Биология. Учебник для 11 классов средних общеобразовательных
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
§ 33. ЧЕЛОВЕК КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПРИРОДУ В чем состоит антропогенное воздействие на растения и живот- ных? Каковы его последствия? Преобразующее влияние человеческого общества на природу являет- ся неизбежным. С ростом населения воздействие общества на биосферу постоянно усиливается. Это связано с вовлечением в хозяйственный обо- рот большого количества веществ и энергии, а также перестройки общей структуры биосферы. Деятельность человека все сильнее изменяет облик планеты. Усиление влияния человека на природу идет одновременно с возрастанием численности населения планеты. Если к началу XVIII века население Земли составляло приблизительно 600 млн человек, то сейчас оно достигает более 7,5 млрд. Способы воздействия человека на биосферу.Взаимодействие общест- ва с природой проявляется в изъятии из природы веществ и энергии, уничтожении огромного количества видов живого мира, кардинальном преобразовании природных сообществ и целых ландшафтов, в сбросе колоссального количества отходов в окружающую среду и многое другое. Люди заселяют наиболее богатые в материальном отношении, благо- приятные зоны Земли и коренным образом изменяют существующие здесь природные биогеоценозы, воздвигают города, размещают объекты про- мышленности и сельскохозяйственные угодья. Тем самым они обедняют экосистему, разрушают сложившиеся природные комплексы и уничтожают места обитания живых организмов. Вода, атмосфера, почвы загрязняются отходами производства, вырубаются леса, истребляются дикие животные, 171 разрушаются природные биогеоценозы. В результате этого биотический круговорот становится незамкнутым. Изменяется течение многих геохи- мических процессов на Земле. Солнечная энергия Животный мир Пространство обитания Растительный мир Полезные ископаемые Плодородие почв Энергия ветра Энергия морских волн Атмосферный воздух Восполняемые Невосполняемые Особенно острый конфликт в экосистеме биосферы возник под влия- нием засорения среды радиоактивными осадками, газообразными отхода- ми производств, продуктами сгорания, разливами нефти, всевозможными химическими веществами и многими другими. Большинство искусствен- ных органических веществ (полиэтилен и пластмасса) не поддается био- генной переработке даже с помощью грибов и бактерий, потому они не вовлекаются в биологический круговорот, а накапливаются в биосфере. В биосфере идет сокращение биологического разнообразия – огром- ного материального ресурса, который помогает ей сохранять устойчивое состояние. Темп вымирания видов в настоящее время намного раз выше, чем во весь предшествующий период. Количество исчезающих видов рас- тений, животных, грибов возрастает. По своим последствиям воздействия человеческого общества на среду обитания могут быть положительными и отрицательными. Основные пути отрицательного воздействия людей на природу заключаются в расходовании естественных богатств – природных ресурсов в виде ми- нерального сырья, водных ресурсов; загрязнении окружающей среды, истреблении видов, разрушении биогеоценозов. В экологическом, природоохранном аспекте природные ресурсы при- нято делить на исчерпаемые и неисчерпаемые. 172 Естественные богатства планеты делятся на невосполняемые и вос- полняемые. К первым, например, относят полезные ископаемые, запасы которых ограничены. Тенденцию в изменениях восполняемых природ- ных ресурсов можно проследить на примере леса. В настоящее время лесами покрыто менее трети суши (без Антарктиды), тогда как в дои- сторические времена им было занято не менее 70%. Уничтожение лесов, прежде всего, резко нарушает водный режим планеты. Прерывается за- держка воды в поверхностных слоях почвы за счет изменения ее струк- туры: безлесные участки земной поверхности обычно почти лишены рыхлого, богатого гумусом почвенного слоя, способного накапливать и удерживать воду. Уменьшаются запасы грунтовых вод, мелеют реки. Их дно покрывается илом, что приводит, в свою очередь, к уничтожению мест нереста рыб и сокращению их численности. Талая вода и дождевые потоки смывают, а ветры, не сдерживаемые лесной преградой, выветри- вают почвенный слой. В результате возникает эрозия почвы. С выруб- кой лесов гибнут населяющие их птицы, звери, насекомые-энтомофаги. Вследствие этого беспрепятственно размножаются вредители сельско- хозяйственных культур. Лес очищает воздух от ядовитых загрязнений, в частности он задерживает радиоактивные осадки и препятствует их дальнейшему распространению, то есть вырубка лесов устраняет важ- ный компонент самоочищения воздуха. Таким образом, из-за нерационального землепользования человече- ство потеряло вследствие эрозии почв обширные территории, ставшие практически непригодными для земледелия. Сходная ситуация созда- лась и в среднеазиатском регионе, когда большая часть водного стока рек Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи отводилась на хлопковые и рисовые поля. В результате размеры Аральского моря стали катастрофически быстро уменьшаться, резко возросла его соленость. Уменьшилось испарение воды с его поверхности, а климат в регионе стал существенно более сухим. Исчезла большая часть видов животных и растений, обитавших в нем и на прилежащих территориях. Одна из серьезнейших проблем современности – постепенное по- тепление климата планеты, связанного в первую очередь с выбросом в атмосферу промышленными предприятиями огромного количества углекислого газа, большая часть которого не может быть утилизирова- на растениями в процессе фотосинтеза. В результате он накапливается в верхних слоях атмосферы и препятствует естественной теплоотдаче, создавая так называемый парниковый эффект. Температура атмосферы 173 и верхних слоев земной поверхности при этом неуклонно повышается. Это приводит к таянию арктических и антарктических ледников, что сопровождается разрушением приполярных экологических систем. Прогнозируется дальнейшее повышение уровня мирового океана. Промышленные отходы, радиоактивные вещества, пестициды, при- меняемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, загрязняют природную среду. К числу отрицательных влияний человека на биосферу относится также нерегулируемый промысел рыбы, млеко- питающих, беспозвоночных, водорослей, изменение химического соста- ва вод, воздуха, почвы в результате сбросов отходов промышленности, транспорта и сельскохозяйственного производства. При этом уменьшает- ся не только число диких животных и дикорастущих растений на Земле, но и бесследно исчезает их естественная среда обитания. Деятельность людей, преобразующая природу, неизбежна, так как с ней связано современное и будущее благосостояние населения. Совре- менное человечество располагает исключительно мощными факторами воздействия на природу планеты, которое по своим последствиям мо- жет быть и отрицательным, и положительным. Следование принципу научно обоснованного рационального природопользования позволяет получить в целом позитивный итог. Рациональное природопользование – тип взаимоотношений чело- века с окружающей средой, при котором люди способны разумно ос- ваивать природные ресурсы и предупреждать негативные последствия своей деятельности. Примером рационального природопользования служит создание культурных ландшафтов, применение малоотходных и безотходных технологий. К рациональному природопользованию отно- сят внедрение биологических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства. Рациональным природопользованием также можно считать создание экологически чистых видов топлива, широкое использование возобновляемых и экологически чистых источников энергии, таких как ветровая, солнечная, энергия приливов, получение и использование биотоплива из продуктов растительного происхождения. Малоотходные технологии – производственные процессы, которые обеспечивают максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся отходов. При этом в окружающую среду воз- вращаются вещества в относительно безвредных количествах. Следование принципу научно обоснованного рационального природо- пользования позволяет получить в целом позитивный итог. 174 Ключевые слова: биологическое разнообразие, экологический кризис, не- восполняемые и восполняемые природные ресурсы, парниковый эффект, рациональное природопользование. Вопросы и задания. 1. Охарактеризуйте основные направления антропогенного воздействия, вызывающего загрязнение окружающей среды. 2. Каким образом человек влияет на климат Земли? Каковы последствия такого влияния? 3. Опишите основные пути антропогенного загрязнения водной среды. 4. Каковы основные источники атмосферных загрязнений? 5. Охарактеризуйте проблемы, связанные с загрязнением автотранспортом в крупных городах атмосферного воздуха. 6. В чем опасность загрязнения воздушной среды выбросами промыш- ленных предприятий? Выскажите свое мнение. 1. Какие мероприятия по повышению плодородия почв проводятся в вашей местности? 2. Для борьбы с насекомыми-вредителями применили пестицид, кото- рый быстро разлагался и не вредил природе. В результате насаждения были спасены. Тем не менее это привело к серьезным экологическим последствиям. Подумайте к каким. 3. Раскройте суть малоотходных и безотходных технологий. Приведите примеры их применения в вашем регионе. 4. В нашей стране в последнее время распространена сортировка мусора. Обоснуйте смысл данного мероприятия с позиции рационального при- родопользования и устойчивого развития. Задания для самостоятельной работы. Используя дополнительную литературу и собственные наблюдения, заполните таблицу. Создайте презентацию в PowerPoint, на которой отразите свои результаты. Антропогенные изменения в экосистемах Собственная деятельность по охране окружающей среды 175 § 34. ОХРАНА РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА Вспомните, из курса ботаники и зоологии, какие виды животных и растений подлежат защите. Охрана природы –совокупность международных, государственных и региональных мероприятий для сохранения, рационального исполь- зования и воспроизводства природы Земли. Данная деятельность ре- ализуется в интересах ныне живущего и будущих поколений людей. Основной задачей природоохранной деятельности является сохранение видового разнообразия и генофонда флоры и фауны планеты. Охрана может быть эффективной только в том случае, если будут учитываться различные экологические факторы, комплексно влияющие на растения и животных, так как они являются неотъемлемыми компо- нентами окружающей среды и взаимосвязаны друг с другом. Необходимо сохранить биоразнообразие современной биосферы на- шей планеты, поскольку только в этом случае возможно дальнейшее устойчивое сосуществование природы и человечества на Земле. Охрана природы, в том числе растительного и животного мира на- шей планеты, относится к глобальным проблемам современности. Ее решение требует объединенных усилий и совместных действий ученых, правительственных учреждений и общественных организаций на меж- государственном уровне. Этой цели служат созданный в 1948 г. Между- народный союз охраны природы (МСОП) и основанный в 1961 г. Все- мирный фонд дикой природы (WWF). Важным шагом для выделения и сохранения биоразнообразия в самостоятельное научное направление служило проведение в Париже в 1970 г. специальной международной конференции экспертов по научным основам рационального использо- вания и охраны ресурсов биосферы. В 1979 г. на сессии Генеральной Ассамблеи ООН была учреждена «Программа ООН по окружающей среде» (ЮНЕП). В 1992 году на Международной конференции ООН в Рио-де-Жанейро по проблеме «Планета Земля» была выдвинута програм- ма «Сохранение биологического разнообразия» и принята Конвенция о биологическом разнообразии, подписанная представителями правительств 179 стран мира. В этих документах разработана всемирная стратегия охраны всего разнообразия видов, существующих на Земле. Начиная с 2001 года, ежегодно 22 мая отмечается Международ- ный день биологического разнообразия (International Day for Biological Diversity). Этот праздник напоминает не только о ценности биоразно- 176 образия, доставшегося нам от эволюции, но и о глобальной экологи- ческой проблеме, связанной с его сокращением. Генассамблея ООН объявила 2010 год – Международным годом биоразнообразия. Значи- мым событием стало принятие Сторонами Конвенции в Нагое в 2010 г. Стратегического плана в области сохранения и устойчивого использо- вания биоразнообразия на 2011–2020 годы. В рамках этого десятилет- него плана все страны должны принять меры к сохранению биоразно- образия и выгод, которые им обеспечиваются. Охрана природы – это система мер, направленных на сохранение, ра- циональное использование и воспроизводство природных ресурсов Земли. Красные книги. При построении классификационных систем жи- вых организмов ученые столкнулись также с тем фактом, что некогда уже известные формы животных и растений оказываются исчезнувши- ми с лица Земли, вымершими. Среди них, например, шерстистый но- сорог, вымерший 10 тыс. лет назад в результате охоты на него людей и изменения климата; три вида нелетающих птиц рода дронт (додо) из семейства голубеобразных, обитавших в лесах острова Маврикий, истребленных в XVIII веке; вид странствующий голубь в Северной Америке, полностью истребленный человеком в конце XIX века; сум- чатый волк в Тасмании, еще изредка встречавшийся в 40-х годах XIX века, но уже полностью истребленный; дикий бык, или тур, вымерший в Европе в начале XVII века (рис.53). Истребление человеком животных и растений, нарушение их мест обитания привели к тому, что многие из них стали редкими и нужда- ются в охране. По инициативе МСОП в 1966 г. впервые была издана международная Красная книга, включающая виды, подлежащие охране. В 1979 году была учреждена "Красная книга Узбекистана", где собра- ны основные сведения о редких и находящихся под угрозой исчезнове- ния видах растений и животных. Первая Красная книга Узбекистана, в которую вошли 63 вида позво- ночных животных, была опубликована в 1983 году. В издание "Красной книги" 1984 года были включены 163 находящихся под угрозой исчез- новения вида растений, судьба которых находилась и находится в центре внимания ученых и специалистов республики. Красная книга должна переиздаваться не реже одного раза в пять лет. Виды растений в "Красной книге" распределяются по 4 категориям (статусам) в соответствии с классификацией Международного Союза ох- раны природы (МСОП). 177 Рис.53. Животные, вымершие к XX в.: 1 – стеллерова корова; 2 – шерстистый носорог; 3 – сумчатый волк; 4 – странствующий голубь; 5 – тур; 6 – дронт; 7 – гигантский динорнис. 1 2 3 4 6 7 5 1. Повидимому исчезнувшие или исчезающие виды, численность и ареал которых сократились до критического уровня в результате истреб- ления человеком и виды находящиеся под угрозой исчезновения. 2. Сокращающиеся виды, численность и ареал которых имеют тен- денцию к уменьшению под действием экологических факторов. Необхо- дима регулярная оценка их состояния. 3. Редкие виды. Виды, не находящиеся под непосредственной угро- зой исчезновения, но встречающиеся в таком небольшом количестве или в таких ограниченных по площади и специфических местах обитания, что могут быстро исчезнуть. Требуется тщательное наблюдение. 4. Недостаточно изученные виды, о которых нет точных научных сведений, но есть основания считать, что они могут попасть в первые три категории (эти виды требуют дальнейшего изучения). Рекомендации по внесению видов растений или животных в Красную книгу готовят представители ряда неправительственных общественных научных и экологических организаций. По многим причинам статус вида изменяется, восстановленные виды выводятся из категории охраняемых. Особо охраняемые природные территории. Для наиболее полного сохранения растительного и животного мира нашей планеты, а также 178 связанных с ними компонентов биосферы в разных странах мира ор- ганизуются особо охраняемые природные территории – заповедники, заказники и национальные парки. Заповедники – участки поверхности суши или водного простран- ства, в пределах которых весь природный комплекс – растительность, животные, почва и т.п. – полностью и навечно изъят из хозяйственного использования и находится под охраной государства. В заповедниках ве- дется только научно-исследовательская работа. Некоторые заповедники объявлены биосферными. В них в нетрону- том состоянии сохраняются наиболее типичные для каждой природной зоны биогеоценозы. Заказники – охраняемые участки, на которых при ограниченном ис- пользовании природных ресурсов охраняют промысловые виды растений и животных. Заказники служат для сбора лекарственных растений, гри- бов, ягод, спортивной охоты, рыбной ловли и организуются обычно сро- ком на 10 лет. Ограниченная хозяйственная деятельность в заказниках допускается лишь в той мере, в какой это не наносит вреда охраняемым объектам (охотничье-промысловым зверям, гнездовьям птиц, нерестили- щам и местам нагула рыб, лекарственным растениям, грибам и др.). Заказники существенно дополняют систему заповедников, обеспечивая сохранение богатства флоры и фауны той или иной страны. Национальные (природные) парки – охраняемые территории и аква- тории, на которых расположены природные комплексы, представляющие экологическую, историческую и эстетическую ценность. В отличие от заповедников, часть площади национальных парков открыта для регули- руемого посещения. Ботанические сады и зоологические парки. В деле сохранения и восстановления численности редких видов животных и растений важную роль играют ботанические сады и зоологические парки. Они позволяют спасти отдельные исчезающие в природе виды организмов и тем самым сохранить генофонд живого вещества биосферы, ее биоразнообразие. Памятники природы – ценные в научном, культурно-познавательном или эстетическом отношении природные объекты, охраняемые государ- ством: рощи, озера, водопады, старинные парки, реликтовые сообщества, отдельные деревья, реликтовые виды. В Узбекистане в качестве особо охраняемых природных территорий действуют заповедники, заказники и национальные парки, экоцентры, ботанические сады, зоологические парки и памятники природы. 179 Гиссарский государственный заповедник. На территории заповед- ника обитает более 250 видов позвоночных и около 900 видов беспо- звоночных животных. Здесь встречаются виды животных, занесенных в Красную книгу Узбекистана: из млекопитающих Тянь-шанский бурый медведь, Среднеазиатский соболь, снежный барс, Туркестанская рысь, малый подковонос и большой подковонос, из птиц – бородач, орел, чер- ный аист и ястреб. Заповедник богат растительным миром. Из расте- ний тюльпан белый, тюльпан желтый, тюльпан Чимганский, астрагал Боброва, эремурус красный, дельфиниум, лук Ошанина, ферула мускус- ная занесены в Красную книгу (рис. 54). Зааминский государственный заповедник. В Зааминском заповедни- ке растет около 700 видов растений. Из лекарственных видов встреча- ются дельфиниум, тысячелистник, валериана, мята и другие. Животный мир заповедника разнообразен, здесь обитают пресмыкающиеся: турке- станская агама, полоз, желтопузик, пустынная ящерица. Птицы: воробьи, грачи, арчовый дубонос, Туркестанский филин, куропатка, Туркестанский скворец, черноголовый ремез, обыкновенная оляпка, горная трясогуз- ка. Высоко на скалах гнездятся крупные хищные птицы – белоголовые сипы, черные грифы, бородачи-ягнятники (рис.55). Кызылкумский государственный заповедник. На территории запо- ведника произрастает более 160 видов растений. Здесь растут тюльпан Согдийский, эремурус Королькова, туранга, черная ива, черный саксаул, белый саксаул, гребенщик, кандым. Фауна заповедника довольно разно- образна. В заповеднике отмечены виды, включенные как в Красную книгу Республики Узбекистан, так и в Международный Красный лист МСОП. Это большой и малый амударьинский лжелопатоносы, турке- Рис.55. Зааминский государственный заповедник. Рис.54. Гиссарский государственный заповедник. 180 станский и аральский усач, аральский шип. Млекопитающих представ- ляют бухарский олень, джейран, из птиц чирок, обыкновенная дрофа, орлан белохвостый. Сурханский государственный заповедник. В настоящее время в заповеднике зарегистрировано более 500 видов растений. Фауна заповед- ника представляет собой сложный естественный комплекс, свойственный природным условиям гор Средней Азии: бухарский уриал (баран), джей- ран, Туркестанская рысь, варан, кобра, Туркестанский аист, орел, боро- дач, белоголовый сип, черный гриф, орел-змееяд, ястреб (рис.56). Зарафшанский долиннотугайный заповедник расположен вдоль реки Зарафшан. В заповеднике зарегистрировано более ста видов животных. Здесь охраняется обычный заяц-толай, барсук, караганка, шакал, камышовый кот, дикобраз (рис.57). Рис.57. Зарафшанский долинно-тугайный заповедник. Рис.58. Чаткальский горно-лесной биосферный заповедник Рис.56. Сурханский государственный заповедник. 181 Китабский государственный заповедник. Китабский государствен- ный заповедник расположен в юго-западных отрогах Зарафшанского хребта. Объектами охраны в заповеднике являются уникальные палеонтологические находки. Фауна представляет птиц включенных в Красную книгу Узбекистана: беркут, бородач и другие. Чаткальский горнолесной биосферный заповедник. В заповедни- ке охраняются уникальные и эндемичные виды растений и животных, которые встречаются только здесь. Животный мир состоит из горных козлов, косуль, кабанов, туркестанской рыси, каменных куниц, сурков Мензбира, дикобразов, горностаев, снежного барса (ирбис), реликтовых сусликов (рис.58). Сохранять природу и окружающую среду, а также бережно отно- ситься к природным богатствам – это как правовая и как моральная обязанность каждого человека. Ключевые слова: заповедник, заказник и национальный парк, экоцентр, ботанический сад, зоологический парк, памятник природы, «Красная книга». Вопросы и задания. 1. С какой целью создаются особо охраняемые природные территории (ООПТ): заповедники, заказники и национальные (природные) парки? Чем они отличаются друг от друга? 2. В чем заключаются функции заповедников, заказников и национальных парков, 3. Что такое Красная книга? Какие задачи она выполняет? Каковы осно- вания для внесения того или иного вида в Красную книгу? 4. Возможно ли исключение вида из Красной книги? Что является осно- ванием для этого? 5. На какие категории подразделяются растения, внесенные в «Красную книгу»? Задания для самостоятельной работы. Используя полученные знания, из курса ботаники и зоологии, заполните таблицу. Животные занесенные в «Красную книгу» Растения занесенные в «Красную книгу» 182 ГЛАВА IV. ФИЛОГЕНЕЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА Изучив материал IV главы, вы сумеете: понимать и объяснять сущность саморегуляции, как свойство жи- вых организмов; понимать и объяснять сущность нервной регуляции; описывать значение и виды раздражимости живых организмов; различать и сравнивать типы нервной системы; понимать и объяснять сущность гуморальной регуляции; сравнивать роли нервной и гуморальной регуляций; описывать и обосновывать эволюционные изменения, которые произошли в филогенезе в системах органов у растений и живых организмов. § 35. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЛОГЕНЕЗА ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА Вспомните, на какие эры и периоды делится история развития Земли? Филогенез или филогения(от греч. phulon – поколение, племя, род; genesis – развитие), означает историческое развитие органического мира. Филогенез органического мира изучается взаимосвязанном с индиви- дуальным развитием организмов. Онтогенез (от греч. оntos – личный, индивидуальный; genesis – развитие), период индивидуального разви- тия многоклеточных организмов начиная с зиготы до конца жизни. Биология изучает филогенез органического мира, с точки зрения появления и развития биологических видов за исторический период с момента появления жизни. Изучение филогенеза очень важно, так как, современная классификация биологических видов основана на нем. В филогенезе органического мира важное место имеют биологиче- ский прогресс и биологический регресс. Биологический прогресс ха- рактеризуется возрастанием приспособленности организмов к среде обитания увеличением численности особей данной группы, расшире- 183 нием ареала, появлением многообразия форм, ускорением процессов ви- дообразования, на основании которого ускоряется возникновение других систематических групп. Главными направлениями биологического прогресса являются ароге- нез, аллогенез, катагенез. Арогенез (от греч. airo – поднимаю и genesis – развитие), или морфо- физиологический прогресс, – эволюционное направление, сопровождаю- щееся приобретением крупных изменений строения – ароморфозов. Благодаря наследственной изменчивости, в процессе эволюции воз- никают новые признаки, позволяющие освоить новые среды обитания. Организмы с новыми признаками являются морфологически, анатомиче- ски, физиологически более приспособленными, чем их предки, и поэто- му имеют больше преимуществ в борьбе за выживание. Ароморфоз (от греч. airo – поднимаю, morpha – образец, форма) или морфофизиологический прогресс, означает усложнение организации, поднятие ее на более высокий уровень. Изменения в строении живот- ных в результате ароморфоза не являются приспособлениями к каким- либо специальным условиям среды. Они носят общий характер и дают возможность расширить использование условий внешней среды (новые источники пищи, новые места обитания). В начальном этапе развития органического мира произошли три крупных ароморфоза сыгравших громадную роль в дальнейшем разви- тии жизни на Земле: 1. Появление фотосинтезирующих организмов. Первые живые организ- мы были гетеротрофами, использующими в качестве пищи органические соединения океана (первичного бульона), у них все жизненные процессы протекали в анаэробных условиях. Возникновение фотосинтеза обуслови- ло разделение органического мира на растительный и животный. Фото- синтезирующие организмы выделяли в атмосферу свободный кислород. Процесс накопления в атмосфере кислорода способствовал возникновению озонового слоя, который способен задерживать большую часть коротко- волновых и ультрафиолетовых лучей, губительных для всего живого. На- личие свободного кислорода в атмосфере способствовало возникновению аэробного типа дыхания и ускорению обмена веществ, вследствие которо- го произошли эукариоты. 2. Возникновение многоклеточных организмов. Это закономерный процесс в эволюции живых форм, так как при этом организм приоб- ретает ряд преимуществ в борьбе за существование. Если у однокле- 184 точных все жизненно важные процессы протекают в одной клетке, то у многоклеточных происходит специализация клеток в пределах од- ного организма, включая возникновение отдельных, но взаимосвязан- ных тканей и органов. Взаимосвязь клеток усиливает жизненную силу системы за счет повторения клеточных процессов, разделения функций, образования специальных структур (тканей, органов, систем органов). Многоклеточность позволяет наиболее полно использовать резерв наследственной изменчивости, что ускоряет эволюционные изменения. Большую роль в этом играет половое размножение, в котором объеди- нены половой процесс и воспроизведение. 3. Возникновение полового размножения. Известно, что живые орга- низмы размножаются бесполым и половым способами. В большинстве случаев половое размножение сопровождается слиянием гамет, при котором восстанавливается удвоенный набор хромосом. Оно позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов, обеспечивает оптимальные условия для создания генетического разно- образия и рекомбинации генетического материала в пределах вида. Новые генетические комбинации тестируются отбором и дают возмож- ность виду выжить в случае резко меняющихся условий окружающей среды. Главными ароморфозами, происходящие в животном мире, явля- ются появление и последующее усовершенствование нервной систе- мы, пищеварительной системы, выделительной системы, дыхательной системы, системы кровообращения, разделение артериального и венозно- го кровотока у птиц и млекопитающих, возникновение теплокровности. В мире растений типичными ароморфозами являются, выход расте- ний на сушу, возникновение голосеменных, покрытосеменных растений и другие. Ароморфозы сохраняются при дальнейшей эволюции и при- водят к возникновению новых крупных систематических групп – отде- лов, типов, классов. Аллогенез (от греч. alios – иной, другой и genesis – развитие) – эволюционное направление, сопровождающееся приобретением част- ных приспособлений (идиоадаптаций), при которой у близких видов происходит смена одних частных приспособлений другими, а общий уровень организации остается прежним. Этот путь достижения биоло- гического прогресса связан с проникновением организмов в какие-либо конкретные и определенные условия среды в результате развития част- ных приспособлений. Так как, эти изменения позволяют организмам 185 адаптироваться к узким (дифференцированным) условиям, их называют экологической дифференциацией. Аллогенез ведет к быстрому повыше- нию численности, многообразию видового состава. Биологический прогресс иногда вызван и упрощением структуры тела. В филогенезе этот процесс называется катагенезом. Катагенез (от греч. kata – движение вниз, genesis – развитие) это эво- люционное направление, связанное с проникновением организмов в бо- лее простую среду обитания и сопровождающееся общим упрощением организма – общей дегенерацией. Общая дегенерация – морфофизиологи- ческий регресс, который ведет к упрощению или исчезновению органов активной жизни. Общая дегенерация как путь биологического прогресса наблюдается у многих форм и связана главным образом с переходом к паразитическому или сидячему образу жизни. Например, у видов, оби- тающих в пещерах, происходит редукция органов зрения, депигментация, снижается активность передвижения. При дегенерации естественным путем устраняются органы, потерявшие прежнее значение, открываются возможности для большего использования энергетических материалов. Хотя переход к сидячему образу жизни и пассивному питанию сопровождается упрощением организации, но приводит к увели чению численности особей этого вида, расширению его ареала, к разви - тию новых систематических групп, то есть к биологическому прогрессу. Ключевые слова: филогения, арогенез, аллогенез, катагенез, ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация, экологическая дифференциация. Вопросы и задания. 1. Дайте определение филогенезу органического мира. 2. На какие эры и периоды разделяется историческое развитие органичес- кого мира. 3. Найдите причины возникновения экологической дифференциации. 4. Какие направления эволюции приводят к биологическому прогрессу? Задания для самостоятельной работы. Определите изменения произошедшие в строении у бычьего цепня и дож- девого червя, с изменением образа жизни? Заполните таблицу. Сравниваемые признаки Бычий цепень Дождевой червь Образ жизни Дыхание 186 Кровообращение Пищеварение Размножение Цикл развития § 36. ФИЛОГЕНЕЗ РАСТЕНИЙ. ФИЛОГЕНЕЗ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ Основываясь на знания, приобретенные вами в младших классах, опишите вегетативные органы растений и их функции. Под филогенезом растений понимается развитие от одноклеточного состояния до появления цветковых растений, а также их историческое развитие. Все живые организмы, как целостная система, состоят из систем органов, в которых органы взаимосвязаны между собой определенным строением и выполняемыми функциями. Органы занимают определен- ное место, а также выполняют определенную функцию. Известно, что органы высших растений делятся на две группы: вегета- тивные органы и генеративные органы. Вегетативными органами называют- ся органы, которые обеспечивают рост и развитие органов и вегетативное размножение. К вегетативным органам относятся корень, побег и их видо- измененные формы. Вегетативные органы высших растений из-за длитель- ного филогенеза обладают высшей степенью строения и функциями. В конце архейской эры появились одни из первых представителей простых организмов, которые осуществляли фотосинтез, такие как бактерии и сине-зеленые водоросли. Фотосинтез, протекающий, в сине- зеленых водорослях обогатил кислородом окружающую среду. В протерозойскую эру появились настоящие растения, такие как зеленые и красные водоросли. При достижении высокого уровня фо- тосинтеза в зеленых водорослях, они стали господствовать в водной среде. В протерозойской эре жизнь протекала только в воде. Появление из одноклеточных водорослей многоклеточных водорослей является в мире растений – крупным ароморфозом. Многоклеточные водоросли с помощью ризоидов прикреплялись ко дну. Необходимость усложнения тела и расчленения его на разные органы у водорослей отсутствует, так как все их клетки находятся в одинаковых 187 условиях (температурный режим, освещенность, минеральное питание, газообмен). Каждая клетка водорослей обычно способна к фотосинтезу. Уменьшение воды в водных бассейнах привело к тому, что многие водные растения оказались на суше. На берегу за счет деятельности бактерий и микроорганизмов начался процесс возникновения почвы. Выйдя на сушу, предки современных высших растений попали в неблагоприятные и совершенно новые условия. Кислород, необходи- мый для дыхания, и углекислый газ, используемый для фотосинтеза, растения должны были получать из воздуха, а воду – из почвы. Новая среда обитания не была однородной. Возникли проблемы, связанные с защитой от высыхания, поглощения воды из почвы, создание механи- ческой опоры, сохранения спор. Известно, что приспособившиеся орга- низмы выживают, размножаются и развиваются, а неприспособившиеся организмы – вымирают. Существование растений в наземно-воздушной среде связано с воз- никновением полярности: нижняя часть растения, погружаясь в почву, поглощала воду с растворенными в ней минеральными веществами, верхняя часть, оставаясь на поверхности, активно фотосинтезировала и обеспечивала все растение органическими веществами. Эти приспо- собления привели к появлению двух основных вегетативных органов современных высших растений – корня и побега. Расчленение тела растений на отдельные органы, усложнение их структуры, функций и тканевой организации происходило постепенно, и являлось результатом длительной эволюции растительного мира. Первой у наземных растений появилась покровная ткань, обеспе- чившая защиту растения от высыхания и механических повреждений. Благодаря развитию проводящей ткани, подземные и наземные части рас- тений имеют возможность обмениваться различными веществами. Вода с растворенными в ней минеральными солями поднималась вверх из почвы, а органические вещества перемещались вниз, к подземным частям растения. Чтобы противостоять силам гравитации в воздушной среде, выдерживать порывы ветра, растениям потребовалось механическая ткань. Таким образом, в силурийском периоде палеозойской эры возник- ли первые наземные растения – псилофиты. Выход растений из воды на сушу и появление псилофитов, адаптировавшихся к неблагоприятной сре- де, является одним из крупных ароморфозов в мире растений. Вместе с этим в кембрийском, ордовикском и силурийском периодах палеозойс кой эры развивались водоросли во всемирном океане. 188 В следующем за силуром девонском периоде палеозойской эры по- являются мхи, папоротники, хвощи, плауны. Вегетативные органы мхов состоят из ризоидов, выполняющих функцию корней, и из листьев и стеблей имеющие простое строение. Листья мхов состоят из однослой- ных клеток с хлорофиллом, у них отсутствует проводящая ткань. Древние хвощевидные, например каламиты, достигали до 25 метров высоты, расцветали в каменноугольном периоде, но в пермском пери- оде, из-за резкого изменения климата, вымерли. Современные хвощи – многолетние травянистые корневищные растения, имеющие корень, листья, стебель. Их стебель расчленен на длинные междоузлия и узлы, от узлов отходят мутовки боковых побегов, листья мелкие чешуевид- ные, очень сильно редуцированы и не имеют хлорофилла. В отличие от засушливого девона, карбон был влажным и теплым, что привело к значительному развитию папоротников. Папоротниковидные – это многолетние листостебельные растения, обладающие корневищем и листьями, спорангии собраны в группы – сорусы. Влажная, теплая, богатая углекислым газом атмосфера способствовала интенсивному развитию гигантских папоротников. Их отмершие стебли попадали в анаэробные условия, не подвергались гниению, что привело к формиро- ванию залежей каменного угля. Каменноугольный период характеризу- ется господством папоротникообразных на суше, различных водорослей в море. В этом периоде псилофиты вымирают и появляются семенные папоротники. У семенных папоротников семена развивались на краях листьев, что доказывает филогенетическую связь между вегетативными и генеративными органами растений. В карбоне возникают первичные голосеменные растения. Появление се- менного размножения явилось значительным ароморфозом в мире растений. Палеозойская эра завершается пермским периодом, который в отли- чие от карбона характеризовался сухим климатом. В этих условиях ги- гантские папоротники стали вымирать, появились травянистые формы папоротников, хвощей и плаунов, приспособленные к экономии воды. В конце периода вымирают и семенные папоротники, а их место зани- мают древние голосеменные растения. В триасовом периоде появляются современные голосеменные рас- тения, господствуют древние голосеменные, достигающие наивысшего расцвета. Древние голосеменные растения, такие как, кордаиты, бен- неттиты вымерли, сохранились сосна, кедр, пихта, вельвичия, саговник, гинкго билоба и другие виды. 189 Появление первых покрытосеменных растений в юрском, периоде мезозоя, является новым значительным ароморфозом в растительном мире. Путем идиоадаптаций возникли различные формы жизни: одно- летние, двулетние, многолетние травянистые растения, полукустарники, кустарники и деревья. Среди покрытосеменных есть виды – паразиты, возникшие путем дегенерации. Морфологическое, анатомическое и физиологическое усовершенство- вание вегетативных органов цветковых растений обеспечило покры- тосеменным большое биологическое разнообразие и господствующее положение в растительном мире. Начиная с середины мелового периода, начинается господство покрыто семенных растений. В настоящее время покрытосеменные играют решающую роль в формировании растительного покрова Земли. Адаптивные реакции, основанные на экологических и генети- ческих (анеуплоидия, полиплоидия) факторах способствовали образова- нию огромного разнообразия жизненных форм и экологических групп покрытосеменных растений. Все растения появились благодаря длительному историческому раз- витию, и являются основной составной частью биоценоза и основой цепей питания. Благодаря фотосинтезу, состав атмосферы находится в равновесии. Ключевые слова: филогенез растений, ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация, вегетативные органы. Вопросы и задания. 1. Дайте объяснение филогенезу растений. 2. Объясните усовершенствование вегетативных органов голосеменных растений. 3. Объясните усовершенствование вегетативных органов покрытосемен- ных растений. 4. Объясните роль растений в эволюции в биосферы. Задания для самостоятельной работы. Заполните таблицу эволюционными изменениями в мире растений. Эры и периоды Эволюционные изменения 190 § 37. ФИЛОГЕНЕЗ РЕПРОДУКТИВНЫХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ Объясните значимость генеративных органов растений. Генеративные (или репродуктивные) органы – специальные органы, обеспечивающие размножение растений, расселение потомства, сохранение и процветание вида. Эти органы обеспечивают бесполое и половое размножение растений. Анализируя с точки зрения размножения организмы, относящиеся к систематическим разделам растений, можно увидеть то, что они раз- множаются обычным делением, с помощью спор и семян. Различают следующие типы полового процесса: изогамия, гетерога- мия и оогамия. В половом размножении растений при слиянии половых клеток и образование зиготы у некоторых видов происходит изогамия, у других – гетерогамия, у большинства видов наблюдается оогамия. Половое размножение широко встречалось у развивающихся в воде растений. У водорослей генеративные органы отсутствуют, одноклеточ- ные водоросли размножаются путем обычного деления, а в неблагопри- ятных условиях это клетка участвует в половом размножении. Колониальные водоросли размножаются с помощью гормогониев, а многоклеточные водоросли размножаются разделением таллома на части – фрагментацией или зооспорами. В неблагоприятных услови- ях водоросли образуют жгутиковые гаметы, в результате их слияния образуется зигота. Зигота покрыта плотной оболочкой, она способна переносить неблагоприятные условия и сохранять жизнеспособность, из зиготы развивается новый организм. В результате тектонических изменений поднималась земная кора, постепенно расширялась суша, водорослям, приспособленным к жизни в водной среде, приходилось адаптироваться к новым условиям. Неко- торые древние водоросли постепенно смогли приспособиться к назем- ному образу жизни. Изменение среды обитания привели не только к изменению вегетативного таллома, но и процесса размножения. Репродуктивными органами растений являются: у споровых растений – сорусы, спороносные колоски, спорангии, антеридии и архегонии; у се- менных растений – шишки, цветки, плоды, семена, пыльцевой мешок и семязачаток. Эти органы формируются в жизни растений в определен- ный период и выполняют главную функцию – размножения. 191 У наземных растений в отличии от водорослей, появились многокле- точные спорообразующие органы (спорангии) и гаметообразующие ор- ганы (гаметангии: архегонии и антеридии). В цикле развития у высших споровых растений, таких как, мхи, плауны, папоротники, хвощи проис- ходит смена поколений: гаметофита (поколение, обеспечивающее разви- тие гамет и оплодотворение) и спорофита (поколение, обеспечивающее развитие и созревание спор). У мхов в онтогенезе доминирует гаметофит. В процессе исторического развития высших споровых растений (плауны, папоротники, хвощи) выявилось упрощение гаметофита и усложнение, улучшение в строении спорофита. У них господствует спорофит. Споровые растения размножаются спорами. Споры растений – микро скопические зачатки растений, служащие для их размножения. Представляют собой одноклеточные образования, содержащие очень малое количество питательных веществ для развития. При неблагопри- ятных условиях большая часть спор погибает. Обязательным условием для нормального развития гаметофита является достаточное количество влаги. Из спор, вырастают особи полового поколения (гаметофит). Они имеют специальные мужские и женские половые органы, в которых развиваются мужские и женские половые клетки (гаметы) – подвиж- ные сперматозоиды и неподвижные яйцеклетки. Для оплодотворения необходима вода. Из оплодотворенной яйцеклетки образуется зародыш. Зародыш, образовавшийся, в процессе оплодотворения развивается за счет гаметофита. Он прорастает и превращается в особь бесполого поколения, которая размножается спорами. В процессе эволюции произошли первые семенные растения – семен- ные папоротники. Семя – высокоспециализированный орган размножения и расселения растений по земной поверхности. Семя до полного созре- вания развивается в материнском растении. В отличие от споры, семена многоклеточны, содержат значительное количество питательных веществ; имеют тройную природу: эндосперм, зародыш, семенная кожура. Семя защищает зародыш от неблагоприятных воздействий внешней среды, обеспечивает его питательными веществами на ранних этапах развития. Следующим ароморфозом семенных растений следует считать появление пыльцевой трубки, по которой мужская гамета движется к женской. Оплодотворению предшествует опыление. Мужские гаметы, лишены жгутиков и называются спермиями, процесс оплодотворения не зависит от наличия воды. Благодаря этому семенные растения смогли распространиться по всей Земле и занять господствующее положение почти во всех биоценозах. 192 Семенные растения представлены двумя отделами: голосеменные и покрытосеменные. Голосеменные растения – высшие растения, не имеющие цветков и плодов, но способные к образованию семян. Они имеют незащищен- ные семязачатки, располагающиеся открыто на семенных чешуях ши- шек. Образованию семени предшествует опыление, затем оплодотворе- ние. Голосеменные характеризуются наличием архегония и гаплоидного эндосперма, отсутствием завязи. Широкое распространение и разнообразие строения цветковых расте- ний обусловлено приобретением ими в процессе эволюции ряда аромор- фозов: цветка, образование в составе цветка завязи, заключающей в себе семязачатки и предохраняющей их от действия неблагоприятных усло- вий среды, плода, более совершенной проводящей системы – сосудов. Главными частями цветка являются тычинка и пестик, после процес- са опыления происходит двойное оплодотворение. Семяпочка, располо- женная в завязи, превращается в семя, а завязь – в плод. Семена, имею- щие зародыш, запас питательных веществ и кожуру, защищены тканями околоплодника от внешних воздействий. В дальнейшем околоплодник обеспечивает распространение семян тем или иным способом. Морфологические признаки цветков и плодов разнообразны, именно они лежат в основе систематики покрытосеменных растений. Различные механизмы опыления цветков, осуществляемые насекомыми, ветром, водой, животными, а также механизмы распространения семян и плодов также с помощью животных и птиц, саморазбрасыванием и другими способами привели к расширению ареалов и увеличению разнообра- зия видов. В результате возникновения разнообразных жизненных форм (деревья, кустарники, травы и др.), покрытосеменные – единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества и занимающая господствующее положение в растительном мире. Все растения отдела Покрытосеменные подразделяются на два класса: двудольные и однодольные. Ключевые слова: изогамия, гетерогамия, оогамия, размножение растений, гаметофит, спорофит, генеративные органы. Вопросы и задания. 1. Дайте определение генеративным органам растений. 2. Сравните формирование семени у семенных папоротников и у голо- семенных растений. 193 7 – Биология 11 3. Сравните процессы опыления и оплодотворения у голосеменных и покрытосеменных растений. Объясните их сходства и различия. 4. Объясните сущность процесса двойного оплодотворения, происходяще- го у покрытосеменных растений. Задания для самостоятельной работы. 1. Дайте сравнительную характеристику споровым растениям. Сравниваемые свойства Мхи Папоротники Хвощи Вегетативные органы Генеративные органы Смена поколений Бесполое размножение Половое размножение Ароморфозы 2. Дайте сравнительную характеристику голосеменным и покрыто семенным растениям. Сравниваемые свойства Голосеменные растения Покрытосеменные растения Жизненные формы Ароморфозы Жизненный цикл Представители Лабораторная работа №4. |