Высокие температуры вредны почти для всего живого. Повышения температуры среды до +50 °С оказывается вполне достаточно, чтобы вызвать угнетение и гибель самых разнообразных организмов. Не приходится говорить о более высоких температурах.

Пределом распространения жизни считается температурная отметка +100 °С, при которой происходит денатурация белка, то есть разрушение структуры белковых молекул. В течение длительного периода считалось, что в природе нет таких существ, которые бы спокойно переносили температуры в интервале от 50 до 100 °С. Однако последние открытия ученых говорят об обратном.

Сначала были открыты бактерии, приспособленные к жизни в горячих источниках с температурой воды до +90 ºС. В 1983 году произошло другое крупное научное открытие. Группа американских биологов проводила изучение находящихся на дне Тихого океана источников термальных вод, насыщенных металлами.

Похожие на усеченные конусы черные курильщики находятся на глубине 2000 м. Их высота равна 70 м, а диаметр основания равен 200 м. Впервые курильщики были открыты у Галапагосских островов.

Расположенные на большой глубине, эти «черные курильщики», как их называют геологи, активно вбирают в себя воду. Здесь она разогревается за счет тепла, идущего от глубинного раскаленного вещества Земли, и принимает температуру более +200 °С.

Вода в источниках не кипит только потому, что находится под большим давлением и обогащается металлами из недр планеты. Над «черными курильщиками » возвышается столб воды. Создаваемое здесь, на глубине порядка 2000 м (и даже много большей) давление равно 265 атм. При столь высоком давлении не закипают даже минерализованные воды некоторых источников, имеющие температуру до +350 °С.

В результате смешения с океанской водой термальные воды сравнительно быстро остывают, но обнаруженные американцами на этих глубинах бактерии стараются держаться от остывшей воды подальше. Удивительные микроорганизмы приспособились питаться минеральными веществами в тех водах, которые нагреты до +250 °С. Более низкие температуры действуют на микробов угнетающе. Уже в воде с температурой порядка +80 °С бактерии, хотя и сохраняют жизнеспособность, но перестают размножаться.

Ученые не знают точно, в чем секрет фантастической выносливости этих крохотных живых существ, которые легко переносят нагрев до температуры плавления олова.

Форма тела бактерий, населяющих черных курильщиков, неправильная. Часто организмы снабжены длинными выростами. Бактерии поглощают серу, превращая ее в органику. Погонофоры и вестиментиферы образовали симбиоз с ними, чтобы поедать эту органику.

Тщательные биохимические исследования позволили выявить наличие защитного механизма в бактериальных клетках. Молекула вещества наследственности ДНК, на которой хранится генетическая информация, у ряда видов обволакивается слоем белка, поглощающего избыточную теплоту.

Сама ДНК включает в себя аномально высокое содержание пар гуанин-цитозин. У всех прочих живых существ на нашей планете число этих объединений внутри ДНК гораздо меньше. Оказывается, связь между гуанином и цитозином очень сложно разрушить путем нагревания.

Поэтому большинство таких соединений просто служит цели упрочнения молекулы и только потом цели кодирования генетической информации.

Аминокислоты служат составными частями молекул белка, в которых удерживаются благодаря особым химическим связям. Если сравнить белки глубоководных бактерий с аналогичными по перечисленным выше параметрам белками других живых организмов, то выяснится, что за счет дополнительных аминокислот в белках высокотемпературных микробов имеются дополнительные связи.

Но специалисты уверены, что секрет бактерий вовсе не в этом. Нагрева клеток в пределах +100 - 120º С вполне достаточно, чтобы повредить ДНК, защищенную перечисленными химическими приспособлениями. Это означает, что внутри бактерий должны иметься и другие способы избежать разрушения их клеток. Белок, из которого состоят микроскопические жители термальных источников, включает в себя особые частицы - аминокислоты такого вида, которые не встречаются больше ни у одного другого существа, обитающего на Земле.

Особую защиту имеют молекулы белков бактериальных клеток, обладающие специальными защитными (укрепляющими) компонентами. Необычно устроены липиды, то есть жиры и жироподобные вещества. Их молекулы представляют собой объединенные цепочки атомов. Химический анализ липидов высокотемпературных бактерий показал, что в этих организмах липидные цепочки переплетаются между собой, что служит дополнительному укреплению молекул.

Впрочем, данные анализов можно понимать и по-другому, поэтому гипотеза о переплетенных цепочках пока остается недоказанной. Но и даже в том случае, если принять ее за аксиому, этим невозможно полностью объяснить механизмы адаптации к температурам порядка +200 °С.

Более высокоразвитые живые существа не смогли достичь успехов микроорганизмов, однако зоологам известно немало беспозвоночных и даже рыб, адаптировавшихся к жизни в термальных водах.

Среди беспозвоночных необходимо назвать в первую очередь разнообразных пещерных жителей, населяющих водоемы, подпитываемые грунтовыми водами, которые нагреваются подземным теплом. Это в большинстве случаев мельчайшие одноклеточные водоросли и всевозможные ракообразные.

Представитель равноногих ракообразных термосферома термальная относится к семейству сфероматид. Он обитает в одном горячем источнике в Соккоро (штат Нью-Мексико, США). Длина рачка составляет всего лишь 0,5-1 см. Передвигается он по дну источника и имеет одну пару антенн, предназначенных для ориентации в пространстве.

Пещерные рыбы, приспособленные к жизни в термальных источниках, переносят температуру до +40 °С. Среди этих существ наиболее примечательны некоторые карпозубообразные, населяющие подземные воды Северной Америки. Среди видов этой обширной группы выделяется кипринодон макулярис.

Это один из редчайших животных Земли. Небольшая популяция этих крохотных рыбок живет в горячем источнике, имеющем глубину всего 50 см. Данный источник находится внутри Дьявольской пещеры в Долине смерти (Калифорния), одном из наиболее засушливых и знойных мест на планете.

Близкая родственница кипринодонов слепоглазка не приспособилась к жизни в термальных источниках, хотя и населяет подземные воды карстовых пещер в том же географическом районе в пределах Соединенных Штатов. Слепоглазка и родственные ей виды выделены в семейство слепоглазковых, тогда как кипринодоны причислены к обособленному семейству карпозубых.

В отличие от прочих полупрозрачных или молочно-кремовых по расцветке пещерных обитателей, в том числе и прочих карпозубообразных, кипринодоны окрашены в ярко-синий цвет. В прежние времена эти рыбки водились в нескольких источниках и могли свободно перемещаться по грунтовым водам из одного водоема в другой.

Местные жители в XIX веке не раз наблюдали, как в лужах, возникавших в результате заполнения подземными водами колеи от колеса повозки, поселялись кипринодоны. Кстати, и по сей день остается неясным, как и зачем эти красивые рыбки пробирались вместе с подземной влагой сквозь слой рыхлой почвы.

Однако эта загадка не главная. Непонятно, как рыбы могут выдерживать температуру воды до +50 °С. Как бы то ни было, именно странное и необъяснимое приспособление помогло кипринодонам выжить. Эти существа появились в Северной Америке более 1 млн лет назад. С началом оледенения вымерли все карпозубообразные, кроме тех, кто освоил подземные воды, включая и термальные.

Почти все виды семейства стеназеллид, представленного мелкими (не более 2 см) равноногими ракообразными, живут в термальных водах с температурой не ниже +20 С.

Когда ледник ушел, а климат в Калифорнии стал более засушливым, в пещерных источниках на протяжении 50 тыс. лет сохранялись почти неизменными температура, соленость и даже количество корма - водорослей. Поэтому рыбки, не меняясь, спокойно пережили здесь доисторические катаклизмы. Сегодня все виды пещерных кипринодонов охраняются законом в интересах науки.

Температура является важнейшим экологическим фактором. Температура оказывает огромное влияние на многие стороны жизнедеятельности организмов их географии распространения, размножения и другие биологические свойства организмов зависящие в основном от температуры. Диапазон, т.е. пределы температур в которых может существовать жизнь, колеблется примерно от -200°С до +100°С, иногда обнаруживается существование бактерии в горячих источниках при температуре 250°С. В действительности, большинство организмов могут существовать при еще более узком диапазоне температур.

Некоторые виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться в горячих источниках при температуре, близкой к точке кипения. Верхний температурный предел для бактерии горячих источников лежит около 90°С. Изменчивость температуры очень важна с экологической точки зрения.

Любой вид способен жить только в пределах определенного интервала температур, так называемые максимальной и минимальной летальной температурами. За пределами этих критических крайних температур, холод или жара, наступает смерть организма. Где-то между ними находится оптимальная температура, при которой жизнедеятельность всех организмов, живого вещества в целом идет активно.

По толерантности организмов к температурному режиму они делятся на эвритермные и стенотермные, т.е. способные переносить колебание температуры в широких пределах или узких пределах. Например, лишайники и многие бактерии могу жить при различной температуре, или орхидеи и другие теплолюбивые растения тропических поясов — являются стенотермными.

Некоторые животные способны поддерживать постоянную температуру тела, не зависимо от температуры окружающей среды. Такие организмы называются гомойтермными. У других животных температура тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Их называют пойкилотермными. В зависимости от способа адаптации организмов к температурному режиму они делятся на две экологические группы: криофиллы — организмы приспособленные к холоду, к низким темпера турам; термофилы — или теплолюбивые.

Правило Аллена — экогеографическое правило, установленное Д. Алленом в 1877 г. Согласно с этим правилом среди родственных форм гомойотермных (теплокровных) животных, ведущих сходный образ жизни, те, которые обитают в более холодном климате, имеют относительно меньшие выступающие части тела: уши, ноги, хвосты и т. д.

Уменьшение выступающих частей тела приводит к уменьшению относительной поверхности тела и способствует экономии тепла.

Примером данного правила являются представители семейства Собачьи из различных регионов. Наименьшие (относительно длины тела) уши и менее вытянутая морда в этом семействе — у песца (ареал — Арктика), а наибольшие уши и узкая, вытянутая морда — у лисицы фенека (ареал — Сахара).

Также это правило выполняется в отношении в человеческих популяций: самые короткие (относительно размеров тела) нос, руки и ноги характерны для эсскимосско-алеутских народов (эскимосов, инуитов), а длинные руки и ноги для фур и тутси.

Правило Бергмана — экогеографическое правило, сформулированное в 1847 г. немецким биологом Карлом Бергманом. Правило гласит, что среди сходных форм гомойотермных (теплокровных) животных наиболее крупными являются те, которые живут в условиях более холодного климата — в высоких широтах или в горах. Если существуют близкие виды (например, виды одного рода), которые существенно не отличаются по характеру питания и образу жизни, то более крупные виды также встречаются в условиях более сурового (холодного) климата.

Правило основано на предположении, что общая теплопродукция у эндотермных видов зависит от объёма тела, а скорость теплоотдачи — от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объём тела растет быстрее, чем его поверхность. Экспериментально это правило впервые было проверено на собаках разного размера. Оказалось, что теплопродукция у мелких собак выше на единицу массы, но независимо от размера она остается практически постоянной на единицу площади поверхности.

Правило Бергмана действительно нередко выполняется как в пределах одного вида, так и среди близких видов. Например,амурская форма тигра с Дальнего Востока крупнее суматранской из Индонезии. Северные подвиды волка в среднем крупнее южных. Среди близких видов рода медведь наиболее крупные обитают в северных широтах (белый медведь, бурые медведи с о. Кодьяк), а наиболее мелкие виды (например, очковый медведь) — в районах с теплым климатом.

В то же время это правило нередко подвергалось критике; отмечалось, что оно не может иметь общего характера, так как на размеры млекопитающих и птиц влияют многие другие факторы, кроме температуры. Кроме того, адаптации к суровому климату на популяционном и видовом уровне часто происходят не за счет изменений размеров тела, а за счет изменений размеров внутренних органов (увеличение размера сердца и легких) или за счет биохимических адаптаций. С учетом этой критики необходимо подчеркнуть, что правило Бергмана носит статистический характер и проявляет свое действие отчетливо при прочих равных условиях.

Действительно, из этого правила известно много исключений. Так, наиболее мелкая раса шерстистого мамонта известна с заполярного острова Врангеля; многие лесные подвиды волка крупнее тундровых (например, исчезнувший подвид с полуострова Кенай; предполагается, что крупные размеры могли давать этим волкам преимущество при охоте на крупных лосей, населяющих полуостров). Дальневосточный подвид леопарда, обитающий на Амуре, существенно меньше, чем африканский. В приведенных примерах сравниваемые формы отличаются по образу жизни (островные и континентальные популяции; тундровый подвид, питающийся более мелкой добычей и лесной, питающийся более крупной).

В отношении человека правило в определенной степени применимо (например, племена пигмеев, видимо, неоднократно и независимо появлялись в разных районах с тропическим климатом); однако из-за различий в местных диетах и обычаях, миграции и дрейфа генов между популяциями накладываются ограничения на применимость этого правила.

Правило Глогера состоит в том, что среди родственных друг другу форм (разных рас или подвидов одного вида, родственных видов) гомойотермных (теплокровных) животных, те, которые обитают в условиях тёплого и влажного климата, окрашены ярче, чем те, которые обитают в условиях холодного и сухого климата. Установлено в 1833 году Константином Глогером (Gloger C. W. L.; 1803-1863), польским и немецким орнитологом.

К примеру, большинство пустынных видов птиц окрашены тусклее, чем их родственники из субтропических и тропических лесов. Объясняться правило Глогера может как соображениями маскировки, так и влиянием климатических условий на синтез пигментов. В определённой степени правило Глогера распространяется и напойкилотермных (холоднокровных) животных, в частности, насекомых.

Влажность как экологический фактор

Первоначально все организмы были водными. Завоевав сушу, не утратили зависимости от воды. Составной частью всех живых организмов является вода. Влажность — это количество водяного пара в воздухе. Без влажности или воды нет жизни.

Влажность - это параметр характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютная влажность - это количество водяного пара в воздухе и зависит от температуры и давления. Это количество называется относительной влажностью (т.е. соотношение количества водяного пара в воздухе к насыщенному количеству пара при определенных условиях температуры и давления.)

В природе существует суточный ритм влажности. Влажность колеблется по вертикали и горизонтали. Этот фактор наряду со светом и температурой играет большую роль в регулировании активности организмов и их распространении. Влажность изменяет и эффект температуры.

Важным экологическим фактором является иссушение воздуха. Особенно для наземных организмов, имеет огромное значение иссушающие действие воздуха. Животные приспосабливаются, передвигаясь в защищенные места и активный образ жизни ведут ночью.

Растения поглощают воду из почвы и почти полностью (97-99%) испаряется через листья. Этот процесс называется транспирацией. Испарение охлаждает листья. Благодаря испарению идет транспорт ионов, через почву к корням, транспорт ионов между клетками и т.д.

Определенное количество влажности совершенно необходима для наземных организмов. Многие из них для нормальной жизнедеятельности нуждаются в относительной влажности 100%, и наоборот организм находящийся в нормальном состоянии, не может жить долгое время в абсолютно сухом воздухе, ибо он постоянно теряет воду. Вода есть необходимая часть живого вещества. Поэтому потеря воды в известном количестве приводит к гибели.

Растения сухого климата приспосабливается морфологическими изменениями, редукцией вегетативных органов, особенно листьев.

Наземные животные также приспосабливаются. Многие из них пьют воду, другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии. Например, большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи. Большая часть животных пустынь никогда не пьет, они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступившей с пищей. Другие животные получает воду в процессе окисления жиров.

Вода для живых организмов совершенно необходима. Поэтому организмы распространяются по местообитанию в зависимости от своих потребностей: водные организмы в воде живут постоянно; гидрофиты могут жить только в очень влажных средах.

С точки зрения экологической валентности гидрофиты и гигрофиты относятся к группе стеногигров. Влажность сильно влияет на жизненные функции организмов, например, 70% относительная влажность была очень благоприятным для полевого созревания и плодовитости самок перелетной саранчи. При благоприятном размножении они причиняют огромный экономический урон посевам многих стран.

Для экологической оценки распространения организмов пользуются показателем сухости климата. Сухость служит селективным фактором для экологической классификации организмов.

Таким образом, в зависимости от особенностей влажности местного климата виды организмов распределяются по экологическим группам:

1. Гидатофиты — это водные растения.

2. Гидрофиты — это растения наземно-водные.

3. Гигрофиты — наземные растения живущие в условиях повышенной влажности.

4. Мезофиты — это растения, произрастающие при среднем увлажнении

5. Ксерофиты — это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на: суккуленты — сочные растения (кактусы); склерофиты — это растения с узкими и мелкими листьями, и свернутыми в трубочки. Они также делятся на эуксерофиты и стипаксерофиты. Эуксерофиты — это степные растения. Стипаксерофиты — это группа узколистных дерновинных злаков (ковыль, типчак, тонконог и др.). В свою очередь мезофиты также делятся на мезогигрофиты, мезоксерофиты и т.д.

Уступая по своему значению температуре, влажность относится тем не менее к основным экологическим факторам. На протяжении большей части истории живой природы органический мир был представлен исключительно водными нормами организмов. Составной частью огромного большинства живых существ является вода, и для осуществления размножения или слияния гамет почти все они нуждаются в водной среде. Сухопутные животные вынуждены создавать в своем теле искусственную водную среду для оплодотворения, а это приводят к тому, что последнее становится внутренним.

Влажность - это количество водяного пара в воздухе. Его можно выразить в граммах на кубический метр.

Свет как экологический фактор. Роль света в жизни организмов

Свет, есть одна из форм энергии. По первому закону термодинамики, или закону сохранения энергии, энергия может переходить из одной формы в другую. По этому закону, организмы являются термодинамической системой постоянно обменивающейся с окружающей средой энергией и веществом. Организмы, на поверхности Земли подвергаются воздействию потока энергии, в основном солнечной энергий, а также и длинноволного теплового излучения космических тел.

Оба эти фактора определяют климатические условия среды (температура, скорость испарения воды, движение воздуха и воды). На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал. на 1см 2 в 1 мин. Эта так называемая солнечная постоянная. Этот свет, проходя через атмосферу, ослабляется и до поверхности Земли в ясный полдень может дойти не более 67% его энергии, т.е. 1,34 кал. на см 2 в 1мин. Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет еще больше ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра.

Степень ослабления солнечного света и космического излучения зависит от длины волны (частоты) света. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0,3 мкм почти не проходит через озоновый слой (на высоте около 25 км). Такое излучение опасно для живого организма в частности для протоплазмы.

В живой природе свет единственный источник энергии, все растения, кроме бактерий фотосинтезируют, т.е. синтезируют органические вещества из неорганических веществ (т.е. из воды, минеральных солей и СО-В живой природе свет единственный источник энергии, все растения, кроме бактерий 2 — при помощи лучистой энергии в процессе ассимиляции). Все организмы зависят в питании от земных фотосинтезирующих т.е. хлорофиллоносных растений.

Свет как экологический фактор делится на ультрафиолетовый с длиной волны - 0,40 - 0,75 мкм и инфракрасный с длиной волны больше этих величии.

Действие этих факторов зависит от свойства организмов. Каждый вид организма адаптирован к тому или иному спектру длиной волны света. Одни виды организмов адаптировались к ультрафиолетовым, а другие к инфракрасным.

Некоторые организмы способны различить длину волны. Они обладают специальными световоспринимаемыми системами и имеют цветное зрение, которые имеют огромное значение в их жизнедеятельности. Многие насекомые чувствительны к коротковолновому излучение, которое человек не воспринимает. Ночные бабочки хорошо воспринимают ультрафиолетовые лучи. Пчелы и птицы точно определяют свое местонахождение и ориентируются на местности даже ночью.

Организмы сильно реагируют и на интенсивность света. По этим признакам растения делятся на три экологические группы:

1. Светолюбивые, солнцелюбивые или гелиофиты - которые способны нормально развиваться только под солнечными лучами.

2. Тенелюбивые, или сциофиты - это растения нижних ярусов лесов и глубоководные растения, например, ландыши и другие.

При снижении интенсивности света замедляется и фотосинтез. У всех живых организмов существуют пороговые чувствительности интенсивности света, а также к другим экологическим факторам. У различных организмов пороговая чувствительность к экологическим факторам неодинакова. Например, интенсивный свет тормозит развитие мух дрозофилл, даже вызывает их гибель. Не любят свет и тараканы и другие насекомые. У большинства фотосинтетических растений при слабой интенсивности света идет торможение синтеза белков, а у животных тормозятся процессы биосинтеза.

3. Теневыносливые или факультативные гелиофиты. Растения которые хорошо растут и в тени и на свету. У животных эти свойства организмов называются светолюбивые (фотофилы), тенелюбивые (фотофобы), эврифобные — стенофобные.

Экологическая валентность

степень приспособляемости живого организма к изменениямусловий среды. Э. в. представляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазономизменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Э. в. можетрассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплексафакторов.

В первом случае виды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора,обозначаются термином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври» (эвритермные — поотношению к влиянию температуры, эвригалинные — к солёности, эврибатные — к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшим изменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином сприставкой «стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкой Э. в. по отношению ккомплексу факторов, называются эврибионтами (См. Эврибионты) в противоположность стенобионтам (См.Стенобионты), обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможностьзаселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций,эти две группы часто называют соответственно эври- или стенотопными.

Эврибионты , животные и растительные организмы, способные существовать при значительные изменениях условий окружающей среды. Так, например, обитатели морской литорали переносят регулярное осушение во время отлива, летом — сильное прогревание, а зимой — охлаждение, а иногда и промерзание (эвритермные животные); обитатели эстуариев рек выдерживают значит. колебания солёности воды (эвригалинные животные); ряд животных существует в широком диапазоне гидростатического давления (эврибатные животные). Многие наземные обитатели умеренных широт способны выдерживать большие сезонные колебания температуры.

Эврибионтность вида увеличивается способностью переносить неблагоприятные условия в состоянии анабиоза (многие бактерии, споры и семена многих растений, взрослые многолетние растения холодных и умеренных широт, зимующие почки пресноводных губок и мшанок, яйца жаброногих ракообразных, взрослые тихоходки и некоторые коловратки и др.) или спячки (некоторые млекопитающие).

ПРАВИЛО ЧЕТВЕРИКОВА, правило, согласно к-рому в природе все виды живых организмов, представлены не отдельными изолированными особями, а в форме совокупностей числа (иногда очень большого) особей-популяций. Выведено С. С. Четвериковым (1903).

Вид - это исторически сложившаяся совокупность популяций особей, сходных по морфо-физиологическим свойствам, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определенный ареал. Каждый вид живых организмов можно описать совокупностью характерных черт, свойств, которые называются признаками вида. Признаки вида, с помощью которых один вид можно отличить от другого, называются критериями вида.

Наиболее часто используют семь общих критериев вида:

1. Специфический тип организации: совокупность характерных признаков, позволяющих отличить особей данного вида от особей другого.

2. Географическая определенность: существование особей вида в конкретном месте на земном шаре; ареал -район обитания особей данного вида.

3. Экологическая определенность: особи вида живут в конкретном диапазоне значений физических факторов среды, таких как температура, влажность, давление и пр.

4. Дифференцированность: вид состоит из более мелких групп особей.

5. Дискретность: особи данного вида отделены от особей другого разрывом - хиатусом.Хиатус определяется действием изолирующих механизмов, таких как несовпадение сроков размножения, использование специфических поведенческих реакций, стерильность гибридов и др.

6. Воспроизводимость: размножение особей может осуществляться бесполым путем (степень изменчивости низкая) и половым (степень изменчивости высокая, так как каждый организм сочетает признаки отца и матери).

7. Определенный уровень численности: численность претерпевает периодические (волны жизни) и непериодические изменения.

Особи любого вида распределяются в пространстве крайне неравномерно. Например, крапива двудомная в пределах своего ареала встречается только во влажных тенистых местах с плодородной почвой, образуя заросли в поймах Рек, ручьев, вокруг озер, по окраинам топей, в смешанных лесах и зарослях кустарников. Колонии европейского кроте, хорошо заметные по холмикам земли, встречаются на лесных опушках, лугах и полях. Подходящие для жизни
места обитания хоть и встречаются часто в пределах ареала, но не покрывают весь ареал, и поэтому на других его участках особи данного вида не встречаются. Нет смысла искать крапиву в сосновом лесу или крота на болоте.

Таким образом, неравномерность распределения вида в пространстве выражается в виде «островков плотности», «сгущений». Участки с относительно высоким распространением данного вида чередуются с участками с низкой численностью. Такие «центры плотности» населения каждого вида и называются популяциями. Популяция - это совокупность особей данного вида, в течение длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенное пространство (часть ареала), и изолированная от других таких же совокупностей.

Внутри популяции практически осуществляется свободное скрещивание (панмиксия). Иными словами, популяция - это группа свободно скрепгдвающихся между собой особей, проживающих длительно на определенной территории, и относительно изолированная от других таких же групп. Вид, таким образом, представляет собой совокупность популяций, а популяция является структурной единицей вида.

Отличие популяции от вида:

1) особи разных популяций свободно скрещиваются друг с другом,

2) особи разных популяций слабо различаются между собой,

3) между двумя соседними популяциями нет разрыва, то есть между ними существует постепенный переход.

Процесс видообразования. Предположим, что данный вид занимает определенный ареал, определяемый характером питания. В результате дивергенции между особями увеличивается ареал. В новом ареале будут находиться участки с различными кормовыми растениями, физико-химическими свойствами и т. д. Особи, оказавшиеся в различных участках ареала, формируют популяции. В дальнейшем, в результате все усиливающегося различия между особями популяций, будет все явственнее, что особи одной популяции отличаются по какому-то признаку от особей другой популяции. Происходит процесс дивергенции популяций. В каждой из них накапливаются мутации.

Представители любого вида в локальной части ареала образуют местную популяцию. Совокупность местных популяций, связанных с однородными по условиям жизни участками ареала, составляет экологическую популяцию. Так, если вид обитает на лугу и в лесу, то говорят о его десной и луговой популяциях. Популяции в пределах ареала вида, связанные с определенными географическими границами, называются географическими популяциями.
Размеры и границы популяций могут резко меняться. При вспышках массового размножения вид расселяется очень широко и возникают гигантские популяции.

Совокупность географических популяций с устойчивыми признаками, способностью скрещиваться и давать плодовитое потомство называется подвидом. Дарвин говорил, что образование новых видов идет через разновидности (подвиды).

Следует, однако, помнить, что в природе часто какой-то элемент отсутствует.
Мутации, происходящие у особей каждого подвида, не могут сами по себе привести к образованию новых видов. Причина кроется в том, что данная мутация будет блуждать по популяции, так как особи подвидов, как мы знаем, репродуктивно не изолированы. Если мутация полезна, она увеличивает гетерозиготность популяции, если вредна, то будет попросту отброшена отбором.

В результате постоянно протекающего мутационного процесса и свободного скрещивания в популяциях накапливаются мутации. Создается, по теории И. И. Шмальгаузена , резерв наследственной изменчивости, т. е. подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и фенотипически не проявляются. По достижении высокой концентрации мутаций в гетерозиготном состоянии делается вероятным скрещивание особей, несущих рецессивные гены. При этом появляются гомозиготные особи, у которых мутации уже проявляются фенотипически. В этих случаях мутации уже подпадают под контроль естественного отбора.
Но это еще не имеет решающего значения для процессу видообразования, потому что природные популяции являются открытыми и в них постоянно вносятся чужеродны^ гены из соседних популяций.

Имеет место поток генов, дjстаточный для поддержания большого сходства генофондов (совокупность всех генотипов) всех местных популяций. Подсчитано, что пополнение генофонда за счет чужеродных генов в популяции, состоящей из 200 особей, каждая из которых имеет 100 ООО локусов, в 100 раз больше, чем-, за счет мутаций. Вследствие этого ни одна популяция не может резко меняться до тех пор, пока она подвержена нормализующему влиянию потока генов. Устойчивость популяции к изменению ее генетического состава под влиянием отбора называется генетическим гомеостазом.

В результате генетического гомеостаза в популяции образование нового вида сильно затруднено. Должно реализоваться еще одно условие! А именно необходима изоляция генофонда дочерней популяции от материнского генофонда. Изоляция может быть в двух формах: пространственной и временной. Пространственная изоляция возникает благодаря различным географическим барьерам, таким как пустыни, леса, реки, дюны, поймы. Чаще всего пространственная изоляция возникает из-за резкого сокращения сплошного ареала и распадения его на отдельные карманы или ниши.

Часто популяция изолируется в результате миграции. таком случае возникает популяция-изолянт. Однако, по-скольку обычно количество особей в популяции-изолянте евелико, существует опасность инбридинга - вырождения, вязанного с близкородственным скрещиванием. Видооб-азование на основе пространственной изоляции называется географическим.

Во временную форму изоляции входит изменение сроков размножения и сдвиги всего цикла жизни. Видообразование на основе временной изоляции называется экологическим.
Решающим же в обоих случаях является создание новой, несовместимой со старой, генетической системы. Через видообразование реализуется эволюция, вот почему говорят о том, что вид является элементарной эволюционной системой. Популяция - элементарная эволюционная единица!

Статистические и динамические характеристики популяций.

Виды организмов входят в биоценоз не отдельными особями, а популяциями или их частями. Популяция - это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Каждый вид в пределах занимаемой территории распадается на популяции.Если рассматривать воздействие факторов среды обитания на отдельно взятый организм, то при определенном уровне фактора (например, температуры) исследуемая особь либо выживет, либо погибнет. Картина меняется при изучении воздействия того же фактора на группу организмов одного вида.

Одни особи погибнут или снизят жизненную активность при одной конкретной температуре, другие - при более низкой, третьи - при более высокой.Поэтому можно дать еще одно определение популяции: все живые организмы, для того чтобы выжить и дать потомство, должны в условиях динамичных режимов экологических факторов существовать в виде группировок, или популяций, т.е. совокупности совместно обитающих особей, обладающих сходной наследственностью.Важнейшим признаком популяции является занимаемая ею общая территория. Но в пределах популяции могут быть более или менее изолированные по разным причинам группировки.

Поэтому дать исчерпывающее определение популяции затруднительно из-за размытости границ между отдельными группами особей. Каждый вид состоит из одной или нескольких популяций, и популяция, таким образом, - это форма существования вида, его наименьшая эволюционирующая единица. Для популяций различных видов существуют допустимые пределы снижения численности особей, за которыми существование популяции становится невозможным. Точных данных о критических значениях численности популяций в литературе нет. Приводимые значения разноречивы. Остается, однако, несомненным факт, что чем мельче особи, тем выше критические значения их численности. Для микроорганизмов это миллионы особей, для насекомых - десятки и сотни тысяч, а для крупных млекопитающих - несколько десятков.

Численность не должна уменьшаться ниже пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Критическая численность также зависит от других факторов. Например, для некоторых организмов специфичен групповой образ жизни (колонии, стаи, стада). Группы внутри популяции относительно обособлены. Могут иметь место такие случаи, когда численность популяции в целом еще достаточно велика, а численность отдельных групп уменьшена ниже критических пределов.

Например, колония (группа) перуанского баклана должна иметь численность не менее 10 тыс. особей, а стадо северных оленей - 300 - 400 голов. Для понимания механизмов функционирования и решения вопросов использования популяций большое значение имеют сведения об их структуре. Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры. В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре - соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов.

У животных выделяют следующие возрастные группы:

Ювенильная группа (детская) сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

Взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию).

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются нормальные популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. В регрессивной (вымирающей) популяции преобладают старческие особи, что свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих воспроизводительные функции. Требуются срочные меры по выявлению и устранению причин такого состояния. Внедряющиеся (инвазионные) популяции представлены в основном молодыми особями. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи.

Особенно опасно, если это популяция видов, ранее отсутствовавших на данной территории. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек может изымать из нее количество особей (у животных) или биомассу (у растений), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол и другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

Эксплуатация популяций растительных сообществ (напр., для получения древесины), обычно приурочивается к периоду возрастного замедления прироста (накопления продукции). Этот период обычно совпадает с максимальным накоплением древесной массы на единице площади. Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем соотношение самцов и самок не равно 1:1. Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование поколений с отсутствием самцов. Каждая популяция может иметь и сложную пространственную структуру, (подразделяясь на более или менее крупные иерархические группы - от географической до элементарной (микропопуляции) .

Так, если уровень смертности не зависит от возраста особей, то кривая выживания представляет собой снижающуюся линию (см. рисунок, тип I). То есть отмирание особей происходит в данном типе равномерно, коэффициент смертности остается постоянным на протяжении всей жизни. Такая кривая выживания свойственна видам, развитие которых происходит без метаморфоза при достаточной устойчивости рождающегося потомства. Этот тип принято называть типом гидры - для нее свойственна кривая выживания, приближающаяся к прямой линии. У видов, для которых роль внешних факторов в смертности невелика, кривая выживания характеризуется небольшим понижением до определенного возраста, после которого происходит резкое падение в следствие естественной (физиологический) смертности.

Тип II на рисунке. Близкий к этому типу характер кривой выживания свойственен человеку (хотя кривая выживания человека несколько более пологая и, таким образом, является чем-то средним между типами I и II). Этот тип носит названия типа дрозофиллы: именно его демонстрируют дрозофиллы в лабораторных условиях (не поедаемые хищниками). Для очень многих видов характерна высокая смертность на ранних стадиях онтогенеза. У таких видов кривая выживания характеризуется резким падением в области младших возрастов. Особи, пережившие "критический" возраст, демонстрируют низкую смертность и доживают до больших возрастов. Тип носит название типа устрицы. Тип III на рисунке. Изучение кривых выживания представляет большой интерес для эколога. Оно позволяет судить о том, в каком возрасте тот или иной вид наиболее уязвим. Если действие причин, способных изменить рождаемость или смертность, приходится на наиболее уязвимую стадию, то их влияние на последующее развитие популяции будет наибольшим. Эту закономерность необходимо учитывать при организации охоты или в борьбе с вредителями.

Возрастная и половая структуры популяций.

Любой популяции присуща определенная организация. Распределение особей по территории, соотношение групп особей по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают соответствующую структуру популяции : пространственную, половую, возрастную и т.д. Структура формируется с одной стороны на основе общих биологических свойств видов, а с другой - под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.

Структура популяции имеет, таким образом, приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют как сходные особенности, так и отличительные, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.

В целом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, на определенных территориях формируются приспособительные черты групповой адаптации популяции как надиндивидуальной системы, что говорит о том, что приспособительные особенности популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидов.

Возрастной состав — имеет важное значение для существования популяции. Средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности (или биомассы) особей различного возраста характеризуется возрастной структурой популяции. Формирование возрастной структуры происходит в результате совместного действия процессов размножения и смертности.

В любой популяции условно выделяются 3 возрастные экологические группы:

Предрепродуктивную;

Репродуктивную;

Пострепродуктивную.

К предрепродуктивной группе относятся особи, еще не способные к воспроизведению. Репродуктивная - особи, способные к размножению. Пострепродуктивная - особи, утратившие способность к размножению. Длительность этих периодов сильно варьируется в зависимости от вида организмов.

При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. В быстро растущих популяциях преобладают молодые особи, а в сокращающихся — старые, уже не способные интенсивно размножаться. Такие популяции малопродуктивны, недостаточно устойчивы.

Имеются виды с простой возрастной структурой популяций, которые состоят из особей практически одного возраста.

Например, все однолетние растения одной популяции весной находятся в стадии проростков, затем почти одновременно зацветают, а осенью дают семена.

У видов со сложнойвозрастной структурой популяций одновременно живут несколько поколений.

Например, в стажах слонов имеются молодые, зрелые и стареющие животные.

Популяции, включающие много генераций (разных возрастных групп) более устойчивы, менее подвержены влиянию факторов, воздействующих на размножение или смертность в конкретном году. Экстремальные условия могут привести к гибели наиболее уязвимых возрастных групп, но самые устойчивые выживают и дают новые генерации.

Например, человек рассматривается как биологический вид, имеющий сложную возрастную структуру. Устойчивость популяций вида проявилось, например, во время второй мировой войны.

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.3.9).

Рис.3.9. Возрастные пирамиды популяции.

А - массовое размножение, В - стабильная популяция, С - сокращающаяся популяция

Устойчивость популяций вида в значительной степени зависит и от половой структуры , т.е. соотношения особей разных полов. Половые группировки внутри популяций формируются на базе различий в морфологии (форма и строение тела) и экологии различных полов.

Например, у некоторых насекомых самцы имеют крылья, а самки нет, у самцов некоторых млекопитающих имеются рога, но они отсутствуют у самок, у самцов птиц яркое оперение, а у самок маскирующее.

Экологические различия выражаются в пищевых предпочтениях (самки многих комаров сосут кровь, а самцы питаются нектаром).

Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей обоих полов при рождении. Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате физиологических, поведенческих и экологических различий самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность.

Анализ возрастной и половой структуры популяций позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений и лет. Это важно при оценке возможностей промысла рыбы, отстрела животных, спасения урожая от нашествий саранчи и в других случаях.

Бактерии – древнейшая известная группа организмов
Слоистые каменные структуры – строматолиты, – датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, – результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. Первые ядерные клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.

Самыми древними из ныне существующих живых организмов считаются археобактерии термоацидофилы (thermoacidophiles). Они живут в воде горячих источников с высоким содержанием кислоты. При температуре ниже 55oC (131oF) они гибнут!

90% биомассы в морях, оказывается, составляют микробы.

Жизнь на Земле появилась
3,416 млрд лет назад, то есть на 16 млн лет раньше, чем принято считать в научном мире. Анализы одного из кораллов, возраст которого превышает 3,416 млрд лет, доказали, что во время образования этого коралла на Земле уже существовала жизнь на уровне микробов.

Древнейшая микроокаменелость
Kakabekia barghoorniana (1964-1986 г.г.) была найдено в местечке Харич, Гунедд, Уэльс, ее предполагаемый возраст свыше 4 000 000 000 лет.
Самая древняя форма жизни
В Гренландии были обнаружены окаменевшие отпечатки микроскопических клеток. Оказалось их возраст составляет 3800 миллионов лет, что делает их самыми древними из известных нам форм жизни.

Бактерии и эукариоты
Жизнь может существовать в форме бактерий - простейших организмов, не имеющих ядра в клетке, древнейших (archaea), почти таких же простых, как бактерии, но отличающихся необычной мембраной, ее вершиной считаются эукариоты – собственно, все остальные организмы, генетический код которых хранится в клеточном ядре.

В Марианской впадине найдены древнейшие обитатели Земли
На дне самой глубокой в мире Марианской впадины в центре Тихого океана обнаружены 13 видов неведомых науке одноклеточных, существующих в неизменном виде уже почти миллиард лет. Микроорганизмы были найдены в пробах грунта, которые осенью 2002 года взял в разломе Челленджера японский автоматический батискаф "Кайко" на глубине 10.900 метров. В 10 кубических сантиметрах почвы обнаружены 449 ранее неизвестных первобытных одноклеточных круглой или удлиненной формы размером 0,5 - 0,7 мм. После нескольких лет исследований их подразделили на 13 видов. Все эти организмы практически полностью соответствуют т.н. "неведомым биологическим окаменелостям", которые в 80-х годах были обнаружены в России, Швеции и Австрии в слоях почвы древностью от 540 млн до миллиарда лет.

На основании генетического анализа японские исследователи утверждают, что найденные на дне Марианской впадины одноклеточные существуют в неизменном виде уже более 800 млн, а то и миллиард лет. Судя по всему, это самые древние из всех известных сейчас обитателей Земли. Одноклеточные из разлома Челленджера ради выживания были вынуждены уйти на крайние глубины, поскольку в мелких слоях океана не могли конкурировать с более молодыми и агрессивными организмами.

Первые бактерии появились в археозойскую эру
Развитие Земли разделено на пять промежутков времени, которые называются эрами. Первые две эры, археозой и протерозой, длились 4 миллиарда лет, то есть почти 80% всей земной истории. Во время археозоя произошло образование Земли, возникли вода и кислород. Около 3,5 миллиардов лет назад появились первые крохотные бактерии и водоросли. В эпоху протерозоя, около 700 лет назад, в море появились первые животные. Это были примитивные беспозвоночные существа, например черви и медузы. Палеозойская эра началась 590 миллионов лет назад и продолжалась 342 миллиона лет. Тогда Землю покрывали болота. Во время палеозоя появились крупные растения, рыбы и земноводные. Мезозойская эра началась 248 миллионов лет назад и длилась183 миллиона лет. В это время Землю населяли огромные ящеры динозавры. Появились также первые млекопитающие и птицы. Кайнозойская эра началась 65 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. В эту пору возникли растения и животные, которые окружают нас сегодня.

Где живут бактерии
Бактерий много в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90 С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.

Бактерии участвуют в пищеварении
Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

В точке умещается четверть миллиона бактерий
Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5–2,0 мкм, а длина – 1,0–8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине бактерий.

Бактерии дают уроки самоорганизации
В колониях бактерий, называемых строматолитами, бактерии самоорганизуются и создают огромное рабочее объединение, хотя ни одна из них не руководит остальными. Такое объединение очень устойчиво и быстро восстанавливается при повреждениях или смене окружающей среды. Также интересен тот факт, что бактерии в строматолите выполняют разные роли, в зависимости от того, какое место они занимают в колонии, и все они используют общую генетическую информацию. Все эти свойства могут быть полезны для будущих коммуникационных сетей.

Способности бактерий
Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды – на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка – Fe3O4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды.

Память бактерий
Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.

Бактерии удваиваются в численности каждые 20 мин
Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма очень высока. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии – секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.

В течение суток из 1 бактерии могло бы образоваться 13 трлн других
Одна бактерия кишечной палочки (Esherichia coli) в течение суток могла бы дать потомство, общего объема которого хватило бы для постройки пирамиды площадью 2 кв.км и высотой 1 км. При благоприятных условиях за 48 часов один холерный вибрион (Vibrio cholerae) дал бы потомство массой 22*1024 т, что в 4 тыс. раз больше массы земного шара. К счастью, выживает лишь незначительное количество бактерий.

Сколько в почве бактерий
В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами.

Бактерии поедают пестициды
Генетически модифицированная обычная кишечная палочка способна поедать фосфорорганические соединения - ядовитые вещества, токсичные не только для насекомых, но и для человека. К классу фосфорорганических соединений относятся некоторые виды химического оружия, например, газ зарин, обладающий нервно-паралитическим действием.

Расправляться с фосфорорганикой модифицированной кишечной палочке помогает особый фермент - разновидность гидролазы, первоначально найденный у некоторых "диких" почвенных бактерий. Протестировав множество генетически близких разновидностей бактерий, ученые выбрали штамм, который уничтожает пестицид метилпаратион в 25 раз эффективнее, чем исходные почвенные бактерии. Чтобы пожиратели токсинов не "разбежались", их закрепили на матрице из целлюлозы - неизвестно, как поведет себя трансгенная кишечная палочка, оказавшись на свободе.

Бактерии с удовольствием съедят пластик с сахаром
Полиэтилен, полистирол и полипропилен, которые составляют пятую часть городских отходов, стали привлекательными для почвенных бактерий. При смешивании стироловых единиц полистирола с небольшим количеством другой субстанции образуются "крючки", за которые могут зацепиться частицы сахарозы или глюкозы. Сахара "висят" на стироловых цепочках, как подвески, составляя всего 3% от общего веса полученного полимера. Но бактерии Pseudomonas и Bacillus замечают присутствие сахаров и, съедая их, разрушают цепи полимера. В результате в течение нескольких дней пластики начинают разлагаться. Окончательные продукты переработки - двуокись углерода и вода, но на пути к ним возникают органические кислоты и альдегиды.

Янтарная кислота от бактерий
В рубце - отдел пищеварительного тракта жвачных животных – был обнаружен новый вид бактерий, производящих янтарную кислоту. Микробы прекрасно живут и размножаются без кислорода, в атмосфере углекислого газа. Кроме янтарной кислоты они производят уксусную и муравьиную. Основным питательным ресурсом для них служит глюкоза; из 20 грамм глюкозы бактерии создают почти 14 грамм янтарной кислоты.

Крем из глубоководных бактерий
Бактерии, собранные в гидротермальной трещине на двухкилометровой глубине тихоокеанского залива Калифорнии помогут создать лосьон для эффективной защиты кожи от губительных солнечных лучей. Среди микробов, обитающих здесь при высоких температурах и давлении, есть и Thermus thermophilus. Их колонии процветают при температуре 75 градусов Цельсия. Ученые собираются использовать процесс брожения этих бактерий. Результатом будет "коктейль из белков", включая энзимы, которые особенно рьяно уничтожают высокоактивные химические соединения, образующиеся при воздействии ультрафиолетовых лучей и участвующие в реакциях, разрушающих кожу. По словам разработчиков, новые компоненты могут уничтожать перекись водорода в три раза быстрее при 40 градусах Цельсия, чем при 25.

Люди - это гибриды человека разумного и бактерий
Человек - это собрание, собственно, человеческих клеток, а также бактериальных, грибковых и вирусных форм жизни, говорят англичане, и человеческий геном в этом конгломерате вовсе не преобладает. В теле человека несколько триллионов клеток и более 100 триллионов бактерий, пятисот, кстати, видов. По количеству ДНК в наших телах лидируют именно бактерии, а не человеческие клетки. Это биологическое сожительство выгодно обеим сторонам.

Бактерии накапливают уран
Один из штаммов бактерии псевдомонас способен эффективно улавливать из окружающей среды уран и другие тяжёлые металлы. Исследователи выделили эту разновидность бактерий из сточных вод одного из тегеранских металлургических заводов. Успешность работы по очистке зависят от температуры, кислотности среды и содержания тяжёлых металлов. Наилучшие результаты были при 30 градусах Цельсия в слабокислой среде при концентрации урана 0,2 грамма на литр. Его гранулы накапливаются в стенках бактерий, достигая 174 мг на грамм сухого веса бактерий. Кроме того, бактерия захватывает из окружающей среды медь, свинец и кадмий и другие тяжёлые металлы. Открытие может служить основой для разработки новых методов очистки сточных вод от тяжёлых металлов.

В Антарктике найдены два неизвестных науке вида бактерий
Новые микроорганизмы Sejongia jeonnii и Sejongia antarctica - это грамотрицательные бактерии, содержащие желтый пигмент.

Столько бактерий на коже!
На коже грызунов землекопов насчитывается до 516 000 бактерий на квадратный дюйм, на сухих участках кожи этого же животного, например, на передних лапах, всего 13 000 бактерий на квадратный дюйм.

Бактерии против ионизирующего излучения
Микроорганизм Deinococcus radiodurans способен выдержать 1.5 миллионов рад. ионизирующего излучения, превышающий смертельный уровень для других форм жизни более чем в 1000 раз. В то время как ДНК других организмов будет разрушен и уничтожен, геном этого микроорганизма не будет поврежден. Секрет подобной устойчивости заключается в специфической форме генома, которая напоминаете окружность. Именно этот факт способствует подобной устойчивости к воздействию радиации.

Микроорганизмы против термитов
Препарат для борьбы с термитами "Формосан" (США) использует природных врагов термитов - несколько видов бактерий и грибов, которые заражают и убивают их. После заражения насекомого грибы и бактерии поселяются в его теле, образуя колонии. Когда насекомое гибнет, его останки становятся источником спор, которые заражают собратьев. Были отобраны микроорганизмы, которые размножаются сравнительно медленно - у зараженного насекомого должно остаться время вернуться в гнездо, где инфекция передастся всем членам колонии.

Микроорганизмы живут на полюсе
Колонии микробов обнаружены на камнях в районе северного и южного полюсов. Места эти не слишком подходят для жизни - сочетание крайне низких температур, сильных ветров и жесткого ультрафиолетового излучения выглядят устрашающе. Но 95 процентов исследованных учеными каменистых равнин заселены микроорганизмами!

Этим микроорганизмам хватает того света, который попадает под камни через щели между ними, отражаясь от поверхностей соседних камней. Из-за перепадов температур (камни нагреваются солнцем и остывают, когда его нет) происходят подвижки в каменных россыпях, некоторые камни оказываются в полной темноте, а другие, наоборот, попадают на свет. После таких подвижек микроорганизмы "мигрируют" с затемненных камней на освещенные.

Бактерии живут в шлаковых отвалах
Самые щелочелюбивые живые организмы на планете живут в загрязненной воде в США. Ученые обнаружили микробиальные сообщества, благоденствующие в шлаковых отвалах в области озера Калюме на юго-западе Чикаго, где уровень кислотности воды (рН) составляет 12,8. Жизнь в такой среде сравнима с обитанием в каустической соде или жидкости для мытья пола. В подобных отвалах воздух и вода вступают в реакцию со шлаками, в которой возникает гидроксид кальция (каустическая сода), повышающая рН. Бактерий обнаружили в ходе изучения загрязненных грунтовых вод, накопившихся за более чем столетие хранения промышленных железных отвалов, поступающих из Индианы и Иллинойса.

Генетический анализ показал, что часть этих бактерий – близкие родственники видов Clostridium и Bacillus. Эти виды ранее обнаруживали в кислотных водах озера Моно в Калифорнии, туфовых столбах в Гренландии и загрязненных цементом водах глубинного золотого рудника в Африке. Некоторые из этих организмов используют водород, выделяющийся при коррозии металлических железных шлаков. Как именно необычные бактерии попали в шлаковые отвалы, осталось загадкой. Не исключено, что местные бактерии приспособились к своей экстремальной среде обитания за последний век.

Микробы определяют загрязнение воды
Модифицированные бактерии кишечной палочки выращивают в среде с загрязняющими веществами и определяют их количество в разные моменты времени. У бактерий есть встроенный ген, который позволяет клеткам светиться в темноте. По яркости свечения можно судить об их числе. Бактерии замораживают в поливиниловом спирте, тогда они выдерживают низкие температуры без серьезных повреждений. Затем их размораживают, выращивают в суспензии и используют в исследованиях. В загрязненной среде клетки растут хуже, чаще погибают. Количество мертвых клеток зависит от времени и степени загрязнения. Эти показатели отличаются для тяжелых металлов и органических веществ. Для любого вещества скорость гибели и зависимость числа погибших бактерий от дозы различны.

Вирусы обладают
...сложной структурой из органических молекул, что ещё важнее - присутствие собственного, вирусного генетического кода и способность к размножению.

Происхождение вирусов
Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 109 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии. Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии.

Вирусы - форма перехода от просто химии к живому на Земле
Есть версия, что вирусы возникли когда-то очень давно - благодаря получившим свободу внутриклеточным комплексам. Внутри нормальной клетки происходит движение множества разных генетических структур (информационные РНК, и прочее, и прочее…), которые могут являться прародителями вирусов. Но, может быть, всё было совсем наоборот - и вирусы - старейшая форма жизни, точнее переходного этапа от "просто химии" к живому на Земле.
Даже происхождение самих эукариотов (а, значит, и всех одно- и многоклеточных организмов, включая нас с вами) некоторые учёные связывают с вирусами. Возможно, что мы появились в результате "сотрудничества" вирусов и бактерий. Первые предоставили генетический материал, а вторые - рибосомы - белковые внутриклеточные фабрики.

Вирусы не способны
... размножаться самостоятельно - за них это делают внутренние механизмы клетки, которую вирус заражает. Сам работать со своими генами вирус также не может - не в состоянии синтезировать белки, хотя имеет белковую оболочку. Он просто похищает готовые белки у клеток. В состав некоторых вирусов даже входят углеводы и жиры - но опять-таки ворованные. Вне клетки-жертвы вирус - это просто гигантское скопление пусть и очень сложных молекул, но ни тебе обмена веществ, ни каких-либо ещё активных действий.

Удивительно, но самые простые существа на планете (мы условно всё же будем именовать вирусы существами) - одна из самых больших загадок науки.

Самый большой вирус Mimi, или Mimivirus
...(вызывающий вспышку гриппа) больше других вирусов в 3, иных - в 40 раз. Он несёт в себе 1260 генов (1,2 миллиона "букв"-оснований, что больше, чем у иных бактерий), в то время как известные вирусы имеют всего-то от трёх до ста генов. При этом генетический код вируса состоит из ДНК и РНК, в то время как все известные вирусы пользуются лишь одной из этих "скрижалей жизни", но никогда - обеими вместе. 50 генов Mimi отвечают за такие вещи, которые ранее в вирусах никогда не были замечены. В частности, Mimi способен на самостоятельный синтез 150 видов белков и даже на ремонт собственной повреждённой ДНК, что для вирусов является вообще нонсенсом.

Изменения в генетическом коде вирусов могут сделать их смертельно опасными
Американские ученые экспериментировали с современным вирусом гриппа - неприятной и тяжелой, но не слишком летальной болезни - скрестив его с вирусом печально знаменитой "испанки" 1918 года. Модифицированный вирус убивал мышей наповал с симптомами, характерными для "испанки" (острое воспаление легких и внутренние кровотечения). При этом его отличия от современного вируса на генетическом уровне оказались минимальными.

От эпидемии "испанки" в 1918 году погибло больше людей, чем во время самых страшных средневековых эпидемий чумы и холеры, и даже больше, чем фронтовые потери в Первую мировую войну. Ученые предполагают, что вирус "испанки" мог возникнуть из вируса так называемого "птичьего гриппа", соединившись с обычным вирусом, например, в организме свиней. Если же птичий грипп успешно скрещивается с человеческим и получает возможность переходить от человека к человеку, то мы получаем болезнь, которая способна вызвать глобальную пандемию и убить несколько миллионов человек.

Самым сильным ядом
...сейчас считается токсин бациллы D. 20 мг его достаточно, чтобы отравить все население Земли.

Вирусы умеют плавать
В ладожских водах обитают вирусы-фаги восьми типов, различающихся по форме, размерам и длине ножек. Их число значительно выше характерного для пресной воды: от двух до двенадцати миллиардов частиц в литре пробы. В некоторых пробах было только три типа фагов, самое высокое их содержание и разнообразие - в центральной части водоема, все восемь типов. Обычно бывает наоборот, микроорганизмов больше в прибрежных районах озер.

Молчание вирусов
Многие вирусы, например, герпеса, имеют в своем развитии две фазы. Первая наступает сразу после заражения нового хозяина и длится недолго. Потом вирус как бы "замолкает" и тихо накапливается в организме. Вторая может начаться через несколько дней, недель или лет, когда "молчавший" до поры до времени вирус начинает лавинообразно размножаться и вызывает заболевание. Наличие "латентной" фазы предохраняет вирус защищает вирус от вымирания, когда популяция хозяина быстро приобретает иммунитет к нему. Чем более непредсказуема внешняя среда с точки зрения вируса, тем важнее для него иметь период "молчания".

Вирусы играют важную роль
В жизни любого водоема вирусы играют важную роль. Их численность достигает нескольких миллиардов частиц на литр морской воды в полярных, умеренных и тропических широтах. В пресноводных озерах содержание вирусов обычно ниже раз в 100. Почему в Ладоге так много вирусов и они столь необычно распределены, еще предстоит выяснить. Но исследователи не сомневаются, что микроорганизмы оказывает существенное влияние на экологическое состояние природной воды.

У обыкновенной амебы обнаружена положительная реакция на источник механические колебания
Amoeba proteus – пресноводная амеба длиной около 0,25 мм, один из самых распространенных видов группы. Его часто используют в школьных опытах и для лабораторных исследований. Обыкновенная амеба встречается в иле на дне прудов с загрязненной водой. Она похожа на маленький, едва заметный простым глазом бесцветный студенистый комочек.

У обыкновенной амебы (Amoeba proteus) обнаружен так называемый вибротаксис в виде положительной реакции на источник механических колебаний частотой 50 Гц. Это становится понятны, если учесть, что у некоторых видов инфузорий, служащих амебе пищей, частота биения ресничек колеблется как раз между 40 и 60 Гц. У амебы наблюдается также отрицательный фототаксис. Это явление заключается в том, что животное старается переместиться из освещенной области в тень. Термотаксис у амебы также отрицательный: она перебирается из более теплой в менее нагретую часть водоеа. Интересно наблюдать гальванотаксис амебы. Если через воду пропустить слабый электрический ток, амеба выпускает ложноножки только с той стороны, которая обращена к отрицательному полюсу – катоду.

Самая крупная амеба
Одна из самых крупных амеб – пресноводный вид Pelomyxa (Chaos) carolinensis длиной 2–5 мм.

Амеба передвигается
Цитоплазма клетки находится в постоянном движении. Если ток цитоплазмы устремлется к одной какой-то точке поверхности амёбы, в этом месте на ее теле появляется выпячивание. Оно увеличивается, становится выростом тела - ложноножкой, в него перетекает цитолазма, и амёба таким способом передвигается.

Акушерка для амебы
Амеба - очень простой организм, состоящий из одной клетки, которая размножается простым делением. Сначала клетка амебы удваивает свой генетический материал, создавая второе ядро, а затем меняет форму, образуя посередине перетяжку, которая постепенно делит ее на две дочерние клетки. Между ними остается тонкая связка, которую они тянут в разные стороны. В конце концов связка рвется, и дочерние клетки начинают самостоятельную жизнь.

Но у некоторых видов амебы процесс размножения происходит совсем не так просто. Их дочерние клетки не могут самостоятельно разорвать связку и иногда вновь сливаются в одну клетку с двумя ядрами. Делящиеся амебы взывают о помощи, выделяя особое химическое вещество, на которое реагирует "амеба-акушерка". Ученые считают, что, скорее всего, это комплекс веществ, включающий фрагменты белков, липиды и сахара. По-видимому, когда клетка амебы делится, ее мембрана испытывает напряжение, что и вызывает выделение химического сигнала во внешнюю среду. Тогда делящейся амебе помогает другая, которая приходит по специальному химическому сигналу. Она внедряется между делящимися клетками и давит на связку, пока та не разорвется.

Живые ископаемые
Самые древние из них - радиолярии, одноклеточные организмы, покрытые панциревидным наростом с примесью кремнезема, останки которых были обнаружены в докембрийских отложениях, чей возраст насчитывает от одного до двух миллиардов лет.

Самая выносливая
Тихоходка, животное размером меньше чем полмиллиметра в длину, считается самой выносливой формой жизни на Земле. Это животное выдерживает температуру от 270 градусов Цельсия до 151, воздействие рентгеновского излучения, условия вакуума и давление, шесть раз превышающее давление на дне самого глубокого океана. Тихоходки могут обитать в водосточных желобах и в трещинах каменной кладки. Некоторые их этих маленьких созданий оживали после столетней спячки в сухом мхе музейных коллекций.

Акантарии (Acantharia), простейшие организмы, относящиеся к радиоляриям, достигают длины 0,3 мм. Их скелет состоит из сульфата стронция.

Суммарная масса фитопланктона всего 1,5 млрд т, тогда как масса зоопалнктона – 20 млрд т.

Скорость движения инфузории-туфельки (Paramecium caudatum) составляет 2 мм в сек. Это означает, что туфелька проплывает за секунду расстояние в 10-15 раз большее, чем длина ее тела. На поверхности инфузории-туфельки находятся 12 тыс. ресничек.

Эвглена зеленая (Euglena viridis) может служить хорошим индикатором степени биологической очистки воды. При снижении бактериальных загрязнений ее численность резко возрастает.

Какими были ранние формы жизни на Земле
Существа, которые не относятся ни к растениям, ни к животным, называются рангеоморфами. Они впервые поселились на океанском дне около 575 миллионов лет назад, после последнего глобального оледенения (это время называют периодом Эдиакар), и были одними из первых мягкотелых существ. Эта группа существовала до 542 миллионов лет назад, когда стремительно размножающиеся современные животные вытеснили большинство этих видов.

Организмы собирались во фрактальные узоры из разветвляющихся частей. Они были неспособны двигаться и не имели репродуктивных органов, а размножались, по-видимому, создавая новые ответвления. Каждый ветвящийся элемент состоял их множества трубок, удерживаемых вместе полужестким органическим скелетом. Ученые обнаружили рангеоморфы, собранные в несколько разных форм, которые, как он полагает, собирали пищу в разных слоях водяного столба. Фрактальный рисунок представляется достаточно сложным, но, по словам исследователя, сходство организмов друг с другом делало достаточным простой геном для создания новых свободно плавающих ответвлений и для соединения ответвлений в более сложные структуры.

Фрактальный организм, найденный на Ньюфаундленде, имел 1,5 сантиметра в ширину и 2,5 сантиметра в длину.
Такие организмы составляли до 80% всех живущих в Эдиакаре, когда не было подвижных животных. Однако с появлением более мобильных организмов начался их упадок, и в результате они были полностью вытеснены.

Глубоко под океанским дном существует бессмертная жизнь
Под поверхностью дна морей и океанов существует целая биосфера. Оказывается, на глубинах в 400-800 метров ниже дна, в толще древних отложений и пород живут мириады бактерий. Возраст некоторых конкретных экземпляров оценивается в 16 миллионов лет. Они практически бессметрны - считают учёные.

Исследователи полагают, что именно в подобных условиях, в глубинах донных пород, более чем 3,8 миллиарда лет назад зародилась жизнь и лишь позднее, когда среда на поверхности стала пригодной для обитания - освоила океан и сушу. Следы жизни (окаменелости) в донных породах, взятых с очень большой глубины под поверхностью дна, учёные находили давно. Собрана масса образцов, в которых они нашли живые микроорганизмы. В том числе - в породах, поднятых с глубин более 800 метров ниже уровня океанского дна. Некоторые образцы отложений насчитывали возраст во много миллионов лет, а это означало, что, к примеру, запертая в таком образце бактерия - имеет тот же возраст. Около трети бактерий, которые учёные обнаруживали в глубоких донных породах - живы. В отсутствии солнечного света источником энергии для этих существ являются различные геохимические процессы.

Бактериальная биосфера, расположенная под морским дном, очень велика и по численности превосходит все бактерии, живущие на суше. Потому она оказывает заметное влияние на геологичечские процессы, на баланс диоксида углерода и так далее. Возможно, предполагают исследователи, без таких подземных бактерий у нас не было бы нефти и газа.

Почему у людей кожа разного цвета?

Людей с самой белой кожей можно увидеть в северной Европе, их относят к нордическому типу. Люди с самой черной кожей живут в западной Африке. Кожа у жителей Юго-Восточной Азии - желтоватого цвета. Однако большинство людей не белые, черные или желтые, а представляют сотни оттенков светлого, смуглого или коричневого.

В чем причина всех этих различий в цвете кожи людей? Объяснение - в химических процессах, которые протекают в теле и коже. В тканях кожи есть цветовые компоненты, называемые «хромогенами», которые сами по себе бесцветны. Когда определенные ферменты воздействуют на них, появляется соответствующий цвет кожи.

Представьте себе, что у человека нет хромогенов или его ферменты неправильно работают на них. Такой человек называется «альбиносом». Это случается с людьми повсюду в мире. Есть альбиносы и в Африке, и они «белее» любого белого человека!

Человеческая кожа сама по себе, без какого-нибудь вещества, молочно-белая. Но к этому добавляется оттенок желтого из-за наличия желтого пигмента в коже. Другой цветовой компонент кожи черный, связанный с наличием крошечных гранул меланина. Это вещество по цвету коричневое, но в большом количестве оно кажется черным. Другой оттенок вносится в кожу красным цветом крови, циркулирующей по ее крошечным сосудам. Цвет кожи каждого человека зависит от соотношения, в котором эти четыре цвета - белый, желтый, черный и красный - сочетаются. Все цвета кожи человеческой расы могут быть получены различными комбинациями этих цветовых компонентов, которые есть у всех нас.

Солнечный свет обладает способностью образовывать в коже меланин, черный пигмент. Поэтому у людей, живущих в тропиках, больше этого пигмента и темнее кожа. Если вы проводите несколько дней на солнце, ультрафиолетовые лучи солнца также образуют в вашей коже больше меланина, и в результате появляется солнечный загар!