Признаки одноклеточных животных и растений: Признаки одноклеточных животных — ответ на Uchi.ru

Простейшие одноклеточные животные и их признаки (Таблица)

К подцарству Одноклеточных, или Простейших, относят животных, тело которых состоит из одной клетки. Размеры простейших в среднем 0,1—0,5 мм. Бывают особи ещё меньшей величины — около 0,01 мм. Встречаются и довольно крупные организмы, длиной в несколько миллиметров и даже сантиметров.

Обитают простейшие одноклеточные животные преимущественно в жидкой среде — в морской и пресной воде, влажной почве, в других организмах. Внешне они весьма разнообразны. Одни напоминают бесформенные студенистые комочки (например, амёбы), другие имеют геометрически правильную форму (например, лучевики).

Простейшие насчитывает около 30 тысяч видов.

Строение инфузории туфельки и амебы

Строение эвглены зеленой

Таблица признаки простейших одноклеточных животных

_______________

Источник информации: Биология в таблицах и схемах./ Издание 2е, — СПб.: 2004.

Подцарство Простейшие — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Что общего у колонии простейших и студенческого общежития?
• Почему привередливый плазмодий не хочет жить в теле человека с серповидно-клеточной анемией?
• Как организм, не имеющий органов слуха, зрения и осязания, понимает, в какую сторону ему нужно двигаться? 
• Какую пользу болезнетворные протисты приносят экосистеме?

Часто, когда мы ленимся, мы говорим, что наше тело “будто амёба”. Откроем тайну: амёба вовсе не ленится, она активный охотник! Просто тело амёбы состоит всего из одной клеточки. Но представьте себе, как трудно управлять организмом, если он такой маленький! А как с этим справляются амёбы и другие простейшие животные, можно узнать в этой статье 

Общая характеристика простейших животных

В настоящее время известно более 70 тыс. видов простейших. К подцарству относят одноклеточные организмы. В школьной программе простейшие считаются животными, но на самом деле они являются представителями даже не разных царств, а разных супергрупп!

Подцарство Простейшие состоит из трёх типов:

• Саркомастигофоры, или Саркожгутиковые; 
• Апикомплексы, или Споровики: кокцидия, малярийный плазмодий, токсоплазма;
• Инфузории, или Ресничные:инфузория-туфелька, сувойка, балантидий.

В свою очередь тип Саркомастигофоры образован двумя классами:

• Жгутиконосцы: лямблия, эвглена зелёная, трипаносома, трихомонада, лейшмания; 
• Саркодовые: (амёба обыкновенная, амёба дизентерийная.

Большая семья, но у всех простейших есть общие признаки. Давайте разберемся, что их объединяет. 

Особенности обитания

Простейшие обитают в водной, почвенной и организменной средах, то есть во всех возможных, за исключением воздушной. На воздухе они не любят жить потому, что важнейшим условием жизни протистов является наличие влаги, при нехватке которой они переходят в цисту. 

Циста – форма, переживающая неблагоприятные условия. 

Циста имеет плотную оболочку, а все метаболические реакции в ней заторможены.

Выход амёбы из цисты

Оболочка цисты ー своеобразный скафандр, в котором клетка, как космонавт в открытом космосе, полностью защищена от воздействия внешних факторов. В скафандре космонавт может дышать, разговаривать, но расходовать ресурсы он должен очень экономно, иначе они закончатся! Поэтому в цисте все обменные процессы протекают замедленно, причем происходят только самые важные реакции, чтобы обеспечивать жизнь клетки.

Существуют простейшие, которые могут образовывать колонии. По мнению многих учёных, такие колониальные организмы дали начало многоклеточным животным.

Экологическое значение

В цепях питания простейшие могут выполнять роль продуцентов или консументов.

Продуценты – организмы, синтезирующие органические вещества из простых неорганических соединений с помощью хемо- и фотосинтеза.  

“Продуценты” и “продукты” – однокоренные слова, и они взаимосвязаны. Так и запомним: продуценты делают первичные “продукты питания” для других компонентов экосистемы.

Консументы – организмы, потребляющие органические вещества, созданные продуцентами. 

То есть, они не могут сами приготовить себе обед, а вместо этого пользуются веществами, которые произвели продуценты. Здесь можно вспомнить, что в английском языке есть глагол “to consume” ー потреблять.  Консументы как раз являются такими потребителями веществ от продуцентов.

Простейшие составляют часть зоопланктона и являются важной пищей для животных, живущих в водоёмах. 

Но также простейшие могут и вредить. Некоторые одноклеточные животные паразитируют на других организмах (амёба дизентерийная, малярийный плазмодий). Они вызывают заболевания животных и растений.

Строение клетки

У простейших одна клетка выполняет все функции целого организма. Ей приходится нелегко: в одиночку нужно и питаться, и размножаться, и выделять продукты обмена. Поэтому клетки протистов имеют сложное строение. Давайте рассмотрим их основные структуры.

Строение амёбы обыкновенной

1. Сократительная вакуоль

Пресноводные протисты имеют специальные структуры, отвечающие за осморегуляцию, – сократительные вакуоли. Они удаляют излишки воды из клетки. 

Найти сократительную вакуоль на изображении клетки инфузории очень легко: она будет напоминать солнышко. Органоид состоит из центральной полости, – своеобразного накопительного резервуара, – и лучистых канальцев, которые похожи на лучики солнца. 

Однако, лучистые канальцы можно заметить на изображении не у всех простейших. Например, у амёбы сократительная вакуоль выглядит как небольшой пузырёк и внешне похожа на ядро. В таком случае органоид можно “узнать” по более округлой, чем у ядра, форме.

Сократительные вакуоли в клетке Инфузории-туфельки

Как работает сократительная вакуоль? 
Сначала лучистые канальцы, расположенные вокруг вакуоли, накапливают воду и изливают ее в центральную полость. Вакуоль сокращается и избыток воды удаляется из клетки во внешнюю среду, таким образом, разрыв клетки предотвращается.

2. Пищеварительная вакуоль

Для простейших характерно наличие пищеварительных вакуолей, в которых происходит расщепление питательных веществ, поглощенных клеткой. В этих вакуолях, как и в наших органах пищеварения, содержатся ферменты – реактивы, разлагающие пищу до простых органических соединений.

3. Ядро

Представители типа Инфузории имеют 2 ядра. Одно из них (большое, макронуклеус) осуществляет контроль над процессами жизнедеятельности в клетке, а другое (малое, микронуклеус) необходимо для полового процесса. 

Как запомнить, какое ядро инфузории за что отвечает? 

Распределение обязанностей у ядер инфузории похоже на ответственность генерального директора и, например, финансового директора. Большое ядро, как гендиректор, будет руководить большим количеством процессов: это и питание, и транспорт веществ, и обменные процессы.   У него много работы, поэтому ему нужно быть крупным, иначе не справится с обязанностями. Малое ядро, как финдиректор, занят одним делом: ему доверен только один процесс – размножение.

4. Органоиды движения

Некоторые одноклеточные животные, например, амёба обыкновенная, передвигаются с помощью псевдоподий. Другие простейшие (эвглена зелёная, лямблия) имеют жгутики, с помощью которых перемещаются в пространстве. 

Псевдоподии (ложноножки) – выросты, образуемые цитоскелетом и используемые для передвижения клетки.

Что такое «цитоскелет», Вы сможете узнать в статье «Строение клетки».

Питание

Для простейших характерен гетеротрофный тип питания, однако некоторые из них миксотрофы (например, эвглена зелёная). Сейчас разберемся в их различиях.

Гетеротрофы в ходе питания поглощают органику, созданную другими организмами. 

Миксотрофы – организмы, которые могут питаться автотрофно, то есть фотосинтезировать, а при недостаточном освещении переходить к поглощению уже готовой органики из среды. 

Таким образом, их питание – “микс” из гетеротрофного и автотрофного типов. Это очень удобный механизм выживания, как у ноутбука: если нет зарядки от розетки, он переходит на энергию батареи.

У миксотрофов есть особый светочувствительный органоид – стигма, или глазок, благодаря которому эвглены могут перемещаться в более освещенное место. Это явление называется положительный фототаксис. 

Скопление эвглен в наиболее освещённом месте временного препарата

Пиноцитоз и фагоцитоз

Простейшие-гетеротрофы могут поглощать жидкие компоненты среды (белки, липиды, растворенные углеводы) в виде капель. Такой способ питания называется пиноцитоз. 

Также одноклеточные животные могут поглощать твердые частицы (бактерии, кусочки детрита) с помощью фагоцитоза. При таком питании мембрана клетки животного впячивается внутрь и образует фагоцитозный пузырёк, который впоследствии становится пищеварительной вакуолью.

Питание амёбы: 1 – фагоцитоз, 2 – пиноцитоз

Размножение и половой процесс

Для простейших характерно бесполое размножение, которое может осуществляться с помощью митоза или шизогонии. Половое размножение свойственно представителям типа Апикомплексы, о которых мы говорили в начале статьи.

Шизогония – множественные деления без разрыва цитоплазматической мембраны. 

При шизогонии клетка сначала становится многоядерной, а затем распадается на множество дочерних клеток соответственно количеству ядер. 

Бесполое размножение трипаносомы: 1-3 – бинарное деление, 4-6 – шизогония

Половой процесс простейших

Копуляция – слияние клеток и их генетического аппарата. При копуляции из 2 исходных клеток образуется одна. 

Конъюгация – соединение двух особей с последующим обменом частями ядерного аппарата, полученными путем мейоза. При конъюгации 2 исходных клеток образуются 2.

Важнейшие представители подцарства

Амёба

Амёба обыкновенная ー свободноживущее простейшее, представитель типа Саркомастигофоры, класса Саркодовые. 

Особенность животного в том, что оно перемещается в пространстве с помощью псевдоподий (ложноножек). 

Как работают ложноножки?

Помните цикл фильмов о трансформерах? Эти существа могли сначала быть машинами, А потом собираться в большого робота, который передвигался уже совсем по-другому. По такому же принципу происходит движение амёбы. При необходимости передвижения актиновые филаменты цитоскелета разбираются на мономеры и с током цитоплазмы движутся в нужном направлении, образуя своеобразное выпячивание клетки. Затем мономеры актина снова собираются в цитоскелет, который поддерживает форму клетки. 

Строение амёбы обыкновенной

Инфузория

Инфузории ー тип простейших животных, представители которого имеют следующие отличительные признаки:

• наличие в клетке двух ядер (макро- и микронуклеусов),
• многочисленные реснички на поверхности клетки,
• половой процесс ー конъюгация.

Строение инфузории-туфельки

Питание
Все инфузории являются хищниками. Движением ресничек они провоцируют ток воды с более мелкими живыми организмами: бактериями, другими простейшими животными, одноклеточными водорослями. При попадании пищи в глотку образуется пищеварительная вакуоль, где расщепляются питательные вещества. Непереваренные остатки пищи выводятся через порошицу.

Конъюгация
При конъюгации 2 инфузории сближаются, между ними образуются цитоплазматические мостики. Далее они обмениваются частями малого ядра и расходятся.

Эвглена зеленая

Эвглена зеленая ー свободноживущее простейшее, представитель типа Саркомастигофоры, класса Жгутиковые. 

По типу питания эвглена является миксотрофом. Она может питаться автотрофно благодаря наличию в клетке хлоропластов. Имеет жгутик для перемещения в пространстве, светочувствительный органоид ー стигму.

Строение эвглены зелёной

Малярийный плазмодий 

Малярийный плазмодий ー представитель типа Апикомплексы, вызывающий малярию. Это заболевание человека, при котором происходит разрушение эритроцитов.

Малярия сопровождается лихорадочными приступами, анемией, слабостью и может привести к летальному исходу. 

Основным хозяином малярийного плазмодия является комар рода Anopheles, проживающий в тропиках. В пищеварительной системе комара происходит половое размножение паразита.  

Промежуточный хозяин простейшего ー человек, в эритроцитах которого плазмодий размножается бесполым путем, шизогонией. В момент выхода шизонтов из клеток крови у человека сильно повышается температура, наблюдается лихорадочный приступ.

Зачем плазмодию второй хозяин?
Для апикомплексов характерны сложные жизненные циклы со сменой хозяев. Это позволяет паразитам избегать внутривидовой конкуренции: стадии питаются разной пищей и живут в разных организмах. Такая особенность позволяет паразитам быть практически неуловимыми! Если один из хозяев сможет противостоять заболеванию либо сменит условия обитания, это не помешает паразиту сбежать от него и житьи размножаться в другом хозяине. 

Главное ー быстро поменять хозяина

Главной мерой борьбы с малярией является осушение стоячих водоемов, так как личинки основного хозяина плазмодия ー комара ー живут в воде.

Термины

• Осморегуляция – совокупность физиологических процессов, направленных на поддержание постоянного осмотического давления. Подробнее об осмосе можно прочитать в статье «Строение клетки Ч1».
• Зоопланктон – мелкие водные животные. 
• Серповидно-клеточная анемия – заболевание, при котором эритроциты имеют форму серпа. 

Фактчек

• Простейшие ー одноклеточные животные. Из-за того, что одна клетка выполняет все функции целого организма, они имеют сложное строение и высокоспециализированные органоиды.
• Протисты обитают в водной, почвенной и организменной средах, то есть во всех возможных, за исключением воздушной.  
• В цепях питания миксотрофы-простейшие могут выполнять роль продуцентов, гетеротрофы – консументов.
• Для простейших характерен гетеротрофный тип питания, однако некоторые из них миксотрофы (эвглена зелёная). 
• Размножаются в основном бесполым путём, половой процесс у инфузорий не считается размножением и происходит при наступлении неблагоприятных условий.

Проверь себя

Задание №1.
У какого протиста есть способность к фототаксису?

1. амёба дизентерийная
2. амёба обыкновенная
3. лямблия
4. эвглена зеленая 

Задание №2.
При серповидно-клеточной анемии человек устойчив к заражению

1. вирусными заболеваниями
2. бактериальной инфекцией
3. лямблиозом
4. малярией 
5. дизентерией

Задание №3.
Как называется половой процесс, характерный для представителей типа Инфузории?

1. конъюгация
2. шизогония
3. митотическое деление
4. гаметогамия 

Задание №4.
Сократительная вакуоль отвечает за 

1. переваривание питательных веществ
2. осморегуляцию
3. размножение
4. хранение питательных веществ

Задание 5.
Из перечисленных ниже животных выберите представителя типа Апикомплексы.

1. амёба кишечная
2. трихомонада
3. балантидий
4. токсоплазма

Ответы: 1 – 4; 2 – 4; 3 – 1; 4 – 2; 5 – 4.

одноклеточные водоросли – неживая жизнь

Euglena — род одноклеточных пресноводных организмов, очень часто встречающихся в прудах и небольших водоемах, особенно если они богаты питательными веществами и, следовательно, содержат большое количество водорослей («прудовая пена»). Как отмечено ниже, Euglena сама по себе иногда фотосинтезирует и является компонентом зеленого ила в таких прудах. Но в других случаях он не является фотосинтезирующим и является компонентом разнообразной группы организмов, которые поедают зеленый ил или, возможно, едят другие существа, которые едят зеленый ил.

Таксономия и филогения

Euglena относятся к небольшой группе (менее 1000 видов), которая в прошлом была востребована как зоологами (поскольку они подвижны, а некоторые из них гетеротрофны), так и ботаниками (поскольку некоторые представители фотосинтез). Соответственно, зоологи иногда называли эту группу «Euglenozoa» («зоа» относится к животным), а ботаники называли ее «Euglenophyta» («фита» относится к растениям). В прошлом группа была помещена в Королевство протистов. Недавние филогенетические исследования показали, что они очень рано отделились от других эукариот и, следовательно, поместили их в очень небольшую группу, состоящую из очень незнакомых одноклеточных организмов. Некоторые близкие родственники Euglena включает возбудитель сонной болезни и болезни Шагаса. Их таксономию усложняет тот факт, что некоторые в группе явно являются сложными организмами, являясь продуктом вторичного эндосимбиоза, когда зеленая водоросль потреблялась, но не переваривалась жгутиконосцем.

Структура

Эвглена — это одноклеточный организм со сложной внутренней структурой, который включает сократительную вакуоль, способную выталкивать воду, и красное «глазное пятно». Фотосинтезирующие формы содержат хлоропласт. У них есть два жгутика, один длинный, другой короткий, которые позволяют организмам двигаться. Euglena также может двигаться, изменяя свою форму (см. ссылки на видео). Снаружи клеточной мембраны находится гибкая белковая структура, называемая пелликулой. Хотя обычно она не считается клеточной стенкой, она выполняет аналогичные функции, обеспечивая некоторую жесткость и прочность, которые не может обеспечить мембрана. Однако пленка намного более гибкая, чем большинство клеточных стенок, и допускает изменение формы, которое часто наблюдается при движении Euglena .

Репродукция

Эвглена размножается бесполым путем, когда клетки делятся. Полового размножения внутри группы не обнаружено.

Исчерченность, видимая на правой стороне, представляет собой пелликулу, белковое покрытие, обнаруженное у эвгленоидов.

Материя и энергия

Иногда Euglena являются типичными фотоавтотрофами, использующими энергию солнечного света для синтеза углеводов из углекислого газа, а затем использующими углеводы в качестве источника энергии в клеточном дыхании и в качестве строительных материалов для синтеза разнообразных биомолекул. Эвгленоиды хранят углеводы в другом полимере глюкозы, чем обычный крахмал — звенья глюкозы объединены в 1,3-связь, а не 1,4-связь, как в обычном крахмале. Эвгленоиды также могут вести себя как гетеротрофы и приобретать материал путем проглатывания (фагоцитоз) или путем поглощения растворенных веществ из водной среды. Некоторые формы Euglena лишены хлоропластов и исключительно гетеротрофны.

Взаимодействия

Эвглена может быть важным компонентом определенных водных сред и играть роль как первичного продуцента, поедаемого другими организмами, так и разлагателя (гетеротрофа), потребляющего другие организмы и разрушающего их, или потребляет мертвый органический материал и разрушает его.

Некоторые виды Euglena (например, Euglena sanguinea) может окрашивать пруд в красный цвет, а также выделять токсины, убивающие рыбу.

• «Введение в эвглениды (эвгленоиды), некоторые из которых проявляют свойства как растений, так и животных», доктор Роберт Бердан.
  • https://www.canadiannaturephotographer.com/euglenoids.html
• Hall Group в Институте Эрлхэма. Эвглена изящная.
  • https://www.earlham.ac.uk/research-group/hall-group

Атрибуция СМИ

• jpg»> Ehrenberg euglena viridis © CG Ehrenberg под лицензией Public Domain
• Эвглена диаграмма © Claudio Miklos под лицензией CC0 (Creative Commons Zero) Лицензия ShareAlike)

1.1 Темы и концепции биологии – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Перейти к содержимому

Глава 1: Введение в биологию

К концу этого раздела вы сможете:

• Определять и описывать свойства жизни
• Опишите уровни организации живых существ
• Перечислите примеры различных дисциплин биологии

Посмотрите видео об эволюции путем естественного отбора.

Биология – это наука, изучающая жизнь. Что такое жизнь? Это может показаться глупым вопросом с очевидным ответом, но дать определение жизни непросто. Например, раздел биологии, называемый вирусологией, изучает вирусы, которые обладают некоторыми характеристиками живых существ, но лишены других. Оказывается, хотя вирусы могут атаковать живые организмы, вызывать болезни и даже размножаться, они не соответствуют критериям, которые биологи используют для определения жизни.

С самого начала биология боролась с четырьмя вопросами: какие общие свойства делают что-то «живым»? Как функционируют эти разнообразные живые существа? Столкнувшись с удивительным разнообразием жизни, как мы организуем различные виды организмов, чтобы лучше понять их? И, наконец, — что в конечном счете стремятся понять биологи — как возникло это разнообразие и как оно сохраняется? Поскольку каждый день открываются новые организмы, биологи продолжают искать ответы на эти и другие вопросы.

Все группы живых организмов имеют несколько общих ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или реакция на раздражители, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии. Если рассматривать эти восемь характеристик вместе, они определяют жизнь.

Заказ

Организмы — это высокоорганизованные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы удивительно сложны. Внутри каждой клетки атомы составляют молекулы. Они, в свою очередь, составляют клеточные компоненты или органеллы. Многоклеточные организмы, которые могут состоять из миллионов отдельных клеток, имеют преимущество перед одноклеточными организмами в том, что их клетки могут быть специализированы для выполнения определенных функций и даже приноситься в определенных ситуациях в жертву на благо организма в целом. Как эти специализированные клетки собираются вместе, чтобы сформировать такие органы, как сердце, легкие или кожа, у таких организмов, как жаба, показанная на рис. 1.2, мы обсудим позже.

Рис. 1.2 Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов.

Чувствительность или реакция на раздражители

Организмы реагируют на разнообразные раздражители. Например, растения могут наклоняться к источнику света или реагировать на прикосновение. Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксис) или свету (фототаксис). Движение к раздражителю считается положительной реакцией, а движение в сторону от раздражителя считается отрицательной реакцией.

Рисунок 1.3. Листья этого чувствительного растения (Mimosa pudica) мгновенно свисают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение возвращается в нормальное состояние.

Концепция в действии

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как чувствительное растение реагирует на прикосновение.

Репродукция

Одноклеточные организмы размножаются, сначала дублируя свою ДНК, которая является генетическим материалом, а затем делят ее поровну, поскольку клетка готовится к делению, чтобы сформировать две новые клетки. Многие многоклеточные организмы (состоящие из более чем одной клетки) производят специализированные репродуктивные клетки, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, ДНК, содержащая гены, передается потомству организма. Эти гены являются причиной того, что потомство будет принадлежать к тому же виду и будет иметь характеристики, сходные с родителем, такие как цвет меха и группа крови.

Адаптация

Все живые организмы демонстрируют «приспособленность» к окружающей среде. Биологи называют это соответствие адаптацией, и оно является следствием эволюции путем естественного отбора, который действует в каждой линии воспроизводящихся организмов. Примеры приспособлений разнообразны и уникальны: от термостойких архей, обитающих в кипящих горячих источниках, до длины языка мотылька, питающегося нектаром, который соответствует размеру цветка, которым он питается. Все приспособления повышают репродуктивный потенциал особи, проявляющей их, включая их способность выживать и размножаться. Адаптации не постоянны. По мере изменения окружающей среды естественный отбор заставляет характеристики особей в популяции отслеживать эти изменения.

Рост и развитие

Организмы растут и развиваются в соответствии со специфическими инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут направлять клеточный рост и развитие, гарантируя, что детеныши вида вырастут и проявят многие из тех же характеристик, что и их родители.

Рис. 1.4 Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и имеют много общих характеристик.

Постановление

Даже самые маленькие организмы имеют сложную структуру и требуют множественных регуляторных механизмов для координации внутренних функций, таких как транспортировка питательных веществ, реакция на раздражители и преодоление стрессов окружающей среды. Например, системы органов, такие как пищеварительная или кровеносная системы, выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ к каждой клетке и охлаждение тела.

Гомеостаз

Для правильного функционирования клеткам требуются соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны почти постоянно поддерживать внутренние условия в узком диапазоне, несмотря на изменения окружающей среды, благодаря процессу, называемому гомеостазом или «устойчивым состоянием» — способностью организма поддерживать постоянные внутренние условия. Например, многие организмы регулируют температуру своего тела в процессе, известном как терморегуляция. Организмы, живущие в холодном климате, такие как белый медведь, имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или тяжелое дыхание у собак), которые помогают им сбрасывать избыточное тепло тела.

Рис. 1.5 Белые медведи и другие млекопитающие, живущие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела за счет выделения тепла и сокращения потерь тепла через густую шерсть и плотный слой жира под кожей.

Энергетическая обработка

Все организмы (например, калифорнийский кондор, показанный на рис. 1.6) используют источник энергии для своей метаболической деятельности. Некоторые организмы улавливают энергию солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию от молекул, которые они поглощают.

Рис. 1.6 Калифорнийскому кондору требуется много энергии для полета. Химическая энергия, получаемая из пищи, используется для обеспечения полета. Калифорнийские кондоры находятся под угрозой исчезновения; ученые стремились разместить бирку на каждой птице, чтобы помочь им идентифицировать и определить местонахождение каждой отдельной птицы.

Живые существа высокоорганизованы и структурированы, следуя иерархии в масштабе от малого до большого. Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы. А 9Молекула 0009 представляет собой химическую структуру, состоящую как минимум из двух атомов, соединенных вместе химической связью. Многие биологически важные молекулы представляют собой макромолекул , больших молекул, которые обычно образуются путем объединения более мелких единиц, называемых мономерами. Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая содержит инструкции для функционирования содержащего ее организма.

Рис. 1.7 Молекула, как и эта большая молекула ДНК, состоит из атомов.

Концепция в действии

Чтобы увидеть анимацию этой молекулы ДНК, нажмите здесь.

Некоторые клетки содержат агрегаты макромолекул, окруженные мембранами; они называются органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток и выполняют специализированные функции. Все живые существа состоят из клеток; сама клетка является наименьшей фундаментальной структурной и функциональной единицей живых организмов. (Вот почему вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток. Чтобы произвести новые вирусы, они должны вторгнуться и захватить живую клетку; только тогда они могут получить материалы, необходимые им для размножения.) Некоторые организмы состоят из одноклеточные, а другие многоклеточные. Клетки классифицируются как прокариотические или эукариотические. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют органеллы, окруженные мембраной, и ядра, окруженные ядерными мембранами; напротив, клетки эукариот имеют связанные с мембраной органеллы и ядра.

В большинстве многоклеточных организмов клетки объединяются в ткани, представляющие собой группы сходных клеток, выполняющих одну и ту же функцию. Органы представляют собой совокупность тканей, сгруппированных вместе на основе общей функции. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов – это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов. Например, позвоночные животные имеют много систем органов, таких как система кровообращения, которая переносит кровь по всему телу, а также в легкие и обратно; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды. Организмы – это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм. Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Рис. 1.8. От атома до всей Земли биология исследует все аспекты жизни.

Какое из следующих утверждений неверно?

1. Ткани существуют внутри органов, которые существуют внутри систем органов.
2. Сообщества существуют внутри популяций, существующих внутри экосистем.
3. Органеллы существуют внутри клеток, которые существуют в тканях.
4. Сообщества существуют в экосистемах, существующих в биосфере.

Все особи вида, обитающие на определенной территории, вместе называются популяцией. Например, в лесу может быть много белых сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию белых сосен в этом лесу. На одной и той же конкретной территории могут проживать разные популяции. Например, лес с соснами включает в себя популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов. Сообщество – это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Лес сам по себе является экосистемой. Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими или неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода. На высшем уровне организации биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле. Он включает землю, воду и части атмосферы.

Область применения биологии очень широка, потому что на Земле существует огромное разнообразие жизни. Источником этого разнообразия является эволюция, процесс постепенных изменений, в ходе которого из старых видов возникают новые. Биологи-эволюционисты изучают эволюцию живых существ во всем, от микроскопического мира до экосистем.

В 18 веке ученый по имени Карл Линней впервые предложил организовать известные виды организмов в иерархическую таксономию. В этой системе виды, наиболее похожие друг на друга, объединяются в группу, известную как род. Более того, сходные роды (множественное число от рода) объединяются в семейство. Эта группировка продолжается до тех пор, пока все организмы не будут собраны вместе в группы на самом высоком уровне. Текущая таксономическая система теперь имеет восемь уровней в своей иерархии, от низшего к высшему, а именно: вид, род, семейство, порядок, класс, тип, царство и область. Таким образом, виды группируются внутри родов, роды группируются в семействах, семейства группируются в отрядах и т. д.

Рис. 1.9 На этой диаграмме показаны уровни таксономической иерархии собак, от самой широкой категории — домена — до самого конкретного — вида.

Верхний уровень, домен, является относительно новым дополнением к системе с 1990-х годов. В настоящее время ученые выделяют три домена жизни: эукариоты, археи и бактерии. Домен Eukarya содержит организмы, имеющие клетки с ядрами. В него входят царства грибов, растений, животных и несколько царств простейших. Археи представляют собой одноклеточные организмы без ядра и включают в себя множество экстремофилов, которые живут в суровых условиях, например, в горячих источниках. Бактерии — еще одна совершенно другая группа одноклеточных организмов без ядра. И археи, и бактерии — прокариоты, неофициальное название клеток без ядра. Признание в 19В 90-е годы тот факт, что некоторые «бактерии», ныне известные как археи, генетически и биохимически так же отличаются от других бактериальных клеток, как и от эукариот, мотивировал рекомендацию разделить жизнь на три домена. Это резкое изменение в наших знаниях о древе жизни демонстрирует, что классификации не являются постоянными и будут меняться по мере поступления новой информации.

В дополнение к иерархической таксономической системе Линней был первым, кто назвал организмы, используя два уникальных имени, теперь называемых биномиальной системой именования. До Линнея использование общих названий для обозначения организмов вызывало путаницу, поскольку в этих общих названиях существовали региональные различия. Биномиальные имена состоят из названия рода (с большой буквы) и названия вида (все строчные). Оба имени выделяются курсивом при печати. Каждому виду дается уникальный бином, признанный во всем мире, так что ученый в любом месте может знать, о каком организме идет речь. Например, североамериканская голубая сойка известна как 9.0003 Цианочитта кристата . Наш собственный вид — Homo sapiens .

Рис. 1.10. Эти изображения представляют разные домены. Сканирующая электронная микрофотография показывает, что (а) бактериальные клетки принадлежат к домену Bacteria, а (b) экстремофилы, которые все вместе видны как цветные маты в этом горячем источнике, принадлежат к домену Archaea. И подсолнух (c), и лев (d) являются частью домена Eukarya.

Эволюция в действии

Карл Вёзе и филогенетическое дерево

Эволюционные взаимоотношения различных форм жизни на Земле можно обобщить в виде филогенетического древа. Филогенетическое древо — это диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходствах и различиях в генетических или физических признаках или в том и другом. Филогенетическое дерево состоит из точек ветвления или узлов и ветвей. Внутренние узлы представляют предков и являются точками эволюции, когда, основываясь на научных данных, считается, что предок разошелся, образовав два новых вида. Длину каждой ветви можно рассматривать как оценку относительного времени.

В прошлом биологи делили живые организмы на пять царств: животные, растения, грибы, простейшие и бактерии. Однако новаторская работа американского микробиолога Карла Вёзе в начале 1970-х годов показала, что жизнь на Земле развивалась по трем линиям, которые теперь называются доменами — бактерии, археи и эукариоты. Везе предложил этот домен как новый таксономический уровень, а Archaea как новый домен, чтобы отразить новое филогенетическое дерево. Многие организмы, принадлежащие к домену Archaea, живут в экстремальных условиях и называются экстремофилами. Чтобы построить свое дерево, Везе использовал генетические отношения, а не сходство, основанное на морфологии (форме). В филогенетических исследованиях использовались различные гены. Дерево Вёза было построено на основе сравнительного секвенирования генов, которые широко распространены, обнаруживаются в слегка измененной форме в каждом организме, законсервированы (это означает, что эти гены лишь слегка изменились на протяжении эволюции) и имеют соответствующую длину.

Рисунок 1.11 Это филогенетическое дерево было построено микробиологом Карлом Вёзе с использованием генетических отношений. Дерево показывает разделение живых организмов на три домена: бактерии, археи и эукариоты. Бактерии и археи представляют собой организмы без ядра или других органелл, окруженных мембраной, и, следовательно, являются прокариотами.

Посмотреть видео о науке и медицине

Сфера применения биологии широка и поэтому содержит множество разделов и поддисциплин. Биологи могут заниматься одной из этих поддисциплин и работать в более узкой области. Например, молекулярная биология изучает биологические процессы на молекулярном уровне, включая взаимодействия между молекулами, такими как ДНК, РНК и белки, а также то, как они регулируются. Микробиология изучает строение и функции микроорганизмов. Это довольно широкая отрасль, и, в зависимости от предмета изучения, среди прочих есть микробные физиологи, экологи и генетики.

Другая область биологических исследований, нейробиология, изучает биологию нервной системы, и, хотя она считается отраслью биологии, она также признана междисциплинарной областью исследований, известной как неврология. Из-за своего междисциплинарного характера эта субдисциплина изучает различные функции нервной системы с использованием молекулярных, клеточных, эволюционных, медицинских и вычислительных подходов.

Рисунок 1.12. Исследователи работают над раскопками окаменелостей динозавров на участке в Кастельоне, Испания.

Палеонтология, еще одна отрасль биологии, использует окаменелости для изучения истории жизни. Зоология и ботаника изучают животных и растения соответственно. Биологи также могут специализироваться в качестве биотехнологов, экологов или физиологов, и это лишь некоторые из областей. Биотехнологи применяют знания биологии для создания полезных продуктов. Экологи изучают взаимодействие организмов в окружающей их среде. Физиологи изучают работу клеток, тканей и органов. Это всего лишь небольшая выборка из многих областей, которыми могут заниматься биологи. От наших собственных тел до мира, в котором мы живем, открытия в биологии могут влиять на нас самым непосредственным и важным образом. Мы зависим от этих открытий для нашего здоровья, наших источников пищи и преимуществ, предоставляемых нашей экосистемой. Из-за этого знание биологии может помочь нам в принятии решений в нашей повседневной жизни.

Развитие технологий в двадцатом веке, которое продолжается и по сей день, особенно технологии описания и манипулирования генетическим материалом, ДНК, изменило биологию. Эта трансформация позволит биологам продолжать более подробно понимать историю жизни, то, как работает человеческое тело, наше человеческое происхождение и то, как люди могут выживать как вид на этой планете, несмотря на стрессы, вызванные нашим растущим числом. Биологи продолжают разгадывать огромные тайны жизни, предполагая, что мы только начали понимать жизнь на планете, ее историю и наше отношение к ней. По этой и другим причинам знания по биологии, полученные с помощью этого учебника и других печатных и электронных средств, должны быть преимуществом в любой области, в которой вы работаете.

Судмедэксперт

Судебная экспертиза — это применение науки для ответа на вопросы, связанные с законом. Биологи, а также химики и биохимики могут быть судебными экспертами. Судебно-медицинские эксперты предоставляют научные доказательства для использования в судах, и их работа включает в себя изучение следов, связанных с преступлениями. За последние несколько лет интерес к криминалистике возрос, возможно, из-за популярных телевизионных шоу, в которых участвуют судебно-медицинские эксперты. Кроме того, развитие молекулярных методов и создание баз данных ДНК обновили виды работы, которую могут выполнять судебно-медицинские эксперты. Их служебная деятельность в основном связана с преступлениями против людей, такими как убийства, изнасилования и нападения. Их работа включает в себя анализ образцов, таких как волосы, кровь и другие биологические жидкости, а также обработку ДНК, обнаруженной во многих различных средах и материалах. Судмедэксперты также анализируют другие биологические доказательства, оставленные на месте преступления, такие как части насекомых или пыльцевые зерна. Студенты, которые хотят продолжить карьеру в области криминалистики, скорее всего, должны будут пройти курсы химии и биологии, а также некоторые интенсивные курсы математики.

Рис. 1.13. Судебно-медицинский эксперт работает в комнате для выделения ДНК в Лаборатории уголовных расследований армии США.

Биология – это наука о жизни. Все живые организмы имеют несколько общих ключевых свойств, таких как порядок, чувствительность или реакция на раздражители, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии. Живые существа высоко организованы в соответствии с иерархией, которая включает атомы, молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы и системы органов. Организмы, в свою очередь, группируются как популяции, сообщества, экосистемы и биосфера. Эволюция является источником огромного биологического разнообразия на Земле сегодня. Диаграмма, называемая филогенетическим деревом, может использоваться для отображения эволюционных отношений между организмами. Биология очень широка и включает в себя множество разделов и поддисциплин. Примеры включают, среди прочего, молекулярную биологию, микробиологию, нейробиологию, зоологию и ботанику.

атом: основная единица материи, которая не может быть разрушена обычными химическими реакциями

биология: изучение живых организмов и их взаимодействия друг с другом и окружающей их средой

биосфера: совокупность всех экосистем на Земле

клетка: наименьшая фундаментальная единица структуры и функции живых существ

сообщество: совокупность популяций, населяющих определенную территорию

экосистема: все живые существа в определенной области вместе с абиотическими, неживыми частями этой среды

эукариот: организм с клетками, имеющими ядра и мембраносвязанные органеллы постепенное изменение популяции, которое также может привести к возникновению новых видов из более старых видов

гомеостаз: способность организма поддерживать постоянные внутренние условия

макромолекула: большая молекула, обычно образованная соединением более мелких молекул вместе для выполнения общей функции

система органов: высший уровень организации, состоящий из функционально связанных органов

органеллы: мембраносвязанный компартмент или мешок внутри клетки

организм: отдельное живое существо

филогенетическое дерево: диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходстве и различиях в генетических или физических признаках или на обоих в определенной области

прокариот: одноклеточный организм, у которого отсутствует ядро ​​или любая другая мембраносвязанная органелла

ткань: группа сходных клеток, выполняющих одну и ту же функцию

Атрибуция СМИ

• Рисунок 1. 2 от Ivengo(RUS) © Public Domain
• Рисунок 1.3. Автор Alex Lomas © CC BY (Attribution)
• Рисунок 1.4 Питера и Рене Лансер © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.5. Автор Дэвид © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.6 Юго-западный регион Тихоокеанского региона USFWS © CC BY (Атрибуция)
• Рисунок 1.7 Brian0918 © Public Domain
• Рисунок 1.8
  • «молекула»: модификация работы Джейн Уитни;
  • «органеллы»: модификация работы Луизы Ховард;
  • «клетки»: модификация работы Брюса Ветцеля, Гарри Шефера, Национальный институт рака;
  • «ткань»: модификация работы «Килбад» © Public Domain
  • «Органы»: модификация работы Марианы Руис Вильярреал, Жоакима Алвеса Гаспара;
  • «организмы»: модификация работы Питера Даттона;
  • «экосистема»: модификация работы от «gigi479»1 ″ © CC BY (Атрибуция)
  • «биосфера»: модификация работы НАСА © Public Domain
• Рисунок 1.