на тему: «Многообразие мира животных: одноклеточные и многоклеточные»
Многообразие мира животных
Многообразие животных. Царство животных включает более 1,5 млн видов (самое многочисленное среди других царств живых организмов). Животные, как и растения, бактерии, грибы, населили все среды жизни: водную - рыбы, киты, раки, медузы; наземно-воздушную - жуки, бабочки, птицы, звери; почвенную - дождевые черви, медведки, кроты. Средой жизни для многих животных служат другие животные, человек, растения.
Животные разнообразны по величине, форме тела, покровам, органам передвижения, внутреннему строению, поведению и другим признакам (сравните, например, друг с другом медузу, дождевого червя, осьминога, речного рака, майского жука, акулу, голубя, волка).
Сходство животных с другими организмами и их отличия. Животные, как и все другие живые организмы, имеют клеточное строение, питаются, дышат, растут и развиваются, размножаются, умирают. В отличие от других организмов они, как правило, питаются твердой пищей, содержащей готовые органические вещества, и у них развиты различные приспособления к ее захвату, удержанию, измельчению и перевариванию. Почти все животные имеют органы передвижения (плавники, ласты, ноги, крылья), способствующие активному поиску пищи, укрытию от врагов и непогоды и пр. У большинства животных заметно различаются передний и задний концы тела, брюшная и спинная стороны, левая и правая стороны тела. На переднем (поступательном) конце тела находятся рот, основные органы чувств (зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания), органы защиты или нападения. Мысленно через тело таких животных можно провести только одну плоскость, делящую его на две зеркально одинаковые половины. Такая симметрия тела называется двусторонней, или двубоковой. Она позволяет животным двигаться прямолинейно, сохраняя равновесие, с одинаковой легкостью поворачиваться вправо и влево.
Вдоль тела некоторых животных, например медуз, можно провести несколько воображаемых плоскостей, и каждая из них поделит его на две зеркально подобные половины. Линии плоскостей расходятся от центра пересечения лучами. Такую симметрию тела называют лучевой. Она присуща животным, ведущим в основном сидячий или малоподвижный образ жизни, и дает возможность ловить добычу и чувствовать приближение опасности с любой стороны.
Зоология - наука о животных
Зоология - наука о животных. Люди издавна использовали животных в своей жизни. Добывая животных, охраняя жилища от хищников и ядовитых змей и т.п., они приобретали знания об их внешнем виде, местообитании, образе жизни, повадках и передавали их из поколения в поколение. Со временем появились книги о животных, возникла наука зоология (от греч. «зо-он» - животное и «логос» - слово, учение). Ее рождение относят к III в. до н.э. и связывают с именем древнегреческого ученого Аристотеля.
Современная зоология - это целая система наук о животных. Одни из них изучают строение, развитие животных, образ жизни, распространение на Земле; другие - отдельные группы животных, например только рыб (ихтиология) или только насекомых (энтомология). Знания, добытые зоологическими науками, имеют большое значение для осуществления охраны и восстановления численности ряда животных, борьбы с вредителями растений, переносчиками и возбудителями заболеваний человека и животных и т.п.
Классификация животных. Все животные, как и другие живые организмы, по признакам родства объединены учеными в систематические группы. Самая мелкая из них - вид. Все зайцы-беляки, обитающие в тайге, смешанных лесах или тундре, принадлежат к одному виду - Заяц-беляк. Видом в зоологии называют совокупность животных, сходных между собой по всем существенным признакам строения и жизнедеятельности, обитающих на определенной территории и способных давать плодовитое потомство. Каждое животное, имеющее только ему присущие особенности строения и поведения, называют особью. Сходные виды объединяют в роды, роды - в семейства, семейства - в отряды. Более крупные систематические группы животных - классы, типы.
Царство животных включает два подцарства: Одноклеточные животные и Многоклеточные животные, в которые объединены более 20 типов и несколько сотен классов.
Подцарство одноклеточные животные, или простейшие
Одноклеточные животные обитают в водоемах, каплях росы на листьях растений, во влажной почве, в органах растений, животных и человека.
Тело простейшего состоит из цитоплазмы, поверх которой имеется тончайшая наружная мембрана, а у большинства и плотная оболочка. В цитоплазме находятся ядро (одно, два или более), пищеварительные и сократительные (одна, две или более) вакуоли. Большинство простейших активно передвигается с помощью особых органоидов.
Подцарство простейших включает 40 тыс. видов, объединенных в несколько типов. Самые крупные из них два: тип Саркодовые и жгутиковые и тип Инфузории.
Тип саркодовые и жгутиковые
К саркодовым и жгутиковым относятся в основном свободноживущие организмы. Наиболее распространены из них амеба обыкновенная и эвглена зеленая. Амеба обыкновенная живет в придонных местах пресных водоемов. Она не имеет постоянной формы тела и передвигается перетеканием в образующиеся выпячивания - ложноножки (на греч. «амеба» означает «изменчивая»). Эвглена зеленая живет в верхних слоях пресных водоемов. Она имеет плотную оболочку, придающую ей постоянную веретеновидную форму тела; передвигается с помощью жгутика. Внутри тела эвглены имеются ядро, хлоропласты, сократительная вакуоль, светочувствительный глазок.
Амеб и других простейших, не имеющих оболочки и способных образовывать ложноножки, относят к саркодовым (от греч. «саркос» - плазма). Эвглен и других простейших, имеющих жгутики, относят к жгутиковым. Некоторые жгутиковые, например жгутиковая амеба, имеют жгутики и ложноножки, что свидетельствует о близком родстве саркодовых и жгутиковых и служит основанием объединения их в один тип.
Питание. Амеба обыкновенная питается в основном одноклеточными организмами, захватывая их ложноножками. Пища переваривается в пищеварительных вакуолях под влиянием пищеварительного сока. При этом сложные органические вещества пищи превращаются в менее сложные и переходят в цитоплазму (они идут на образование собственных органических веществ, которые служат строительным материалом и источником энергии). Непереваренные остатки пищи выводятся наружу в любой части тела. Эвглена зеленая, как и одноклеточные водоросли, на свету образует органические вещества. При недостатке света она питается растворенными в воде органическими веществами.
Дыхание. Свободноживущие простейшие дышат растворенным в воде кислородом, поглощая его всей поверхностью тела. Попав в цитоплазму, кислород окисляет сложные органические вещества, превращая их в воду, углекислый газ и некоторые другие соединения. При этом освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Углекислый газ, образующийся в процессе дыхания, удаляется через поверхность тела.
Раздражимость. Одноклеточные животные реагируют на свет, температуру, различные вещества и другие раздражители. Амеба обыкновенная, например, движется от света в затененное место (отрицательная реакция на свет), а эвглена зеленая плывет в сторону света (положительная реакция на свет). Способность организмов реагировать на действие раздражителей называется раздражимостью. Благодаря этому свойству одноклеточные животные избегают неблагоприятных условий и находят пищу.
Размножение саркодовых и жгутиковых происходит путем деления. Материнская особь дает начало двум дочерним, которые при благоприятных условиях жизни быстро растут, и уже через сутки происходит их деление.
Сохранение при неблагоприятных условиях жизни. При понижении температуры воды или высыхании водоема на поверхности тела амебы из веществ цитоплазмы образуется плотная оболочка. Само тело округляется, и животное переходит в покоящееся состояние, называемое цистой (от греч. «цистис» - пузырь). В таком состоянии амебы не только сохраняются при неблагоприятных условиях жизни, но и расселяются при помощи ветра и животных. В цисты превращаются многие саркодовые и жгутиковые, в том числе амеба дизентерийная, эвглена зеленая, лямблии и трипаносомы.
Тип инфузории
Места обитания, строение и образ жизни.
К типу инфузорий относятся туфельки, бурсарии, гуськи, сувойки. Эти и большинство других инфузорий живут в пресных водоемах с разлагающимися органическими остатками (их название происходит от греч. «инфузиум» - настой). Форма их тела веретеновидная (туфельки), бочонковидная (бурсарии), колоколовидная (трубачи).
Тело инфузорий покрыто рядами ресничек, при помощи которых они передвигаются. Имеются инфузории, например сувойки, ведущие сидячий образ жизни. К подводным предметам они прикрепляются сократимым стебельком.
Инфузории по сравнению с другими простейшими имеют более сложное строение. У них имеются большое и малое (или малые) ядра, клеточные рот и глотка, околоротовая впадина, постоянное место удаления остатков непереваренной пищи - порошица. Сократительные вакуоли инфузорий состоят из собственно вакуолей и приводящих канальцев.
Питание. Большинство инфузорий питается различными органическими остатками, бактериями и одноклеточными водорослями. Пища попадает в предротовую впадину благодаря согласованному колебанию окружающих ее ресничек, а затем через рот и глотку в цитоплазму (в образующуюся пищеварительную вакуоль). Не-переварившиеся остатки пищи удаляются через порошицу.
Дыхание и выделение у инфузорий происходят так же, как у саркодовых и жгутиковых, через всю поверхность тела.
Раздражимость. В ответ на действие света, температуры и других раздражителей инфузории движутся к ним или в обратную сторону (положительный и отрицательный таксисы - движения).
Размножение и сохранение при неблагоприятных условиях у инфузорий происходят в основном так же, как у саркодовых и жгутиковых.
Происхождение и значение простейших
Происхождение простейших. Ученые считают, что саркодовые и жгутиковые - самые древние простейшие. Они произошли от древних жгутиковых около 1,5 млрд лет назад. Инфузории - более высокоорганизованные животные - появились позднее. Существование жгутиковых, имеющих хлоропласты, свидетельствует о родстве и общности происхождения простейших и одноклеточных водорослей от древнейших жгутиковых.
Подцарство многоклеточные животные тип кишечнополостные
К кишечнополостным относятся медузы, актинии, коралловые полипы. Их тело состоит из двух слоев клеток, между которыми находится неклеточная опорная пластинка. Клетки ограничивают полость, сообщающуюся с внешней средой одним отверстием - ртом. В ней происходит частичное переваривание пищи. Кишечнополостные - низшие многоклеточные животные с лучевой симметрией тела.
Одни из кишечнополостных ведут малоподвижный образ жизни, прикрепляясь к субстрату. Их называют полипами (от греч. «полип» - многоногий). Другие - медузы - свободно плавают в толще воды. Описано около 9 тыс. видов этого типа. Основные классы: Гидроидные, Сцифоидные и Коралловые полипы.
Класс гидроидные
К гидроидным относятся пресноводные гидры (бурая, стебельчатая, зеленая и др.) и морские колониальные полипы, например обелия. Пресноводные гидры внешне похожи на стебельки растений длиной 1-3 см. На одном конце их тела имеется подошва, которой они прикрепляются к опоре, на другом - рот, окруженный щупальцами. Гидры ведут одиночный, преимущественно прикрепленный образ жизни. По способу питания они - хищники. Основная их пища - дафнии и циклопы. Морские гидроидные ведут сидячий образ жизни и имеют вид небольших кустиков, состоящих из нескольких сотен и даже тысяч особей.
Наружный слой тела гидроидных состоит из покровно-мускульных, стрекательных, промежуточных и некоторых других видов клеток. Покровно-мускульные клетки, имеющие мускульные волоконца, осуществляют сокращение и расслабление щупалец и всего тела. Стрекательные клетки расположены в основном на щупальцах. Ядовитая жидкость, имеющаяся в их капсулах, парализует или убивает мелких животных, а у крупных вызывает жжение. Промежуточные клетки дают начало клеткам других видов.
Внутренний слой тела образован железистыми и пищеварительно-мускульными клетками. Железистые клетки выделяют в кишечную полость пищеварительный сок. Под его влиянием пища частично переваривается. Пищеварительно-мускульные клетки жгутиками перемещают частицы пищи в кишечной полости, а ложноножками захватывают их и переваривают в пищеварительных вакуолях. Таким образом, у кишечнополостных происходит и внутриполостное и внутриклеточное пищеварение. Питательные вещества поступают во все клетки тела, а непереваренные остатки пищи удаляются наружу через рот. Дыхание и выделение у кишечнополостных осуществляются через всю поверхность тела.
Нервная сеть. Рефлекс. По обеим сторонам опорной пластинки располагаются нервные клетки, образующие нервную сеть. Когда к гидре или к особям обелии прикасается какое-либо животное, то в чувствительных клетках возникает возбуждение, которое передается нервным клеткам, распространяется по всей нервной сети и вызывает сокращение кожно-мускульных клеток. Ответ организма на действие раздражителей, осуществляемый при посредстве нервной сети (нервной системы), называют рефлексом.
Размножение. При благоприятных условиях жизни на теле гидр образуются почки. Они увеличиваются в размерах, на их свободном конце образуются щупальца и рот, а затем и подошва. У одиночных полипов дочерние особи отделяются от материнского организма и живут самостоятельно, у колониальных полипов не отделяются и происходит рост колоний. Почкование - бесполый способ размножения.
Половое размножение гидр связано с образованием особых бугорков. У обоеполых гидр (гермафродитов) в одних бугорках тела развиваются яйцеклетки, в других - сперматозоиды; у разнополых - или яйцеклетки, или сперматозоиды. Созревшие сперматозоиды выходят в воду, проникают в бугорки других особей и сливаются с яйцеклетками. В оплодотворенных яйцеклетках образуются многоклеточные зародыши. Они зимуют, а взрослые особи погибают. Весной развитие зародышей возобновляется и появляются молодые гидры.
У морского колониального гидроида обелии имеются особи без щупалец и рта. В определенное время года они отпочковывают маленьких медузок (диаметр колокола 2-3 мм), различающихся по полу. Самки медузок выметывают в воду яйца, а самцы - сперматозоиды. Из оплодотворенных яиц развиваются личинки с ресничками, которые прикрепляются к подводным предметам и дают начало новым колониям полипов.
Регенерация. Для многих кишечнополостных характерна регенерация - способность восстанавливать поврежденные и утраченные части тела. Целая гидра, например, может развиться из 1/200 части ее тела.
Класс сцифоидные и класс коралловые полипы
Класс Сцифоидные включает крупных медуз (ушастая медуза, корнероты, полярная медуза), похожих на чаши, перевернутые вверх дном (от греч. «сцифос» - чаша). Величина тела медуз в поперечнике от 30 см до 2 м. По его краю располагаются многочисленные щупальца. На нижней стороне тела есть ротовое отверстие и 4 ротовые лопасти. Опорная пластинка у сцифоидных меду: толстая, студнеобразная. Медузы плавают путел выталкивания воды из-под колокола. Их нервна* система более развита, чем у гидроидных (скопления нервных клеток напоминают нервные узлы).
Медузы - раздельнополые животные. Половые продукты, развивающиеся во внутреннем слое клеток, они выметывают через рот. Из оплодотворенных яйцеклеток развиваются личинки, покрытые ресничками. Опустившись на дно, они превращаются в полипов (1-3 мм высотой). Выросшие полипы отпочковывают молодых медузок. Полипная стадия в жизненном цикле сцифоидных кратковременная, а медузная - основная.
Класс Коралловые полипы включает одиночных (актинии) и колониальных кораллов (красный, черный и др.). Актинии населяют дно морей. Их тело имеет вид цилиндра с многочисленными короткими толстыми щупальцами. Актинии передвигаются путем расслабления и сокращения подошвы. Питаются в основном рачками и мелкой рыбой. Колонии коралловых полипов, например красного коралла, состоят из сотен и даже тысяч особей. Многие из них имеют известковый или роговой скелет. Питаются они мелкими животными (мелкие рачки, личинки и др.).
Размножаются коралловые полипы бесполым (почкование) и половым путем. Половые клетки развиваются во внутреннем слое клеток. Развившееся потомство покидает материнский организм через рот на стадии личинок, которые прикрепляются ко дну и превращаются во взрослых полипов. Медузная стадия в жизненном цикле коралловых полипов отсутствует.
Происхождение и значение кишечнополостных
Происхождение. Кишечнополостные произошли от каких-то первых примитивных многоклеточных животных, тело которых состояло из двух типов клеток - двигательных со жгутиками и пищеварительных, способных образовывать ложноножки. Сами предки кишечнополостных произошли от древнейших колониальных одноклеточных животных.
Значение. Морские кишечнополостные - важное звено в цепях питания многих животных. Щупальца и колокола некоторых медуз, например полярной, служат убежищем для мальков рыб. Коралловые полипы - биологические фильтраторы воды. Образуемые кораллами рифы и острова - опасные препятствия для судоходства. Скелеты кораллов за многие тысячелетия образовали огромные отложения известняка. Благородные кораллы, например красный коралл, используют для изготовления различных украшений. В Японии и Китае студнеобразную массу медуз, например аурелии и ропилемы, употребляют в пищу. Некоторые медузы опасны для человека: от яда дальневосточной медузы крестовичка на коже появляются волдыри, происходит онемение рук.
После того, как были сконструированы первые микроскопы, уже в конце XVII и начале XV111 столетий, голландец Левенгук, настойчивый и пытливый наблюдатель, а за ним и другие натурали-сты познакомились с неизвестным до того миром микроскопических, не различимых невооруженным оптическими инструментами глазом, живых существ (в России во второй половине XVIII века наблю-дал одноклеточных М. Мереховский. Однако потребо-валось два с лишком века для того, чтобы признать во многих из них, после открытия клетки, организмы, тело которых представляет всего как бы одну клетку. Параллельно с этим работами ботаников и зоологов было установлено, что тело весьма многих растений и животных состоит из очень большого числа клеток.
У одноклеточных организмов тело клеток представляет участок протоплазмы с ядром (или даже с несколькими ядрами); роль ор-ганов, выполняющих те или другие жизненно необходимые функции, выпадает на долю отдельных участков единой клетки. Для отличия от органов многоклеточных животных, такие части получили на-именование органелл, или органоидов.
У многоклеточных животных различные функции выполняются разными органами и даже группами органов, образующими так называемые системы (пищеварительная, кровеносная, выделитель-ная и др.). Все они состоят из живого вещества клеток, принимаю-щих на себя выполнение соответствующих отправлений. Таким об-разом, клетки становятся в конечном счете тоже как бы органами многоклеточного организма. В связи с их функциями и с особен-ностями внешних условий клетки дифференцируются, т. е. при-нимают различную форму и структуру и служат для различных отправлений.
Рис. 4. Колония воротиичковых жгутиковых одноклеточных организмов Codonosiga.
Колонии. Как бы промежуточным звеном между одноклеточными и многоклеточными в цепи органических форм служат колонии одноклеточных. В колонии отдельные клетки-организмы связаны друг с другом или ветвящимися стебельками, на которых они сидят (рис. 4), или выделенной ими слизью, или еще каким-нибудь другим способом. Физиологически, по своим отправлениям, особи, входя-щие в состав колонии, обособлены друг от друга. В соседних особях одновременно могут самостоятельно протекать совершенно различ-ные процессы; например, одна из особей колонии добывает пищу, другая же в это время, прекращая питание, переходит к размно-жению и т. п.
Рис. 5. Janetosphaera (Volvox) aurea — раздельнополые колонии (у типичных Volvox они обоеполы).
I—колония с несколькими молодыми колониями внутри (1), образовавшимися или партеногенетически, или же бесполым путем; II—колония с женскими (2) и III—с мужскими гаметами (3).
Нужно учитывать, что колонии многообразны по степени слож-ности не только физиологической, но и морфологической дифференцировки. Встречаются колонии одноклеточных организмов, зани-мающие как бы промежуточное положение между типичной простой колонией и настоящим многоклеточным организмом. Примером служит вольвокс (Volvox) — колониальная жгутиковая форма, отдельные клетки которой несут по два жгута и снабжены зеленым хроматофором (рис. 5). Вольвокс образует шар. Входящие в его состав клетки располагаются по поверхности последнего, будучи связаны друге другом слизью, а у иных видов и тончайшими прото- плазменными волоконцами. Количество отдельностей, входящих в состав такого колониального организма, исчисляется тысячами. Они возникают путем ряда последовательных делений. Появление новых членов той же колонии сводится к процессу обычного деления. Новые вольвоксы возникают иначе. В этом принимают участие лишь некоторые, немногие особи — клетки колонии. Одни из них, увеличиваясь в размерах и накопляя запасные вещества, дают круп-ные, неподвижные яйцеклетки (макрогаметы), другие же, делясь несколько раз, превращаются в очень мелкие, снабженные жгутиками и потому подвижные микрогаметы, подобные сперматозоидам многоклеточных животных. Микрогаметы, перемещаясь, сливаются с яйцеклетками (процесс оплодотворения). В итоге возникает не-подвижная зигота. Делясь, зигота дает начало новому вольвоксу.
Иногда некоторые клетки вольвокса (яйцеклетки) без слияния с другими (т. е. без оплодотворения), просто делясь, дают начало новым вольвоксам. Следовательно, в таком колониальном организме появляется уже дифференцировка функций: одни клетки могут образовывать половые элементы и то одним, то другим путем давать начало новым вольвоксам, другие же, питаясь, могут делиться, но это деление ведет только к увеличению количества клеток того же самого вольвокса. Эти клетки неспособны дать новую особь, иначе говоря — стерильны.
Такую колонию можно до некоторой степени рассматривать как многоклеточный организм. На этом основании для подобных своеобразных колоний, как бы переходных к типичным многокле-точным, было предложено название ценобия (coenobium). Следует указать, что при изучении той группы родственных колониальных форм, к которой принадлежит вольвокс, можно найти все переходы от колоний до ценобиев, т. е. от настоящих одноклеточных орга-низмов до форм многоклеточных.
Помимо колоний одноклеточных, имеются колонии многоклеточ-ных животных. У них мы тоже встретим различные случаи: особи, входящие в их состав, то совершенно однородны, то дифференцированы и в некоторых случаях настолько приспо-соблены и морфологически, и физиологически к разным функциям, что к ним почти невозможно применять термин «колония»; тогда говорят о многоформенных (полиморфных) колониях, представляю-щих как бы единый организм с разнообразно специализированными членами.
Живой мир наполнен головокружительным множеством живых существ. Большинство организмов состоят только из одной клетки и не видимы невооруженным глазом. Многие из них становятся заметными исключительно под микроскопом. Другие, такие как кролик, слон или сосна, а также человек, сделаны из многих клеток, и эти многоклеточные организмы также в огромном количестве населяют весь наш мир.
Строительные блоки жизни
Структурными и функциональными единицами всех живых организмов являются клетки. Их еще называют строительными блоками жизни. Все живые организмы состоят из клеток. Эти структурные единицы были открыты Робертом Гуком еще в 1665 году. В организме человека насчитывается около ста триллионов клеток. Размер одной составляет около десяти микрометров. Ячейка содержит клеточные органеллы, которые контролируют ее активность.
Существуют одноклеточные и многоклеточные организмы. Первые состоят из одной клетки, например бактерии, а вторые включают растения и животных. Количество ячеек зависит от вида. Размер большинства клеток растений и животных клетках составляет от одного до ста микрометров, поэтому они видны под микроскопом.
Одноклеточные организмы
Эти крошечные существа состоят из одной клетки. Амебы и инфузории являются самыми старыми формами жизни, которые существовали еще около 3,8 миллиона лет назад. Бактерии, археи, простейшие, некоторые водоросли и грибы являются основными группами одноклеточных организмов. Существует две основные категории: прокариоты и эукариоты. Они также различаются по размеру.
Самые маленькие составляют около трехсот нанометров, а некоторые могут достигать размеров до двадцати сантиметров. Такие организмы обычно имеют реснички и жгутики, которые помогают им при перемещении. Они имеют простой корпус с базовыми функциями. Размножение может быть как бесполое, так и половое. Питание осуществляется обычно в процессе фагоцитоза, где частицы еды поглощаются и хранятся в специальных вакуолях, которые присутствуют в организме.
Многоклеточные организмы
Живые существа, состоящие из более чем одной клетки, называются многоклеточными. Они состоят из единиц, которые идентифицируются и присоединяются друг к другу, образуя сложные многоклеточные организмы. Большинство из них видны невооруженным глазом. Такие организмы, как растения, некоторые животные и водоросли, появляются из одной клетки и вырастают в многоцепочечные организации. Обе категории живых существ, прокариоты и эукариоты, могут проявлять многоклеточность.
Механизмы возникновения многоклеточности
Существует три теории для обсуждения механизмов, с помощью которых может возникнуть многоклеточность:
- Симбиотическая теория утверждает, что первая клетка многоклеточного организма возникла из-за симбиоза различных видов одноклеточных, каждый из которых выполняет различные функции.
- Синцитиальная теория утверждает, что многоклеточный организм не смог бы развиться из одноклеточных существ с несколькими ядрами. Такие простейшие, как инфузория и слизистые грибы, имеют несколько ядер, тем самым поддерживая эту теорию.
- Колониальная теория утверждает, что симбиоз многих организмов одного и того же вида приводит к эволюции многоклеточного организма. Она была предложена Геккелем в 1874 году. Большинство многоклеточных образований происходит вследствие того, что клетки не могут отделиться после процесса деления. Примерами, подтверждающими эту теорию, являются водоросли вольвокс и эудорина.
Преимущества многоклеточности
Какие организмы - многоклеточные или одноклеточные - имеют больше преимуществ? На этот вопрос ответить достаточно сложно. Многоклеточность организма позволяет ему превышать предельные размеры, увеличивает сложность организма, позволяя дифференцировать многочисленные клеточные линии. Размножение происходит преимущественно половым путем. Анатомия многоклеточных организмов и процессы, которые в них происходят, являются достаточно сложными из-за наличия различных типов клеток, контролирующих их жизнедеятельность. Возьмем, к примеру, деление. Этот процесс должен быть точным и слаженным, чтобы предотвратить ненормальный рост и развитие многоклеточного организма.
Примеры многоклеточных организмов
Как уже говорилось выше, многоклеточные организмы бывают двух видов: прокариоты и эукариоты. К первому относят в основном бактерий. Некоторые цианобактерии, такие как чара или спирогира, являются также многоклеточными прокариотами, иногда их называют еще колониальными. Большинство эукариотических организмов также состоят из множества единиц. Они имеют хорошо развитую структуру тела, и у них есть специальные органы для выполнения определенных функций. Большинство хорошо развитых растений и животных являются многоклеточными. Примерами могут быть практически всех виды голосеменных и покрытосеменных растений. Почти все животные являются многоклечточными эукариотами.
Особенности и признаки многоклеточных организмов
Существует масса признаков, по которым можно с легкостью определить, является ли организм многоклеточным или нет. Среди можно выделить следующие:
- У них достаточно сложная организация тела.
- Специализированные функции выполняют различные клетки, ткани, органы или системы органов.
- Разделение труда в организме может быть на клеточном уровне, на уровне тканей, органов и уровне систем органов.
- В основном это эукариоты.
- Травмы или гибель некоторых клеток глобально не влияет на организм: пораженные клетки будут заменены.
- Благодаря многоклеточности организм может достигать больших размеров.
- По сравнению с одноклеточными у них большая продолжительность жизненного цикла.
- Основной тип размножения - половой.
- Дифференциация клеток свойственна только многоклеточным.
Как растут многоклеточные организмы?
Все существа, от маленьких растений и насекомых до больших слонов, жирафов и даже людей, начинают свой путь как единичные простые клетки, называемые оплодотворенными яйцами. Чтобы вырасти в большой взрослый организм, они проходят через несколько определенных этапов развития. После оплодотворения яйца начинается процесс многоклеточного развития. На протяжении всего пути происходит рост и многократное деление отдельных ячеек. Эта репликация в конечном итоге создает конечный продукт, который является сложным, полностью сформированным живым существом.
Разделение клеток создает ряд сложных моделей, определяющихся геномами, которые являются практически идентичными во всех клетках. Это разнообразие приводит к экспрессии генов, которая контролирует четыре стадии развития клеток и эмбрионов: пролиферацию, специализацию, взаимодействие и движение. Первая включает в себя репликацию многих клеток из одного источника, вторая имеет отношение к созданию клеток с выделенными, определенными характеристиками, третья включает в себя распространение информации между ячейками, а четвертая отвечает за размещение клеток по всему телу для образования органов, тканей, костей и других физических характеристик развитых организмов.
Несколько слов о классификации
Среди многоклеточных существ выделяют две большие группы:
- беспозвоночные (губки, кольчатые черви, членистоногие, моллюски и другие);
- хордовые (все животные, у которых есть осевой скелет).
Важным этапом за всю историю планеты стало появление многоклеточности в процессе эволюционного развития. Это послужило мощным толчком для увеличения биологического разнообразия и его дальнейшего развития. Главным признаком многоклеточного организма является четкое распределение клеточных функций, обязанностей, а также установка и налаживание устойчивых и прочных контактов между ними. Другими словами, это многочисленная колония клеток, которая в силах сохранять фиксированное положение на протяжении всего жизненного цикла живого существа.
Рис. 72. Бактерии и одноклеточные грибы: 1 - кишечные палочки; 2 - дрожжи
Вспомните, на какие царства разделяют все организмы. Рассмотрите рисунки 72, 73. Каковы особенности строения одноклеточных организмов? Рассмотрите рисунки 74, 75. Чем колониальные организмы отличаются от одноклеточных? Сравните много клеточные и одноклеточные организмы. В чем их существенные отличия?
Организм (от лат. организме - устраиваю, придаю стройный вид) - это биологическая система, состоящая из взаимосвязанных частей, функционирующих как одно целое. Для любого организма характерны все признаки живого: обмен веществ и превращение энергии, раздражимость, наследственность и изменчивость, рост, развитие и размножение. Организмы, обитающие на Земле, очень многообразны по строению: одноклеточные, колониальные и многоклеточные. При этом только среди одноклеточных встречаются прокариоты, а все колониальные и многоклеточные - эукариоты.
Одноклеточные организмы. Самые простые формы организмов - одноклеточные. Они встречаются среди всех основных царств живой природы: бактерий, растений, животных и грибов (рис. 72, 73). Одноклеточные организмы распространены в воде, почве, воздухе, а также в телах многоклеточных организмов. Одноклеточные организмы успешно приспособились к разнообразным условиям жизни и составляют почти половину от массы всех организмов Земли. Часть из них являются автотро фами, другие - гетеротрофами.
Рис. 73. Одноклеточные водоросли и простейшие: 1 - хлорелла; 2 - амеба обыкновенная, захватывающая ипфузорию-туфельку
Отличительная особенность одноклеточных - достаточно простое строение тела. Это клетка, обладающая всеми основными признаками самостоятельного организма. Органеллы (от лат. органелла - уменьшительное от органа, т. е. маленький орган) клетки, подобно органам многоклеточных организмов, выполняют различные функции. Размножаются одноклеточные достаточно быстро и при благоприятных условиях в течение часа могут давать два, а иногда и три поколения. При неблагоприятных условиях они могут образовывать споры, покрытые плотными оболочками. Процессы жизнедеятельности в спорах практически отсутствуют. При благоприятных условиях спора вновь превращается в активно функционирующую клетку.
Прокариотные одноклеточные организмы входят только в царство Бактерии. Одноклеточные эукариоты встречаются в остальных царствах живой природы. В царстве Растения - это одноклеточные водоросли, в царстве Животные - это простейшие, в царстве Грибы - это одноклеточные грибы-дрожжи.
Колониальные организмы. Многие ученые считают колониальные организмы переходными от одноклеточных форм жизни к многоклеточным. В примитивном виде такое явление наблюдается у прокариот - бактерий, которые, делясь, образуют колонии. Причем для каждого вида бактерий характерна своя определенная форма колонии. Они синтезируют определенные ферменты, позволяющие им более эффективно использовать питательные вещества. При неблагоприятных условиях клетки такой колонии образуют споры, позволяющие выживать организму.
Колонии могут образовывать и зеленые водоросли. Наиболее интересна в этом отношении колония вольвокса, которая больше напоминает многоклеточный организм (рис. 74). Согласованное биение жгутиков обеспечивает направленное движение. Репродуктивные клетки, отвечающие за размножение, располагаются с одной стороны колонии. Благодаря им внутри материнской колонии образуются дочерние колонии, которые потом отделяются и переходят к самостоятельному существованию.
Рис. 74. Колониальная водоросль вольвокс: 1 - внешний вид колонии: 2 - строение отдельных клеток, связанные друг с другом нитями цитоплазмы
Многоклеточные организмы. Хотя одноклеточные очень многочисленны и широко распространены на Земле, по сравнению с ними многоклеточные организмы имеют ряд преимуществ. В первую очередь, они могут использовать ресурсы среды, недоступные единичной клетке. Например, наличие множества клеток, образующих различные ткани и органы, позволяет дереву или кустарнику достичь большой величины, с помощью корней обеспечить себе водное и минеральное питание, а в зеленых листьях создавать органические вещества. Многоклеточные животные благодаря тканям и органам способны лучше добывать пищу, осваивать новые места обитания.
Рис. 75. Ткани многоклеточных организмов: 1 - растительная ткань (основная фотоеннтезирующая); 2 - животная ткань (реснитчатый эпителий)
В многоклеточном организме клетки очень разнообразны, но всегда можно выделить группы клеток, сходные по строению и функциям. Группы клеток и межклеточного вещества многоклеточного организма, имеющие одинаковое строение, происхождение и выполняющие сходные функции, называют тканями (рис. 75). Специализация клеток на выполнение определенных функций повышает эффективность работы всего организма.
Различные ткани объединяются в органы, которые, в свою очередь, образуют системы органов. Внутренние органы и системы органов характерны для животных. Растения имеют несколько иное строение органов, но и они состоят из различных тканей.
Неклеточные формы жизни
Вирусы. Кроме организмов, имеющих клеточное строение, существуют и неклеточные формы жизни - вирусы (от лат. вирус - яд). Их свойства позволяют, с одной стороны, считать их живыми телами природы, а с другой стороны, рассматривать их как молекулы веществ неживой природы. Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью. В то же время они не способны к самостоятельному обмену веществ, превращению энергии и размножению. Поэтому вирусы - переходная группа между живой и неживой природой.
Рис. 76. Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920)
Вирусы настолько малы, что до появления электронного микроскопа их природа оставалась неясной. Активное изучение вирусов началось лишь во второй половине XX в. В это же время оформилась и отдельная наука о вирусах - вирусология. В настоящее время изучение вирусов идет очень интенсивно, открыто много новых их видов.
Частицы вирусов имеют симметричную структуру и разнообразную форму (рис. 77). Среди них встречаются многогранники (вирус полиомиелита и вирус герпеса), палочковидные (вирус табачной мозаики) и неправильно овальной формы (вирус гриппа).
Рис. 77. Вирус табачной мозаики: 1 - растение табака, пораженное вирусом; 2 - электронпая фотография вируса; 3 - схема строения
Вирусы имеют очень примитивное строение. Отдельные частицы вирусов - вирионы, состоящие из нуклеиновой кислоты и белков. Нуклеиновая кислота служит наследственным аппаратом вирусов и может быть представлена как молекулой ДНК, так и РНК. Она составляет сердцевину вируса и защищена капсулой. Капсула построена из множества молекул белка, компоновка которых определяет внешнее строение вириона. У некоторых представителей вирусов, помимо капсулы, может быть еще дополнительная оболочка из белков и липидов.
Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных, человека и бактерий.
Рис. 78. Строение вируса-бактериофага: 1 - белковая капсула; 2 - ДНК вируса; 3 - воротничок: 4 - хвостовой чехол; 5 - базальная пластинка с шипами; 6 - хвостовые нити
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) вызывает заболевание СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита (рис. 79). Вирионы ВИЧ имеют округлую форму. Снаружи они покрыты белково-липидной мембраной. Под мембраной располагается промежуточная белковая капсула. Внутри нее находится генетический аппарат ВИЧ - две молекулы РНК.
Рис. 79. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): 1 - белковая капсула; 2 - .молекулы фермента; 3 - РНК; 4 - липидная мембрана; 5 - белки мембрапы
При попадании вируса ВИЧ в кровь человека, он поражает лейкоциты, которые отвечают за иммунитет организма. Пораженные лейкоциты либо погибают, либо перестают узнавать чужеродных болезнетворных бактерий и аномальные клетки человека, которые образовались в результате нарушения нормального клеточного деления. В результате зараженный вирусом ВИЧ человек погибает от инфекционного заболевания, так как лейкоциты бездействуют и не вырабатывают белки-антитела. Смерть человека может наступить и от ракового заболевания, к которому приводит разрастание аномальных клеток. Ученые ведут интенсивный поиск препаратов, способных защитить или вылечить это тяжелейшее инфекционное заболевание человечества.
Упражнения по пройденному материалу
- Дайте определение организма. Какими чертами он должен обладать как самостоятельная биологическая система?
- Перечислите общие признаки одноклеточных организмов.
- В чем заключается усложнение организации при переходе от одноклеточных прокариот к эукариотам?
- Назовите одноклеточных представителей каждого царства организмов.
- Чем можно объяснить высокие приспособительные возможности одноклеточных организмов?
- Чем колониальные организмы отличаются от одноклеточных и многоклеточных?
- В чем основное различие клеток многоклеточных и одноклеточных организмов?
- Почему вирусы считают переходной группой между живой и неживой природой?
- Чем вирусы по строению отличаются от бактерий?
- Какие болезни вызывают вирусы у растений, животных и человека?
- Какое строение имеет вирус-бактериофаг? Как человек использует бактериофагов?
- Какое строение имеет вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)? Какое заболевание вызывает ВИЧ? В чем оно проявляется?