Процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы как биологическая форма движения материи

     Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) – биогеоценозы. Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) – взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, вода, химические компоненты, включенные в биотический круговорот. Биогеоценоз – одна из наиболее сложных природных систем, продукт совместного исторического развития в относительно однородной абиотической среде многих видов растений и животных, в ходе которого все компоненты приспосабливались друг к другу.

     Биогеоценоз – этот целостная система. Виды в  биогеоценозе действуют друг на друга  не только по принципу прямой, и обратной связи (в том числе посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к разрушению его целостности, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, то есть можно говорить о его саморегуляции. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую каналы вещества и энергии, связывающие соседние биогеоценозы. Обмен веществом и энергией между ними может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.

     Уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система – биогеоценоз  является результатом длительной и глубокой адаптации составных компонентов. Устойчивость его пропорциональна многообразию его компонентов: чем многообразнее биогеоценоз, тем он, как правило, устойчивее во времени и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктического поясов, так как они состоят из гораздо большего множества растений и животных.

     Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов в данных абиотических условиях (почва, вода и др.) служат автотрофы – зеленые растения, микроорганизмы, производящие органическое вещество. Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов – животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами фитоценозов. Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так складывается биогеоценотичекий комплекс, который может существовать веками.

     Вся совокупность связанных между собой  круговоротом веществ и энергии  биогеоценозов на поверхности нашей  планеты образует мощную систему  биосферы Земли. Верхняя граница  жизни в атмосфере достигает  примерно 25-30 км, нижняя граница в  земной коре сосредоточена в самом  верхнем ее слое – до 10 м. В гидросфере зона, богатая живыми организмами, занимает слой воды до 200 м, но некоторые организмы обнаружены и на максимальной глубине глубоководных океанских впадин – 11 км. Таким образом, «пленка жизни» на Земле достаточно тонка – всего около 40 км. Она ограничена интенсивным потоком губительных ультрафиолетовых лучей за пределами озонового слоя в тропосфере и высокой температурой земных недр (на глубине 3 км она может достигать 100°С).

     Благодаря деятельности растений биосфера стала  аккумулятором солнечной энергии. Живые организмы представляют собой самую важную биохимическую силу, которая преобразует земную кору. Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность, которая в свою очередь составляет 97% биомассы суши. А общая масса живого вещества в биосфере оценивается 2*10 г (в пересчете на сухое вещество). 

2. Сущность живого и его основные признаки.

     К числу необходимых и существенных признаков живого относят следующие.

     1. Живые организмы являются высокоорганизованными структурами. Уровень их организации значительно выше, чем тот, который достигнут неживыми системами. Это своего рода острова упорядоченности в окружающем их океане хаоса. Высшим проявлением этого важнейшего свойства всего живого является человек и созданный им социальный, общественный организм, наиболее ярким выражением которого выступают выработанные людьми общечеловеческие нормы нравственности.

     2. Но для того, чтобы поддерживать достигнутый уровень упорядоченности, живые системы могут существовать только как неравновесные и незамкнутые, то есть открытые. Они должны постоянно взаимодействовать с окружающей их неживой средой, черпая из нее вещества, энергию и перерабатывая их в необходимые для поддержания жизни формы. Для осуществления этого обмена живые организмы прямо или косвенно используют солнечную энергию. Основную роль в осуществлении обмена веществ, или метаболизма, в живых организмах играют белковые соединения, замечательными свойствами которых является их высокий химизм, то есть способность к активному взаимодействию с другими веществами.

     3. Живые организмы в отличие от неживых в процессе своего развития быстро усложняются. Эта способность к усложнению и дальнейшему совершенствованию проявляется не только на уровне развития всего мира живого и составляющих его групп, то есть в филогенезе, но и в процессе индивидуального развития отдельного организма, то есть процессе онтогенеза. Так, у растения или животного в ходе его индивидуального развития появляются новые ветви или новые органы, отличающиеся не только по своей форме, но и по своему химическому составу от породивших их структур. Причем формы развития на уровнях фило- и онтогенеза как бы повторяют друг друга, что позволяет говорить о том, что «онтогенез есть повторение филогенеза». Например, развитие человеческого эмбриона (онтогенез) как бы воспроизводит в миниатюре всю историю эволюции человеческого рода (филогенеза).

     4. Еще одним уникальным признаком живого его способность к самовоспроизведению и размножению. Данная способность живых организмов оценивается как самое существенное их свойство. На химическом уровне этот признак живого связан с особыми свойствами самовоспроизведения, копирования, которыми обладают входящие в состав всех живых организмов наряду с белками нуклеиновые кислоты. Именно нуклеиновые кислоты обеспечивают способность живых организмов передавать потомкам информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Данную информацию несут гены - мельчайшие единицы наследственности. Именно генетический материал определяет целенаправленное, упорядоченное развитие организма. Вот почему потомки оказываются похожими на родителей. Однако в процессе передачи потомству содержание наследственной информации не остается неизменным: подвергаясь различного рода случайным воздействиям, оно изменяется, перестраивается, искажается, или, как говорят биологи мутирует. Мутации являются источником индивидуальной изменчивости, чем и обеспечивается развитие видов.

     Обобщая все изложенное о специфике живого, можно свести его отличительные  признаки к трем главным:

     -наличие метаболизма;

     -способность к передаче наследственной информации и самовоспроизведению;

     -изменчивость под воздействием мутаций.

     На  базе этих основных признаков может  быть сформулировано следующее краткое  определение сущности живого.

     Жизнь – форма существования высокоорганизованных неравновесных открытых систем, в  структуре которых решающую роль играют белки и аминокислоты; эти  системы способны к обмену веществ, самовоспроизведению путем передачи наследственной информации и изменчивости на основе мутаций. 
 
 
 

3. Эволюция  и стрела времени.

     Земле миллионы лет, и она постепенно меняется.  Примитивные существа, первыми появившиеся на планете развелись в новые разнообразные формы жизни. Этот процесс называется эволюцией. С понятием эволюции тесно связано понятие времени как возраста природных систем.

     В рамках эволюционной концепции для любого объекта становится естественным описание, учитывающее неразрывное единство трех стадий: рождение (самоорганизация), развитие (смена упорядоченных форм) и распад (переход к иной определенной упорядоченности или неупорядоченному равновесному состоянию). Неизменная последовательность этих стадий задает так называемую стрелу времени.

     Ориентировочным масштабом времени на стреле (шкале) времени служит период, характерный  для типичного материального  объекта, принадлежащего к некоторому уровню организации материи (например, период деления биологической клетки). Таким образом, различным иерархическим  уровням организации материи  соответствует свой характерный  масштаб шкалы времени. Направленность же стрелы времени едина и определяется сутью процессов эволюции в природе  – развитием всех природных структур в направлении увеличения разнообразия и сложности.

     Эволюционные  процессы необратимы. Необратимо и  время, течение которого связано  с эволюционными процессами в  отдельных природных подсистемах  и с глобальным эволюционным процессом  – эволюцией Вселенной.

     Эволюционная  теория Ч.Дарвина не только указала  направление развития в живой  природе (биологическую стрелу времени) – от простых живых систем к  сложным, - но и вскрыла общий принцип  этой эволюции, выражаемый триадой  «изменчивость-наследственность-отбор». 
 
 
 
 
 

     4. Эволюционная теория Ч.Дарвина

     Во  всей истории естествознания найдется очень мало исследователей, оказавших  такое глубокое влияние на умы  мыслящих людей, как английский натуралист Ч.Дарвин. Он создал совершенно новое  учение о живой природе, которое  ясно показало, почему мир растений и животных таков, каким мы его  видим.

     Первое  июля 1858 г. перед членами Линеевского  общества в Лондоне была прочитана  лекция Ч.Дарвина и А.Р.Уоллеса. Они  высказали мысль, что существующие виды не были созданы независимо друг от друга и не являются неизменными, но каждый вид, постепенно изменяясь, со временем может дать начало новому виду. То, что виды непостоянны, а  изменяются или эволюционируют, не было новой точкой зрения. Однако новой  и важной была гипотеза, что естественный отбор – необходимый процесс, управляющий этими изменениями и контролирующий их.

     Ч.Дарвин разработал учение об эволюции, которое  впоследствии превратилось в теорию. Гениальный ум Дарвина сумел обобщить огромный материал в свете эволюционной идеи, связать его стройной системой рассуждений. В 1859 г. Ч.Дарвином был  опубликован труд «Происхождение видов», а утверждавшаяся в нем идея развития превратилась впоследствии в руководящий  метод научного познания. Концепция  Дарвина была построена на признании  объективно существующих процессов  в качестве факторов и причин развития живого. Он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу.

     В основе его теории лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.

     Первым  звеном дарвиновской триады является изменчивость, то есть разнообразие признаков  и свойств у особей и групп  особей любой степени родства. Двух одинаковых особей в природе не найдешь, даже в потомстве одной пары родителей  они будут отличаться. Этот важнейший  вывод сделанный Дарвином на основании анализа наблюдений в природе и практике животноводства и растениеводства, был подтвержден впоследствии разнообразными фактическими материалами.

     Изменчивость  – это свойство органической природы. Во времена Дарвина изменчивость, которую наблюдали, делили на две  категории: наследственная и ненаследственная.

     В настоящее время такое разделение правильно лишь в самых общих  чертах. Генетика показала, что ненаследственных признаков быть не может: все признаки и свойства организма в той  или иной степени наследственны.

     Ч.Дарвин обращает внимание на большое разнообразие сортов растений и пород животных, предками которых является один вид  или ограниченное число диких  видов. Различия между отдельными сортами  или породами одного вида бывают более  значительными, чем между некоторыми дикими видами, родами или даже семействами. Показав широкий размах изменчивости домашних форм, Дарвин приводит неопровержимые доказательства изменения видов  под влиянием условий существования.

     Ч.Дарвин выделяет несколько основных форм изменчивости:

     -групповая изменчивость;

     -неопределенная индивидуальная изменчивость.

     Под групповой изменчивостью Ч.Дарвин понимал сходное изменение всех особей популяции в одном направлении  вследствие влияния определенных условий. Например, изменение роста при  изменении количества и качества пищи, толщины кожи, густоты шерстного покрова – от изменения климата и т.п.