислый газ). Животным обычно приходится разыскивать пищу и поэтому они должны быть способны к локомоции. А это предполагает наличие нервной системы, обеспечивающей координацию движений у более высокоорганизованных животных. Растения же ведут неподвижный образ жизни, они неспособны передвигаться и, следовательно, нервная система им не нужна.

Однако в этой классификации упускается из виду тот очевидный факт, что все клеточные организмы распадаются на две естественные группы, называемые теперь прокариотами и эукариотами.

Между двумя этими группами существует фундаментальное различие, для убеждения в этом надо посмотреть питомник . Термины «прокариоты » и «эукариоты » отражают различие в локализации ДНК (генетического материала) в клетке. У прокариот ДНК не окружена ядерной мембраной и свободно плавает в цитоплазме. Иными словами, у этих клеток нет истинного (оформленного) ядра (pro - перед; karyon - ядро). В клетках же эукариот имеется настоящее ядро (ей - полностью, хорошо). Эукариоты эволюционировали от прокариот.

Деление всех организмов на и растения сталкивается с определенными трудностями. Например, грибы - гетеротрофы, но при этом они не способны передвигаться. Так куда же их отнести? Чтобы выйти из этого положения, было решено, что должно существовать более двух царств. В 1982 г. Маргелис и Шварц (Margulis, Schwartz) предложили систему, предусматривающую наличие пяти царств - царство прокариот и четыре царства эукариот (рис. 2.4). Система Маргелиса и Шварца получила широкое признание и именно ее теперь рекомендуют использовать. Считают, что эукариоты образуют надцарство Eukaryotae. Самая противоречивая группа - это протоктисты, возможно потому, что это не естественная группа.

Все мельчайшие организмы , хотя они и не образуют естественной таксономической единицы, часто объединяют в одну группу под общим названием микроорганизмы или микробы. Эта группа включает в себя бактерий (прокариоты), вирусы, грибы и протоктисты. Такое объединение удобно в практических целях, поскольку методы, используемые для изучения этих организмов, как правило, схожи. Так, в частности, для их визуального наблюдения нужен микроскоп, а их культивирование следует проводить в асептических условиях. Наука, изучающая микроорганизмы, образует одну из ветвей биологии, называемую микробиологией. Микроорганизмы приобретают все большее значение в таких областях науки, как биохимия, генетика, агробиология и медицина; кроме того, они составляют основу важного направления в промышленности, называемого биотехнологией. Некоторые микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, играют еще и важную экологическую роль в качестве редуцентов.

- Вернуться в оглавление раздела "

ЦАРСТВО ВИРУСЫ. Вирус - неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток. Изучает вирусология.

Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами).

Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).

Вирусные частицы (вирионы) состоят из двух или трёх компонентов: генетического материала в виде ДНК или РНК (некоторые, например мимивирусы, имеют оба типа молекул); белковой оболочки (капсида), защищающей эти молекулы, и, в некоторых случаях, - дополнительных липидных оболочек.

Примерами наиболее известных вирусных заболеваний человека могут служить простуда (она может иметь и бактериальную этиологию), грипп, ветряная оспа и простой герпес. Многие серьёзные болезни, например, геморрагическая лихорадка Эбола, СПИД, птичий грипп и тяжёлый острый респираторный синдром вызываются вирусами. Относительная способность вируса вызывать заболевание характеризуется термином вирулентность.

ЦАРСТВО ПРОКАРИОТ. Включает древнейших обитателей планеты, появившихся около 3 млрд. лет назад, бактерий (в обиходе микробы). Микроскопические одноклеточные организмы, но лишены оформленного ядра. По форме делятся на кокки, бациллы, вибрионы, спириллы и др. Большинство гетеротрофны. Размножаются делением надвое. Изучает микробиология.

Таблица 4 – Разнообразие форм живых организмов царства прокариот

Таблица 5 – Количественная и качественная характеристика представителей царства грибы

ЦАРСТВО РАСТЕНИЕ. Изучает ботаника. Свыше 350 тыс. видов. Составляют около 95% от биомассы планеты. Основные продуценты органического вещества Земли. Осовные признаки растений:

1. Способность к фотосинтезу;

2. Наличие в лктеках пигментов (хлорофилл, каротиноиды);

3. Выделение фитогормонов, регулирующих процессы их жизнедеятельности (ауксины-ускорители роста);

4. Клетки окружены клеточной стенкой, образованной целлюлозой;

5. Имеют неограниченный рост;

6. Имеют вакуоли, заполненные клеточным соком, который обрузается в результате обмена веществ. Сок обеспечивает тургор.

Таблица 6 – Количество видов и представители царства растений

ВОДОРОСЛИ – сборная группа низших растений, которые могут быть одноклеточными, колониальными и многоклеточными. Тело многоклеточных водорослей не имеет вегетативных органов. Размножаются половым и бесполым путем. Населяют все водоемы планеты, живут в почве, на поверхности земли и в воздухе.

МХИ – это высшие растения, которые имеют вегетативные органы (стебли, листья) и многоклеточные органы полового размножения. Оплодотворение возможно только в воде. Имеют ризоиды – нитевидные выросты, состоящие из одной или нескольких клеток. Мхи вызывают заболачивание; отмирая, они образуют торф.

ХВОЩИ И ПЛАУНЫ имеют стебель, листья и корень. В их жизненном цикле наблюдается чередование гаметофита (полового поколения) и спорофита. Важнейшее условие полового размножения – наличие воды.

ПАПОРОТНИКИ – в их жизненном цикле преобладает спорофит. Распространены во влажных местах от тропиков до северных широт.

ГОЛОСЕМЕННЫЕ растения имеют семя, которое защищает зародыш от неблагоприятных воздействий и обеспечивает его питательными веществами на первых этапах. Оплодотворение не зависит от присутствия воды. Наиболее распространены представители класса хвойных.

ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ (ЦВЕТКОВЫЕ) – самые распространенные растения на Земле. Для них характерно наличие цветков и семян, заключенных в плод.

ЦАРСТВО ЖИВОТНЫЕ. Изучает зоология. Свыше 1,5-2 млн. видов. Осовные признаки животных:

1. Гетеротрофное питание;

2. Отсутствие клеточной стенки;

3. Активное передвижение, наличие специальных органов движения;

4. Обмен веществ в организме выполняется системами органов;

5. В клетках имеются центриоли;

6. Имеют ограниченный рост;

7. Характерна четкая симметрия тела.

Таблица 7 – Описание представителей царства животные

Подцарство одноклеточные. Большинство одноклеточных, или простейших имеют микроскопические размеры (от 3-4 до 50-150 мкм). В клетке имеются органоиды специального назначения. В неблагоприятных условиях образуют цисту. Размножение основном бесполое, но встречается и половой процесс. Среда обитания –пресные водоемы, моря, почва. Много паразитирующих видов (споровики). Некоторые образуют колонии (вольвокс).

№ Биология

Тема Деление царств на группы.

Цель: познакомить учащихся с основными царствами живой природы.

Задачи:

дать начальные представления о классификации живых организмов, царствах живой природы.

повторить и закрепить знания о клетке, истории ее открытия, многообразии клеток;

развивать у учащихся словесно-логическое мышление, способности сравнивать и анализировать;

С тревогой, самые старые деревья, от ста до трехсот лет, умирают, - предупреждают ученые в последней «Науке». Это явление относится к лесным ландшафтам, саваннам, фермам и даже городам по всему миру. Похоже, что это влияет на деревья в большинстве типов лесов, - отметил главный автор работы, проф.

Тот факт, что это не хорошо со старыми деревьями, проф. Исследователи обнаружили, что старые деревья массово убиты в результате пожаров, и в годы, когда нет пожаров, они погибают в 10 раз чаще, чем раньше, скорее всего, из-за засухи, более высоких температур, рубки и т.д. Ученые начали рассматривать это явление по всему миру. Аналогичные тенденции наблюдаются в различных географических зонах, таких как Калифорнийский Йосемитский национальный парк, африканские саванны, тропические леса Бразилии, леса умеренной зоны в Европе и бореальные леса на севере.

продолжить развитие навыков работы с учебником, тестовыми заданиями, опрными схемами;

воспитывать у учащихся бережное отношение к природе, умение слушать учителя и своих одноклассников.

Оборудование: компьютер; проектор; интерактивная доска; мультимедийная презентация “ Разнообразие живых организмов”, таблица “Схема развития растительного мира”, таблица “Схема развития животного мира”

Убытки крупных деревьев также были ясны в сельскохозяйственных районах и в городах, где люди интенсивно пытаются их защитить. Мы говорим об утрате крупнейших живых организмов в мире, крупнейших покрытосеменных растений на Земле, организмов, которые играют ключевую роль в регулировании и обогащении нашего мира, - говорит профессор Билл Лоранс из Университета Джеймса Кука.

Он подчеркивает, что большие, старые деревья играют важную экологическую роль. Существуют экосистемы, в которых до трети всех птиц и животных живут в сучьях и впадинах этих деревьев. Эти деревья связывают огромное количество углерода, а также способствуют циркуляции воды и питательных веществ из почвы. Они совместно создают растительные полосы, которые являются местом для жизни других организмов. Они влияют на местный климат. Большие деревья обеспечивают пищу для многих животных в виде фруктов, цветов, листьев и нектара, а птицы и животные защищают себя в своих пустотах, например, находящийся под угрозой исчезновения австралийский лидер.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Повторение пройденного материала. Мультимедийная презентация “Разнообразие живых организмов

Сегодня мы с вами на уроке продолжаем исследовать разнообразие живых организмов, но прежде чем продолжить исследование нам необходимо вспомнить что мы уже знаем о живых организмах и выделить то над чем нам с вами нужно будет поработать.

Потеря деревьев может означать исчезновение таких существ, - пишут исследователи. Старые деревья так быстро снижаются, из-за их прямой рубки, а также сбора урожая для сельскохозяйственных нужд, нападений насекомых или быстрого изменения климата - оценивает проф.

Исследователи рассматривают проблему глобального исчезновения старых деревьев в контексте исчезновения крупнейших млекопитающих, например слонов, носорогов, тигров или китообразных. «Как и во многих частях света, эти крупные животные исчезают, поэтому у нас есть все больше доказательств того, что старые, большие деревья могут угрожать подобным образом», предупреждают авторы публикации.

Для этого я приготовила блиц-опрос, ваша задача отвечать полным ответом. Пожалуйста, кто желает показать нам свои знания.

Каковы важнейшие признаки живых организмов?

Чем растения отличаются от животных?

Почему ботаники длительное время считали, что грибы – это растения?

Расскажите о самых микроскопических организмах.

Что изучает систематика

Назовите основные отделы растений и их представителей

Чем руководствуются ученые систематики, обьеденяя организмы в различные группы.

III. Изучение нового материала. Существует множество классификаций живых организмов. Познакомимся с некоторыми из них.

1. Деление организмов на эукариоты и прокариоты. По наличию ядра в клетках.

2 . Рассказ учителя с примерами организмов эукариотов и прокариотов. Записать схему в тетрадь:

Прокариоты - одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром. К ним относятся ТОЛЬКО бактерии и археи.
Например: кишечная палочка (бактерия) , серая анаэробная бактерия (архея) .

Эукариоты - живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными (вирусы и вироиды также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми организмами) .
Например: кошка, человек, рыба, рак, муха, и т. д.)) Короче все грибы, животные, растения и протисты (любые простейшие)

Все многоклеточные как правило эукариоты.

2. Характеристика царств живой природы. Назвать, показать, дать пояснения.

. Примеры организмов, которые называют учащиеся. Записать схему в тетрадь.

Самые большие группы жизни на Земле объединены в царства. Давайте посмотрим, в какие царства объединили ученые различные формы жизни.

***
Царство бактерий (прокариотов) .

Здесь объединены микроскопические (как правило, одноклеточные) организмы, не имеющие в своих клетках ядра. Кроме собственно бактерий (стафилококки, вибрионы и т. д.) сюда часто относят и примитивные одноклеточные водоросли - цианеи (или сине-зеленые водоросли) . Сине-зеленые водоросли являются одной из древнейших форм жизни на Земле. Они появились, по мнению ученых, более 2 млрд. лет назад. Водорослями их можно назвать лишь условно, из-за примитивности строения.
Царство протистов (эукариотов) .

В отличие от представителей царства бактерий, царство протистов представлено микроорганизмами, имеющими в своих клетках ядро. Самые известные представители этого царства - диатомеи (диатомические водоросли) , перидинеи и эвгленовые, а также другие жгутиковые водоросли.
Диатомовые одноклеточные относятся к наиболее распространенным представителям царства протистов. Их насчитывается более 10 тыс. разновидностей, среди которых большая часть - морские жители. Под линзой обычного микроскопа диатомеи выглядят как кружочки, овальчики, звездочки и т. д. Однако если разглядеть диатомею под более мощным микроскопом, то можно увидеть, что ее студенистое тело покоится в прочной сетчатой раковине крохотного размера. Этот внешний скелет животного построен из кремнезема. Диатомеи не умеют двигаться самостоятельно и перемещаются водными течениями. Но есть среди процистов и животные, способные к самостоятельному передвижению, например одноклеточная жгутиковая водоросль эвглена.
Эвгленовые насчитывают в своих рядах около 60 видов. Обитают они лишь в пресных водах.
Царство растений.

Это царство объединяет многоклеточные организмы, не способные самостоятельно передвигаться и использующие энергию солнечных лучей для преобразования неорганических веществ в органические (фотосинтез) . Думаю, что нет необходимости приводить примеры представителей этого царства - это самые различные виды растений воды и суши с более сложной организацией, чем одноклеточные.
Царство грибов.

Грибы не случайно выделены в отдельное царство. Эти живые организмы не являются ни животными, ни растениями, не попадая под классификационные признаки представителей этих царств. Грибы включают многие споровые организмы, плесень, собственно грибы (ядовитые и съедобные) .
Царство животных.

Самое многочисленное и представительное царство. Сюда входят все организмы, питающиеся готовыми органическими соединениями (растениями или другими животными, в т. ч. их останками) . К животным относятся и одноклеточные живые организмы (амебы, инфузории) , и огромные млекопитающие (киты, слоны, рыбы, гигантские медузы и т. д.)
К этому царству причислены и интересующие нас акулы, и даже мы с Вами.

2. Характеристика царства Бактерии. Особенности строения, образ жизни, примеры представителей царства.

Царство бактерий. Общая характеристика.

Известно около 2500 видов. Имеют клеточное строение, но не имеют ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы.

Большинство не содержит хлорофилла и питается готовыми органическими веществами – гетеротрофно.
Живут практически везде: в почве, в пыли, в воздухе, в воде, на теле животных, внутри живых организмов.

Размножаются каждые 20–30 минут.

Имеют очень важное значение для человека.

1)При жизнедеятельности почвенных бактерий происходит образование гумуса, который представляет собой разложившееся органическое вещество, содержащее все необходимые вещества для жизни растений.

2)Для очистки сточных вод применяются микроорганизмы, которые в короткие сроки могут перевести большинство органических соединений в неорганические.

3)В кишечнике многих животных и человека обитает микрофлора, которая способна переваривать потребляемую организмом пищу и синтезируют витамины (бактерии симбионты) .

4)Путем брожения человек может получать различные вещества, например, уксусная кислота, силос, спирт, кисломолочные продукты.

5)Производство антибиотиков. Эти вещества выделяются некоторыми бактериями и грибами. Они вызывают угнетение жизнедеятельности других бактерий.

6)Производство кормового белка.

7)Производство ферментов и генная инженерия. Возможность промышленно производить инсулин, получать спирты, органические кислоты, полимерные вещества.

8)Биологические методы борьбы с вредителями, различные бактерии могут заражать и вызывать гибель вредителей сельского хозяйства.

3. Характеристика царства Растений. Классификация царства с приведением примеров. .

Обратить внимание учащихся на таблицу в классе “Схема развития растительного мира”, акцентируя внимание на низших и высших растениях. Записать схему в тетрадь, обращая внимание на написание новых слов.

Общая характеристика царства растений Все живые организмы можно разделить на четыре царства: растения, животные, грибы и бактерии. Признаки царства растений следующие:

являются эукариотами, то есть клетки растений содержат ядра;

являются автотрофами, то есть образуют из неорганических органические вещества в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного света;

ведут относительно неподвижный образ жизни;

неограниченны в росте в течение всей жизни;

в качестве запасного питательного вещества используют крахмал;

наличие хлорофилла

4. Характеристика Царства Животные. Перечислить особенности царства. Деление их позвоночных и беспозвоночных. .Привести примеры.

IV. Минутка релаксации. Гимнастика для глаз (делается стоя у своих рабочих мест).

– Крепко зажмурить глаза на 5 секунд, затем открыть. (Повторить 10 раз..)
– Посмотреть в окно, выбрать самую дальнюю точку за окном и самую ближнюю в классе. Попеременно смотреть на эти точки по 10 секунд. (Повторить 10 раз.)

V. Закрепление изученного материала.

2. Л/Р №1 «Разнообразие отделов растений».

Самостоятельная работа

VI. Итог: познакомились с основными царствами живой природы, многообразием живых организмов.

VII. Домашнее задание: пар.4 стр.16-17 (вопросы)

Лабораторная работа №1

Нарисуйте ваш вариант представителей отделов растений. Напиши названия отделов.

Немного истории. Аристотель пытался все объекты природы систематизировать. У него была "лестница существ". Внизу наиболее примитивно организованные камни, потом растения, животные и человек. Стремление к линейной классификации довольно долго сохранялось, но потом его пришлось отвергнуть, так как объекты живой природы не выстраиваются в единую лестницу. Деление на растения и животные известно давно. Эти группы называют царствами: царство растений и царство животных. Потом были описаны простые одноклеточные растения и животные, о которых не всегда понятно, растения они или животные. Они были выделены в группу одноклеточные (Протисты). Затем открыли бактероий и выделили их в отдельное царство. Позже было в отдельное царство были выделены грибы. Для нас они кажутся похожими на растения, но, тем не менее, от растений они существенно отличаются, в частности, тем, что, как животные, запасают гликоген, а не крахмал.

Итак, живые организмы разделили на царства Растений, Грибов, Животных и Простейших (одноклеточных), и царство бактерий, в которую входили все прокариоты. Но когда изучали бактерий, оказалось, что они также делятся на две сильно отличающиеся группы. Соответственно, их пришлось разделить на два царства: Эубактерии (собственно бактерии) и Архебактерии (другое название - Археи). Последние также не имеют ядра, но по структуре сильно отличаются от бактерий.

Такое деление возникло недавно. В 1990 году вышла посвященная этой теме публикация. Деление было сделано на основе последовательности рибосомной РНК. Если раньше для того, чтобы описать какой-либо новый вид, нужно было изучить организм, описать, как он питается, его морфологию, и только после этого его можно было классифицировать, то сейчас классификацию организма можно провести, даже не зная, как он выглядит. Достаточно просеквенировать (определить последовательность нуклеотидов) его рибосомную РНК. И поскольку для многих организмов последовательность рибосомной РНК известна, то по степени сходства этих РНК строится классификация, а не по внешнему сходству или по особенностям метаболизма. Некоторые группы архебактерий так и были описаны: рибосомные РНК есть, а сами организмы пока никто не видел. В чем же смысл перехода к классификации по степени сходства рибосомной РНК? Рибосомная РНК отражает родство по происхождению, в то время, как одинаковая форма может быть у совершенно неродственных животных. Если вспомнить лягушку, крокодила и бегемота, то окажется, что глаза у них из воды торчат похожим образом. Но эти животные относятся к разным классам. То есть, построение классификации на основе рибосомной РНК отображает родство организмов, но зато зачастую не отражает сходство в образе их жизни. Почему выбрана именно рибосомная РНК? Потому что это самая консервативная, т.е. наиболее медленно меняющаяся, часть генома. Ниже на рисунке представлено дерево родства разных организмов. На нем выделяются группы бактерий, архей и эукариот.Эти группы, более высокого ранга, чем царства. Их называют надцарства или домены. Термин домен используется в разных науках. В данном случае, в систематике, «домен» обозначает группу (рангом выше царства), объединяющую разные организмы, обладающие определенным набором общих черт.

Что же общего у бактерий и архей, что отличает их от эукариот?

Строение клетки прокариот

У прокариотических клеток есть цитоплазматическая мембрана, также как и эукариотических. У бактерий мембрана двуслойная (липидный бислой), у архей мембрана довольно часто бывает однослойной. Мембрана архей состоит из веществ, отличных от тех, из которых состоит мембрана бактерий. Поверхность клеток может быть покрыта капсулой, чехлом или слизью. У них могут быть жгутики и ворсинки.

Клеточное ядро, такое как у эукариот, у прокариот отсутствует. ДНК находится внутри клетки, упорядоченно свернутая и поддерживаемая белками. Этот ДНК-белковый комплекс называется нуклеоид. У эубактерий белки, которые поддерживают, ДНК отличаются от гистонов, которые образуют нуклеосомы (у эукариот). А у архибактерий гистоны есть, и этим они похожи на эукариот. Энергетические процессы у прокариотов идут в цитоплазме и на специальных структурах - мезосомах (выростах клеточной мембраны, которые закручены в спираль для увеличения площади поверхности, на которой происходит синтез АТФ). Внутри клетки могут находиться газовые пузырьки, запасные вещества в виде гранул полифосфатов, гранул углеводов, жировых капель. Могут присутствовать включения серы (образующейся, например, в результате бескислородного фотосинтеза). У фотосинтетических бактерий имеются складчатые структуры, называемые тилакоидами, на которых идет фотосинтез. Таким образом, у прокариот, в принципе, имеются те же самые элементы, но без перегородок, без внутренних мембран. Те перегородки, которые имеются, являются выростами клеточной мембраны.

Форма прокариотических клеток не так уж и разнообразна. Круглые клетки называются кокки. Такую форму могут иметь как археи, так и эубактерии. Стрептококки - это кокки, вытянутые в цепочку. Стафилококки - это «грозди» кокков, диплококки -кокки, объединенные по две клетки, тетрады - по четыре, и сарцины - по восемь. Палочкообразные бактерии называются бациллами. Две палочки - диплобациллы, вытянутые в цепочку - стрептобациллы. Еще выделяют коринеформные бактерии (с расширением на концах, похожим на булаву), спириллы (длинные завитые клетки), вибрионы (коротенькие загнутые клетки) и спирохеты (завиваются не так, как спириллы). Ниже проиллюстрировано все выше сказанное и приведены два представителя архебактерий.

Хотя и археи, и бактерии относятся к прокариотическим (безядерным) организмам, строение их клеток имеет некоторые существенные отличия. Как уже было отмечено выше, бактерии имеют липидный бислой (когда гидрофобные концы погружены в мембрану, а заряженные головки торчат с двух сторон наружу), а археи могут иметь монослойную мембрану (заряженные головки имеются с двух сторон, а внутри единая целая молекула; эта структура может быть более жесткой, чем бислой). Ниже представлено строение клеточной мембраны архебактерии.

Бактерии и археи отличаются строением и размером РНК-полимеры. В состав бактериальных РНК-полимераз входит 4-8 белковых субъединиц, в сотав эукариотических РНК-полимераз входит 10-14 белковых субъединиц, а у архей размер промежуточный: 5-11 субъединиц. Рибосомы бактерий меньше рибосом эукариот и меньше, чем рибосомы архей (которые также имеют промежуточные размеры).

Фотосинтез и азотфиксация

Некоторые виды бактерий и архей способны к фиксации азота. Примерно половина азота, входящего в состав живых организов, фиксируется бактериями. Азотфиксация, то есть превращение атмосферного азота в различные соединения, осуществляется ферментом нитрогеназой. Фиксация азота - один из наиболее дорогих биохимических процессов: на фиксацию одной молекулы азота расходуется 16 молекул АТФ. Есть менее эффективные системы фиксации, которые расходуют для этих целей до 35 молекул АТФ. Есть и небиологическая фиксация азота. После того, как начали производить удобрения (промышленная фиксация азота), человек вполне успешно может конкурировать с биологическими фиксаторами и биосферой в количестве фиксируемого азота.

Фиксировать азот могут только прокариотические организмы. Все организмы, способные фиксировать азот, имеют сходные ферменты нитрогеназы. Нитрогеназа способна работать только в анаэробных условиях, в присуствии кислорода фермент инактивируется и фиксация азота останавливается.

Фиксированный азот уходит в органические соединения. Это процесс могут проводить бактерии и растения. Мы можем только переводить органические соединение в аммиак. Соединения аммиака также могут переходить в окиси азота, после фиксации которого бактериями вновь получается азот.

Фиксацию азота осуществляют около 250 штаммов эубактерий: азотобактерии, клостридии и др. Половину этих штаммов составляют разные виды цианобактерий, ранее называемые сине-зелеными водорослями.

Как уже говорилось, нитрогеназа чувствительна к кислороду. В его присутствии она инактивируется и тогда не обратима. А сине-зеленые водоросли занимаются фотосинтезом, при котором образуется кислород, и процесс фиксации азота несовместим с процессом фотосинтеза. В результате, днем нитчатая цианобактерия осциллятория занимается фотосинтезом, а ночью, когда фотосинтез не идет, она занимается фиксацией азота.

Единственный организм, способного одновременно проводить и фиксацию азота и фотосинтез, это цианобактерия Anabaena. Каким образом это осуществляется? Фотосинтез происходит в большинстве клеток (зеленые клетки на рисунке) на свету, и цианобактерия может использовать источники азота, растворенные в окружающей среде. Однако если азота не хватает, она переходит к фиксации азота. Для этого отдельные клетки, которые раньше занимались фотосинтезом, дифференцируются. Они называются гетероцисты. Это более крупные клетки, покрытые плотной оболочкой. Фотосинтез в них прекращается, и ферменты фотосинтеза из них исчезают. Зато начинается синтез нитрогеназы. Толстая оболочка не пропускает внутрь кислород, и в гетероцистах происходит фиксация азота, в то время, как все остальные клетки занимаются фотосинтезом. Все, что нужно гетероцисте для работы (в том числе и азот), она получает от соседних клеток через специальные межклеточные контакты, а сама гетероциста отдает соседним клеткам аминокислоту глутамин (посмотрите строение аминокислот в лекции 4), которая синтезируется после фиксации азота.

К фотосинтезу способны многие представители прокариот. Раньше мы упоминали уже, что фотосинтез бывает оксигенный и аноксигенный фотосинтез. Совмещают оба этих вида опять же цианобактерии. Большинство бактерий способны поводить только один из двух типов фотосинтеза. Встречаются фотосинтетики и среди архей.

Для фотосинтеза необходим свет. При этом используются световые волны определенного диапазаноа, который зависит от "настройки" биоантенн, улавливающих квант света. Жесткий ультрафиолет использоваться не может, так как он повреждает ДНК и белки. Растения реагируют на свет длиной волны до 700 нм.

Прокариоты пользуются более широким спектром излучения. Наиболее простая схема фотосинтеза - у археи галобактерии, живущей в Мертвом море. Красноватая окраска этих бактерий обусловлена наличием пигментов каротиноидов, защищающих клетки от фотоповреждений, которые вполне возможны при высокой интенсивности солнечного света. Фотосинтез у галобактерий проводится специальным белком бактериородопсином. Этот белок находится в клеточной мембране, улавливает квант света и переводит его энергию в электрохимический заряд на мембране (DmH). В качествен "антенны", улавливающей свет в бактериородопсине, используется ретиналь - светочувствительная молекула, такая же, как та, что содержится в родопсине, светочувстительном белке высших организмов.

Фотоантенной у цианобактерий и высших растений служат хлорофиллы. Это сложные полициклические соединения с наличием сопряженных связей.

Где живут бактерии

Мы рассмотрели некоторые особенности строения и функционирования прокариот, теперь рассмотрим, где они обитают.

Бактерии могут вступать в симбиоз как с одноклеточными, так и с многоклеточными эукариотами. Примеры - жгутиконосец цианофора и корненожка. Клетка цианофоры содержит две цианобактерии. Когда жгутиковая цианофора делится, то каждой дочерней клетке достается по одной цианобактерии, которые потом также делятся, чтобы восстановить количество цианобактерий на клетку цианофоры. Когда жгутиконосец содержит цианобактерии, он обладает фототаксисом, т.е. движением по направлению к свету или от него.

Корненожка также содержит внутри клетки цианобактерии, но другого вида. Cвободноживущие бакетрии и бактерии-симбионты отличаются по своим свойствам. Некоторые виды симбионтов способны покидать своего хозяина и переходить к самостоятельному образу жизни, тогда как другие виды цианобактерии не могут жить отдельно от хозяина. Такие утратившие самостоятельность цианобактерии называются цианеллами. Считается, что именно через симбиоз возникли хлоропласты высших растений. Предки хлоропластов - это свободноживущие цианобактерии.

Пример симбиоза животного с фотосинтезирующими одноклеточными предстваляет моллюск тридакна. Мантия моллюска набита водорослями зооксантеллами. Причем их так много, что моллюск не может затащить мантию внутрь. Водоросли занимаются фотосинтезом, а моллюск обеспеспечивает их безопасность.

Многие азотофиксирующие бактерии могут жить сами по себе. Некоторые виды также могут обитать в клубеньках бобовых растений. Как было сказано выше, эукариоты не способны к азотофиксации. Поэтому некоторые бактерии в симбиозе с высшими растениями обеспечивают их азотом. Симбиотические азотфиксирующие бактерии живут в клубеньках, которые образуются на корне растения в ответ на проникновение в него бактерий из почвы. На рисунке ниже показаны клубеньки на корнях бобового растения. Клетки такого клубенька набиты азотофиксирующими бактериями. Чтобы изолировать бактерии от кислорода растения синтезируют белок леггемоглобин, похожий по структуре на гемоглобин, который связывает кислород и защищает симбионтов от его действия.

Очень интересные организмы, похожие на растения, образуются при симбиозе некоторых видов грибов и бактерий, в том числе уже знакомых нам цианобактерий. Это лишайники. Для жизни им нужны лишь минимальные количества воды, так как бактерия обеспечивает фотосинтез, а гифы гриба защищают бактерий от высыхания и добывают воду. В симбиотическом состоянии бактерия продуцирует большое количество питательных веществ, которые передаются грибу, тогда как в свободном состоянии она обеспечивает только свои нужды. При улучшении условий составляющие лишайники бактерии и грибы могут выходить из симбиотического взаимодействия и жить самостоятельно. Лишайники - это тоже форма существования бактерий.

Еще один вид симбиоза представлен светящимися бактериями. Люминесценция некоторых подводных рыб обусловлена тем, что в их светящихся органах живут симбиотические бактерии. Свечение обусловлено работой бактериального фермента люциферазы. Ген, кодирующий этот фермент, выделен и используется в научных исследованиях /

Бактериальные симбионты человека составляют его нормальную микрофлору. Они живут в кишечнике, на коже, на слизистых, обеспечивая либо защиту (конкурентным способом не давая другим, зловредным, бактериям заселить эти участки), либо участвуя в переваривании пищи и синтезировании некоторых, необходимых человеку витаминов. Мы уже упоминали симбионта человека кишечную палочку . Всего к нормальной микрофлоре человека относится около 500 видов бактерий. Если убить всех бактерий на коже или в кишечнике человека, то ничего хорошего из этого не получится. Роль нормальной микрофлоры изучена на стерильных животных. В специальных условиях выращивают животных (крыс или мышей), и смотрят, что с ними происходит в отсутствии бактерий. Надо отметить, что живут они не очень хорошо. Таким образом, каждый реальный человек - это не просто представитель вида Homo sapiens , а целая коллекция различных организмов.

Половым путем также могут передаваться вирусы, например, вирус герпеса. Вирус герпеса вызывает образование пузырьков на коже, наполненных вирусными частицами ("лихорадку"). Среди населения западных стран 70-90% инфицированы вирусом герпеса, у 30% бывают высыпания, у 10% - генитальные формы заболевания. Половым путем могут передаваться вирусы иммунодефицита человека (вызывает СПИД - синдром прогрессирующего муунодефицита), гепатита В и С (поражают печень), папилломавирусы (вызвают разрастания кожного эпителия и образование бородаок; некоторые виды провоцируют развитие рака).

Среди возбудителей заболеваний, передающихся половым путем, ранее других были описаны гонококк, бледная спирохета и эукариотический орагнизм трихомонада. Долгое время, ели у больного имелись признаки мочеполовой инфекции, но ни один из этих трех возбудителей не был выявлен, ему ставили диагноз "неспецифический уретрит". Однако во второй половине ХХ века были найдены возбудители "неспецифического" воспаления. К ним относятся гарднерелла, хламидия, уреаплазма, микоплазма и некоторые другие виды. Вызываемые ими заболевания отличаются тем, что часто проходят малосимптомно, остаются незамеченными носителем и переходят в хроническую форму. Хотя бы один из этих возбудителей встречаются у 30-50% людей, у части людей (имеющих несколько половых партнеров) можно обнаружить целый "букет" возбудителей. До сих пор некоторые врачи считают, что эти бактерии неопасны. Это, неверно, давно уже показано, что эти бактерии являются не только возбудителями мочеполовых инфекций, одним из самых тяжелых осложнений которых является бесплодие, но и ряда общих заболеваний, просто устоявшиеся представления меняются медленно.

Бактерия гарднерелла , вызывающее гарднереллез - воспалительное заболевание мочеполовых путей - была описана в середине двадцатого века. Гарднерелла немного крупнее гонококка, имеет характерное для прокариот строение. В препаратах, полученных от больных, клетки эпителия полового тракта выглядят как бы «приперченными»; эти перчинки - как раз и есть гарднереллы. Они также вызывают воспаление урогенитального тракта, и самым тяжелым последствием такого заболевания является бесплодие.

Перейдем к вирусам.

Вирусы не относятся к прокариотам. Иногда их выделяют в отдельное царство, иногда описывают вне царств природы. Существуют некоторые проблемы с классификацией вирусов, споры на тему, считать вирусы живыми или неживыми. Раньше вирусы считались наиболее простыми организмами, так как они самые маленькие, и в них меньше всего белков и ДНК, и полагали, что от вирусов произошли все остальные организмы. Но сейчас, когда установлено, что вирусы без клетки жить не могут, нет оснований думать, что они появились раньше клетки. Видимо, наиболее близко к истине представление о том, что вирусы - это "взбесившиеся" гены, т.е. это гены, которые стали автономными и приобрели систему собственного размножения.

Несмотря на все различия в форме и размерах, все вирусы образованы сходным образом. Все они покрыты белковой оболочкой и в их состав входит нуклеиновая кислота - РНК или ДНК. ДНК может быть кольцевой или линейной, РНК может быть одноцепочечной или двуцепочечной.

Рассмотрим строение частиц вируса на примере вируса герпеса . Белковая оболочка вируса, называемая нуклеокапсид, построена из белков и представляет правильный шестигранник. Вокруг имеется оболочка, которую вирус сторит из кусков клеточных мембран, которые организм не атакует, так как это мембраны его собственных клеток. Правда, эти мембрана инкрустирована вирусными белками, поэтому иммунная система вирус герпеса все-таки может распознать. «Заворачивание» в мембрану - это способ защиты вируса. Внутри белкового шестигранника находится линейная двуспиральная молекула ДНК. Ниже на рисунке справа изображена клетка, «нафаршированная» частицами созревающего вируса. Вирус герпеса размножается в клетках кожного эпителия, но при размножении частицы вируса инфицируют нервы, и по нерву вирус проникает в спинной мозг. Там вирусная ДНК встраивается в геном клеток корешков спинного мозга, поэтому, раз инфицировавшись, человек несет в себе вирусную ДНК. Излечить его навсегда невозможно, разве что вместе с клетками спинного мозга удалить. Время от времени геномные копии могут синтезировать новые вирусные ДНК. Но если у человека хорошо работает имунная система, то у него имеются антитела, защищающие его от этого вируса. Эти антитела не дают вирусу выбраться из своего укрытия. Но при ослаблении иммунной системы, например, при простуде, титр антител в крови падает, вирусы выходят из клеток спинного мозга и по нерву добирается до кожного эпителия, и там он уже начинает размножаться. Поэтому пузырьки, высыпающие в тех местах, через которые вирус попал в организм - чаще всего на лице, на губах - называют "простудой".

Близким родственником вируса герпеса является вирус ветрянки. Ветрянкой человек болеет один раз в жизни, обычно в детстве. Все тело ребенка покрывается герпетическими пузырьками; потом вирус ветрянки также поселяется в спинном мозге, и активация вируса вызывает воспаление нервов и высыпания на кожи, которые называются опоясывающий лишай. Процесс довольно болезненный и может лишить человека работоспособности на месяц.

Папилломавирус гораздо более мелкий, по сравнению с вирусом герпеса. Принципиально строение такое же. Передается при непосредственном контакте, в том числе при половом контакте. Папилломавирус довольно распространен; он вызывает разрастание эпителия (образуются бородавки и папилломы). Некоторые штаммы этого вируса онкогенны - они вызывают рак шейки матки у женщин. То есть, это форма рака, передающаяся половым путем. Сейчас разработаны вакцины, предохраняющие человека от этой формы рака.

Первоначально люди делили всю живую природу на животных . Такая классификация отражена еще в трудах Аристотеля. Даже Карл Линней - основоположник современной классификации видов, живший в 18 веке, все еще делил живые организмы лишь на растений и царство животных.

В середине 17 века были открыты одноклеточные организмы, первоначально их распределяли по двум известным царствам и только в 19 веке выделили для них отдельное царство - Протистов.

После того, как появился электронный микроскоп, стало возможным подробно изучить самые мельчайшие организмы. Ученые выяснили, что одни из них имеют ядро, а другие нет, было предложено разделить все живые организмы по этому признаку.

Современная система сформировалась в 1969 году, когда Роберт Уиттекер предложил разделять организмы на на основе принципа их питания.

Роберт Уиттекер первым выделил грибы в отдельное царство.

Царство Растений

К этому царству относят многоклеточные автотрофные организмы, клетки которых имеют прочную оболочку, обычно состоящую из целлюлозы. Растения разделятся на подцарство простейших растений и подцарство высших растений.

Царство Животных

К этому царству относят многоклеточные гетеротрофные организмы, они отличаются самостоятельной подвижностью, питанием преимущественно с помощью заглатывания пищи. Клетки таких организмов обычно не имеют плотной стенки.

Царство Грибов

Грибы - многоклеточные сапрофиты, то есть организмы, которые питаются за счет перерабатывания мертвой органики. Они отличаются тем, что в результате их деятельности не остается экскрементов. Грибы размножаются спорами. В царстве выделяют подцарство грибов и подцарство миксомицетов, ученые спорят о том, стоит ли относить последние к царству Грибов.

Царство Бактерий

К царству Бактерий относят одноклеточные организмы, которые не имеют полноценного ядра. Существуют бактерии-автотрофы и бактерии-гетеротрофы. Обычно бактерии подвижны. Так как бактерии не имеют ядра, их относят к домену прокариотов. Все бактерии имеют плотную стенку клетки.

Царство Протистов

Организмы, в клетках которых имеется ядро, чаще всего одноклеточные. Организмы попадают в царство Протистов по остаточному принципу, то есть тогда, когда их нельзя отнести к другим царствам организмов. К протистам относят водоросли и простейшие.

Царство Вирусов

Вирусы находятся на границе между живой и неживой природой, это неклеточные образования, которые представляют собой набор сложных молекул в белковой оболочке. Вирусы могут воспроизводиться, только находясь в живой клетке другого организма.

Царство Хромистов

Небольшое количество организмов - некоторые водоросли, несколько грибоподобных организмов - имеют в составе своих клеток 2 ядра. Их выделили в отдельное царство только в 1998 году.

Царство Архей

Первые археи были найдены в геотермальных источниках

Простейшие доядерные одноклеточные организмы, которые появились на Земле одними из первых, они приспособлены жить не в кислородной, а в метановой атмосфере, поэтому их находят в экстремальных средах.

Задание уровня А

Выберете один правильный ответ из четырёх предложенных.

В 17 веке микроскоп изготовил

2) А. Левенгук

Самую значимую систему классификации живых организмов в 1735 году разработал

4) К.Линней

Основной систематической категорией в биологии является

Двойное название животных включает

2) Род и вид

Наука, изучающая поведение животных, - это

2) Этологий

Китообразные - это

Переходные формы между представлениями некоторых классов позвоночных животных были описаны благодаря

1) Изучению ископаемых животных

Самым большим царством живых организмов является царство

1) Животных

Представителей царства животных изучает

2) Зоология

Клетки животных отличаются от клеток растений

1) строением оболочки, не содержащей целлюлозы, и отсутствием пластид

Задания уровня В

Выберите три правильных ответа из шести предложенных

В1. Накопление знаний о животных в древности привело к тому, что люди

2) создавали орудия ложа и добычи и совершенствовали способы загонной охоты

3) сооружали гигантские постройки для содержания животных рядом со своими поселениями

6) осваивали новые варианты использования продуктов промысла и животноводства

В2. О промысловых животных древние охотники знали

1) поведение и места обитания представителей каждого вида

3) предпочитаемые корма

4) пути сезонных миграций

В3. Знания, полученные в результате изучения животного мира, важны для

1) разработки безвредных для человека биологических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства

2) искусственного разведения ценных пород рыб и сохранения животных, находящихся на грани вымирания

4) выведения новых пород домашних животных и одомашнивания диких животных

В4. Укажите соответствие между учеными и их достижениями в области изучения животных.

ДОСТИЖЕНИЯ

А) описал образ жизни, поведение и места обитания животных

Б) ввел в науку систематические категории

В) предложил классификацию животного мира

Г) поставил систематическую сводку животных - «Лестницу существа»

Д) описал спячку, линьку и питание различных животных

Е) предложил использовать латинский язык для обозначения видов животных

1) К.Линней

2)Аристотель

В6. Установите соответствие между достижениями в области зоологии и их значением

А) разработка мер борьбы с вредителями запасов продовольствия

Б) акклиматизация промысловых позвоночных

В) восстановление численности соболя, бобра, морского котика и др.

Г) повышение продуктивности сельскохозяйственных животных

Д) создание заповедников

Е) выведение новых пород сельскохозяйственных животных

ЗНАЧЕНИЕ

1) решение проблемы потемки людей