double arrow

Особенности растительного и животного мира


Некоторые растения и животные отличаются удивительными качествами. Например, самое большое дерево в мире – акация гальпини (обезьянья колючка) достигает высоты 122 м и 44 м в диаметре у основания. Подобного рода великаны росли по берегам реки Мегалаквини в Южной Африке. Они погибли в результате пожаров и засухи в конце прошлого века. Высота сохранившейся до наших дней подобных акации не превышает 25 м. Известны своими гигантскими размерами австралийские эвкалипты: отдельные деревья достигают высоты 100 м. Один из путешественников в 1794 г. описал увиденный в Сенегале баобаб со стволом диаметром до 9 м. Ученый определил, что возраст гиганта – 5150 лет.

Гигантскими бывают не только деревья. В 1818 г. ботаник Жозеф Арнольди, путешествуя по сырым, не исследованным ранее лесам острова Суматра, случайно наткнулся на росший у корней дерева громадный ярко-красный цветок. Его диаметр был более метра. Цветок не имел ни стебля, ни листьев. Казалось, он вырос прямо из корня дерева. Пять мясистых лепестков, покрытых белыми бородавками, расположились вокруг толстого кольца, окружавшего центральную впадину, в которой находилось множество тычинок и пестиков. Цветок издавал ужасное зловоние. Преодолевая отвращение, ученый в течение нескольких дней наблюдал за жизнью необыкновенного растения. Но свои наблюдения закончить не успел: через две недели Арнольди умер от желтой лихорадки. Позже стало известно, что громадный цветок, получивший название раффлезии Арнольди и весящий около 6 кг, – паразит, сосущий соки из корней определенных пород деревьев.

Много легенд и мифов породили содержащиеся в растениях ядовитые и сильнодействующие вещества. В чаще смешанного леса средней полосы нашей страны можно встретить борец, или аконит, который в старину называли царь-травой. В его соке содержится яд аконитин. В одном из древнегреческих мифов говорится, что аконит вырос из пены, падавшей изо рта стража ада пса Цербера, когда Геркулес тащил его из бездны. Секрет травы – ее химический состав – известен современной медицине, а небольшие дозы яда аконитина используются сегодня в качестве лекарства.

Не менее диковинным и странным представляется нам нередко мир животных. Вряд ли можно встретить более странное животное, чем хамелеон. Хамелеоны обитают в Африке, на Мадагаскаре, один вид их обнаружен на Цейлоне. Хамелеон – это вид древесных ящериц с длинным и цепким хвостом. Оба глаза этого животного в своих движениях независимы друг от друга. Один может смотреть вверх, а другой в то же время вниз или вбок, или быстро вращаться. Такая подвижность глаз, не свойственная больше никому из пресмыкающихся, позволяет одновременно, не сходя с места, следить за жертвой и отыскивать лазейку среди ветвей. Пищу хамелеон добывает с помощью длинного языка. Но самое поразительное у этого существа, достигающего иногда 60–100 см, – изменение кожной окраски. Быстрая смена окраски помогает ему становится совершенно незаметным. При падении света через три-четыре минуты освещенная часть тела делается темной, а затемненные места остаются светлыми. В коже хамелеона особые пигментные клетки лежат в четыре слоя. Самый верхний содержит желтый пигмент с разбросанными красными клетками. Под ними слой клеток, воспроизводящий синий цвет. Еще глубже находится более равномерный, лишенный пигмента слой. Четвертый слой содержит коричневый пигмент. Цвет кожи регулируется центральной нервной системой и подчиняется ей посредством гормонов. Импульсы из мозга поступают в спинной мозг, оттуда в кожу и вызывают смену окраски кожных покровов.

Рассказ о диковинных двух царств природы мог бы продолжаться до бесконечности. Но каким же образом взаимосвязано все живое – и «диковинное», и «обыкновенное»?


Адаптация живых организмов

По мере того как мы знакомимся с жизнью ныне существующих видов, становится ясно, что каждый вид зависит еще и от других живых существ и от тех условий, в которых он обитает, т. е. от многих сложных взаимосвязей, географических особенностей, расположения материков и т. д., образовавшихся на протяжении более 3,5 млрд лет существования земной жизни. Закономерности взаимоотношений живых существ с окружающей средой изучает экология.

Все организмы, существующие на Земле, приспособились к определенному атмосферному давлению. Однако с помощью шаров-зондов удалось обнаружить споры бактерий и плесневых грибов на высоте 33 км, где давление значительно ниже. Бактерии живут в радиоактивных урановых рудах, в сероводородной среде, даже в таком ядовитом веществе, как концентрированный раствор хлористой сулемы. Бактерии были обнаружены и на глубине 4 тыс. м – в нефтеносных слоях и в горячих источниках, богатых борной кислотой. Живые организмы существуют и при гигантских давлениях – на глубине более 10 км, и в холоде вечных льдов Арктики и Антарктики.

И в знойной, казалось бы, совсем безжизненной Сахаре, где влажность достигает всего 0,5%, существуют 98 видов бактерий, 28 видов грибов и 84 вида водорослей. Живые существа могут иногда долгое время обходиться без воды. Обитающий в Северной Нигерии комар откладывает яйца в мельчайшие щели скал, заполненные водой; Когда маленькие лужицы высыхают, личинки комара приостанавливают свое развитие. Но стоит пройти новому дождю, и они как ни в чем не бывало оживают вновь. Дрожжи и несколько видов бактерий способны существовать даже в бескислородной среде. Личинки комара хирономуса живут и развиваются в воде, содержащей в тысячу раз меньше кислорода, чем обычный воздух. В воде некоторых водоемов бывает в 2 тыс. раз меньше кислорода, чем в воздухе, но и там есть жизнь.

Все живые существа обладают колоссальным биотическим потенциалом, иначе говоря, способны размножаться с такой скоростью, что, если бы их размножению ничто не препятствовало, они наводнили бы собой всю биосферу.

Что же противодействует такому перенаселению? Почему, несмотря на удивительную приспособленность к неблагоприятным условиям, живые организмы все-таки гибнут?

Голод, несчастные случаи, стихийные бедствия, болезни, уничтожение одних видов другими – все вместе взятые причины такого рода называют сопротивлением среды. Каждый вид должен был выработать такие качества, которые позволяли бы ему преодолевать сопротивление среды. На протяжении миллионов или даже миллиардов лет возникала адаптация – приспособленность к окружающим условиям, или та знаменитая «целесообразность», которая поражает воображение и кажется порой сверхъестественной. Каждая из адаптации появилась в результате того, что среда постоянно отсеивает неблагоприятные наследственные изменения, появляющиеся у всех без исключения видов растений и животных. Действие естественного отбора не прекращается ни на минуту: выживают только наиболее приспособленные.

Экологи изучают различные типы приспособляемости, и уже выявлены некоторые закономерности, помогающие понять это чудесное свойство всего живого. Известны три основных типа адаптации: структурные – изменения окраски, строения тела, отдельных органов и т. п.; физиологические и поведенческие.

Структурным, например, является приспособление, возникшее за короткий срок (несколько десятилетий) у бабочки березовой пяденицы в Англии. До 1850 г. в стране были известны только светлые березовые пяденицы – под цвет лишайников, покрывающих стволы деревьев. После того как лишайники основательно прокоптились фабричным дымом, светлая пяденица стала вытесняться темной, менее заметной для ее врагов.

Физиологические адаптации внешне незаметны, но они обеспечивают такую же приспособляемость, что и структурные. Удивительно, например, строение черепа маленького зверька – двуногой мыши (дипадемус), обитающей в Мексике. В черепе дипадемуса находятся две большие слуховые камеры, превосходящие по своим размерам полость, заполненную мозгом. Звуковые колебания усиливаются в камерах-резонаторах, и зверек может различать звуки частотой всего в 2 Гц (человеческое ухо воспринимает звуки от 16 до 20 000 Гц). Идеальный слух и быстрые ноги позволяют дипадемусу успешно избегать нападений ночных птиц и змей.

Третий тип адаптации – поведенческие. Мотылек с полосатыми крыльями весь день сидит неподвижно на полосатых листьях лилии. Полосатые крылья – структурная адаптация, а выбор наиболее безопасного положения на листьях – это уже адаптация поведенческая: мотылек всегда садится так, чтобы полоски на его крыльях были параллельны полоскам на листе, тогда он почти незаметен.

Взаимозависимость живых организмов

Группу организмов, относящуюся к одному или близким видам и занимающую определенную область, в экологии называют популяцией. Популяции входят в состав биоценозов – совокупностей растительных и животных организмов, населяющих участок среды обитания.

Одна из важнейших задач экологии – выяснить, почему те или иные растения и животные образуют данный биоценоз, каково их влияние друг на друга и каким образом человек может регулировать их взаимоотношения в собственных интересах. И хотя на первый взгляд жизнь в сообществах кажется недоступной пониманию, многие ее закономерности уже удалось выяснить. Оказалось, что все поразительное разнообразие живых существ в сообществах, утонченность их адаптации и удивительно сложное поведение в конечном счете сводятся к получению каждым организмом своей доли энергии из пищи, поток которой направлен от одного члена сообщества к другому.

Каналы, по которым через сообщества постоянно протекает энергия, называются цепями питания. Каждое звено цепи – своего рода трансформатор, использующий некоторую часть энергии, первоначально накопленной растениями для своего собственного существования и размножения, и передающий ее следующему звену.

Сложнейшая цепь взаимных зависимостей образует устойчивую систему, в которой происходит круговорот веществ между живыми и неживыми ее частями. Озеро, лесной массив, поле, даже аквариум с тропическими рыбами, зелеными водорослями и моллюсками – все это экологические системы (экосистемы).

Классический пример экосистемы – озеро или пруд. Живые его элементы (к неживым относят воду с растворенными в ней кислородом, углекислотой, неорганическими солями и т. п.) могут быть разделены на группы в зависимости от их участия в поддержании экосистемы в качестве устойчивого целого.

Первая группа – растения, создающие органические соединения из простых неорганических веществ. Энергию для этого синтеза они получают от Солнца.

Вторая группа – организмы-потребители: насекомые, ракообразные, рыбы и т. д. Среди них – так называемые первичные потребители, которые питаются растениями, и вторичные – плотоядные, питающиеся первичными потребителями. Наконец, третья группа организмов – бактерии и грибы, разлагающие органические соединения, останки умерших организмов до простых неорганических веществ, используемых потом зелеными растениями. Так в каждой экосистеме совершается круговорот веществ.

В природе взаимоотношения различных видов животных, растений крайне многообразны. Бывает так, что одни виды помогают другим (например, на панцирях многих крабов обитают кораллы или актинии, помогающие крабам маскироваться). Простейшие жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы нормаль но переваривать древесину и расщеплять ее до сахаров. Некоторые виды бабочек, например бражник (рис. 7.13), пчелы и многие другие насекомые, добывая нектар, опыляют цветки растений. Вместе с тем далеко не все отношения между различными видами можно назвать добрососедскими. Они приобретают диаметрально противоположный характер, когда, например плесневые грибы подавляют рост бактерий, хищник уничтожаем жертву, а паразит губит хозяина. Однако и они не всегда вредны для вида в целом: под влиянием естественного отбора в природе устанавливается необходимое равновесие. А если такое равновесие искусственно нарушается, это приводит к поистине поразительным результатам.

Раньше к некоторым видам животных или растений было принято применять термин «вредный» или «полезный»: сорняк на поле, где растет пшеница, – «вредный»; кошка, уничтожающая мышей, – «полезная» и т. п. Сейчас ни у кого не вызывает сомнений что для нормального существования сообществ нужны различные их звенья, независимо от того, вредны они или полезны для человека.

На северном склоне Большого Каньона в Колорадо (США) уничтожили волков, для того чтобы увеличить количество оленей. Однако олени беспрепятственно размножались, и скоро их стадо возросло до 100 тыс голов. Пищи для такого количества животных оказалось недостаточно, и олени стали гибнуть от голода. В конце концов их поголовье уменьшилось в 10 раз по сравнению с первоначальным. При выяснении причин гибели животных оказалось, что, когда в этом районе существовали волки, среди оленей поддерживалось устойчивое равновесие, при котором их число соответствовало запасам пищи.

Большинство сообществ непрерывно меняется – и от сезона к сезону, и изо дня в день, и даже каждую минуту. Сообщество может состоять в основном из животных или, наоборот, из растений. Общую картину жизни сообщества создают несколько наиболее крупных, многочисленных или наиболее активных видов. Изменения, происходящие с сообществом на любой стадии его развития, затрагивают большинство входящих в него организмов. Появление новых растений или животных сопровождается изменениями внешней среды, которые, как правило, благоприятны для новых видов и неблагоприятны для старожилов. Постепенно перестройка в биоценозе замедляется, и он достигает равновесия. Но достигнутое равновесие тоже временно.

Даже коралловый риф – один из наиболее стабильных биоценозов – и тот подвержен значительным изменениям. При каждом продолжительном поднятии или понижении уровня моря, при каждом медленном перемещении земной коры сам коралл, являющийся основанием гигантского биоценоза рифа, может полностью погибнуть. Поэтому точнее говорить не об общем равновесии в природе, а о великом множестве равновесий в мире живых существ.

Олицетворением совокупности всех равновесий в живой природе могли бы быть не весы, покоящиеся на точке опоры, а скорее помещение, полное часов всех сортов и размеров, маятники которых непрерывно меняют амплитуду колебаний – из года в год и от минуты к минуте. И тем не менее все эти часы, несмотря на сильное воздействие извне, ухитряются показывать примерно одинаковое время, а амплитуда колебаний их маятников меняется лишь в строго ограниченных пределах. Изменчивость, а не неизменность – вот ключ к пониманию мира живых существ и вот что делает эту небольшую планету под Солнцем столь привлекательной для жизни на ней.

Плодотворное исследование экологических закономерностей требует привлечения ученых различных специальностей. Даже самый простой пруд настолько сложен как экосистема, что для понимания всех происходящих в нем процессов необходимо участие ботаников, ихтиологов, гидрологов, гидрофизиков, энтомологов и т. д. Чтобы взглянуть на изучаемый пруд как на единое целое (а это иногда бывает необходимо из чисто практических интересов, не говоря уже о теоретических), приходится обобщать исследования представителей разных наук.

В последнее время мы все чаще слышим разговоры о новых больших пограничных областях знания – биофизике, биохимии, физической химии и т. д. Эти науки возникают как бы на стыке нескольких дисциплин, физики и биологии например (биофизика). Одним из таких стыков естественных наук является биолого-математическое моделирование. Как известно, окружающий нас мир поддается количественному описанию. Перефразируя известное изречение И.М. Сеченова, можно сказать, что все от блеска дальних звезд, шума океанского прибоя и полета пчелы до первого крика ребенка, вдохновенного танца балерины и творческой мечты ученого можно описать количественно. Конечно, от этого «можно» до реального «описано» путь долгий и трудный, но он вполне преодолим современной научной и технической мыслью.

Особенно сложны для математического описания живые организмы и их системы, ибо они ни на секунду не остаются в покое, а все время меняют свое состояние. Однако благодаря использованию ЭВМ сегодня стало возможно и их моделирование. В создаваемой математической модели должны быть отражены все изменения биологического объекта, в противном случае модель будет неверной.

Однажды, когда группа ученых решала вопрос о наиболее рациональном использовании одного из озер (предлагалось использовать его или для разведения рыбы, или для водоснабжения близлежащего поселка, или предоставить озеро в распоряжение туристов и т. п.), было решено обратиться «за советом» к ЭВМ. Машина, суммировав все наблюдения специалистов, взвесив все «за» и «против», дала несколько неожиданную рекомендацию: озеро не трогать, оставить его таким, как оно есть.

Человек, являясь частью природы, не может долго пренебрегать биологическими законами, рано или поздно человечество должно решить проблему охраны природы на научной основе. Люди могут вырубить лес или перекрыть реку, но они не в состоянии отменить законы, управляющие жизнью на Земле, поддерживающие в равновесии многочисленные формы жизни. Поэтому сегодня перед людьми всего мира стоит задача не только расширять свое знание законов природы и ее эксплуатацию, но и сохранить уникальный растительный и животный мир Земли для будущих поколений.


Сейчас читают про: