Основные свойства и уровни организации живой природы

Природа — это весь существующий материальный мир во всем многообразии его форм. Единство природы проявляется в объективности ее существования, общности элементного состава, подчиненности одним и тем же физическим законам, в системности организации. Различные природные системы, как живые, так и неживые, взаимосвязаны и взаимодействуют между собой. Примером системного взаимодействия является биосфера.

Биология — это комплекс наук, изучающих закономерности развития и жизнедеятельности живых систем, причины их многообразия и приспособленности к окружающей среде, взаимосвязь с другими живыми системами и объектами неживой природы.

Объектом исследования биологии является живая природа.

Предметом исследования биологии являются:

• общие и частные закономерности организации, развития, обмена веществ, передачи наследственной информации;

• разнообразие форм жизни и самих организмов, а также их связи с окружающей средой.

Все многообразие жизни на Земле объясняется эволюционным процессом и действием окружающей среды на организмы.

Сущность жизни определяется М.В. Волькенштейном как существование на Земле «живых тел, представляющих собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».

Основные свойства живых систем:

• обмен веществ;

• саморегуляция;

• раздражимость;

• изменчивость;

• наследственность;

• размножение;

Взаємостосунки між організмами. Якісна особливість живих організмів полягає в безперервному зв'язку з навколишнім середовищем — живою та неживою природою. Біотичні зв'язки (між живими організмами) характеризуються великою складністю і різноманітністю, але в основі їх лежать перш за все просторові та харчові відносини. Розрізняють декілька форм взаємодії популяцій:

1. Нейтралізм, при якому популяції різних видів, що мешкають спільно, не впливають один на одного. Наприклад, можна сказати, що білка і ведмідь, вовк і хрущ прямо не взаємодіють, хоча мешкають в одному лісі.

2. Антибіоз (від грец. anti — проти і bios — життя), при якому обидві взаємодіючі популяції або одна з них зазнає шкідливого впливу, який заважає життєдіяльності.

3. Симбіоз (від грец. syn — разом і...біоз) — форма взаємостосунків, при якій обидва партнери або один з них отримують користь при сумісному існуванні. Антибіоз і симбіоз — найважливіші компоненти природного добору, що беруть участь у процесі дивергенції видів, тому розберемо докладніше їх основні форми.

Негативні, антагоністичні взаємостосунки між рослинами можуть виявлятися таким чином.

1. Взаємне конкурентне придушення. Наприклад, при змішаних посівах різних видів конюшини вони співіснують, але конкуренція за світло приводить до зменшення густини кожного з них.

2. Придушення однієї популяції іншою. Так, гриби, які виробляють антибіотики, пригнічують зростання мікроорганізмів. Взаємодія організмів за допомогою хімічних речовин властива і вищим рослинам. Різні види рослин мають неоднакову потребу в азоті. Ті з них, які можуть рости на бідних ґрунтах, через кореневу систему виділяють речовини, пригнічують діяльність азотфіксуючих бактерій, що вільно рухаються, а також утворення бульб у бобів. Таким шляхом вони запобігають накопиченню в ґрунті азоту і заселення його видами, які потребують його у великій кількості.

Паразитизм (від грец. parasites — нахлібник) — форма взаємостосунків організмів, що належать до різних видів і мають характер антагоніста, коли один з них (паразит) використовує іншого (господаря) як середовище існування (середовище 1-го порядку) або джерела живлення, покладаючи на нього регуляцію своїх відносин із зовнішнім середовищем (середовище 2-го порядку). У тілі представників паразитичних видів, у свою чергу, можуть мешкати паразити.

Паразитів підрозділяють на облігатних (обов'язкових) і факультативних (необов'язкових). Розрізняють тимчасовий паразитизм (коли паразити нападають на господарів тільки для живлення) і стаціонарний паразитизм (паразити проводять на господарі велику частину життя). Паразитів ділять також на ектопаразитів, що мешкають на поверхні тіла господаря (воші, кліщі, блохи), і ендопаразитів, що живуть у внутрішніх полостях, тканинах і клітинах господаря (трихінела, аскарида, сосальщики, ехінококи, малярійний плазмодій). Стаціонарні паразити можуть бути періодичними (у них в циклі розвитку зберігаються вільноживучі стадії і постійними (проходять повний розвиток в організмі господаря). У тілі представників паразитичних видів, у свою чергу, можуть мешкати паразити. Це явище отримало назву надпаразитизму.

У паразитів в результаті природного добору розвинулися численні пристосування (ідіоадаптації), сприяючі добуванню їжі або утриманню в тілі господаря: колючо-смокчучий ротовий апарат, присоски, крюки тощо.

Паразитизм широко поширений у природі. За даними В. О. Догеля, існують 60-65 тис. видів тварин, які ведуть паразитичний спосіб життя, що складає 6-7 % від загального числа всіх видів на Землі. Кількість паразитичних форм у різних типах тваринного світу неоднакова. Найбільша кількість паразитів встановлена в типі найпростіших, плоских і круглих черв'яків, а також членистоногих.

. Хижацтво — форма взаємостосунків, при якій організм одного виду використовує представників іншого виду як джерело їжі однократно (вбиваючи їх). Хижацтво зустрічається практично серед всіх типів тварин від найпростіших до хордових (акули, крокодили, орли, вовки), а також серед грибів і комахоїдних рослин (росянка). Різновид хижацтва — канібалізм (внутрішньовидове хижацтво) — поїдання одними особами інших свого ж виду. Наприклад, самка павука каракута поїдає самця після спаровування.

Слід підкреслити, що існування паразитів і хижаків залежить від пригнічуваних ними популяцій, тому чисельність тих і інших знаходиться в деякій рівновазі.

Паразитичний спосіб життя має глибокий вплив на будову паразитів. Природний добір йде у них у напрямі вдосконалення апарату добування і зберігання їжі та сильного розвитку статевої системи. Так, у кровоссальних видів збільшується місткість травної системи за рахунок утворення сліпих виростів кишкової трубки (п'явки, кліщі). Зростає об'єм органів розмноження. У деяких паразитичних форм вони складають основну частину маси тіла. Відповідно і продуктивність паразитів дуже велика. Наприклад, свинячий цепінь (клас стрічкові черв'яки) за добу утворює до 5 млн. яєць. У величезній кількості відтворюється насіння рослин-паразитів, які володіють до того ж довговічністю і зберігають всхожість багато років. Висока плодючість паразитів і стійкість запліднених яйцеклітин (або зародків) в зовнішньому середовищі збільшують вірогідність їх контакту з організмом — господарем.

Завдяки живленню за рахунок господаря будова більшості паразитів спрощується, вони втрачають органи активного життя: органи зору, пересування, спрощується будова органів чуття. У стрічкових черв'яків, що мешкають у кишечнику людини, тобто в живильному розчині, відсутня травна система і живлення здійснюється шляхом всмоктування всією поверхнею тіла. Існує своєрідна форма паразитизму, при якій паразит використовує для живлення не тканини і соки організму господаря, а їжу, призначену для його потомства. Деякі мухи відкладають яйця в кубла одиночних ос. Личинки цих мух харчуються тканинами паралі­зованих гусениць, заготовлених осою для свого потомства. Така форма паразитизму отримала назву гнізда. Паразитизм гнізда властивий і хребетним тваринам. Зозуля звичайна відкладає свої яйця в гнізда дрібних гороб'ячих птахів. Пташенята зозулі розвиваються швидше, ніж пташенята господаря. Вони виштовхують з гнізда чужі яйця або пташенят і одержують всю їжу, яку приносять прийомні батьки.

Позитивні, симбіотичні взаємостосунки також представлені різноманітними формами.

1. Одностороннє використовування одним видом іншого без принесення йому шкоди. Сюди відносяться: а) надання іншому виду їжі і б) надання іншому виду притулку. Наприклад, гієни слідують за левами, підбираючи залишки недоїденої ними здобичі. Риба — прилипало, присмоктуючись до крупних риб (акул), використовує їх як засіб пересування і, крім того, харчується їх відходами. Така форма взаємостосунків носить назву коменсалізму (нахлібництва).

Широко поширено використовування споруд або полостей тіла інших видів як притулку. У тропічних водах деякі риби ховаються в порожнині органів дихання (водних легенів) голотурій (або морських огірків, що відносяться до типу голкошкірих). Мальки інших риб знаходять притулок під зонтиком медуз і захищені їх жалкими нитками.

Як захист потомства, що розвивається, риби використовують міцний панцир крабів. Карепрокти (ряд скорпеневоподібні) відкладають свою ікру під панцир крабів в його зяброву порожнину або в мантійну порожнину двостулкових молюсків. Відкладені на зябра ікринки розвиваються в умовах ідеального постачання чистою водою, що пропускається через зябра господаря. Таке ж пристосування виробилося у прісноводої риби горчака, яка відкладає ікру в мантійну порожнину двостулкового молюска — беззубки.

Така форма взаємостосунків носить назву сінойкья, або квартирантства (від грец. sinoikia — сумісне життя, житло).

Склад екосистеми:

1) неорганічні речовини (З, N, СО2, Н2О, Р, Про та ін.), що беруть участь в кругообігу

2) органічних сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумусові речовини та ін.), що зв'язує біотичну і частині

3) повітря, водна і субстратна середовища, що включають абіотичні чинники;

4) продуценти - автотрофні організми,в основному зелені рослини

5) консументи або фаготрофи - гетеротрофи, що в основному тваринні, такі, що живляться іншими організмами або частками органічної речовини;

6) редуцентів - гетеротрофні організми, в основному бактерії і гриби, одержуючі енергію шляхом розкладання відмерлої або поглинання розчиненої органіки

Отже, властивості популяції можна оцінити за такими показниками, якнароджуваність, смертність, вікова структура, співвідношення статей, частотагенів, генетична розмаїтість, швидкість і форма кривої зростання і т. д.

Щільність популяції визначається її внутрішніми властивостями, а такожзалежить від факторів, що діють на популяцію ззовні.

ФАКТОРИ динаміку чисельності популяцій

Відомо три типи залежності чисельності популяції від її щільності

(рис. 6). При першому типі (крива 1) швидкість зростання популяції зменшуєтьсяв міру збільшення щільності. Це широко розповсюджене явище дозволяєзрозуміти, чому популяції деяких тварин відносно стійкі. По -перше, при збільшенні щільності популяції спостерігається зниженнянароджуваності. Так, в популяції великої синиці при щільності менше однієїпари на 1 га на одне гніздо припадає 14 пташенят, коли ж щільністьдосягає 18 пар на 1 га, виводок становить менше 8 пташенят. По-друге,при збільшенні щільності популяції змінюється вік настання статевоїзрілості. Наприклад, африканський слон в залежності від щільності популяціїможе досягати статевої зрілості у віці від 12 до 18 років. Крім того,цей вид при низькій щільності дає приплід 1 слоненя за 4 роки, тоді якпри високій - народжуваність складає 1 слоненя за 7 років.

При другому типі залежності (крива 2) темп зростання популяції максимальнийпри середніх, а не при низьких значеннях щільності. Так, у деяких видівптахів (наприклад, чайок) кількість пташенят у виводку збільшується з підвищеннямщільності популяції, а потім, досягши найбільшої величини, починаєзменшуватися. Цей тип впливу щільності популяції на швидкість розмноженняособин характерний для видів, у яких відзначений груповий ефект. Притретьому типі (крива 3) темп зростання популяції не змінюється до тих пір, покивона не досягне високої щільності, потім різко падає.

Подібна картина спостерігається, наприклад, у лемінгів. При пікучисельності щільність лемінгів стає надмірною, і вони починаютьмігрувати. Елтон так описав міграції лемінгів в Норвегії: тваринипроходили через села в такій кількості, що собаки й кішки, якіспочатку нападали на них, просто перестали їх помічати. Досягнувши моря,знесилені лемінги тонули.

Регуляція чисельності популяцій рівноважних визначаєтьсяпереважно біотичними факторами. Серед них головним чинником частовиявляється внутрішньовидова конкуренція. Прикладом може служити боротьба птахівза помсти для гніздування.

внутрішньовидова конкуренція може бути причиною фізіологічногоефекту, відомого під назвою шокової хвороби. Його відзначають, вЗокрема, у гризунів. Коли щільність популяції стає надтовеликий, шокова хвороба призводить до зниження плідності та збільшеннюсмертності, що повертає щільність популяції до нормального рівня.

У деяких видів тварин дорослі особини харчуються власнимприплодом. Це явище, відоме як канібалізм, знижує чисельністьпопуляції. Канібалізм властивий, наприклад, окуня: в озерах Західної

Сибіру 80% їжі великих особин становить молодь того ж виду. Молодь, всвою чергу, харчується планктоном. Таким чином, коли немає інших видівриб, дорослі особини живуть за рахунок планктону.

міжвидові взаємодії також відіграють істотну роль у контроліщільності популяції. Взаємодії паразит-господар і хижак-жертва часто зависять від щільності. Хвороби також є фактором, що приймають участь урегуляції щільності популяції. Коли кролики хворіють міксоматозу,що викликається вірусом, поширення інфекції йде набагато швидше впопуляціях з підвищеною щільністю.

Хижацтво як обмежує фактор саме по собі має великезначення. Причому якщо вплив жертви на чисельність популяції хижака невикликає сумнівів, то зворотний вплив, тобто на популяцію жертви,буває не завжди. По-перше, хижак знищує хворих тварин, тим самимвін поліпшує середній якісний склад популяції жертви. По-друге, рольхижака відчутна лише тоді, коли обидва види мають приблизнооднаковим біотичних потенціалом. В іншому випадку з-за низького темпурозмноження хижак не в змозі обмежити чисельність своєї жертви.

Наприклад, тільки одні комахоїдні птахи не можуть зупинити масоверозмноження комах. Іншими словами, якщо біотичний потенціал хижаканабагато нижче біотичного потенціалу жертви, дія хижака набуваєпостійний характер, що не залежить від щільності його популяції.

Чисельність комах-фітофагів нерідко визначається комбінацієювидоспецифічність реакцій комах і рослин на вплив забруднюючихречовин. Забруднення знижує резистентність рослин, у результаті чогочисельність комах зростає. Однак при дуже великому забрудненнічисельність комах падає, незважаючи на зменшення опірностірослин.