§ 3. Почему живые организмы так разнообразны

• Что думал Антошка о разнообразии живого? Чем его удивил биолог?

Антошка думал, что количество видов на Земле не велико. Биолог рассказал, что на Земле обитает почти два миллиона различных видов живых организмов или даже больше.

ВСПОМИНАЕМ ТО, ЧТО ЗНАЕМ

• Какими свойствами обладают живые организмы? (§ 1)

Живые организмы отличаются целым набором свойств: обмен веществ, рост, индивидуальное развитие, размножение, раздражимость, приспособленность.

• Как ты объяснишь понятие «вид»? Какие виды растений ты встречал? (3-й класс, жизненный опыт)

Вид — это группа особей, имеющих сходное строение, которые способны скрещиваться между собой, обеспечивая плодовитое потомство.

• Какую роль в круговороте веществ экосистемы играют виды различных «профессий»? (§ 2)

Производители снабжают обитателей Земли пищей и кислородом. Потребители возвращают растениям углекислый газ. Разрушители снова превращают умершие организмы в вещества, необходимые и доступные растениям.

• Какие оболочки Земли населены живыми организмами? (3-й класс)

Все оболочки Земли населены живыми организмами: гидросфера, литосфера, атмосфера.

• Что такое орган? (4-й класс)

Орган - часть организма, состоящая из тканей нескольких видов и предназначенная для выполнения определённой функции.

РЕШАЕМ ПРОБЛЕМУ, ОТКРЫВАЕМ НОВЫЕ ЗНАНИЯ

• Ответь на вопрос рубрики.

Слово «биология» в переводе с греческого означает «учение о жизни». Биологи изучают живые организмы: их происхождение, развитие, строение, процессы жизнедеятельности, взаимоотношения друг с другом и с неживой природой. Живой организм рассматривается как единое целое, в котором слаженно работают все составляющие его части.

• Рассмотри таблицу 3.1 и объясни, что изучает каждая из биологических наук. На какие две группы их можно разделить?

Науки делятся:

1. По объекту изучения (какие организмы изучают):

Вирусология (вирусы) Бактериология (бактерии) Микология (грибы) Ботаника (растения) Зоология (животные)

2. По тому, что именно изучают:

Анатомия и морфология (строение тела) Цитология (строение клеток) Биохимия и молекулярная биология (клеточные функции) Физиология (функции организмов) Экология (связи организма со средой) Генетика (наследственность) Эмбриология (индивидуальное развитие) Эволюционное учение (эволюция)

• Как роль в экосистеме влияет на строение организма?

Для улавливания солнечного растения должны иметь большую поверхность листьев. Тяжёлую раскидистую крону невозможно переносить с места на место, а корни цепко держат растение в почве.

Строение организма потребителей позволяет им активно передвигаться, чтобы находить пищу.

• С чем связаны различия растений, животных и грибов?

Различия растений, животных и грибов связаны с их ролью в экосистеме.

• Почему актинии (рис. 3.2) могут вести прикреплённый образ жизни на дне моря? Почему на суше нет прикреплённых животных? Способ питания позволяет актинии вести прикреплённый образ жизни на дне моря. Она питается зоопланктоном и органическими веществами, растворенными в морской воде. Если актинии не будут крепко крепиться ко дну, плотная водная среда их унесёт.

Масса (количество) живых организмов в воде больше, чем на суше. Наземные организмы вынуждены активно искать и захватывать свою добычу (преследуя ее).

Еще одна проблема - потребление влаги. Водные животные не пьют, т.к. поглощают воду всей поверхностью тела. Животное смогло бы жить только при очень высоком уровне влажности, и то навряд ли, а "корней" для всасывания влаги из почвы нет, т. к. создание невозможно с эволюционной точки зрения.

• Может ли возникнуть такой вид организмов, который населял бы все места на Земле? Почему?

Строение любого организма приспособлено к особенностям его жизни. Если организм попадет в условия, к которым он не приспособлен, то погибнет.

Именно поэтому не может возникнуть вид организмов, который будет населять все места на Земле. Невозможно приспособиться ко всем условиям на Земле – слишком они разнообразны.

• В каких экосистемах обитают эти организмы? Как строение организмов соответствует их образу жизни?

Пингвины обитают в открытом море рядом с Антарктидой. Форма тела пингвинов обтекаемая, что идеально для передвижения в воде. Мускулатура и устройство костей позволяют им под водой работать крыльями почти как винтами. В пределах своей среды обитания пингвины подвержены воздействию экстремальных климатических условий и имеют различные анатомические особенности, позволяющие им приспосабливаться к этим условиям. Для теплоизоляции служит в первую очередь толстый — от 2 до 3 см — слой жира, над которым располагаются три слоя водонепроницаемых, коротких, плотно прилегающих друг к другу и равномерно распределённых по всему телу перьев.

Береза растет в экосистеме березового леса. Для увеличения площади фотосинтезирующей поверхности она имеет обширную крону.

Серый журавль гнездится в болоте, но больше приспособлен к полету: тело покрыто перьями (обеспечивают обтекаемость), передние конечности - крылья (несущие плоскости в полете), есть хвост. Кости скелета полые внутри, что увеличивает их прочность и делает скелет более легким. Приспособленность к полету обусловила форму тела птиц: туловище обтекаемой яйцеобразной формы, компактно, покрыто перьями, голова небольшая, шея длинная и подвижная.

Большинство акул обитает в океане. У них нет плавательного пузыря. Вместо этого компенсировать отрицательную плавучесть им помогают огромная печень, хрящевой скелет, обтекаемая форма тела и плавники.

Кактус растет в пустыне. Сочный стебель кактуса несет видоизмененные листья – колючки. Роль таких листьев двояка. С одной стороны, колючки защищают сочный стебель кактуса от травоядных животных, с другой – уменьшают испарение воды листьями. Длинные корни позволяют добывать воду.

Дождевой червь обитает в почве. На поверхности тела есть маленькие упругие щетинки, которыми он цепляется за неровности почвы при движении. Кожа покрыта слизью, что уменьшает трение и облегчает дыхание. Наличие кольцевых и продольных мышц позволяет передний конец с помощью кольцевых мышц сделать тонким и протиснуть в щели в почве, закрепляясь щетинками, подтягивая задний конец и утолщаясь двигается вперед. Дождевой червь проедает себе дорогу, пропуская почву через пищеварительный тракт.

• Какие причины приводят к разнообразию видов внутри экосистем?

При большом однообразии характеристик особей внутри экосистемы любое существенное изменение внешних условий (погода, эпидемия, изменение кормов и пр.) более критично скажется на выживаемости видов и соответственно в целом экосистемы, чем в случае, когда она имеет большую степень биологического разнообразия. Ведь даже в сходных условиях обитания можно вести различный образ жизни. Так, растения, растущие на одной и той же поляне, могут приспособиться к жизни на ней по-разному. Одни будут корнями поднимать воду из глубоких слоёв почвы, а другие - из поверхностных. Одни будут цвести ранней весной, а другие - летом. Форма каждого организма соответствует его образу жизни, поэтому видов гораздо больше, чем сочетаний условий обитания.

• В каком виде переживают зиму дуб и травянистое растение?

Дуб переживает зиму в состоянии глубокого покоя: у растения резко заторможен обмен веществ и прекращается видимый рост. Устойчивость растений к низким температурам создается главным образом благодаря внутренним изменениям в клетках, и прежде всего изменениям их химического состава. «Шуба» для дерева — это пробковая ткань под корой, которая не выпускает тепло из дерева и не пропускает воду и воздух. Именно такая «шуба» не дает дереву замерзнуть даже в самые сильные морозы. Также дуб подготовился осенью: сбросил листья. Опавшие листья на земле легли как теплое одеяло и защитили корни деревьев от вымерзания.

Однолетние травы оставляют семена для продолжения рода. Многолетники с отмирающими надземными частями прячут глубоко в почву свои корневища, клубни и луковицы. Зимующие зелеными травы ждут первого снега, чтобы он накрыл их как одеялом до весны.

• В чём преимущества и недостатки разных скелетов?

Твёрдый наружный скелет весьма удачно защищает его обладателей от нападения врагов, служит опорой их телу. Наружные скелеты являются надежной защитой от механических повреждений, сдавливания, врагов. Для мышц, прикрепляющихся к телу изнутри, они создают твёрдую и прочную опору. Но у наружных скелетов имеются и недостатки. Они очень тяжёлые, поэтому их обладатели медленно передвигаются и ведут прикрепленный образ жизни. Также наружные скелеты могут препятствовать росту тела их обладателей.

Скелет внутри тела обеспечивает подвижность, но не несет защитных функций.

• Почему ландыш с ядовитыми плодами и костяника со съедобными плодами менее плодовиты, чем одуванчик?

Ландыш и костянка разными способами обеспечили высокую выживаемость своим семенам. Плоды ландыша не поедают животные, а костянки – наоборот, но семена проходят через пищеварительный тракт, сохранив способность к прорастанию.

Т.к. у одуванчика нет таких приспособлений ему необходимо больше семян, чтобы обеспечить выживаемость вида, ведь большая часть их погибнет.

ПРИМЕНЯЕМ НОВЫЕ ЗНАНИЯ

1. Каковы причины разнообразия живых организмов?

Строение любого организма приспособлено к условиям его жизни. Но достичь этого можно разными способами. Наличие разных «профессий» в круговороте, разнообразие условий и образа жизни видов, особенностей их строения и размножения приводят к тому, что на Земле существует огромное разнообразие живых организмов.

2. Могут ли разрушители иметь сходное строение с производителями и потребителями?

Если говорить о внутреннем строении, то все живые организмы на планете имеют клеточное строение, которое показывает их глубокое внутренне родство.

Есть также и внешнее сходство. Например, одноклеточные сине-зеленые водоросли являются производителями, но при этом очень похожи на простейших внешне (разрушителей).

Грибы, которые являются разрушителями, имеют многие общие черты с растениями (подземная часть гриба похожа на корень, клетки имеет плотные оболочки).

3. Какие особенности растений обеспечивают выживание и расселение их потомков?

Выживание растений обеспечивает то, что семена находятся внутри плода. Семя защищено семенной кожурой.

Целый ряд видов растений использует иную стратегию: они производят на свет огромное число потомков и оставляют их незащищенными. В этом случае низкие шансы на выживание у отдельной особи оказываются сбалансированы многочисленностью потомства (одуванчик).

Развитие дочернего организма возможно также из группы клеток материнского организма (при вегетативном размножении).

Большинство видов выработало механизмы для удаления потомства от тех мест, где оно появилось на свет. Этот процесс, называемый расселением, увеличивает вероятность того, что потомство будет подрастать на еще не занятой территории.

Многие растения приспособились к распространению семян с помощью животных. Так, соплодия дурнишника имеют на поверхности крючочки, которыми они цепляются за шерсть проходящих мимо животных. Другие растения образуют вкусные мясистые плоды, например ягоды, которые поедаются животными; семена проходят через пищеварительный тракт и неповрежденными «высеваются» в другом месте. Для распространения растения используют и ветер. Например, ветром переносятся «пропеллеры» семян клена, а также семена ваточника, имеющие хохолки из тонких волосков. Степные растения типа перекати-поле, приобретающие к моменту созревания семян шарообразную форму, перегоняются ветром на большие расстояния, по пути рассеивая семена.

Выше были приведены лишь некоторые наиболее яркие примеры адаптаций. Однако практически каждый признак любого вида является результатом адаптации. Все эти признаки составляют гармоничную совокупность, что позволяет организму успешно вести свой особый образ жизни.

4. Почему из листьев банана можно сделать крышу для хижины, а из листьев кактуса - нет?

Форма листьев этих растений является приспособлением к условиям, в которых они произрастают. Так листья кактуса преобразованы в колючки чтобы в условиях недостатка влаги уменьшить площадь, с которой вода может испариться. У банана, произрастающего в тропиках, наоборот: избыток влаги испаряется с больших по площади листьев.

5. Чем отличается способ охоты кошки и собаки и как это связано с их строением?

Все живые организмы приспособлены к условиям своей жизни.

Кошка и её далёкие дикие родственники (тигр, леопард) охотятся из засады, скрадывая добычу. Они (кроме гепарда) следят за собой и вылизывают шерсть, чтобы не было запаха: ведь жертва не должна почуять хищника.

Охотится кошка чаще всего ночью: притаившись, она в это время становится незаметнее. Все кошки в темноте хорошо видят. Кошка — одиночный зверь, она «гуляет сама по себе»; поэтому этих животных трудно дрессировать.

Совсем иначе ведёт себя собака. Дальние родственники собак (волки, шакалы) в большинстве своём охотятся стаей, поэтому они очень компанейские и легко привыкают слушаться своего вожака. Собаку можно дрессировать, и она становится очень послушной.

Собаки вылизывают себя очень редко и пахнут псиной: ведь для них неважно отсутствие запаха. Чтобы найти добычу, собака и её родственники используют острое чутьё. Оно у собак превосходное, эти животные могут долго идти по следу.

6. Чем отличается строение двух обитателей квартир: таракана и мыши?

У таракана наружный скелет, а у мыши скелет находится внутри тела.

7. Какие особенности кактуса дают ему преимущества в условиях засушливого климата? Предложи другие способы, какими растения могут приспосабливаться к засухе.

Сочный стебель кактуса несет видоизмененные листья – колючки, они уменьшают испарение воды листьями. Длинные корни позволяют добывать воду. Кактусы запасают воду в стеблях, который покрыты толстой кутикулой (водонепроницаемой плёнкой) для защиты от испарения.

Растения могут приспосабливаться к засухе также с помощью опушения листьев, плёнки на поверхности листьев большой толщины (кутикулы). Иногда растения пустыни имеют недоразвитые листья в виде крохотных чешуек. Функции листьев выполняют зелёные стебли, богатые хлорофиллом.

Чтобы преодолеть продолжительную летнюю засуху, некоторые растения в пустыне сбрасывают листья с наступлением жары.

Своеобразно справляются с засухой мясистые и сочные растения пустыни (их называют суккулентами). У них утолщены стебли или листья. Оснащенные особой водоносной тканью, растения запасают воду в надземной части. Наружная покровная ткань с плотной пленкой-кутикулой защищает их от сильного испарения.

В пустынях встречаются виды, совершенно не способные переносить засуху. Они растут только весеннюю пору, когда в пустыне ещё влажно и не очень жарко, а с наступлением летней жары их надземная часть отмирает.

Существует ещё один тип растений пустыни — растения-насосы. Даже самый сильный зной не влияет на ярко-зеленую окраску их листьев и раскрытые цветы. Объясняется это тем, что корни фреатофитов чрезвычайно глубоко проникают в почву (до 30 м) и достигают грунтовых вод. Верблюжья колючка – пример этому.

8. Пусть один из вас приводит примеры видов обитателей воды, другой - суши.

9. Назови другие (не приведённые в тексте) причины, благодаря которым жизнь на Земле разнообразна.

К причинам разнообразия жизни на земле кроме наличия разных «профессий» в круговороте, разнообразия условий и образа жизни видов, особенностей их строения и размножения можно добавить наличие способности к размножению, изменчивости и процесса выживания особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям среды.