Порядок в многообразии - ОРГАНИЗМ КАК ЦЕЛОЕ

Постановка проблемы урока

• Сравните число видов в основных систематических группах живой природы.

Многообразие царств живых организмов

Царство и группа	Примерное число описанных видов
Надцарство Прокариоты, в том числе:
Цианобактерии	1400
Бактерии	10000
Надцарство Эукариоты
Царство Протисты	30000
Царство Растения, в том числе:	320000
Бурые и красные водоросли	11500
Зелёные водоросли	20000
Моховидные	27000
Папоротниковидные	12200
Голосеменные	640
Покрытосеменные	281000
Царство Грибы	98 000
Царство Животные, в том числе:	>2 млн
Губки	8000
Кишечнополостные	11000
Плоские черви	25000
Круглые черви	80000
Кольчатые черви	12000
Иглокожие	7000
Моллюски	150000
Членистоногие	>1,65 млн
Хордовые	51000

Автор 1:В природе существует не менее 2 млн видов. Рассмотреть их в одном параграфе принципиально невозможно.

Автор 2:Зато можно в одном параграфе показать основу порядка в живой природе.

• Можно ли кратко описать многообразие живого?

• Предложите проблему для работы на уроке и сравните с вариантом авторов на с. 396.

Необходимые базовые знания

• Что изучает наука систематика?

• Какие царства живых организмов выделяют учёные? (§ 10, приложение 2)

• Назовите основные систематические группы. (5-9 класс)

• Что такое продуценты, редуценты, консументы? (9 класс)

• Чем отличаются автотрофы от гетеротрофов? (§ 13)

• В чём различие прокариот и эукариот? (§ 10)

Разделение “труда” по способу питания

• Какая экологическая закономерность прослеживается в делении живых организмов на царства?

Прокариоты — самые просто устроенные организмы, не имеющие оформленного ядра. От них в процессе эволюции произошло всё разнообразие организмов. Общий для них гетеротрофный способ питания — поглощение растворённой в воде мёртвой органики. Подобно грибам, прокариоты играют в экосистемах роль редуцентов. Но среди них есть и обширная группа автотрофов, выполняющих функцию продуцентов. Это цианобактерии и некоторые другие бактерии, использующие механизм фотосинтеза, подобно растениям. Хемосинтезирующие бактерии используют для синтеза энергию, выделяемую при окислении неорганических веществ. Наконец, совсем небольшая группа бактерий-гетеротрофов питается твёрдыми органическими остатками или даже живыми бактериями, в какой-то степени подобно животным.

Таким образом, благодаря разнообразию способов питания прокариоты могут быть продуцентами, редуцентами, а изредка даже консументами, т.е. могут участвовать в процессах синтеза и распада органических соединений в круговороте веществ, хотя, как правило, делают это самым примитивным способом.

20.1. Основные подразделения живых организмов и их тип питания: фототрофы — автотрофные организмы, использующие свет в качестве источника энергии; осмотрофы — гетеротрофные организмы, питающиеся растворёнными веществами; голозойное питание — питание твёрдыми пищевыми частицами

Все эукариоты - своеобразная надстройка над сообществом прокариот. Они совершают ту же работу по химической трансформации вещества биосферы теми же основными способами, но делают это более эффективно. Однако есть места, где эукариоты жить не могут: гейзеры, горячие области на дне океанов, чёрные курильщики, содовые озёра. В них существуют чисто прокариотные сообщества.

Особенно велика биосферная роль бактерий в качестве редуцентов. В частности, только немногие роды бактерий способны расщеплять органические вещества до неорганических компонентов. В этом их роль уникальна. Иными словами, без прокариот известная нам жизнь на Земле невозможна. Это косвенно указывает на то, что прокариоты — первичные формы жизни, от которых происходят грибы, растения и животные.

По мере совершенствования методов биохимических исследований разнообразие прокариот становится всё более очевидным. Особенно сильно отличаются от других архебактерии. Оболочка и мембрана их клетки имеют иной состав. Процессы обмена веществ, хранения и использования наследственной информации лишены ряда ферментов, обязательных для всех прочих организмов. По типу питания архебактерии относятся к хемогетеротрофам и хемоавтотрофам. Некоторые виды способны к фотосинтезу без хлорофилла. На этом основании учёные относят их к отдельному царству архебактерий, а остальных прокариот - к царству эубактерий.

20.2. Эволюционное древо

• Рассмотрите схему эволюции живой природы. Найдите на ней все систематические группы, упоминаемые в тексте.

Использование светового потока

• В каких направлениях шла эволюция растений?

Растения — продуценты (производители), создающие органическое вещество из неорганического за счёт энергии солнца в процессе фотосинтеза. Основание трофической пирамиды океана составляют плавающие в толще воды одноклеточные водоросли. Свет не проникает в глубины океана, и фотосинтез там невозможен. Многоклеточные водоросли обитают лишь на мелководных, хорошо освещённых местах.

Растения, освоившие сушу, “променяли” океан воды на океан света. Именно благодаря свету, необходимому для фотосинтеза, суша обладает большей биологической продуктивностью, чем Мировой океан, покрывающий 2/3 поверхности земного шара. Но одноклеточные растения на воздухе мгновенно высыхают, лишь отдельные виды выносят длительное пересыхание в ожидании дождя. Некоторые водоросли сохраняются на влажных субстратах или в симбиозе с грибами, в составе лишайников. Основу пищевой пирамиды суши составляют многоклеточные растения.

Освоение суши растениями началось с распространения по поверхности: первыми были водоросли, лишайники и мхи. Водные предки воспринимали свет и растворённое сырьё для фотосинтеза всей поверхностью. Одновременно с освоением суши растениями происходила дифференциация их тела на органы: появился побег, улавливающий свет; корень, поглощающий воду с растворёнными веществами. Рост дифференцированных растений в высоту позволил перехватывать свет у конкурентов.

Для многоклеточных растений необходима огромная площадь поверхности, обращенная к солнцу и к источникам минерального сырья для фотосинтеза. Эта задача несовместима с подвижностью, поэтому большинство наземных растений прикреплено к субстрату. Наибольшую биопродукцию создают деревья - за счёт раскидистой высокой кроны и не менее мощной корневой системы.

Решив задачу доставки воды для фотосинтеза, растения долгое время оставались зависимы от капельножидкой воды в процессе размножения. На долгом пути эволюции органов размножения эту зависимость удалось преодолеть только голосеменным и цветковым растениям.

Освоение питательных растворов

• В чём состоит особенность образа жизни грибов и секрет их многообразия?

Грибы появились очень давно, но геологическая летопись умалчивает о подробностях их происхождения и эволюции. Основной средой обитания грибов является верхний слой почвы, богатый органическими веществами.

Весь организм гриба состоит из линейно вытянутых многоядерных клеток — гифов. За счёт большой скорости роста гифы широко распространяются в толще субстрата и образуют гигантскую всасывающую поверхность. Например, 1 см²гифов достигает площади 1 м². Набор сильнодействующих веществ помогает им разрушать преграды на своём пути. Гриб выделяет во внешнюю среду пищеварительные ферменты. Они расщепляют органические полимеры на мономеры, которые всасываются внутрь через поверхность клеток.

Среди грибов большинство — сапротрофы, потребители мёртвой органики. Эти редуценты специализируются на эффективном разложении той или иной группы органических веществ. Другие грибы — паразиты или симбионты, образующие лишайники и микоризу. Совершенствование биохимических особенностей, способов размножения и распространения позволяют грибам заселять различные среды жизни.

Курс на активность и независимость от окружения

• В чём причина наибольшего разнообразия в царстве животных?

Продуценты направляют солнечную энергию на усложнение строения материи, создавая органические вещества и структуры. Век живых организмов недолог, но редуценты возвращают использованную материю продуцентам. Круговорот веществ и поток солнечной энергии поддерживают сложность органического мира на Земле. Консументы — а это почти всегда животные — позволяют удлинить пищевую цепь и тем самым увеличить многообразие мира.

В отличие от растений и грибов, способ питания заставляет животных уменьшить относительную поверхность тела, что даёт возможность развивать два преимущества: уменьшение контакта со средой и подвижность. При малой относительной поверхности удаётся сократить лишние потери энергии, достичь больших различий между внутренней и внешней средой, а значит, и большей автономности. Подвижность необходима животным, чтобы искать и добывать пищу. Компактное тело энергетически больше подходит для движения. К тому же в нём можно активизировать обмен веществ без лишних затрат на их транспортировку.

Важный путь повышения автономности животного — увеличение размеров тела, прежде всего путём многоклеточности. Плавающие в толще воды кишечнополостные приобретают мускульные отростки клеток, а у ползающих по дну плоских червей появляются настоящие многоклеточные мышцы. Для рытья и быстрого плавания мышцам требуется опора. Вначале создаётся опора на несжимаемую жидкость в полости тела, а затем и твёрдый скелет. Сквозной кишечник обеспечил последовательное и потому эффективное переваривание пищи.

Мелкие размеры насекомых позволили им создать огромное разнообразие приспособительных форм. Но тяжесть внешнего скелета и своеобразный способ дыхания резко ограничили максимальные размеры насекомых.

У позвоночных скелет внутренний, что допускает постепенный рост животного и достижение значительных размеров тела.

Но сушу смогли освоить только достаточно крупные позвоночные с относительно небольшой поверхностью тела. Подвижность наружных покровов и перенос газов кровью позволили обеспечить газообмен крупного тела через кожу и лёгкие. Все это послужило причиной того, что позвоночные стали крупнейшими животными суши.

20.3. Наружные скелеты маленького, очень подвижного жука жужелицы и большой очень медлительной наземной черепахи

• Как разница подвижности этих животных связана с размерами?

Обобщение новых знаний

Каждый живой организм является участником круговорота веществ в биосфере. Поэтому в основе различий крупнейших систематических групп живой природы лежит их роль в экологическом круговороте, связанная со способом питания. Он определяет приоритеты и ограничения в строении и функциях организмов каждой группы. Различные пути повышения экологической эффективности создали огромное многообразие форм жизни.

Применение знаний

1. Как знание экологических закономерностей позволяет упорядочить многообразие живой природы?

2. В чём проявляется и с чем связано разнообразие прокариот?

3. Развитие каких признаков способствовало повышению эффективности жизнедеятельности у растений, грибов и животных?

4. Поработайте в паре над непростым вопросом: пусть один высказывает гипотезы, объясняя большее многообразие животных по сравнению с растениями, а второй - приводит критические доводы. В споре может появиться истина.

5. Определите сходство и различия в направлениях эволюции растений и животных.