Трудно назвать какую-либо группу животных, которые имели бы такое значение в истории человечества и в экономике народного хозяйства, как млекопитающие. Их первых одомашнил первобытный человек (он получал от них продукты питания, сырье для производства одежды, обуви и тягловую силу). Со временем были выведены сотни пород крупного и мелкого рогатого скота, свиней, лошадей, которые имеют важное экономическое значение.
В настоящее время существуют различные породы коров (молочные - холмогорская, голландская, ярославская; мясо-молочные - костромская, симментальская; мясные - калмыцкая, шортгорнская) и овец (романовская, каракульская, асканийская и кавказская тонкорунные). Одной из важнейших отраслей сельского хозяйства является свиноводство. Особенно ценная порода - степная украинская белая свинья, выведенная советским животноводом М. Ф. Ивановым. Имеется много пород домашних лошадей, в частности орловские рысаки, донские, арабские, английские, владимирские и др.
В народном хозяйстве используют также верблюдов, буйволов, яков, ослов, оленей. В северных районах России оленеводство является важной отраслью хозяйства, там давно одомашнен северный олень. Благородного оленя разводят в парково-охотничьих хозяйствах для получения пантов - неокостеневших рогов, содержащих пантокрин и другие лекарственные вещества. С той же целью разводят дальневосточных пятнистых оленей, маралов. Олени и другие дикие копытные служат также источником мяса ц шкур.
Важными объектами промысла являются киты. Из них вырабатывают маргарин, смазочные вещества, глицерин, желатин, клей, мыло, косметические и лекарственные препараты (в частности, из печени - витамин А). Из мяса, внутренностей и костей изготавливают кормовую муку для домашних животных, а также удобрения. Ценным продуктом является спермацет кашалотов. Морской китобойный промысел регулируется международными соглашениями, однако численность поголовья китов и кашалотов заметно сокращается. В настоящее время охота на серых и синих китов, горбачей и финвалов запрещена
Некоторые виды млекопитающих (крысы, мыши, морские свинки и др.) используются как лабораторные животные в биологических и медицинских исследованиях и разводятся в больших количествах.
Медицинское значение млекопитающих связано также с тем, что они могут быть источником заражения человека инфекционными и инвазионными болезнями. От собак можно заразиться бешенством, лейшманиозом, токсоплазмозом, эхинококкозом. Млекопитающие являются хозяевами ряда гельминтов и тем самым поддерживают существование таких паразитов, как клонорхис, парагонимус, лентец широкий, трихина и др. У кошек и собак встречается описторхис. От крупного рогатого скота возможно заражение бруцеллезом, туберкулезом, сибирской язвой, ящуром, тениаринхозом, от лошадей - сапом, от свиней - тениозом и трихинеллезом.
Млекопитающие имеют также большое значение как потребители вредных насекомых (например, насекомоядные - землеройки, кроты, ежи; рукокрылые - ушаны, рыжая вечерница и др.); некоторые представители отряда хищных - ласка, горностай, черный хорь, лесная куница, барсук и другие - питаются вредными грызунами и насекомыми. За сутки ласка добывает 5-6 грызунов, преимущественно рыжих, серых и водяных полевок, летом она питается еще и жуками-щелкунами. Барсук питается мышевидными грызунами и личинками хрущей, щелкунов, долгоносиков, листоедов.
Некоторые млекопитающие приносят большие убытки народному хозяйству. Многие виды грызунов (мыши, полевки, суслики, крысы) повреждают сельскохозяйственные и лесные культуры.
Некоторый вред птицеводству могут причинять хорьки, лисицы, шакалы, однако в природных условиях они чаще питаются мышевидными грызунами, а некоторые также падалью и др. Много ценных диких и домашних животных уничтожают волки, в ряде мест необходимо ограничивать их численность, как и численность некоторых других хищников, путем отстрела.
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы (часть 26)
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы
Царство Животные
Основные этапы развития животного мира на Земле
Развитие представлений об историческом развитии животного мира
Издавна люди пытались понять, как появилось на Земле существующее разнообразие растений и животных. Постепенно в науке накапливались факты, свидетельствующие о том, что живые организмы на Земле изменялись и изменяются в процессе своего развития.
При раскопках в различных пластах земной коры находили окаменелых животных, кости и целые скелеты животных, сильно отличавшихся от существующих. Изучая останки вымерших животных, ученые палеонтологиобнаруживали, что некоторые виды сочетали в своем строении признаки животных разных систематических групп, занимали промежуточное положение между ними. Например, стегоцефалы имели ряд хорошо выраженных признаков рыб и земноводных, зверозубые ящеры имели признаки пресмыкающихся и млекопитающих. С течением времени палеонтологи выявили много промежуточных, или переходных, форм, свидетельствующих о родстве животных, признаки которых они сочетали.
Об историческом изменении животного мира говорили и факты сравнительной морфологии. При сравнении животных разных систематических групп обнаруживался общий план строения. Оказалось, что у рыб, земноводных, пресмыкающихся и других позвоночных животных скелет состоит из черепа, позвоночника, поясов конечностей, пищеварительная система — из рта, глотки, пищевода, желудка и кишечника; нервная система — из головного и спинного мозга и отходящих от них нервов. Эти и другие признаки сходства можно объяснить только родством всех позвоночных между собой и происхождением от общих предков.
Наука о зародышевом развитии животных — эмбриология — выявила поразительное сходство позвоночных на ранних стадиях развития зародышей. Например, даже зародыши зверей имеют на ранней стадии развития зачатки жаберных щелей, как у зародышей рыб.
На основе фактов палеонтологии, сравнительной морфологии, эмбриологии и других наук ученые предложили разные гипотезы исторического развития животного мира, или эволюции, животных. Большинство ученых утверждало, что эволюция носит поступательный характер, от низших форм к высшим. Вместе с тем долго оставалось неясным, почему в одно и то же время существуют животные низкоорганизованные (гидры, черви) и высокоорганизованные (птицы, млекопитающие). Ответ на этот вопрос дал английский ученый Ч. Дарвин (XIX в.), обосновавший теорию эволюции органического мира. Он объяснил, что в борьбе за существование выживали не только сложные по строению животные, но и примитивные, если у них возникали и развивались надежные приспособления к среде обитания.
Развитие животного мира от одноклеточных к низшим многоклеточным
Первыми животными на Земле были древние одноклеточные, от которых произошли современные саркожгутиковые, инфузории, споровики и другие. Наиболее сложное строение из ныне живущих одноклеточных имеют многоядерные инфузории и колониальные жгутиковые. От древних колониальных жгутиковых с животным типом питания произошли древние многоклеточные животные, тело которых состояло из двух групп клеток: жгутиковых (наружных) и пищеварительных (внутренних).
Образование первых многоклеточных животных было крупным событием в истории развития животного мира. Многоклеточные животные получили большие преимущества перед одноклеточными: у них произошло разделение клеток по выполняемым функциям, усложнение строения тела, увеличение размеров, развитие способности к регенерации поврежденных и утраченных частей тела. Развитие животных от низших многоклеточных к высшим многоклеточным. От первых многоклеточных произошли двуслойные животные с кишечной полостью и радиальной симметрией — кишечнополостные. Доказательством этого служит развитие многих кишечнополостных со стадией личинки, покрытой жгутиковыми клетками и имеющей рыхло расположенные клетки внутри, которые в последующем становятся пищеварительными.
Дальнейшее развитие животного мира связано с появлением от древних двуслойных животных древних первичных червей с телом, образованным из трех зародышевых листков и двусторонней симметрией.
Первые трехслойные животные, вероятно, были похожи на самых примитивных плоских червей – бескишечных планарий. Их тело снаружи было покрыто слоем ресничных клеток, а внутри имело пищеварительные и промежуточные клетки, развившиеся из среднего зародышевого слоя. В процессе исторического развития трехслойные животные приобрели прогрессивные особенности строения: мышечную систему и основную ткань, или паренхиму, из среднего зародышевого листка. Появление мускулатуры обеспечило более быстрое и совершенное передвижение животных, а благодаря паренхиме сформировалась внутренняя среда организма, обеспечивающая более совершенный обмен веществ. К таким более сложным трехслойным животным относятся плоские и круглые черви. У круглых червей образовалась первичная полость тела в результате частичного разрушения паренхимы. Это была первая транспортная система животных. Следующий этап в историческом развитии животного мира связан с появлением трехслойных животных, имеющих вторичную полость тела, в которой располагаются внутренние органы. Эта полость тела имеет собственную стенку из одного слоя клеток из остатков первичной полости тела. У вторичнополостных животных образовалась кровеносная система. Таким образом, у вторичнополостных животных возникли две транспортные системы: вторичная полость тела и кровеносная система. Последняя стала выполнять в основном функцию переноса кислорода и углекислого газа по организму.
У вторичнополостных животных сформировались более совершенные органы выделения и сложная нервная система. От примитивных вторичнополостных животных произошли кольчатые черви и моллюски, а от кольчатых червей – членистоногие. Эту группу типов вторичнополостных животных называют первичноротыми, так как у них рот образуется из первичного рта зародыша. От примитивных трехслойных полостных животных ведет свое начало и группа типов вторичноротых животных, к которым относится и тип Хордовые.
Развитие животных от низших хордовых к высшим хордовым
Хордовые относятся к вторичнополостным животным со вторичным ртом. Это означает, что рот взрослых хордовых возникает не из рта зародыша, а образуется заново вторично и на другом конце тела. Это свидетельствует о том, что вторичноротые образуют самостоятельную группу типов, значительно отличающуюся от первичноротых.
Кроме хордовых, к вторичноротым относятся такие примитивные типы животных, как иглокожие (морские звезды и др.) и полухордовые, нередко червеобразной формы. Родство хордовых с этими животными подтверждает гипотезу их происхождения от червеобразных предков. Хордовые животные приобрели в ходе исторического развития внутренний скелет, нервную трубку, совершенную мускулатуру, более совершенную кровеносную и выделительную системы.
Самые примитивные древние хордовые, похожие на современных ланцетников, дали начало рыбам. Одна из этих групп хордовых животных — древние рыбы (близкие к кистеперым) — дали начало наземным позвоночным животным — древним земноводным, а они — древним пресмыкающимся. Древние пресмыкающиеся широко расселились на Земле. От них в дальнейшем произошли древние млекопитающие и птицы.
В процессе исторического развития позвоночных животных совершенствовались все их системы органов. Осуществлялся переход от двухкамерного сердца и одного круга кровообращения (у рыб) к трехкамерному (у земноводных и пресмыкающихся) и четырехкамерному (у птиц и млекопитающих) и двум кругам кровообращения. Примитивные крупноячеистые легкие превращались в легкие с большой дыхательной поверхностью. Усложнялись органы движения, нервная система, приспособления к размножению на суше.
Повышение уровня обмена веществ у птиц и млекопитающих привело к теплокровности. Более совершенная терморегуляция и другие приспособления дали возможность птицам и млекопитающим широко распространиться по Земле.
Историческое развитие животного мира привело к появлению наиболее высокоразвитых позвоночных — обезьян; одна из их ветвей дала начало человеку.
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы (часть 27)
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы
Учение об эволюции органического мира. Ч. Дарвин – основоположник учения об эволюции. Усложнение растений и животных в процессе эволюции.
Чарльз Дарвин (12 февраля 1809 — 19 апреля 1882) — английский натуралист и путешественник, одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все виды живых организмов эволюционируют во времени от общих предков.
Эволюция – это необратимый длительный процесс формирование приспособлений к окружающей среде, передающиеся из поколения в поколение, основанный изменчивости организмов и их борьбы за существование.
Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина
1. Эволюционируют не отдельные особи, а виды и популяции.
2. Виды в природе ведут борьбу за существование с условиями обитания и между собой.
3. Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственности и изменчивости – основные силы эволюции.
4. Результатом борьбы за существование и естественного отбора являются приспособленность и образование новых видов.
5. Породы домашних животных и сорта обладают приспособленностью, которая предусматривает не пользу животного, а исключительно интересы человека – искусственный отбор.
Дарвин не пытался объяснить возникновение жизни на Земле, его интересовало, каким образом, из существующих видов могут появляться новые.
Предпосылки эволюции
1. Изменчивость организмов – изменение организмов под действием окружающей среды; приобретение в течение всей жизни особью новых признаков отличных от родительских (изменения могут передаваться по наследству, либо не передаваться).
2. Борьба за существование (по Дарвину) – это процесс взаимодействия организмов между собой и окружающей среды.
3. Естественный отбор (по Дарвину) – это гибель не приспособленных и выживание приспособленных организмов
Результат эволюции – это приспособленность организмов к среде
Ароморфоз — наиболее крупное и важное приобретение для организмов, которое в ходе эволюции дает им возможность перехода на более высокий (высокоразвитый) эволюционный уровень.
Главные крупные приспособления (ароморфозы), сформировавшееся в процессе эволюции с момента появления жизни:
• Первые живые организмы Земли (архебактерии) населяли водную среду обитания.
• Первоначально эта среда была представлена «первичным бульоном» – раствором органических веществ, синтезированных абиогенным способом. В этих условиях первичным способом питания является гетеротрофный.
• В дальнейшем появляются белки, это делает возможным появление настоящих хромосом и совершенных способов деления клетки: митоза и мейоза.
• Таким образом, происходит формирование эукариотических клеток.
Главные крупные приспособления растений (ароморфозы), сформировавшееся в процессе эволюции с момента появления растений:
• Появление фотосинтеза, а значит и первых водных растений.
• В конце силура возникают наземные растения – псилофиты.
• Появляются дифференцированных растительные тканей.
• Появление бессосудистых споровых растений – мхов.
• В течение девона формируются современные группы Сосудистых споровых растений (Плауны, Хвощи, Папоротники). Однако у споровых растений отсутствует семя, и спорофит развивается из слабо дифференцированного зародыша. Для оплодотворения необходима капельножидкая вода, что ограничивает распространение споровых растений.
• В начале мезозоя появляются первые Голосеменные растения, которые характеризуются рядом ароморфозов:
1) Появление семязачатков (семяпочек); в семязачатке развивается женский гаметофит (эндосперм).
2) Появление пыльцевых зерен; пыльцевое зерно прорастает в пыльцевую трубку, образуя мужской гаметофит. В результате для оплодотворения капельножидкая вода не нужна.
3) Появление семени, в состав которого входит дифференцированный зародыш и эндосперм, который содержит питательные вещества для развития зародыша и проростка.
• Появление первых Покрытосеменных (Цветковых) растения:
1) Появление цветка, плода.
2) Всегда имеется пестик.
3) В большинстве случаев имеются «приманки» для насекомых – нектар и околоцветник. Это сделало возможным переход к энтомофилии (опылению насекомыми).
4) Имеется зародышевый мешок, структура которого обеспечивает двойное оплодотворение.
• В настоящее время Покрытосеменные находятся в состоянии биологического прогресса. Они представлены множеством жизненных форм: деревья, кустарники, лианы, однолетние и многолетние травы, водные растения.
• Особого разнообразия достигает строение цветка, что способствует точности опыления и обеспечивает интенсивное видообразование – к Покрытосеменным относится около 250 тысяч видов растений.
Главные крупные приспособления животных (ароморфозы), сформировавшееся в процессе эволюции с момента появления животных:
• Появление эукариотических организмов, специализирующиеся на гетеротрофном питании, они дали начало Животным и Грибам.
• Первые животные были представлены Одноклеточными организмами, у которых отсутствуют ткани.
• В протерозойской эре возникают все известные типы Многоклеточных беспозвоночных животных.
• Наиболее примитивными настоящими Многоклеточными являются Двуслойные животные, в частности, Кишечнополостные. Их появление связано с первым крупным ароморфозом – появлением двуслойного зародыша; стенки их тела состоят из эктодермы и энтодермы.
• Следующим крупным ароморфозом является вторичная полость тела, или целом. Благодаря этому становится возможным разделение тела на отделы.
• Появляются первые сегментированные животные (кольчатые).
• Но в начале кембрия появляются Членистоногие, у которых конечности членистые.
• В начале девона (после выхода на сушу растений и формирования наземных экосистем) происходит выход на сушу Паукообразных и Насекомых. Паукообразные перешли в наземно-воздушную среду обитания благодаря многочисленным идиоадаптациям.
• Насекомые наиболее приспособлены к жизни на суше, благодаря появлению крупного ароморфоза – зародышевых оболочек. В настоящее время Насекомые находятся в состоянии биологического прогресса.
• Среди позвоночных животных появляется ряд крупных ароморфозов: хорда, нервная трубка, брюшная аорта (а затем – сердце). В результате формируется тип Хордовые.
• Затем у разнообразных рыб формируется осевой скелет, в частности, мозговая коробка и челюстной отдел черепа, что также является ароморфозом.
• Благодаря легочному дыханию и появлению настоящих конечностей – дала начало первым Четвероногим – Амфибиям (Земноводным).
• Далее Рептилии. Благодаря трем зародышевым оболочкам, Рептилии полностью утратили зависимость от воды. Однако Рептилии не смогли утратить зависимость от низких температур: теплокровность у них невозможна из-за неполного разделения кругов кровообращения.
• У части высших Рептилий появляется полная перегородка между желудочками, редуцируется левая дуга аорты, происходит полное разделение кругов кровообращения, и становится возможной теплокровность. В дальнейшем эти животные приобрели ряд адаптаций к полету и дали начало классу Птицы.
• Зверозубые рептилии дали начало Млекопитающим, которые возникли благодаря целому ряду ароморфозов: увеличенные полушария переднего мозга с развитой корой, четырехкамерное сердце, редукция (исчезновение) правой дуги аорты, появление слуховых косточек, появление шерстного покрова, млечных желез, дифференцированных зубов в альвеолах, предротовой полости.
• Плацентарные млекопитающие, благодаря появлению плаценты и настоящего живорождения, в кайнозойской эре переходят в состояние биологического прогресса.
• Последним крупнейшим ароморфозом является увеличение объема головного мозга у непосредственных предков человека.
• В результате Человек разумный освоил все без исключения адаптивные зоны Земли и вышел за ее пределы в Космос. На основе биосферы сформировалась новая геологическая оболочка Земли – ноосфера, и органический мир вступил в новую, психозойную эру.
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы (часть 28)
Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы
Биологическое разнообразие как основа устойчивости биосферы и результата эволюции
Огромное разнообразие жизни всегда поражало исследователей. В природе практически нет абсолютно сходных особей, популяций, видов и экосистем. Даже однояйцовые близнецы с одинаковой наследственностью хоть чем-то, но отличаются друг от друга. Это разнообразие всегда было загадкой для умов и казалось избыточным. Когда отдельные виды начали исчезать с лица Земли по вине людей, этому сначала не придавали значения, так как видов много, а процессы их вымирания, как установила палеонтология, всегда происходили в природе.
Однако в настоящее время обеднение разнообразия жизни под влиянием деятельности человека идет очень быстрыми темпами. Огромные площади заняты немногими видами культурных растений с чистыми сортами, выровненными по наследственным качествам. Разрушаются многие типы природных экосистем и заменяются культурным ландшафтом. Снижается число видов в биоценозах. Поэтому и с теоретической, и с практической точек зрения очень важно понимать, в чем состоит роль биологического разнообразия.
Ответ на этот вопрос можно найти при изучении структуры и функционирования биоценозов. Как мы видели, природные сообщества могут включать сотни и тысячи видов, от бактерий до вековых деревьев и крупных животных. Биоценозы представляют собой природные системы. Высокое видовое разнообразие обеспечивает следующие свойства этих сложных систем.
Взаимная дополнительность частей
Как мы видели, в сообществах уживаются те виды, которые делят между собой экологические ниши и дополняют друг друга в использовании ресурсов среды. Например, растения первого яруса в лесу перехватывают 70 – 80 % светового потока. Во втором ярусе растут деревья и кустарники, которым достаточно 10 – 20 % от полного освещения, а растения третьего яруса в таких лесах способны осуществлять фотосинтез всего при 1–2 сотых долях светового потока. Дополняя друг друга, растения более полно используют солнечную энергию.
Такая же дополнительность существует в размещении растений разных видов по поверхности почвы, расположений их корневых систем, полноте усвоения минеральных веществ и т. д.
У животных “разделение труда” в биоценозе ярко выражено в использовании разных видов пищи, времени суточной и сезонной активности, размещении в пространстве. Очень существенно дополняют друг друга разные виды грибов в лесных сообществах. Одни из них специализируются на разрушении мертвой древесины, другие – свежеопавших листьев, третьи – корней или шишек, четвертые продолжают разрушение уже полуразложившейся массы. Взаимная дополнительность чрезвычайно характерна и для многих микроорганизмов-редуцентов. Одни из них разрушают целлюлозу, другие – белки, третьи – сахара.
Взаимная дополнительность видов, созидающих и разрушающих органическое вещество, лежит в основе биологических круговоротов.
В рыбоводстве принцип дополнительности используют при выращивании в одном водоеме сразу нескольких видов рыб, использующих разный корм. Удачный набор составляют: белый толстолобик, питающийся преимущественно одноклеточными водорослями, пестрый толстолобик, поедающий зоопланктон, белый амур, кормящийся донными растениями, а также черный амур и карп, поедающие разные виды донных беспозвоночных.
Взаимозаменяемость видов
Любой вид биоценоза может быть заменен другим, со сходными экологическими требованиями и функциями. Хотя полностью похожих друг на друга видов в природе нет, но многие перекрываются по основным экологическим требованиям, отличаясь лишь деталями. Такие виды обычно заменяют друг друга в похожих сообществах, как, например, разные виды елей и пихты в темнохвойных таежных лесах или разные виды насекомых-опылителей (пчелы, бабочки и др.) на лугах.
Замена одного доминирующего вида другим – нормальное явление в многолетней динамике сообществ. Особенно наглядно проявляется в луговой растительности. Например, на некоторых типах приволжских лугов во влажные годы среди злаков преобладает лисохвост, а в сухие – костер и пырей. После массового размножения нестадных саранчовых, съедающих злаки, на лугах бурно разрастается не поедаемое ими разнотравье. Через 1–2 года оно снова угнетается своими конкурентами – злаками. В лесах такая многолетняя изменчивость растительного покрова менее заметна и охватывает только нижние ярусы.
Так как экологические ниши многих видов частично перекрываются, выпадение или снижение активности какого-нибудь одного из них не опасно для экосистемы. Его функцию берут на себя другие. Происходит явление “конкурентного высвобождения”, и разные звенья круговорота веществ продолжают действовать. Взаимозаменяемость видов постоянно происходит при колебаниях погодных условий. Так, на лугах во влажные годы доминируют короткокорневищные травы, а в сухие – длиннокорневищные, активны разные листогрызущие и хищные насекомые и т. п.
Взаимозаменяемость видов позволяет экосистемам сохранять свои основные свойства, если не меняются масштабы их воздействия на окружающую среду. Например, на пастбищах диких копытных сменили стада домашних животных. В прериях Северной Америки до прихода людей обитало примерно 75 млн. бизонов. Они съедали около 400 млн. т травы, при расчете на сухой вес, что составляло около половины надземной продукции растительности, и ускоряли круговорот веществ в прериях. Бизоны были полностью уничтожены человеком. Их место на пастбищах заняли стада коров и овец. Но человек в погоне за прибылью склонен сильно увеличивать поголовье скота, и прерии пострадали от перевыпаса. Падает продуктивность пастбищ, усиливается эрозия почв.
Регуляторные свойства
Способность к саморегуляции – одно из основных условий существования сложных систем. Саморегуляция возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что отклонение системы от нормы приводит в действие силы, направленные на возвращение ее в нормальное состояние. Этот принцип обратной связи очень ярко проявляется во внутрипопуляционных и межвидовых взаимоотношениях в биоценозах. Увеличение численности жертв вызывает увеличение численности хищников и паразитов. Повышение плотности популяции сверх определенных уровней так изменяет связи внутри вида, что падает воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение особей в пространстве.
Одно из современных направлений в селекции культурных растений – поддержание неоднородности их популяций. Такие сорта включают растения с колебаниями сроков цветения, разной высоты, с неодинаковым расположением корней, с различной устойчивостью к засухе и т. п. Внутрипопуляционное разнообразие полевых культур позволяет получать стабильные урожаи при значительных снижениях затрат на уход за растениями.
Чем разнообразнее биоценозы и чем сложнее структура популяций, тем успешнее осуществляется их саморегуляция.
Надежность обеспечения функций
Главные функции биоценоза в экосистеме – создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности видов – обеспечиваются множеством видов, как бы страхующих деятельность друг друга. Например, численность насекомых, как мы видели, могут сдерживать многоядные хищники, при более высокой численности – специализированные паразиты, при еще более высокой – возбудители инфекционных заболеваний или же ужесточение конкурентных отношений и внутрипопуляционные взаимоотношения.
Разложение целлюлозы – сложного и прочного компонента растительных тканей – могут осуществлять специализированные бактерии, разные виды плесневых и шляпочных грибов, мелкие почвенные клещи-сапрофаги, личинки насекомых, дождевые черви и другие животные, в кишечниках которых вырабатываются необходимые для этого ферменты.
В технике системы с множественным обеспечением функций действуют как сверхнадежные.
Этот принцип, как мы видим, взят человеком из природы. Разнообразие видов в экосистемах обеспечивает надежность их функционирования.
Таким образом, биологическое разнообразие – это главное условие устойчивости всей жизни на Земле.
За счет этого разнообразия жизнь не прерывается уже несколько миллиардов лет. В сложные периоды геологической истории, как свидетельствует палеонтологическая летопись, многие виды вымирали, разнообразие понижалось, но экосистемы материков и океанов выдерживали эти катастрофы. Жизнь продолжалась. Появлялись новые виды и сменяли старые в общем поддержании круговорота веществ и потока энергии.
Человеческая деятельность на Земле по влиянию на видовое разнообразие в настоящее время начинает превосходить все известные в прошлом геологические катастрофы. Поэтому очень важно не допустить такого снижения уровня биологического разнообразия, которое отразилось бы на устойчивости и природных, и антропогенных систем и перешло бы границы самовосстановительных возможностей природы.
На юге нашей страны разработан метод восстановления видового богатства растений в нарушенной степи. На нетронутых целинных участках в три-четыре приема за сезон скашивают сено, содержащее созревающие в эти разные сроки семена многих видов растений. Сеном засевают эродированные и нарушенные почвы. Таким образом почвы получают одновременно богатый набор семян, органическое удобрение и прикрытие оголенной поверхности. Через 3-4 года на таких участках восстанавливается задернованная степь с богатым набором видов. Естественные же процессы восстановления затягиваются на десятилетия.
Блок 4. Человек и его здоровье (часть 1)
Блок 4. Человек и его здоровье
Сходство человека с животными и отличие от них. Общий план строения и процессы жизнедеятельности человека
Человек — это общественное существо, отличительной чертой которого является сознание, сформировавшееся на основе общественно-трудовой деятельности.
Человек появился на Земле в итоге длительного процесса развития (антропогенеза).
Все ныне живущие представители человечества относятся к одному виду — Человек разумный (Homo sapiens), который принадлежит к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов и семейству гоминид.
Отличительными особенностями человека являются:
очень крупный (абсолютно и относительно) головной мозг с развитыми областями, отвечающими за членораздельную речь и мышление;
изменение пропорций конечностей — удлинение ног по сравнению с руками;
S-образная форма позвоночного столба с выраженными шейным и поясничным изгибами;
расширенная форма таза;
уплощённая в переднезаднем направлении грудная клетка;
сводчатая стопа с массивным и приведённым большим пальцем и относительной редукцией (недоразвитием) остальных;
полное противопоставление большого пальца кисти остальным;
редукция (недоразвитие) волосяного покрова;
сильное развитие папиллярных узоров на коже подушечек пальцев кисти;
увеличение периода детства.
Хордовые — это тип вторичноротых животных.
Для хордовых характерны следующие признаки:
осевой скелет в виде лежащей над кишкой хорды, которая у высших хордовых (позвоночных) замещается позвоночником;
спинная нервная трубка, лежащая над хордой (трубчатая центральная нервная система), из которой развиваются головной и спинной мозг;
парные метамерные (сегментарные) жаберные щели в стенке глотки, имеющиеся в течение всей жизни (у первичноводных хордовых) или на определённой стадии развития (у наземных хордовых).
Млекопитающие, или звери, — это класс животных, относящихся к подтипу позвоночных типа хордовых. Человек, являясь представителем млекопитающих, имеет все основные признаки, характерные для этого класса:
молочные железы;
волосяной покров;
кожные железы (сальные и потовые);
четырёхкамерное сердце с левой дугой аорты;
семь шейных позвонков с видоизменёнными первым (атлант) и вторым (эпистрофей) позвонками;
гетеродонтные (разные по строению) зубы, среди которых можно выделить резцы, клыки и коренные зубы;
три слуховые косточки в полости среднего уха иразвитое наружное ухо;
губы, в толще которых расположены мышцы;
слюну, содержащую ферменты;
диафрагму, разделяющую грудную и брюшную полости;
лёгкие, построенные из альвеол;
эритроциты, лишённые ядер;
гортань с голосовыми связками;
веки с ресницами.
Приматы — это отряд высших плацентарных млекопитающих. С большинством приматов человека сближает ряд общих признаков:
оносительно крупный головной мозг с развитым конечным мозгом и новой корой с увеличением лобной, височной и затылочной долей и мощным развитием ассоциативных зон лобных и теменных долей;
пятипалая хватательная кисть с противопоставленным большим пальцем;
Пятипалая конечность — это принцип строения конечностей наземных позвоночных, в том числе общий план строения конечностей млекопитающих и человека. В процессе эволюции отдельные детали строения конечностей могут изменяться, но общий принцип остаётся неизменным.
плоские ногти на пальцах кистей и стоп;
наличие папиллярных узоров на ладонях и подошвах;
слабое развитие органов обоняния, хорошее — органов слуха и зрения;
сходство ДНК (у человека и шимпанзе около 90% сходных генов);
строение мимической мускулатуры.
низкая плодовитость, компенсируемая развитой заботой о потомстве.
Человекообразные обезьяны (гоминоиды, антропоиды) — это надсемейство узконосых обезьян, в которое входят семейства гиббоновых (гиббоны), понгид (орангутаны, гориллы, шимпанзе) и гоминид (представители рода Человек и единственного ныне живущего вида Человек разумный).
Человекообразные обезьяны обладают рядом общих признаков, которые и позволяют отнести к этому надсемейству человека. Это следующие признаки:
крупные размеры тела;
отсутствие длинного хвоста;
сходная форма ушной раковины;
крупный мозг с развитыми бороздами и извилинами;
сходное строение зубов, особенно жевательной поверхности («узор дриопитека»);
строение внутренних органов;
наличие аппендикса;
сходные группы крови;
сходство в течении болезней, особенно инфекционных.
Наибольшее сходство с человеком обнаруживают представители семейства понгид, особенно шимпанзе (процент сходных генов у человека и шимпанзе достигает 91).
Рудименты (лат. rudimentum — зачаток, первооснова), или рудиментарные органы, — это сравнительно упрощённые и недоразвитые структуры, утратившие своё основное значение в процессе исторического развития (филогенеза).
У человека к рудиментам относят:
хвостовые позвонки;
аппендикс как орган пищеварения;
мышцы ушной раковины;
волосяной покров туловища;
Аппендикс является рудиментом только как часть кишечника, утратившая пищеварительную функцию, хотя в организме он играет важную роль — является частью иммунной системы
третье веко.
Рудименты закладываются во время зародышевого развития, но полностью не развиваются. В отличие от атавизмов рудименты встречаются у всех особей вида.
Атавизмы — признаки, появляющиеся у отдельных организмов данного вида, которые существовали у отдалённых предков, но исчезли в процессе эволюции.
У человека к атавизмам относят:
наличие хвоста;
обильный волосяной покров на теле и лице (гипертрихоз);
многососковость;
сильно развитые клыки.
Развитие представлений об историческом развитии животного мира
Издавна люди пытались понять, как появилось на Земле существующее разнообразие растений и животных. Постепенно в науке накапливались факты, свидетельствующие о том, что живые организмы на Земле изменялись и изменяются в процессе своего развития.
При раскопках в различных пластах земной коры находили окаменелых животных, кости и целые скелеты животных, сильно отличавшихся от существующих. Изучая останки вымерших животных, ученые палеонтологиобнаруживали, что некоторые виды сочетали в своем строении признаки животных разных систематических групп, занимали промежуточное положение между ними. Например, стегоцефалы имели ряд хорошо выраженных признаков рыб и земноводных, зверозубые ящеры имели признаки пресмыкающихся и млекопитающих. С течением времени палеонтологи выявили много промежуточных, или переходных, форм, свидетельствующих о родстве животных, признаки которых они сочетали.
Об историческом изменении животного мира говорили и факты сравнительной морфологии. При сравнении животных разных систематических групп обнаруживался общий план строения. Оказалось, что у рыб, земноводных, пресмыкающихся и других позвоночных животных скелет состоит из черепа, позвоночника, поясов конечностей, пищеварительная система — из рта, глотки, пищевода, желудка и кишечника; нервная система — из головного и спинного мозга и отходящих от них нервов. Эти и другие признаки сходства можно объяснить только родством всех позвоночных между собой и происхождением от общих предков.
Наука о зародышевом развитии животных — эмбриология — выявила поразительное сходство позвоночных на ранних стадиях развития зародышей. Например, даже зародыши зверей имеют на ранней стадии развития зачатки жаберных щелей, как у зародышей рыб.
На основе фактов палеонтологии, сравнительной морфологии, эмбриологии и других наук ученые предложили разные гипотезы исторического развития животного мира, или эволюции, животных. Большинство ученых утверждало, что эволюция носит поступательный характер, от низших форм к высшим. Вместе с тем долго оставалось неясным, почему в одно и то же время существуют животные низкоорганизованные (гидры, черви) и высокоорганизованные (птицы, млекопитающие). Ответ на этот вопрос дал английский ученый Ч. Дарвин (XIX в.), обосновавший теорию эволюции органического мира. Он объяснил, что в борьбе за существование выживали не только сложные по строению животные, но и примитивные, если у них возникали и развивались надежные приспособления к среде обитания.
Развитие животного мира от одноклеточных к низшим многоклеточным
Первыми животными на Земле были древние одноклеточные, от которых произошли современные саркожгутиковые, инфузории, споровики и другие. Наиболее сложное строение из ныне живущих одноклеточных имеют многоядерные инфузории и колониальные жгутиковые. От древних колониальных жгутиковых с животным типом питания произошли древние многоклеточные животные, тело которых состояло из двух групп клеток: жгутиковых (наружных) и пищеварительных (внутренних).
Образование первых многоклеточных животных было крупным событием в истории развития животного мира. Многоклеточные животные получили большие преимущества перед одноклеточными: у них произошло разделение клеток по выполняемым функциям, усложнение строения тела, увеличение размеров, развитие способности к регенерации поврежденных и утраченных частей тела. Развитие животных от низших многоклеточных к высшим многоклеточным. От первых многоклеточных произошли двуслойные животные с кишечной полостью и радиальной симметрией — кишечнополостные. Доказательством этого служит развитие многих кишечнополостных со стадией личинки, покрытой жгутиковыми клетками и имеющей рыхло расположенные клетки внутри, которые в последующем становятся пищеварительными.
Дальнейшее развитие животного мира связано с появлением от древних двуслойных животных древних первичных червей с телом, образованным из трех зародышевых листков и двусторонней симметрией.
Первые трехслойные животные, вероятно, были похожи на самых примитивных плоских червей – бескишечных планарий. Их тело снаружи было покрыто слоем ресничных клеток, а внутри имело пищеварительные и промежуточные клетки, развившиеся из среднего зародышевого слоя. В процессе исторического развития трехслойные животные приобрели прогрессивные особенности строения: мышечную систему и основную ткань, или паренхиму, из среднего зародышевого листка. Появление мускулатуры обеспечило более быстрое и совершенное передвижение животных, а благодаря паренхиме сформировалась внутренняя среда организма, обеспечивающая более совершенный обмен веществ. К таким более сложным трехслойным животным относятся плоские и круглые черви. У круглых червей образовалась первичная полость тела в результате частичного разрушения паренхимы. Это была первая транспортная система животных. Следующий этап в историческом развитии животного мира связан с появлением трехслойных животных, имеющих вторичную полость тела, в которой располагаются внутренние органы. Эта полость тела имеет собственную стенку из одного слоя клеток из остатков первичной полости тела. У вторичнополостных животных образовалась кровеносная система. Таким образом, у вторичнополостных животных возникли две транспортные системы: вторичная полость тела и кровеносная система. Последняя стала выполнять в основном функцию переноса кислорода и углекислого газа по организму.
У вторичнополостных животных сформировались более совершенные органы выделения и сложная нервная система. От примитивных вторичнополостных животных произошли кольчатые черви и моллюски, а от кольчатых червей – членистоногие. Эту группу типов вторичнополостных животных называют первичноротыми, так как у них рот образуется из первичного рта зародыша. От примитивных трехслойных полостных животных ведет свое начало и группа типов вторичноротых животных, к которым относится и тип Хордовые.
Развитие животных от низших хордовых к высшим хордовым
Хордовые относятся к вторичнополостным животным со вторичным ртом. Это означает, что рот взрослых хордовых возникает не из рта зародыша, а образуется заново вторично и на другом конце тела. Это свидетельствует о том, что вторичноротые образуют самостоятельную группу типов, значительно отличающуюся от первичноротых.
Кроме хордовых, к вторичноротым относятся такие примитивные типы животных, как иглокожие (морские звезды и др.) и полухордовые, нередко червеобразной формы. Родство хордовых с этими животными подтверждает гипотезу их происхождения от червеобразных предков. Хордовые животные приобрели в ходе исторического развития внутренний скелет, нервную трубку, совершенную мускулатуру, более совершенную кровеносную и выделительную системы.
Самые примитивные древние хордовые, похожие на современных ланцетников, дали начало рыбам. Одна из этих групп хордовых животных — древние рыбы (близкие к кистеперым) — дали начало наземным позвоночным животным — древним земноводным, а они — древним пресмыкающимся. Древние пресмыкающиеся широко расселились на Земле. От них в дальнейшем произошли древние млекопитающие и птицы.
В процессе исторического развития позвоночных животных совершенствовались все их системы органов. Осуществлялся переход от двухкамерного сердца и одного круга кровообращения (у рыб) к трехкамерному (у земноводных и пресмыкающихся) и четырехкамерному (у птиц и млекопитающих) и двум кругам кровообращения. Примитивные крупноячеистые легкие превращались в легкие с большой дыхательной поверхностью. Усложнялись органы движения, нервная система, приспособления к размножению на суше.
Повышение уровня обмена веществ у птиц и млекопитающих привело к теплокровности. Более совершенная терморегуляция и другие приспособления дали возможность птицам и млекопитающим широко распространиться по Земле.
Историческое развитие животного мира привело к появлению наиболее высокоразвитых позвоночных — обезьян; одна из их ветвей дала начало человеку.
