Послезародышевое развитие: прямое и непрямое. Причины ослабления конкуренции между родителями и потомством при непрямом развитии.

 
 
    1. Индивидуальное развитие организма  (онтогенез) — период жизни,  который при половом размножении  начинается с образования зиготы, характеризуется необратимыми изменениями  (увеличением массы, размеров, появлением  новых тканей и органов) и  завершается смертью. 
     
     2. Зародышевый (эмбриональный) и послезаро-дышевый (постэмбриональный) периоды индивидуального развития организма. 
     
     3. Послезародышевое развитие (приходит на смену зародышевому) — период от рождения или выхода зародыша из яйца до смерти. Различные пути послезародышевого развития животных — прямое и непрямое: 
     
     1) прямое развитие — рождение потомства, внешне похожего на взрослый организм. Примеры: развитие рыб, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих, некоторых видов насекомых. Так, малек рыбы похож на взрослую рыбу, утенок на утку, котенок на кошку; 
     
     2) непрямое развитие — рождение или выход из яйца потомства, отличающегося от взрослого организма по морфологическим признакам, образу жизни (типу питания, характеру передвижения). Пример: из яиц майского жука появляются червеобразные личинки, живут в почве и питаются корнями в отличие от взрослого жука (живет на дереве, питается листьями). 
     
     Стадии непрямого развития насекомых: яйцо, личинка, куколка, взрослая особь. Особенности жизни животных на стадии яйца и куколки — они неподвижны. Активный образ жизни личинки и взрослого организма, разные условия обитания, использование разной пищи. 
     
     4. Значение непрямого развития — ослабление конкуренции между родителями и потомством, так как они поедают разную пищу, у них разные места обитания. Непрямое развитие — важное приспособление, возникшее в процессе эволюции. Оно способствует ослаблению борьбы за существование между родителями и потомством, выживанию животных на ранних стадиях послезародышевого развития.    

Основные  методы селекций растений и животных. 

 
    1. Селекция — наука о выведении  новых сортов растений и пород  животных с целью увеличения  их продуктивности, повышения устойчивости  к болезням, вредителям, приспособления к местным условиям и др. 
     
     2. Гибридизация (скрещивание) и искусственный отбор — главные методы селекции растений и животных. 
     
     3. Скрещивание как способ увеличения наследственной неоднородности особей сорта или породы, получения исходного материала для искусственного отбора. Виды скрещивания: близкородственное (скрещивание особей одного сорта или породы), неродственное (скрещивание особей разных сортов, пород, разных видов). 
     
     4. Искусственный отбор — сохранение селекционером для размножения особей с нужными человеку признаками, не всегда полезными для самого организма, в отличие от естественного отбора, который сохраняет особей с полезными им признаками. 
     
     5. Выведение с помощью указанных и новых методов сотен и тысяч сортов культурных растений (пшеницы, кукурузы, огурцов, томатов, сои, картофеля), а также десятков пород животных (крупного рогатого скота, лошадей, свиней, кур, гусей). 
     
     6. Необходимость постоянного обновления сортов растений и пород животных в связи с новыми потребностями общества, утрата сортами и породами ценных качеств при их выращивании и разведении.  

Сходства и различия между естественным и искусственным отбором

Искусственный и естественный отбор имеют определенные черты сходства.

        Особенности эволюции культурных форм и природных видов.

Особенности  эволюционного  процесса Эволюция  культурных форм Эволюция  видов в природе Предпосылки и движущие силы эволюции Наследственная  изменчивость. Искусственный отбор  Наследственная  изменчивость. Борьба за существование. Естественный отбор  Темпы эволюции Быстрые (на создание сорта иди породы требуется  от 8—10 до 20 лет) Медленные (тысячи и миллионы лет) Результаты  Многообразие  сортов, пород  Многообразие  видов  Приспособленность Живые организмы  приспособлены к нуждам человека. Формы, обладающие менее полезными  свойствами, выбраковываются. Живые организмы  приспособлены к условиям среды. Формы, обладающие менее полезными  признаками, вымирают.

При сравнении искусственного и естественного отбора обнаруживаются и существенные различия между ними. Если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются). Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.  
 

Многообразие видов в природе, его причины. Влияние деятельности человека на многообразие видов. Биологический прогресс и регресс.  
 
    1. Биосфера — гигантская экологическая система, заселенная разнообразными видами растений (около 0,5 млн), животных (примерно в 3—4 раза больше, чем видов растений), грибов (около 100 тыс. видов), бактерий (около 25 тыс. видов), связанными между собой генетическими, пищевыми, территориальными и др. связями. 
     
     2. Причины многообразия видов. Их возникновение благодаря наследственной изменчивости, действию борьбы за существование и естественного отбора. 
     
     3. Неоднородность вида в пределах ареала, наличие в нем относительно обособленных, однородных по составу групп особей — популяций. Популяция — форма существования вида, единица эволюции, в недрах которой зарождается новый вид. 
     
     4. Предполагаемые этапы видообразования: 1) возникновение у особей мутаций; 2) скрещивание этих особей и распространение в популяции мутаций — причина ее неоднородности; 3) действие различных форм борьбы за существование (межвидовой, внутривидовой; борьбы с неблагоприятными условиями); 4) естественный отбор, сохранение в популяции особей преимущественно с полезными мутациями для конкретных условий среды, оставление ими потомства; 5) изменение генофонда популяции, зарождение нового вида в результате наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора. 
     
     5. Биологический прогресс — направление эволюции, для которого характерно увеличение численности вида, расширение его ареала, образование новых популяций, видов. Примеры эволюции видов по пути прогресса: заяц-русак (около 20 подвидов), виды круглых паразитических червей. 
     
     6. Биологический регресс — направление эволюции, которое приводит к сокращению численности вида, сужению его ареала, уменьшению числа популяций вида и, возможно, в конечном счете к его гибели. Глобальные экологические изменения, вызванные деятельностью человека, непосредственное уничтожение особей — основные причины биологического регресса. 
     
     7. Деятельность человека — мощный фактор биологического прогресса и регресса. Примеры прогресса: появление устойчивых к ядохимикатам видов насекомых-вредителей, к лекарствам — болезнетворных бактерий, бурное развитие в загрязненных водоемах синезеленых. Примеры регресса: сокращение численности промысловых видов млекопитающих, рыб в результате нерегулируемого промысла, рыбной ловли. Меры, сдерживающие и предупреждающие биологический регресс (регулирование численности популяций, рациональное использование природных ресурсов). 
     
     8. Исчезновение вида в экосистеме, особенно доминирующего, — причина исчезновения других связанных с ним видов. Вымирание видов — причина обеднения генофонда, его невосполнимость. Сохранение биологического разнообразия в экосистемах, среды обитания видов — основа поддержания стабильности биосферы. 
 

Приспособленность организмов к среде обитания, ее причины. Относительный характер приспособленности организмов. Приспособленность растений к использованию света в биогеоценозе.  
 
    1. Приспособленность — соответствие строения клеток, тканей, органов, систем органов выполняемым функциям, признаков организма среде обитания. Примеры: наличие крист в митохондриях — приспособление к расположению на них большого числа ферментов, участвующих в окислении органических веществ; удлиненная форма сосудов, их прочные стенки — приспособленность к передвижению по ним воды с растворенными в ней минеральными веществами в растении. Зеленая окраска кузнечиков, богомолов, многих гусениц бабочек, тлей, растительноядных клопов — приспособленность к защите от поедания птицами. 
     
     2. Причины приспособленности — движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор. 
     
     3. Возникновение приспособлений и его научное объяснение. Пример формирования приспособленности у организмов: насекомые раньше не имели зеленой окраски, но вынуждены были перейти на питание листьями растений. Популяции неоднородны по окраске. Птицы съедали хорошо заметных особей, особи с мутациями (появление у них зеленых оттенков) были менее заметны на зеленом листе. При размножении у них возникали новые мутации, но преимущественно сохранялись естественным отбором особи с окраской зеленых тонов. Через множество поколений все особи данной популяции насекомых приобрели зеленую окраску. 
     
     4. Относительный характер приспособленности. Признаки организмов соответствуют лишь определенным условиям среды. При изменении условий они становятся бесполезными, а иногда и вредными. Примеры: рыбы дышат с помощью жабр, через них из воды в кровь поступает кислород. На суше рыба не может дышать, так как кислород из воздуха не поступает в жабры. Зеленая окраска насекомых спасает их от птиц, только когда они находятся на зеленых частях растения, на другом фоне они становятся заметны и не защищены. 
     
     5. Ярусное расположение растений в биогеоценозе — пример приспособленности их к использованию энергии света. Размещение в первом ярусе наиболее светолюбивых растений, а в самом нижнем — теневыносливых (папоротник, копытень, кислица). Плотное смыкание крон в лесных сообществах — причина небольшого числа ярусов в них. 
 

Экологическое и географическое видообразование, их сходство и различие.  
 
    1. Видообразование — важный этап в эволюции органического мира. Причины видообразования — действие движущих сил эволюции (наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор). Способы видообразования: экологическое, географическое и др. 
     
     2. Географическое видообразование, его особенность — расширение ареала вида, появление относительно изолированных популяций, возникновение мутаций у особей популяций, размножение особей и распространение мутаций. В результате борьбы за существование и естественного отбора сохранение особей с полезными для конкретных условий мутациями. Изменение генного состава популяций через множество поколений, биологическая изоляция, утрата способности скрещиваться с особями других популяций — причина зарождения нового вида. Пример: расширение ареала большой синицы привело к образованию трех подвидов; из одного родона-чального вида лютиков образовалось 20 видов. 
     
     3. Экологическое видообразование, его признаки: расселение особей популяций в разных экологических условиях без расширения ареала. Возникновение мутаций, борьба за существование, естественный отбор, действующие в течение многих поколений, — причины изменения генного состава популяций, биологической изоляции, утраты способности скрещиваться с особями других популяций и давать плодовитое потомство, возникновения новых видов. Примеры: люцерна серповидная растет у подножья Кавказа, а люцерна клейкая в горах (вероятно, произошли от одного вида); распадение вида черный дрозд на две группы: одна живет в глухих лесах, а другая — около жилья человека в пределах общего ареала. 
     
     4. Сходство и различия способов видообразования. Их основа — движущие силы эволюции. Географическое видообразование связано с расширением ареала вида и возникновением изолированных 
     
     популяций. Экологическое видообразование связано с заселением особей вида разные экологические условия, что также ведет к биологической изоляции. 
     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Чарльз  Дарвин и его теория эволюции

      

Чарлз Роберт Дарвин (1809-1882) – основоположник эволюционной биологии. Ч.Дарвин является также автором ряда крупных работ  по вопросам ботаники, зоологии, геологии и сравнительной психологии.

      Жизнь и труды Ч. Дарвина. Чарльз Дарвин родился 12 февраля 1809 г. в семье врача. Во время обучения в университетах Эдинбурга и Кембриджа Дарвин получил глубокие знания в области зоологии, ботаники и геологии, навыки и вкус к полевым исследованиям. Большую роль в формировании его научного мировоззрения сыграла книга выдающегося английского геолога Чарльза Лайеля «Принципы геологии». Лайель утверждал, что современный облик Земли складывался постепенно под влиянием тех же естественных сил, что действуют и в настоящее время. Дарвин был знаком с эволюционными идеями Эразма Дарвина, Ламарка и других ранних эволюционистов, но они не казались ему убедительными.

 

 Решающим поворотом  в его судьбе стало кругосветное путешествие на корабле «Бигль» (1832—1837). По словам самого Дарвина, в ходе этого путешествия на него произвели самое сильное впечатление: «1) открытие гигантских ископаемых животных, которые были покрыты панцирем, сходным с панцирем современных броненосцев; 2) то обстоятельство, что по мере продвижения по материку Южной Америки близкородственные виды животных замещают одни других; 3) тот факт, что близкородственные виды различных островов Галапагосского архипелага незначительно отличаются друг от друга. Было очевидно, что такого рода факты, так же как и многие другие, можно было объяснить только на основании предположения, что виды постепенно изменялись, и проблема эта стала преследовать меня».

      По  возвращении из плавания Дарвин начинает обдумывать проблему происхождения  видов. Он рассматривает разные идеи, в том числе идею Ламарка, и отвергает их, так как ни одна из них не дает объяснения фактам поразительной приспособленности животных и растений к условиям их обитания. То, что ранним эволюционистам казалось изначально заданным и не требующим объяснений, представляется для Дарвина самым важным вопросом. Он собирает данные об изменчивости животных и растений в природе и в условиях одомашнивания. Через много лет, вспоминая, как возникла его теория, Дарвин напишет: «Вскоре я понял, что краеугольным камнем успехов человека в создании полезных рас животных и растений был отбор. Однако в течение некоторого времени для меня оставалось тайной, каким образом отбор мог быть применен к организмам, живущим в естественных условиях». Как раз в то время в Англии бурно обсуждались идеи английского ученого Т. Мальтуса о возрастании численности популяций в геометрической прогрессии. «В октябре 1838 г. я прочитал книгу Мальтуса «О народонаселении»,— продолжает Дарвин,— и так как, благодаря продолжительным наблюдениям над образом жизни животных и растений, я был хорошо подготовлен к тому, чтобы оценить значение повсеместно происходящей борьбы за существование, меня сразу поразила мысль, что при таких условиях благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные — уничтожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов».

Алфред  Рассел Уоллес (1823 – 1913) создал одновременно с Ч. Дарвином теорию естественного  отбора. Один из основателей зоогеографии.

      Итак, идея о происхождении видов путем  естественного отбора возникла у  Дарвина в 1838 г. В течение 20 лет  он работал над ней. В 1856 по совету Лайеля он начал готовить свою работу к публикации. В 1858 г. молодой английский ученый Альфред Уоллес прислал Дарвину рукопись своей статьи «О тенденции разновидностей к неограниченному отклонению от первоначального типа». Эта статья содержала изложение идеи происхождения видов путем естественного отбора. Дарвин был готов отказаться от публикации своего труда, однако его друзья геолог Ч. Лайель и ботаник Г. Гукер, которые давно знали об идее Дарвина и знакомились с предварительными набросками его книги, убедили ученого, что обе работы должны быть опубликованы одновременно.

      Книга Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» вышла в 1859 г., и ее успех превзошел все ожидания. Его идея эволюции встретила страстную поддержку одних ученых и жесткую критику других. Этот и последующие труды Дарвина «Изменения животных и растений при одомашнивании», «Происхождение человека и половой отбор», «Выражение эмоций у человека и животных» немедленно после выхода переводились на многие языки. Примечательно, что русский перевод книги Дарвина «Изменения животных и растений при одомашнивании» был опубликован раньше, чем ее оригинальный текст. Выдающийся русский палеонтолог В. О. Ковалевский переводил эту книгу с издательских гранок, предоставленных ему Дарвином, и публиковал ее отдельными выпусками.     
 
 

      Основные  принципы эволюционной теории Ч. Дарвина. Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1.                              В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

2.                              Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.

3.                              Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4.                              В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

5.                              Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6.                              Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

      На  этих постулатах, безупречных с точки  зрения логики и подкрепленных огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.

      Главная заслуга Дарвина в том, что  он установил механизм эволюции, объясняющий  как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм — постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

      Формирование  синтетической теории эволюции. Проблема наследования изменений была ключевой для судьбы дарвиновской теории. Во времена Дарвина господствовали представления о слитной наследственности. Наследственность объяснялась слиянием «кровей» предковых форм. «Крови» родителей смешиваются, давая потомство с промежуточными признаками. Именно с этой позиции выступал против теории Дарвина математик Ф. Дженкин. Он считал, что накопление благоприятных уклонений невозможен, так как при скрещивании они растворяются, разбавляются, становятся пренебрежимо малыми и, наконец, исчезают вовсе. Дарвин, который нашел ответы на большинство возражений против своей теории, выдвинутых его современниками, этим возражением был поставлен в тупик.

      Выход из этого тупика давала теория корпускулярной, дискретной наследственности, созданная  Грегором Менделем (1822—1884). Наследственность дискретна. Каждый родитель передает своему потомку одинаковое количество генов. Гены могут подавлять или модифицировать проявления других генов, но не способны изменять информацию, записанную в них. Иначе говоря, гены не изменяются при слиянии с другими генами и передаются следующему поколению в той же форме, в какой они получены от предыдущего. В случае неполного доминирования мы действительно наблюдаем у потомков первого поколения промежуточное проявление признаков родителей. Но во втором и последующих поколениях родительские признаки могут вновь проявиться в неизменном виде (вспомните § VI-3).

      В 1920-х годах был осуществлен  синтез дарвинизма и генетики. Решающую роль в осуществлении этого синтеза  сыграл выдающийся отечественный генетик  С.С. Ч е т в е р и к  о в. На основании своих работ по анализу природных популяций он пришел к пониманию механизмов накопления и поддержания индивидуальной изменчивости. Одновременно с С. С. Четвериковым к синтезу идей корпускулярной генетики с классическим дарвинизмом пришли Р. Ф и ш е р, Дж. Х о л д е й н и С. Р а й т. Крупный вклад в формирование современной синтетической теории эволюции внесли зоолог Э. М а й р и палеонтолог Дж. С и м п с о н. Теория естественного отбора была развита в трудах выдающегося отечественного ученого И. И. Ш м а л ь г а у з е н а. Основы экологии, биогеографии, филогенетической систематики и этологии (науки о поведении животных), заложенные в трудах Дарвина, развились в самостоятельные науки и, в свою очередь, внесли важнейший вклад в формирование современных представлений о путях, механизмах и закономерностях эволюции. Важнейшие успехи эволюционной биологии в последние годы были достигнуты, благодаря активному применению в эволюционных исследованиях идей и методов молекулярной генетики и биологии развития.  
 

Николай Иванович – гений, 
и мы не сознаем этого только потому, 
что он наш современник.

Д.Н. Прянишников 

Н.И. Вавилов – всемирно известный ученый, внесший огромный вклад в развитие генетики, агрономической науки, систематику и географию культурных растений, разработку научных основ селекции. Он создал теорию интродукции растений, обогатил теорию и методы генетико-селекционных исследований. Его труды переведены на многие языки и изданы во многих странах.

Николай Иванович родился 25 ноября 1887 г. в Москве. Отец его, Иван Ильич, был родом из крестьянской семьи. Определенный в раннем детстве к московскому купцу мальчиком на побегушках, он со временем стал приказчиком, а затем и одним из директоров известной компании «Трехгорная мануфактура». В 1884 г. Иван Вавилов женился на дочери художника-гравера мануфактуры Михаила Асоновича Постникова Александре. Жениху был 21 год, невесте – 16. Александра окончила начальную школу и училась рисованию у отца.

У Вавиловых родились семеро детей, из которых в живых  остались четверо: Александра, Николай, Сергей и Лидия.

Николай рос здоровым, изобретательным, мог постоять не только за себя, но и за маленького брата. Сергей Иванович в своих воспоминаниях  писал: «С братом Колей жили дружно, но он был значительно старше и другого характера, чем я: смелый, решительный, «драчун», постоянно встревавший в уличные драки. С ранних лет он с удовольствием прислуживал в церкви Николы Ваганькова. Но это была «общественная» работа, а вовсе не религиозность. Николай очень рано стал и атеистом, и материалистом».

Среднее образование  Николай получил в Московском коммерческом училище, куда его определил  отец, надеясь, по-видимому, что со временем старший сын станет его преемником. Это учебное заведение было одним из лучших для своего времени в Москве. В нем основательно преподавали естествознание, физику, химию, современные языки. Среди учителей были известные профессора С.Ф. Нагибин, Я.Я. Никитинский, А.Н. Реформатский и др.

В училище Николай  увлекся естествознанием. В саду за домом вместе с младшим братом он оборудовал лабораторию, где пытался  самостоятельно ставить опыты по химии и физике. Коллекционировал бабочек, растения для гербария.

В 1906 г., после окончания училища, несмотря на уговоры отца стать коммерсантом, Николай поступил в Московский сельскохозяйственный институт, бывшую Петровскую сельскохозяйственную академию. Но почему именно Петровка? «Горячую пропаганду за Петровскую академию, – вспоминал впоследствии Николай Иванович, – вели Я.Я. Никитинский и С.Ф. Нагибин – наши учителя в средней школе». Кроме того, учась в старших классах, Николай часто приезжал на Лубянку, в Политехнический музей, где перед широкой публикой выступали многие известные ученые. Особенно нравились ему лекции профессора Н.Н. Худякова, преподававшего в Петровке. «Задачи науки, ее цели, ее содержание редко выражались с таким блеском, – писал Вавилов. – Основы бактериологии, физиологии растений превращались в философию бытия. Блестящие опыты дополняли чары слов. И стар, и млад заслушивались этими лекциями».

Все попытки Ивана  Ильича как-то повлиять на выбор старшего сына не увенчались успехом. По этому  поводу Вавилов рассказывал друзьям, что однажды отец, желая уговорить  сына, пригласил бывшего магистранта истории домой, и тот целую неделю читал специально для него лекции о «почтенности и необходимости для общества» коммерции и промышленности.

В студенческие годы Вавилов выделялся среди товарищей  своими знаниями и способностью к  самостоятельному научному мышлению. Будучи студентом 3-го курса, он выступил на торжественном заседании академии, посвященном 100-летию со дня рождения Ч.Дарвина (1909), с докладом «Дарвинизм и экспериментальная морфология». Его первая научная работа – «Голые слизни (улитки), повреждающие поля и огороды в Московской области», посвященная проблемам патологии растений, была удостоена премии имени основателя Московского Политехнического музея профессора А.П. Богданова и издана в 1910 г. как имевшая большое практическое значение.

После окончания института  Вавилова оставили для подготовки к  профессорскому званию при кафедре  частного земледелия, которой руководил  крупнейший физиолог и агрохимик  Д.Н. Прянишников. Николай Иванович на всю жизнь сохранил уважение и теплую привязанность к своему учителю. Дмитрий Николаевич также любил и очень ценил ученика. Впоследствии Прянишников мучительно страдал из-за того, что он пережил своего ученика, Николая Ивановича. Известно, что после ареста Н.И. Вавилова, преодолев серьезные трудности, он добился встречи с Л.П. Берией, но ему пришлось выслушать лишь грубые нравоучения.

Работая у Прянишникова, Вавилов одновременно стал учеником и сотрудником основоположника  отечественной селекции сельскохозяйственных растений профессора Д.Л. Рудзинского, основавшего Селекционную станцию при Московском сельскохозяйственном институте. Здесь Николай Иванович сделал первые шаги в изучении иммунитета культурных растений к паразитическим грибам. Эта тема продолжала интересовать его всю жизнь, и он посвятил ей немало выдающихся трудов. Он с благодарностью писал Д.Л. Рудзинскому: «Самое лучшее время считаю, когда был практикантом у Вас на станции и оставлен при кафедре... Часто вспоминаю Вас на своей селекционной станции в Детском селе, водрузил Ваш портрет».

В 1911–1912 гг. Вавилов жил в Петербурге, где работал практикантом в Бюро по прикладной ботанике у Р.Э. Регеля и в Бюро по микологии и фитопатологии у известного миколога А.А. Ячевского. Работал с необычайной интенсивностью: днем – изучение обширных коллекций, вечерами (и ночами) – занятия в библиотеке. И так ежедневно... А летом, по его словам, – «просмотр сотен сосудов и тысяч делянок с описанием, размышлением». Николаю Ивановичу везло на встречи с выдающимися учеными. Общение с ними оказало огромное влияние на формирование личности Вавилова как ученого.

В 1913 г. его командировали за границу «для завершения образования» и знакомства с последними достижениями мировой науки. Получив такую возможность, Вавилов направился прежде всего в Лондон к широко известному английскому генетику В.Бэтсону, автору книги «Менделевские основы наследственности» (1902), которую он для верности снабдил подзаголовком «В защиту менделизма». В длительное и далекое путешествие Николай Иванович отправился не один, а с молодой женой Екатериной Николаевной Сахаровой, на которой женился в апреле 1912 г. (их совместная жизнь продолжалась недолго – слишком несхожими оказались характеры. Вскоре после рождения сына Олега семья распалась).

Общение с Бэтсоном и его учениками было для Вавилова поистине бесценным. В «Мекке и Медине генетического мира», как он потом назвал бэтсоновский институт, царил дух напряженных интеллектуальных поисков. Особое внимание уделялось ключевым вопросам науки о наследственности. Здесь он продолжил свои исследования по иммунитету хлебных злаков.

Затем несколько месяцев  Николай Иванович работал в лаборатории  генетики Кембриджского университета у профессоров Пеннета и Бивена. Во время поездки во Францию он ознакомился с новейшими достижениями селекции в семеноводстве на знаменитой селекционной и семеноводческой фирме Вильморенов. В Германии Вавилов посетил лабораторию известного биолога-эволюциониста Э.Геккеля в Йене. Начавшаяся Первая мировая война заставила его вернуться домой.

Из-за дефекта зрения (в детстве он повредил глаз) Вавилов был освобожден от военной службы и поэтому участия в военных действиях не принимал. В течение 1915 г. и в начале 1916 г. Николай Иванович сдал экзамены на магистра, и его подготовка к профессорской деятельности при кафедре Д.Н. Прянишникова была закончена.

Докторская диссертация  Вавилова была посвящена иммунитету растений. Эта же проблема легла  и в основу его первой научной  монографии «Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям», содержавшей критический  анализ мировой литературы и результаты собственных исследований. Она была напечатана в «Известиях Петровской сельскохозяйственной академии» в 1919 г. Это классическая работа, и теперь представляющая теоретический и практический интерес. Исследование иммунитета показало Вавилову, насколько важно изучить все мировое разнообразие культурных растений для выделения из него и выведения иммунных сортов сельскохозяйственных культур. Это обусловило интерес к сбору все большего и большего числа растений, их дифференциации, внутривидовой систематике.

В 1916 г. Николай Иванович совершил свое первое крупное путешествие в Азию, посетив Северный Иран, Фергану и Памир. Оно дало ему интересный материал, использованный в дальнейшем при обосновании закона гомологических рядов для культурной ржи.

Осенью 1917 г. Вавилов получил приглашение возглавить кафедру генетики, селекции и частного земледелия агрономического факультета Саратовского университета. В то же время по рекомендации Р.Э. Регеля, заведующего Отделом (бывшим Бюро) прикладной ботаники, он был избран на должность его помощника.

Наступили тяжелые  годы: разруха после первой мировой  войны, Октябрьская революция, гражданская  война... Но именно в саратовский  период, хотя он и был коротким, взошла звезда Вавилова-ученого. Там он собрал коллектив молодых последователей своих идей, студентов университета, и вместе с ними провел исследования районов Среднего и Нижнего Поволжья. Эти работы легли в основу труда «Полевые культуры Юго-Востока», издать который удалось лишь в 1922 г. В предисловии к нему Вавилов писал: «Вопросы выбора возделываемых растений, сортов, смены одних культур другими, замены старых сортов новыми, оценка сортов – вот преимущественно проблемы, на которые дает краткий ответ настоящий очерк». Книга стала образцом изучения растительных ресурсов. Именно в Саратове ученый обобщил результаты наблюдений над многими коллекционными посевами Московской селекционной станции и при посещении фирмы Вильморена, исследований мировой коллекции пшениц у Персиваля в Англии, своих коллекций.

На III Всесоюзном селекционном съезде (июнь, 1920 г.), проходившем в Саратове, Вавилов выступил с докладом «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости», который был воспринят слушателями как крупнейшее событие в мировой биологической науке. Так, физиолог растений профессор В.Р. Заленский произнес широко известные слова: «Съезд стал историческим. Это биологи приветствуют своего Менделеева».

Изучив множество  видов и сортов растений, Вавилов  впервые установил закономерность в хаосе изменчивости растительного  царства. Все его разнообразие он систематизировал в виде таблицы (действительно напоминающей менделеевскую), с помощью которой смог предсказать существование форм, еще не обнаруженных наукой. Благодаря ему селекционеры могли уже не вслепую, как было раньше, а целенаправленно вести селекционную работу. Это действительно был переворот в генетике, селекции, биологии.

Сегодня закон Вавилова, как и созданная им теория иммунитета растений, принадлежит к наиболее фундаментальным открытиям естествознания. Он действует уже не только применительно к миру растений – гомологические ряды найдены в царстве животных, микроорганизмов. Он служит важным теоретико-методологическим инструментом в построении модели наследственных изменений.

Последние 20 лет недолгой жизни Николая Ивановича связаны с Петербургом. В марте 1921 г. он был избран заведующим Отделом прикладной ботаники и селекции. «Сижу в кабинете за столом Роберта Эдуардовича Регеля, и грустные мысли несутся одна за другой. Жизнь здесь трудна, люди голодают, нужно вложить в дело душу живую, ибо жизни здесь почти нет... Надо заново строить все. Бессмертными остались лишь книги да хорошие традиции...» – писал из Петрограда Вавилов.

Это было очень тяжелое  время. Заканчивалась гражданская  война... Все приходилось добывать, выбивать, искать: машины, лошадей к севу, топливо, книги, мебель, жилье, пайки. Трудно сказать, когда он ел и спал. Однажды поздно вечером он заглянул к профессору В.Е. Писареву, ближайшему помощнику, смущаясь, попросил его жену приготовить обед из своих запасов: пшена и маленького кусочка сала. Из пшена сварили кашу, и Вавилов признался, что уже неделю не ел горячего. Тем не менее работа продолжалась.

Вместе с Николаем Ивановичем в город переехали  многие его саратовские коллеги, и он с гордостью говорил: «Мы  представляем собой спаянную группу, которая позволяет вести корабль к цели». В 1924 г. отдел был преобразован во Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур (с 1930 г. – Всесоюзный институт растениеводства – ВИР), и Вавилова утвердили его директором. Институт стал основой для образования Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина (ВАСХНИЛ), а Николай Иванович стал ее первым президентом. В системе ВАСХНИЛ была создана сеть учреждений по всей стране. Многочисленными отделениями и опытными станциями ВИРа, как и институтами ВАСХНИЛ, Вавилов руководил самым непосредственным образом.

Это был необыкновенный человек, и привычные жизненные  мерки в применении к нему теряют всякий смысл. По свидетельствам ближайших  сотрудников, общавшихся с ученым длительное время, он обладал совершенно феноменальной работоспособностью. Рабочий день, расписанный, по его выражению, по получасам, продолжался обычно 16–18 ч в сутки. В поездках Николаю Ивановичу хватало для сна немногих часов переезда или перелета, и уже в 4 ч утра он начинал осмотр посевов, часто продолжавшийся почти без перерывов до позднего вечера. А вечерами – обсуждение и оценка увиденного, деловые совещания, просмотр литературы, новые планы... И так каждый день, всю жизнь...

Приехав на селекционную станцию или в лабораторию, он задавал ее сотрудникам такой темп, что после его отъезда, случалось, некоторым из них предоставлялся недельный отпуск, а Вавилов как ни в чем не бывало ехал дальше – в следующую лабораторию.

Несмотря на такой  темп жизни, Николай Иванович успевал следить не только за научными, но и за культурными новостями, был доброжелательным человеком, всегда готовым помочь. Приходивших для консультаций ученых или работников производства он нередко принимал дома; беседы с ними затягивались иногда до ночи. Академик Е.И. Павловский писал: «В Николае Ивановиче Вавилове счастливым образом сочетались огромный талант, неиссякаемая энергия, исключительная трудоспособность, прекрасное физическое здоровье и редкое личное обаяние. Иногда казалось, что он излучает какую-то творческую энергию, которая действует на окружающих, вдохновляет их и будит новые мысли».

ВИР занимался всесторонним изучением, поиском и сбором семян  культурных растений и их диких сородичей, выяснением границ и особенностей земледелия в различных районах Земли для использования растительных ресурсов и опыта мирового земледелия при совершенствовании сельского хозяйства нашей страны. Важно подчеркнуть, что поиски шли не вслепую, а опирались на стройную теорию центров происхождения культурных растений, разработанную Вавиловым (книга «Центры происхождения культурных растений» вышла в 1926 г., и за этот труд Н.И. Вавилов был удостоен Ленинской премии). В дальнейшем не только отечественные, но и многочисленные зарубежные экспедиции отправлялись по маршрутам, намеченным Николаем Ивановичем.

Значение этого  учения особенно возросло в настоящее  время, когда происходит массовое исчезновение природных ландшафтов и систем примитивного земледелия. Внимание не только специалистов, но и широкой общественности привлечено сейчас к проблеме сохранения генофондов культурной и дикой флоры: обеднение или потеря этого наследственного потенциала будет невосполнимой утратой для человечества. Мероприятия по сохранению генофондов должны строиться на изучении регионов, где разнообразие культурных растений и их диких сородичей наиболее велико.

К 1940 г. коллекция образцов растений, собранная Вавиловым и его сотрудниками, была самой большой в мире и насчитывала 250 тыс. наименований, из них 36 тыс. образцов пшеницы, 10 тыс. – кукурузы, 23 тыс. – кормовых и т.д. На ее основе были созданы и продолжают создаваться многие отечественные сорта сельскохозяйственных культур.

К 1920-м–началу 1930-х гг. относятся многочисленные экспедиции Вавилова и его сотрудников по сбору и изучению культурных растений. «Если у тебя есть десять рублей в кармане – путешествуй!» – смеялся Николай Иванович, посетивший больше 30 стран. Трудно даже представить себе, как один человек мог объехать столько стран, собрать десятки тысяч образцов семян и растений. «Если ты встал на путь ученого, – говорил Вавилов, – то помни, что обрек себя на вечные искания нового, на беспокойную жизнь до гробовой доски. У каждого ученого должен быть мощный ген беспокойства. Он должен быть одержимым». Одержимость и была одной из характерных черт Вавилова.

Многие из его путешествий  были сопряжены с большим риском. Еще в 1923 г. он писал: «...мне не жалко отдать жизнь ради самого малого в науке... Бродя по Памиру и Бухаре, приходилось не раз бывать на краю гибели, было жутко не раз... И как-то было даже, в общем, приятно рисковать». Особенно трудными и опасными были экспедиции в Афганистан (1924) и Эфиопию (1927). За первую ученый был удостоен золотой медали Русского географического общества «За географический подвиг».

Экспедиции Вавилова заинтересовали ученых многих стран. Ему  стали подражать, поняв огромную значимость сборов растительного материла. Имя Николая Ивановича упоминалось  наряду с именами наиболее прославленных  в мире путешественников.

Деятельность Вавилова получила широкое признание в нашей стране и за рубежом. В 1923 г. он был избран членом-корреспондентом, а в 1929 г. – действительным членом АН СССР. Николай Иванович был избран членом Английского королевского общества, Чехословацкой, Шотландской, Индийской, Германской академий наук, Линнеевского общества в Лондоне, Американского ботанического общества и ряда других национальных и международных организаций. Известный американский генетик Г.Меллер более чем через 20 лет после смерти Николая Ивановича писал: «Он был поистине велик во всех отношениях – выдающийся ученый, редкий организатор и руководитель, необыкновенно цельный, открытый, душевно здоровый... В работе, в делах, в решении всевозможных проблем ему свойственна была необыкновенная проницательность и широта ума, и при этом никогда я не встречал человека, который бы так любил жизнь, так щедро себя тратил, так щедро и много созидал».

Однако начиная  с середины 1930-х гг. Вавилов и его сотрудники были вовлечены в «дискуссии» по проблемам генетики и селекции, которые быстро перестали быть научными и свелись к травле ученого. Первое открытое публичное столкновение, навязанное Т.Д. Лысенко и его единомышленниками, произошло в 1936 г. на сессии ВАСХНИЛ. Здесь лысенковцы, продемонстрировав свои «достижения», обвинили генетику в практической и теоретической никчемности. Это была целиком демагогическая, но точно рассчитанная политическая провокация, имевшая тяжелые последствия (подробно о развитии генетики в России вы можете узнать из книги: Дубинин Н.И. История и трагедия советской генетики – М.: Наука, 1992.

Т.Д. Лысенко, Герой Социалистического труда, кавалер семи орденов Ленина, был, видимо, единственным в истории деятелем науки, заслужившим титул «великий» еще при жизни. Его портреты висели во всех научных учреждениях, в художественных салонах продавались бюсты «народного академика». Государственный русский хор исполнял величальную «Слава академику Лысенко», а в песенниках, издававшихся 200-тысячными тиражами, были частушки:

Веселей играй, гармошка, 
Мы с подругою вдвоем 
Академику Лысенко 
Славу вечную споем! 
Он мичуринской дорогой 
Твердой поступью идет, 
Менделистам-морганистам 
Нас дурачить не дает!

Теоретической платформой Лысенко был ламаркизм, представления  о наследовании благоприобретенных признаков. Он использовал их, создав «учение» о выведении нужных сортов и свойств путем «воспитания» растений и животных с помощью изменения условий внешней среды и назвав его «мичуринской биологией». При этом существование генов, мутаций, хромосом отрицалось. Вскоре, пообещав быстро восстановить сельское хозяйство, Лысенко стал любимцем главы государства. И Сталин верил ему, верил больше, чем самым крупным ученым.

Карьера Лысенко в  тех условиях была обеспечена. Мягкий, деликатный, доброжелательный, уступчивый, Николай Иванович обнаружил большую твердость духа, когда ему пришлось вести бой за научную истину. «Я борюсь, прижатый к стене, но я никогда не сдамся» – писал он в 1938 г. своему другу, американскому ученому Харланду. А годом позже сказал с трибуны: «Пойдем на костер, будем гореть, но от убеждений своих не откажемся». Эти его слова оказались пророческими.

Начиная с 1930 г. на Вавилова было заведено персональное дело, которое с каждым годом распухало от доносов. С 1934 г. ему не разрешили выезжать в командировки за границу, в 1935 г. запретили празднование юбилея ВИРа и 25-летие его научной деятельности; с 1935 г. Николая Ивановича, недавнего члена ЦИКа, ВЦИКа, Ленсовета, перестали избирать куда бы то ни было. К 1939 г. многие селекционеры, генетики, агрономы были арестованы, а их место заняли лысенковцы.

Жертвами массовых репрессий стали опытнейшие сотрудники ВАСХНИЛ и селекционных станций. Погибли как враги народа друзья и соратники Вавилова – академик Н.П. Горбунов, один из создателей ВАСХНИЛ и ВИРа, президент ВАСХНИЛ А.И. Муралов, вице-президенты Н.М. Тулайков, Г.К. Мейстер и многие другие деятели сельскохозяйственной науки такого же масштаба...

Судьба Вавилова тоже была решена. Он был арестован 6 августа 1940 г. в Черновцах. Целый год Николай Иванович просидел в одиночной камере, выдерживая бесконечные допросы. Мы не знаем и вряд ли узнаем, что он думал и переживал в эти дни. В самом начале войны дело было передано в военную коллегию Верховного суда СССР, и 9 июля 1941 г. состоялся суд.

Судил Вавилова сам  В.В. Ульрих, председатель военной коллегии. Что это было за судилище, можно понять хотя бы по протоколу. Время начала и конца заседания не отмечено, текста – две странички. Николай Иванович не признал себя виновным. В постановлении на арест, в частности, утверждалось, что он был одним из руководителей антисоветской, шпионской, контрреволюционной организации «Трудовая крестьянская партия» и по его заданию в ВИРе проводили специальные исследования, опровергавшие новые теории Мичурина и Лысенко. Свидетели по делу не допрашивались. Обвиняемый был приговорен к высшей мере наказания.

Вавилова отправили  в тюрьму № 1 г. Саратова, расстрел в порядке помилования заменили 20 годами лишения свободы. Свидетели последних месяцев жизни ученого рассказывали, что Николай Иванович пытался поднять дух заключенных, ободрял их, читал им лекции по генетике. Те, кто остался в живых, помнили их долгие годы.

Он умер 26 января 1943 г. Место захоронения Н.И. Вавилова до сих пор неизвестно. В августе 1955 г. военная коллегия Верховного суда СССР вынесла решение о реабилитации ученого. Вскоре за тем началось переиздание его трудов. В 1964 г. в нашей стране изменилось наконец отношение к генетике, получившей возможность для дальнейшего развития.

Имя Николая Ивановича  присвоено ВИРу (1967), Институту общей генетики АН СССР (1983), а также Саратовскому сельскохозяйственному институту и Всесоюзному обществу генетиков и селекционеров. Его имя украшает первую страницу крупнейшего международного журнала «Heredity» («Наследственность») наряду с именами Ч.Дарвина, Г.Менделя, К.Линнея, других корифеев науки.

Николай Иванович был  энциклопедически образованным человеком, знавшим около 20 языков и переписывавшийся с учеными 93 стран! Только что вышедшие научные труды он получал от их авторов – крупнейших ученых мира. Вавилов обладал феноменальной памятью: просматривая посевы в поле, он мог тут же диктовать сменяющим друг друга стенографисткам целые главы своих книг, причем с точными цифровыми выкладками, цитатами... Деятельности Вавилова, его научному и человеческому подвигу посвящены многочисленные научные, документальные и художественные публикации, кинофильмы. Прав был профессор П.А. Баранов, участник нескольких экспедиций Вавилова, когда писал: «Яркая и прекрасная жизнь Николая Ивановича долго будет привлекать внимание исследователей и вдохновлять писателей... Наша молодежь должна знать эту большую жизнь, которую можно по праву назвать подвигом ученого, должна учиться на ней, как нужно самоотверженно работать и как нужно любить свою родину и науку».

Введение

Вопрос  о том, когда на Земле появилась  жизнь, всегда волновал не только учёных, но и всех людей. Ответы на него содержатся в священных писаниях практически всех религий. Хотя точного  научного ответа на него до сих пор  нет, некоторые факты  позволяют высказать более или менее обоснованные гипотезы. В Гренландии исследователями был найден образец горной породы с крошечными вкраплениями углерода. Возраст образца более 3,8 млрд. лет. Источником углерода, скорее всего, было какое-то органическое вещество - за такое время оно полностью утратило свою структуру. Учёные полагают, что этот комочек углерода может быть самым древним следом жизни на Земле.

Происхождение жизни, возникновение  живых существ - одна из центральных проблем  естествознания, которая  представляет как познавательный, так и научный интерес. Живые организмы в отличие от неживых имеют совокупность признаков: обмен веществ и энергии, способность к росту и развитию, размножению, к поддержанию определённого состава. Кроме того, для них характерно наличие саморегулирующейся метаболической системы (обмен веществ) и они обладают способностью к точному самовоспроизведению собственной метаболической системы (репликация ДНК, её матричное копирование и специфически детерминированный синтез белков-ферментов) и др.

Согласно  современным представлениям, жизнь - это одна из форм существования  материи, закономерно  возникающая при  определённых условиях в процессе её развития. Однако такая концепция  появилась в ожесточённой многовековой борьбе материализма с различными идеалистическими течениями. Суть различных представлений о происхождении жизни можно выразить в трёх главных концепциях. Одна из них - идеалистические религиозные представления о сотворении всего живого из неживого Творцом, другая - абиогенез Абиогенез - образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов; возникновение живого из неживого. и третья - биогенез Биогенез - образование органических соединений живыми организмами; эмпирическое обобщение, утверждающее, что всё живое происходит от живого..

История представлений о  возникновении жизни  на Земле

В теории абиогенеза два  принципиально разных подхода: наивно-материалистические представления древних  греков о самозарождении живых организмов из неживой природы и современные диалектико-материалистические представления о естественном возникновении жизни. В частности, Аристотель в принципе придерживался материалистических представлений об абиогенезе живых существ из неорганической природы. Однако его взгляды и взгляды его средневековых последователей превратились в механистические представления о самозарождении высокоразвитых органических форм (как растений, так и животных) непосредственно из неорганической материи (грязь, ил, пот и т.д.), а также о порождении одними формами других (например, гуси, овцы - из плодов деревьев).

Первый  удар по представлениям о самозарождении нанесли эксперименты флорентийского естествоиспытателя Франческо Реди, который  доказал невозможность  самозарождения мух  в мясе. Наряду с  опытными открытыми сосудами с мясом он использовал контрольные, завязанные марлей и недоступные для мух. В контрольных сосудах черви (личинки мух) не могли самозарождаться. Однако эти эксперименты Франческо Реди не смогли опровергнуть представления о самозарождении, устоявшиеся веками.

Спустя  несколько лет  после проведённых  экспериментов Франческо  Реди голландский  учёный Антони Левенгук открыл микроскопические существа, "самозарождение" которых можно  было наблюдать в  капельке чистой воды. Это открытие Антони Левенгуком микромира дало толчок развитию представлений о самозарождении, но уже на уровне микромира. Не дали окончательного ответа и эксперименты итальянского учёного Ладзаро Спалланцани, продемонстрировавшего невозможность самозарождения микроскопических живых существ в питательных жидкостях и бульонах после их кипячения в запаянных ретортах. Несогласные с выводами Ладзаро Спалланцани учёные считали, что в его экспериментах был нарушен доступ в сосуды активного начала, якобы содержащегося в воздухе и необходимого для самозарождения. Только остроумные опыты выдающегося французского учёного-микробиолога Луи Пастера смогли убедить всех скептиков и сокрушить представления о самозарождении.

Впервые определение биогенеза  было выведено на основании  опытов Луи Пастера. Он нагревал бульон в колбе с длинным, дважды изогнутым кончиком, в котором оседали все споры микроорганизмов, содержащиеся в воздухе, поступавшем в колбу после кипячения бульона. Такая конструкция колбы не препятствовала доступу воздуха, т.е. "активного начала". Колба оставалась стерильной месяцами, но стоило смочить бульоном изогнутое колено, как в колбе начиналось интенсивное развитие микроорганизмов. Опыты Луи Пастера сыграли важную роль в развенчании представлений о самозарождении и помогли утвердиться гипотезе биогенеза. Был сформулирован закон "Всё живое из живого", который имел большое значение для развития биологической науки и в то же время более чем на полвека исключил возможность рассмотрения абиогенного (из неорганической природы) пути возникновения живой материи. Биогенез как гипотеза о происхождении жизни не даёт материалистического ответа на вопрос об истоках появления органической материи во Вселенной. Однако она может вполне материалистически объяснить возникновение жизни на Земле путём заселения её спорами микроорганизмов и других низших форм жизни.

Гипотезы  возникновения жизни  на Земле

Перенесёмся на 4 миллиарда лет  назад. Атмосфера  не содержит свободного кислорода, он находится  только в составе  окислов. Почти никаких  звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счёт сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.

Как считает известный  специалист в области  проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале её эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?

В 1924 году русским биохимиком Александром Ивановичем Опариным, а позднее, в 1929 году, Дж. Холдейном  была высказана гипотеза о возникновении жизни как результате длительной эволюции углеродных соединений, которая легла в основу современных представлений. Александр Иванович Опарин исходил из того, что возникновение живых существ из неживой природы невозможно в современных условиях. Абиогенное возникновение живой материи, возможно, было только в условиях древней атмосферы. Доказать это можно логически, проанализировав историю возникновения Земли и формирования атмосферы.

Возраст Земли составляет около 5 миллиардов лет. Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. За счёт движения (вращения) и сил гравитации всё новые и новые частицы увеличивали массу Земли. При этом силы гравитации возрастали, плотность Земли увеличивалась и происходило её разогревание. Как и всякое разогретое тело, Земля остывала, переходила из газообразного в жидкое состояние, а затем на её поверхности начала формироваться твёрдая корка. В результате этих процессов происходили химические реакции, тяжёлые вещества оседали к центру и образовывали ядро Земли, а более лёгкие - оболочку. За счёт сил гравитации Земля удерживала газовую оболочку. По мере её охлаждения из конденсировавшихся в верхних слоях атмосферы водяных паров образовались моря и океаны. С разогретой поверхности Земли, горячих морей и океанов интенсивно испарялась вода, которая, конденсируясь в верхних слоях атмосферы, опять возвращалась в виде обильных ливней. Всё это сопровождалось грозами. Частые и мощные электрические разряды - один из источников энергии, который мог использоваться для абиогенного синтеза органических соединений. Для таких же целей источником энергии могли служить жёсткое ультрафиолетовое излучение (из-за отсутствия в атмосфере Земли кислорода, а значит, и озонового экрана), радиация высоких энергий и тепловая энергия земных недр.

Большинство исследователей сходятся на том, что в процессе образования атмосферы  участвовали реакции, сформировавшие многочисленные газообразные соединения. Основными из них  являются гидриды (метан, аммиак, вода газообразная), а также водород и некоторые другие газы, но при полном отсутствии газообразного кислорода.

Согласно  одной из гипотез  жизнь началась в  кусочке льда. Хотя многие учёные полагают, что присутствующий в атмосфере углекислый газ обеспечивал поддержание тепличных условий, другие считают, что на Земле господствовала зима. При низкой температуре все химические соединения более стабильны и поэтому могут накапливаться в больших количествах, чем при высокой температуре. Занесенные из космоса осколки метеоритов, выбросы из гидротермальных источников и химические реакции, происходящие при электрических разрядах в атмосфере, были источниками аммиака и таких органических соединений, как формальдегид и цианид. Попадая в воду Мирового океана, они замерзали вместе с ней. В ледяной толще молекулы органических веществ тесно сближались и вступали во взаимодействия, которые приводили к образованию глицина и других аминокислот. Океан был покрыт льдом, который защищал вновь образовавшиеся соединения от разрушения под действием ультрафиолетового излучения. Этот ледяной мир мог растаять,

например, при падении на планету огромного  метеорита (рис. 1).

Чарлз Дарвин и его современники полагали, что жизнь  могла возникнуть в водоёме. Этой точки  зрения многие учёные придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоёме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения ещё больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций. Например, две молекулы фосфатальдегида, встретившиеся на поверхности минерала, реагировали между собой с образованием фосфорилированной углеводной молекулы - возможного предшественника рибонуклеиновой кислоты (рис. 2).

А может быть, жизнь  возникла в районах  вулканической деятельности? Непосредственно  после образования  Земля представляла собой огнедышащий  шар магмы. При  извержениях вулканов и с газами, высвобождавшимися  из расплавленной магмы, на земную поверхность выносились разнообразные химические вещества, необходимые для синтеза органических молекул. Так, молекулы угарного газа, оказавшись на поверхности минерала пирита, обладающего каталитическими свойствами, могли реагировать с соединениями, имевшими метильные группы, и образовывать уксусную кислоту, из которой затем синтезировались другие органические соединения (рис. 3).

Образование первичных органических соединений

Впервые получить органические молекулы - аминокислоты - в лабораторных условиях, моделирующих те, что были на первобытной Земле, удалось американскому учёному Стэнли Миллеру в 1952 году. Тогда эти эксперименты стали сенсацией, и их автор получил всемирную известность. В настоящее время он продолжает заниматься исследованиями в области предбиотической (до возникновения жизни) химии в Калифорнийском университете. Установка, на которой был осуществлён первый эксперимент, представляла собой систему колб, в одной из которых можно было получить мощный электрический разряд при напряжении 100000 В. Миллер заполнил эту колбу природными газами - метаном, водородом и аммиаком, которые присутствовали в атмосфере первобытной Земли. В колбе, расположенной ниже, было небольшое количество воды, имитирующей океан. Электрический разряд по своей силе приближался к молнии, и Миллер ожидал, что под его действием образуются химические соединения, которые, попав затем в воду, прореагируют друг с другом и образуют более сложные молекулы. Результат превзошёл все ожидания. Выключив вечером установку и вернувшись на следующее утро, Миллер обнаружил, что вода в колбе приобрела желтоватую окраску. То, что образовалось, оказалось бульоном из аминокислот - строительных блоков белков. Таким образом, этот эксперимент показал, как легко могли образоваться первичные ингредиенты живого. Всего-то и нужны были - смесь газов, маленький океан и небольшая молния. Другие учёные склонны считать, что древняя атмосфера Земли отличается от той, которую моделировал Миллер, и состояла, скорее всего, из углекислого газа и азота. Используя эту газовую смесь и экспериментальную установку Миллера, химики попытались получить органические соединения. Однако их концентрация в воде была такой ничтожной, как если бы растворили каплю пищевой краски в плавательном бассейне. Естественно, трудно себе представить, как могла возникнуть жизнь в таком разбавленном растворе. Если действительно вклад земных процессов в создание запасов первичного органического вещества был столь незначителен, то откуда оно вообще взялось? Может быть, из космоса? Астероиды, кометы, метеориты и даже частицы межпланетной пыли могли нести на себе органические соединения, включая аминокислоты. Эти внеземные объекты могли обеспечить попадание в первичный океан или небольшой водоём достаточного для зарождения жизни количества органических соединений. Последовательность и временной интервал событий, начиная от образования первичного органического вещества и кончая появлением жизни как таковой, остаётся и, наверное, навсегда останется загадкой, волнующей многих исследователей, равно как и вопрос, что собственно, считается жизнью.

Что считать жизнью?

В настоящее время  существует несколько  научных определений  жизни, но все они  не точны. Одни из них  настолько широки, что под них  попадают такие неживые  объекты, как огонь или кристаллы минералов. Другие - слишком узки, и в соответствии с ними мулы, не дающие потомства, не признаются живыми.

Одно  из наиболее удачных  определяет жизнь  как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести  себя в соответствии с законами дарвиновской эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить подобных себе потомков, которые  наследуют признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия мутаций - генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают популяционную изменчивость. И, в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.

Какие же элементы системы  были необходимы, чтобы  у неё появились  характеристики живого организма? Большое число биохимиков и молекулярных биологов считают, что необходимыми свойствами обладали молекулы РНК. Рибонуклеиновые кислоты - это особенные молекулы. Одни из них могут реплицироваться, мутировать, таким образом, передавая информацию, и, следовательно, они могли участвовать в естественном отборе. Правда, они не способны сами катализировать процесс репликации, хотя учёные надеются, что в недалёком будущем будет найден фрагмент РНК с такой функцией. Другие молекулы РНК задействованы в "считывании" генетической информации и передаче её на рибосомы, где происходит синтез белковых молекул, в котором принимают участие молекулы РНК третьего типа.

Таким образом, самая примитивная  живая система  могла быть представлена молекулами РНК, удваивающимися, подвергающимися мутациям и подверженными естественного отбору. В ходе эволюции на основе РНК возникли специализированные молекулы ДНК - хранители генетической информации - и не менее специализированные молекулы белка, взявшие на себя функции катализаторов синтеза всех известных в настоящее время биологических молекул.

В некий момент времени "живая  система" из ДНК, РНК  и белка нашла  приют внутри мешочка, образованного липидной мембраной, и эта  более защищённая от внешних воздействий  структура послужила  прототипом самых первых клеток, давших начало трём основным ветвям жизни, которые представлены в современном мире бактериями, археями и эукариотами. Что касается даты и последовательности появления таких первичных клеток, то это остаётся загадкой. Кроме того, по простым вероятностным оценкам для эволюционного перехода от органических молекул к первым организмам не хватает времени - первые простейшие организмы появились слишком внезапно.

В течение многих лет  учёные полагали, что  жизнь вряд ли могла  возникнуть и развиваться в тот период, когда Земля постоянно подвергалась столкновениям с большими кометами и метеоритами, а завершился этот период примерно 3,8 миллиарда лет тому назад. Однако недавно в самых древних на Земле осадочных породах, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет, по крайней мере, 3,86 миллиардов лет. Значит, первые формы жизни могли возникнуть за миллионы лет до того, как прекратилась бомбардировка нашей планеты крупными космическими телами. Но тогда возможен и совсем другой сценарий (рис. 4). Органическое вещество попадало на Землю из космоса вместе с метеоритами и другими внеземными объектами, бомбардировавшими планету в течение сотен миллионов лет с момента её образования. Ныне столкновение с метеоритом - событие довольно редкое, но и сейчас из космоса вместе с межпланетным материалом на Землю продолжают поступать точно такие же соединения, как и на заре жизни.

Падавшие  на Землю космические  объекты могли  сыграть центральную  роль в возникновении жизни на нашей планете, так как, по мнению ряда исследователей, клетки, подобные бактериям, могли возникнуть на другой планете и затем уже попасть на Землю вместе с астероидами. Одно из свидетельств в пользу теории внеземного происхождения жизни было обнаружено внутри метеорита, по форме напоминающего картофелину и названного ALH84001. Первоначально этот метеорит был частичкой марсианской коры, которая затем была выброшена в космос в результате взрыва при столкновении огромного астероида с поверхностью Марса, происшедшего около 16 миллионов лет назад. А 13 тысяч лет назад после длительного путешествия в пределах Солнечной системы этот осколок марсианской породы в виде метеорита приземлился в Антарктике, где и был недавно обнаружен. При детальном исследовании метеорита внутри него были обнаружены палочковидные структуры, напоминающие по форме окаменелые бактерии, что дало повод для бурных научных споров о возможности жизни в глубине марсианской коры. Разрешить эти споры удастся не ранее 2005 года, когда Национальное управление по аэронавтике и космическим исследованиям Соединённых Штатов Америки осуществит программу полёта на Марс межпланетного корабля для отбора проб марсианской коры и доставки образцов на Землю. И если учёным удастся доказать, что микроорганизмы когда-то населяли Марс, то о внеземном возникновении жизни и о возможности занесения жизни из Космоса можно будет говорить с большей долей уверенности.

Эволюция  жизни на Земле

В настоящее время, да, наверное, и в  будущем, наука не сможет дать ответ на вопрос, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, - предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна из ветвей - эукариоты, клетки которых имеют оформленное ядро, содержащее генетический материал, и специализированные органеллы: митохондрии, вырабатывающие энергию, вакуоли и др. К эукариотным организмам относятся водоросли, грибы, растения, животные и человек.

Вторая  ветвь - это бактерии - прокариотные (доядерные) одноклеточные организмы, не имеющие выраженного ядра и органелл. И наконец, третья ветвь - одноклеточные организмы, именуемые археями, или архебактериями, клетки которых имеют такое же строение, как и у прокариот, но совсем другую химическую структуру липидов.

Многие  архебактерии способны выживать в крайне неблагоприятных экологических условиях. Некоторые из них являются термофилами и обитают только в горячих источниках с температурой 90С и даже выше, где другие организмы попросту погибли бы. Превосходно чувствуя себя в таких условиях, эти одноклеточные организмы потребляют железо и серосодержащие вещества, а также ряд химических соединений, токсичных для других форм жизни. По мнению учёных, найденные термофильные архебактерии являются крайне примитивными организмами и в эволюционном отношении - близкими родственниками самых древних форм жизни на Земле. Интересно, что современные представители всех трёх ветвей жизни, наиболее похожие на своих прародителей, и сегодня обитают в местах с высокой температурой. Исходя из этого, некоторые учёные склонны считать, что, вероятнее всего, жизнь возникла около 4 миллиардов лет тому назад на дне океана вблизи горячих источников, извергающих потоки, богатые металлами и высокоэнергетическими веществами. Взаимодействуя друг с другом и с водой стерильного тогда океана, вступая в самые разнообразные химические реакции, эти соединения дали начало принципиально новым молекулам. Так, в течение десятков миллионов лет в этой "химической кухне" готовилось самое большое блюдо - жизнь. И вот около 4,5 миллиардов лет назад на Земле появились одноклеточные организмы, одинокое существование которых продолжалось весь докембрийский период.

Всплеск эволюции, давший начало многоклеточным организмам, произошёл гораздо  позже, немногим более  полумиллиарда лет  назад. Хотя размеры  микроорганизмов столь малы, что в одной капле воды могут поместиться миллиарды, масштабы проведённой ими работы грандиозны.

Полагают, что первоначально  в земной атмосфере  и Мировом океане не было свободного кислорода, и в  этих условиях жили и развивались  лишь анаэробные микроорганизмы. Особым шагом в эволюции живого было возникновение фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов. Если первые фотосинтетики выделяли метан или сероводород, то появившиеся однажды мутанты начали вырабатывать в процессе фотосинтеза кислород. По мере накопления кислорода в атмосфере и водах анаэробные бактерии, для которых он губителен, заняли бескислородные ниши.

В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 миллиардов лет, были обнаружены структуры, которые считают остатками цианобактерий - первых фотосинтезирующих микроорганизмов. О былом господстве анаэробных микроорганизмов и цианобактерий свидетельствуют строматолиты, встречающиеся в мелководных прибрежных акваториях не загрязнённых солёных водоёмов. По форме они напоминают большие валуны и представляют интересное сообщество микроорганизмов, живущее в известняковых или доломитовых породах, образовавшихся в результате их жизнедеятельности. На глубину нескольких сантиметров от поверхности строматолиты насыщены микроорганизмами: в самом верхнем слое обитают фотосинтезирующие цианобактерии, вырабатывающие кислород; глубже обнаруживаются бактерии, которые до определённой степени терпимы к кислороду и не нуждаются в свете; в нижнем слое присутствуют бактерии, которые могут жить только в отсутствии кислорода. Расположенные в разных слоях, эти микроорганизмы составляют систему, объединённую сложными взаимоотношениями между ними, в том числе пищевыми. За микробной плёнкой обнаруживается порода, образующаяся в результате взаимодействия остатков отмёрших микроорганизмов с растворённым в воде карбонатом кальция. Учёные считают, что когда на первобытной Земле ещё не было континентов, и лишь архипелаги вулканов возвышались над поверхностью океана, мелководье изобиловало строматолитами.

В результате жизнедеятельности  фотосинтезирующих  цианобактерий в  океане появился кислород, а примерно через 1 миллиард лет после  этого он начал  накапливаться в  атмосфере. Сначала  образовавшийся кислород взаимодействовал с  растворённым в воде железом, что привело к появлению окислов железа, которые постепенно осаждались на дне. Так в течение миллионов лет с участием микроорганизмов возникли огромные залежи железной руды, из которой сегодня выплавляется сталь.

Затем, когда основное количество железа в океанах подверглось окислению и уже не могло связывать кислород, он в газообразном виде ушёл в атмосферу.

После того как фотосинтезирующиеся  цианобактерии создали  из углекислого газа определённый запас  богатого энергией органического  вещества и обогатили  земную атмосферу кислородом, возникли новые бактерии - аэробы, которые могут существовать только в присутствии кислорода. Кислород им необходим для окисления (сжигания) органических соединений, а значительная часть получаемой энергии превращается в биологически доступную форму - аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс энергетически очень выгоден: анаэробные бактерии при разложении одной молекулы глюкозы получают только две молекулы АТФ, а аэробные бактерии, использующие кислород, - 36 молекул АТФ.

С появлением достаточного для аэробног образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений - хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции. По поводу возникновения и развития эукариот существует интересная и вполне обоснованная гипотеза, высказанная почти 30 лет назад американским исследователем Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, - это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, - цианобактерии, поглощённые, вероятно, около двух миллиардов лет назад примитивными амёбами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощённые бактерии стали внутренними симбионитами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему - эукариотную клетку.

Исследования  ископаемых останков организмов в породах  разного геологического возраста показали, что на протяжении сотен миллионов  лет после возникновения эукариотные формы жизни были представлены микроскопическими шаровидными одноклеточными организмами, такими как дрожжи, а их эволюционное развитие протекало очень медленными темпами. Но немногим более 1 миллиарда лет назад возникло множество новых видов эукариот, что обозначило резкий скачок в эволюции жизни.

Прежде  всего это было связано с появлением полового размножения. И если бактерии и  одноклеточные эукариоты  размножались, производя  генетически идентичные копии самих себя и не нуждаясь в половом партнёре, то половое размножение у более высокоорганизованных эукариотных организмов происходит следующим образом. Две гаплоидные, имеющие одиарный набор хромосом половые клетки родителей, сливаясь, образуют зиготу, имеющую двойной набор хромосом с генами обоих партнёров, что создаёт возможности для новых генных комбинаций. Возникновение полового размножения привело к появлению новых организмов, которые и вышли на арену эволюции.

Три четверти всего времени  существования жизни  на Земле она была представлена исключительно микроорганизмами, пока не произошёл качественный скачок эволюции, приведший к появлению высокоорганизованных организмов, включая человека. Проследим основные вехи в истории жизни на Земле.

Четыре  миллиарда лет  назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной Земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору. В современных клетках РНК не имеют или не проявляют этих свойств, но играют очень важную роль посредника в передаче генетической информации с ДНК на рибосомы, в которых происходит синтез белков.

3,9 миллиарда лет  назад появились  одноклеточные организмы,  которые, вероятно, выглядели, как  современные бактерии, и архебактерии. Как  древние, так и  современные прокариотные  клетки устроены  относительно просто: они не имеют  оформленног ядра  и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК - носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.

Два миллиарда лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили своё строение за счёт поглощения других прокариотных клеток. Одно из них - аэробные бактерии - превратились в митохондрии - энергетические станции кислородного дыхания. Другие - фотосинтетические бактерии - начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и чётко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни - от плесневых грибов до человека.

1,2 миллиарда лет  назад произошёл  взрыв эволюции, обусловленный  появлением полового  размножения и  ознаменовавшийся  появлением высокоорганизованных  форм жизни - растений и животных.

Геохронологическая  таблица

 
 

8. Виды борьбы за  существование. Несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов - главная причина борьбы за существование.

Внутривидовая борьба. Ч. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорна между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности. Широкое распространение в природе конкуренции организмов за ограниченные ресурсы - типичный способ естественного отбора, благоприятствующего победителям в конкуренции. Примером могут служить турнирные бои самцов за право обладать гаремом. Взаимоотношения особей в пределах вида не ограничиваются борьбой и конкуренцией, существует также и взаимопомощь.

Межвидовая  борьба. Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания. В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо, наконец, их территориальное разобщение. Межвидовая борьба ведет к экологическому и географическому разобщению видов. При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита - тоже примеры межвидовой борьбы.

Борьба  с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других - рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом. Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования. Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др.

Направление, в  котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве. У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски - бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор - единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами.

МИКРО- И МАКРОЭВОЛЮЦИЯ

Микроэволюцией называются явления и процессы, происходящие в пределах вида, в его элементарных эволюционных единицах — популяциях и приводящие к видообразованию. По учению Ч. Дарвина, видообразование начинается с одной примитивной формы, потомки которой все более отклоняются по многим признакам от родоначальной формы (дивергенция), давая начало всему многообразию современного органического мира. Однако в настоящее время установлено, что видообразование начинается не с отдельной особи, а с внутривидовых группировок — популяций — в результате перестройки их структуры. 
Основные положения учения о микроэволюции заключаются в следующем. Ареной эволюционного процесса служат биогеоценозы. Биогеоценоз — это исторически сложившаяся устойчивая совокупность популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации. Примером таких группировок может служить однородный участок луга, леса, степи, поля. Популяции каждого вида в биогеоценозе контактируют и взаимодействуют с популяциями других видов и с условиями неживой природы, в результате чего осуществляются борьба за существование и естественный отбор. 
Необходимыми предпосылками эволюционного процесса служат изменения генетического состава популяции вследствие мутаций разного типа и обмен генетическим материалом при половом размножении (рекомбинативная наследственная изменчивость), которые усиливают генетическую неоднородность состава отдельных популяций, создавая возможность для их эволюционирования в разных направлениях (дивергенция). Важная роль в процессах микроэволюции принадлежит популяционным волнам — колебаниям численности популяций под влиянием резких перепадов погоды, урожая кормов, наводнений, лесных пожаров, засухи, морозов и др. Массовая гибель или, напротив, резкий подъем численности тех или иных популяций (“волны жизни”) приводят к случайному и резкому изменению концентрации различных генов внутри популяций. В итоге мутации, рекомбинации и популяционные волны поставляют эволюционный материал в сферу действия естественного отбора. Существенное значение в эволюционном процессе имеет и изоляция, т. е. возникновение различных барьеров (географического, физиологического, генетического), ограничивающих либо исключающих свободное скрещивание исходных форм, усиливая их расчленение и закрепляя возникшие генетические и морфофизиологические различия популяций. Результатом микроэволюции может быть внутривидовое многообразие форм, обеспечивающее их пластичность в изменяющихся условиях среды и способствующее их процветанию. Разнонаправленность микроэволюционных процессов в популяциях, разобщенных территориально, может привести к образованию географических разновидностей, подвидов или видов. 
Мутационный процесс и популяционные волны поставляют элементарный эволюционный материал; изоляция, особенно физиологическая, определяет, становление и усиление межпопуляционных различий. Но эти факторы — в отдельности и в совокупности — не направляют эволюционный процесс. Только естественный отбор выступает единственным и направляющим фактором и может быть назван фактором “творческим”, он определяет вероятность достижения определенными индивидами воспроизводительного возраста, а также сохраняет либо устраняет вероятность оставления потомства одними формами организмов по сравнению с другими. Естественный отбор происходит на фоне избирательной гибели неприспособленных форм и приводит к накоплению полезных изменений, способствуя совершенствованиюв приспособлений популяций.В конечном итоге микроэволюционный процесс, действующий в разнообразных популяциях, завершается видообразованием. Непрерывность микроэволюционного процесса, лежащего в основе любого эволюционного явления, подтверждает возникновение различных рас наземных улиток с преобладанием среди них разновидностей, имеющих расцветку и полосатость раковины под фон растительности луга, леса, почвы. Примерами быстрой эволюции, также идущей в результате преобразования популяций и обусловленной деятельностью человека, служит появление лекарственно устойчивых рас микроорганизмов, распространение в некоторых местностях Англии и Дании разновидности крысы, устойчивой к действию сильного яда. 
 

Факторы (движущие силы) эволюции (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

Макроэволюция — процесс эволюционных преобразований надвидового масштаба, происходящих на больших пространствах, на протяжении больших отрезков времени, который приводит к возникновению высших систематических групп — родов, семейств, отрядов, классов, типов (отделов). Макроэволюция совершается на основе микроэволюционных процессов, т. е. действия факторов наследственной изменчивости, генетической дифференцировки, изоляции при направляющем действии естественного отбора. Сходство таких групп обусловливается общностью происхождения, а различия — результатом приспособленности к разной среде. Дивергенция (расхождение) начинается внутри вида, в его популяциях, при образовании географических подвидов. Она необратима и возникает вследствие разнообразия генетической структуры вида, а также разнонаправленности действия естественного отбора. 
Дивергенция может возникнуть в следующих случаях: 
1) в результате распадения одного вида на два дочерних, 
2) вследствие образования из исходной формы нескольких дочерних и 3) отщепления (предковый вид существует одновременно с дочерними, происшедшими из обособленных в разное время популяций). 
В более или менее одинаковых условиях существования животные, относящиеся к разным систематическим группам, могут приобретать сходное строение. Такое сходство — конвергенция — возникает при одинаковой функции и ограничивается лишь органами, непосредственно связанными с одними и теми же факторами среды. 
У позвоночных животных конвергентное подобие обнаруживают ласты морских рептилий и млекопитающих (у ихтиозавров, плезиозавров и ластоногих), Сходный образ жизни сумчатых и плацентарных млекопитающих привел их независимо друг от друга к формированию приспособлений путем конвергенции (например, европейский крот и сумчатый крот, сумчатый летун и белка-летяга, сумчатый волк и обыкновенный волк). Однако исторически сложившаяся организация в целом никогда не конвергирует. Схождение признаков затрагивает в основном лишь те органы, которые непосредственно связаны с подобными условиями среды. Конвергентное сходство строения органов наблюдается у групп животных, далеко отстоящих друг от друга в систематическом отношении. У организмов, обитающих в воздухе, имеются крылья для полета. Но крылья птицы и летучей мыши — измененные конечности, а крылья бабочки — вырост стенки тела. 
 
Органы, выполняющие сходные функции, но имеющие принципиально различное строение и происхождение, называются аналогичными. Аналогичны жабры рака и рыбы, роющие конечности крота и медведки. 
Морфологические особенности организмов, приобретаемые в процессе дивергенции, имеют некоторую единую основу в виде генофонда родственных форм. Конечности лазающих, скачущих, плавающих, роющих млекопитающих отличаются друг от друга, но все они имеют единый план строения и представляют собой пятипалую конечность, характерную для класса млекопитающих в целом. Поэтому органы, соответствующие друг другу по строению и имеющие общее происхождение, независимо от выполняемых ими функций называются гомологичными. 
 
 

Идиоадаптация — направление эволюции органического мира. Значение идиоадаптаций у птиц и покрытосеменных растений.  
 
    1. Идиоадаптация — направление эволюции, в основе которого лежат мелкие изменения, способствующие формированию приспособлений организмов к определенным условиям среды. Идиоадаптации не ведут к повышению уровня организации. Пример: приспособление одних видов птиц к полету, других — к плаванию, третьих — к быстрому бегу. 
     
     2. Причины возникновения идиоадаптаций — появление наследственных изменений у особей, действие естественного отбора на популяцию и сохранение особей с изменениями, полезными для жизни в определенных условиях. 
     
     3. Многообразие видов птиц — результат идиоадаптаций. Формирование у птиц различных приспособлений к жизни в разных экологических условиях без повышения уровня их организации. Пример: разнообразие видов вьюрков, их приспособленность добывать разную пищу при едином общем уровне организации. 
     
     4. Многообразие покрытосеменных растений, приспособленность к жизни в разных условиях среды — пример развития по пути идиоадаптаций. 1) В засушливых районах — глубоко уходящие в почву корни, мелкие листья, покрытые толстой кутикулой, их опушенность; 2) в тундре — короткий вегетационный период, низкорослость, мелкие кожистые листья; 3) в водной среде — воздухоносные полости, устьица расположены на верхней стороне листа и др. 
     
     5. Идиоадаптаций — причина многообразия птиц и покрытосеменных растений, их процветания, широкого расселения на земном шаре, приспособленности к жизни в разнообразных климатических и экологических условиях без перестройки общего уровня их организации. 
 

Общая биология изучает закономерности жизни, проявляющиеся на разных уровнях  ее организации: клеточном, организменном, популяционно-видовом, биоценотическом, биосферном. 
Основные признаки биосистем: целостность, иерархичность, открытость, функциональность, устойчивость, приспособленность к окружающей среде.

Уровни  организации живых  систем.

Онтогенетический  уровень организации, относится  к отдельным живым организмам — одноклеточным и многоклеточным. Его называют также организменным  уровнем, поскольку при этом речь идет о структуре и функциях отдельного организма без учета его связей и взаимодействий с другими организмами. Поскольку минимальной живой системой служит клетка, постольку на этом уровне уделяется такое большое внимание анализу структуры и функционирования различных клеточных образований. 

Популяционный уровень начинается с изучения взаимосвязи  и взаимодействия между совокупностями особей одного вида, которые имеют  единый генофонд и занимают единую территорию. Такие совокупности, или, скорее, системы живых организмов составляют определенную популяцию. Очевидно, что популяционный уровень выходит за рамки отдельного организма и поэтому его называют надорганизменным уровнем организации. 

Приведенное общее  определение популяции дает возможность отличать организменный уровень живого от надорганизменного. Сам термин "популяция" был введен одним из основателей генетики — Вильгельмом Иогансеном (1857—1927), который с его помощью обозначал генетически неоднородную совокупность организмов от однородной, которую он называл "чистой линией". 

Популяции представляют собой первый надорганизменный уровень  организации живых существ, который  хотя и тесно связан с их онтогенетическим и молекулярными уровнями, но качественно  отличается от них по характеру взаимодействия составляющих элементов, ибо в этом взаимодействии они выступают как целостные общности организмов. По современным представлениям, именно популяции служат элементарными единицами эволюции. 

Второй надорганизменный уровень организации живого составляют различные системы популяций, которые называют биоценозами.

Третий надорганизменный уровень организации содержит в  качестве элементов разные биоценозы  и в еще большей степени  характеризуется зависимостью от многочисленных земных и абиотических условий своего существования (географических, климатических, гидрологических, атмосферных и т. п.).

Для его обозначения  академик Владимир Николаевич Сукачев (1880—1967) ввел термин биогеоценоз. 

Четвертый надорганизменный уровень организации возникает  из объединения самых разнообразных биогеоценозов и теперь обычно называется биосферой. 
 
 

Царство Animalia -- Животные

Для упорядочивания всех известных животных, их принято  делить на ряд категорий -- таксонов. Основным таксоном является вид. Полное видовое название каждого животного состоит из родового (род -- группа близкородственных видов) и собственно видового названий на латинском языке. Например, всем известная бабочка Махаон согласно такой номенклатуре называется Papilio machaon (род Papilio, вид Papilio machaon). Родственные нашему Махаону виды будут иметь то же родовое, но другое видовое название. Например, бабочка Ксут -- Papilio xuthus.

Возможны ситуации, когда один и тот же вид описан разными зоологами, давшими ему  каждый свое имя. В таких случаях  правомерным считается название вида, которое ему дал зоолог, раньше других описавший его. Более того, если при обозначении названия вновь окрытого вида были сделаны ошибки в написании, название сохраняется вместе со всеми ошибками -- во избежание путаницы в дальнейшем.

Итак, близкие  виды объединяются в роды. Что дальше? Дальше -- роды объединены в семейства, семейства -- в отряды, отряды в классы и, наконец, классы объединяются в типы. При этом для уточнения положения  в системе некоторых таксонов, они могут быть приписаны одному из промежуточных таксонов -- к примеру, надотряду (несколько близких отрядов) или подтипу (несколько близких классов). Кроме того, из-за громадного разнообразия животных, населяющих Землю, близкие друг к другу типы животных также объединяют в подразделения, которые, хоть и не являются полноценными систематическими таксонами, все же имеют смысл для обозначения связей между отдельными типами. Такими подразеделениями будут подраздел, раздел, надраздел и подцарство.

Для лучшего  уяснения системы таксонов животного мира приянто приводить примеры. Итак, для бабочки махаон справедлива следующая классификация:

• Вид Papilio machaon -- Махаон
• Род Papilio -- Парусник
• Семейство Papilionidae -- Парусники
• Подотряд Frenata -- Разнокрылые бабочки
• Отряд Lepidoptera -- Чешуекрылые, или бабочки
• Подкласс Ectognatha -- Открыточелюстные
• Класс Insecta -- Насекомые
• Подтип Tracheata -- Трахейные
• Раздел Bilateria -- Билатеральные
• Надраздел Eumetazoa
• Подцарство Metazoa -- Многоклеточные
• Царство Animalia -- Животные

 
 

   Представление о классификации  растений

   Как и животный мир, растительный мир  имеет свою классификацию. Самым обширным разделом является подцарство; затем следует класс, отряд, семейство, триба, род, подрод и, наконец, вид, а иногда еще и подвид.

   Возьмем, к примеру, распространенный золотарник западный - Solidago californica. Solidago (золотарник) обозначает название рода, а californica - вида. Наряду с этим видом имеются S. virga aurea (золотарник золотая розга), S.canadensis (золотарник канадский) и другие, принадлежащие к тому же роду. Род Solidago вместе с некоторыми другими относится к трибе цикорий - Cichoriedae. Эта триба принадлежит к семейству сложноцветных Compositae, а оно - к отряду астр Asterales. Этот отряд принадлежит к подклассу Dicotyledoneae (двудольных), который включает много других отрядов, в частности Resales (розовые) и Ranunculales (лютиковые), относясь к классу Angiospermae - покрытосемянных растений. Этот класс входит в подцарство Spermatophyta - семенных растений.

Сущность и основные признаки живых систем.

Мир живого имеет структурно-инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью. Подавляющее большинство  ныне живущих организмов состоит из клеток (кроме  вирусов). Мир живого - грандиозная система высокоорганизованных систем. Любая система состоит из совокупности эл-ов и связей между ними, которые объединяют данную совокупность эл-ов в единое целое. Всем живым системам свойственны следующие существенные черты: обмен вещ-в, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Живой организм - множественная система химических процессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство.  
 

Клетка - элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными (например, бактерии, простейшие, водоросли) или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т.д.

Строение  растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком. Наличие пластид - главная особенность растительной клетки.

Функции клеточной оболочки - определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды. Плазматическая мембрана - тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма - внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть - сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. Рибосомы - тельца, расположенные на ЭПС или в цитоплазме, состоят из РНК и белка, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы - единый аппарат синтеза и транспорта белков. Митохондрии - органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ - богатое энергией органическое вещество. Пластиды (хлоропласты), их содержание в клетке - главная особенность растительного организма. Хлоропласты - пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты - граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты . Комплекс Гольджи - система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Лизосомы - тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. Вакуоли - полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке. Ядро - главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы - носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Ядро - место синтеза ДНЯ, иРНК, рРНК.

Строение  животной клетки - наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами.

Наружная, или плазматическая, мембрана - отграничивает содержимое клетки от окружающей среды (других клеток, межклеточного вещества), состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку (пиноцитоз, фагоцитоз) и из клетки. Цитоплазма - внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности.

Органоиды клетки:

1) эндоплазматическая  сеть (ЭПС) - система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, ли-пидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке;

2) рибосомы - тельца, содержащие рРНК, расположены на  ЭПС и в цитоплазме, участвуют  в синтезе белка. ЭПС и рибосомы - единый аппарат синтеза и  транспорта белка;

3) митохондрии  - “силовые станции” клетки, отграничены  от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы (складки), увеличивающие ее поверхность.  Ферменты на кристах ускоряют  реакции окисления органических  веществ и синтеза молекул  АТФ, богатых энергией;

4) комплекс Гольджи  - группа полостей, отграниченных  мембраной от цитоплазмы, заполненных  белками, жирами и углеводами, которые либо используются в  процессах жизнедеятельности, либо  удаляются из клетки. На мембранах  комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов;

5) лизосомы - тельца, заполненные ферментами, ускоряют  реакции расщепления белков до  аминокислот, липидов до глицерина  и жирных -.кислот, полисахаридов  до моносахаридов. В лизосомах  разрушаются отмершие части клетки, целые и клетки.

Клеточные включения - скопления запас иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов.

Сущность живого, его основные признаки.

Интуитивно мы все понимаем, что есть живое и  что – мертвое. Однако при попытке  определить сущность живого возникают  трудности. Так, один из авторов предложил следующее «глубокомысленное» определение: живой организм – это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело – слагаемое из неживых объектов.

Но кроме подобных, явно бессодержательных определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеют и другие, более содержательные. Однако и они на поверку оказываются неполными и потому уязвимыми. Широко известно, например, определение, данное Ф.Энгельсом, что жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же живая мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни, впрочем, как и наличие белков.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что дать точное определение жизни весьма непросто. И это люди поняли очень  давно. Так, французский философ-просветитель Д. Дидро писал: «Я могу понять, что такое агрегат, ткань, состоящая из крохотных чувствительных телец, но живой организм!... Но целое, система, представляющая собой единый организм, индивидуум, сознающий себя как единое целое, выше моего понимания! Не понимаю, не могу понять, что это такое!»

Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может  дать представление о специфике  жизни.

К числу свойств  живого обычно относят следующие:

• Живые организмы  характеризуются сложной, упорядоченной  структурой. Уровень их организации  значительно выше, чем в неживых  системах.

• Живые организмы  получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей  высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.

• Живые организмы  активно реагируют на окружающую среду. Если толкнуть камень, то он пассивно сдвигается с места. Если толкнуть животное, оно отреагирует активно: убежит, нападет или изменит форму. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

• Живые организмы  не только изменяются, но и усложняются. Так у растения или животного  появляются новые ветви или новые органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.

• Все живое  размножается. Эта способность к  самовоспроизведению, пожалуй, самая  поразительная способность живых  организмов. Причем потомство и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы.

• Сходство потомства  с родителями обусловлено ещё  одной замечательной особенностью живых организмов – передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

• Живые организмы  хорошо приспособлены к среде  обитания и соответствуют своему образу жизни. Строение крота, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует условиям, в которых они живут.

Обобщая и несколько  упрощая сказанное о специфике  живого, можно отметить, что все  живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут, не размножаются.

Из совокупности этих признаков вытекает следующее  обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования  сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты .

И, наконец, ещё  более краткое определение жизни  предложил американский физик Ф. Типлер в своей сенсационной книге «Физика бессмертия». «Мы не хотим, - пишет он – привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существования жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляют не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым». Жизнь, по мнению Типлера, представляет собой лишь информацию особого рода: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором» . Но если это так, то жизнь-информация является вечной, бесконечной и бессмертной. И хотя с этим определением согласны далеко не все, его несомненная ценность состоит в попытке выделить из всех критериев жизни в качестве главного – способность живых организмов сохранять и предавать информацию.

Учитывая сохраняющуюся  дискуссионность категории жизни, анализ ее признаков следует дополнить  рассмотрением структуры живого, составляющих его элементов, частей.

Критерии живых систем.

Рассмотри подробнее  критерии, отличающие живые системы  от объектов неживой природы, и основные характеристики процессов жизнедеятельности, выделяющие живое вещество в особую форму существования материи.

Особенности химического  состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. Однако в живых телах эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, распространение которых в неживой природе принципиально иное по количеству, как по количеству, так и по существу. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов. В живом веществе несколько основных групп органических молекул, характеризующихся определенными специфическими функциями и в большинстве своей представляющих собой регулярные полимеры. Во-первых, это нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, свойства которых обеспечивают явления наследственности и изменчивости, а также самовоспроизведение. Во-вторых, это белки – основные структурные компоненты биологических мембран и клеточных стенок, главные источники энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедеятельности. И наконец, огромная группа разнообразных так называемых «малых молекул», принимающих участие в многочисленных и разнообразных процессах метаболизма в живых организмах.

Метаболизм. Все  живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для  питания, и выделяя продукты жизнедеятельности.

В неживой природе  также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте  веществ они просто переносятся  с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например смыв почвы, превращение воды в пар или лед.

В отличие от обменных процессов в неживой  природе у живых организмов ори  имеют качественно иной уровень  В круговороте органических веществ  самыми существенными стали процессы превращения веществ – процессы синтеза и распада.

Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются веществами живого организма и из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией, или пластическим обменом.

Другая сторона  обмена веществ – процессы диссимиляции, в результате которых сложные  органические соединения распадаются  на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма  и выделяется энергия, необходимая  для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом.

Обмен веществ  обеспечивает гомеостаз организма, т.е. неизменность химического состава  и строения всех частей организма, и  как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

Единый принцип  структурной организации. Все живые  организмы, к какой бы систематической  группе они ни относились, имеют  клеточное строение. Клетка, как  уже указывалось выше, является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех обитателей Земли.

Репродукция. На организменном уровне самовоспроизведение  или репродукция, проявляется в  виде бесполого или полового размножения  особей. При размножении живых  организмов потомство обычно похоже на родителей: кошки воспроизводят котят, собаки – щенят. Из семян тополя опять вырастает тополь. Деление одноклеточного организма – амебы – приводит к образованию двух амеб, полностью схожих с материнской клеткой.

Таким образом, размножение – это свойство организмов производить себе подобных.

Благодаря репродукции  не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной  молекулы ДНК при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную.

В основе самовоспроизведения  лежат реакции матричного синтеза, т.е. образование новых молекул  и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов  ДНК. Следовательно, самовоспроизведение  – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.

Наследственность. Наследственность заключается в  способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности  развития из поколения в поколение. Признаком называют любую особенность  строения на самых различных уровнях организации живой материи, а под свойствами понимают функциональные особенности, в основе которых лежат конкретные структуры. Наследственность обусловлена специфической организацией генетического вещества (генетического аппарата) – генетическим кодом. Под генетическим кодом понимают такую организацию молекул ДНК, при которой последовательность нуклеотидов в ней определяет порядок аминокислот в белковой молекулу. Обеспечивается явление наследственности стабильностью молекул ДНК и воспроизведение ее химического строения (редупликацией) с высокой точностью. Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между организмами я в ряду поколений.

Изменчивость  Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы репродукция матриц – молекул ДНК – всегда происходила с абсолютной точностью, то при размножении организмов осуществлялась бы преемственность только существовавших прежде признаков, и приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным. Следовательно, изменчивость – это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц.

Изменчивость  создает разнообразный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к  конкретным условиям существования  в природных условиях, что в  свою очередь, приводит е появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием  понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой  и неживой природы. В результате развития возникает новое качественно состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав и структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитие, или филогенезом.

На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Развитие сопровождается ростом. Независимо от способа размножения все дочерние особи, образующиеся из одной зиготы или споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информация, т.е. возможность проявить те или иные признаки. В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.

Филогенез, или  эволюция, - это необратимое и  направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых  видов и прогрессивным усложнением  жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.

Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с  окружающей средой: извлекает из нее  питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с  другими организмами и т.д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.

Реакция многоклеточных животных на раздражимость осуществляется через посредство нервной системы  и называется рефлексом.

Организмы, не имеющие  нервной системы, например простейшие или растения, лишены и рефлексов. Их реакции, выражающиеся в изменении  характера движения или роста, принято  называть таксисами или тропизмами, прибавляя при их обозначении  название раздражителя. Например, фототаксис – движение в направлении к свету; хемотаксис – перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Каждый род таксиса может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, действует раздражимость на организм притягивающим или отталкивающим образом.

Под тропизмами понимают определенный характер роста, который свойственен растениям. Так, гелиотропизм (от греч. «helios» - Солнце) означает рост наземных частей растений (стебля, листьев) по направлению к  Солнцу, а геотропизм (от греч «geo» - Земля) – рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.

Для растений характерны также настии – движения частей растительного организма, например движение листьев в течение светового  дня, зависящее от положения Солнца на небосводе, раскрытие и закрытие венчика цветка и т.д.

Дискретность. Само слово дискретность произошло от латинского «discretus», что означат  прерывистый, разделенный. Дискретность – всеобщее свойство материи. Так, из курса физики и общей химии известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, что атомы образуют молекулу. Простын молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и т.д.

Жизнь на Земле  также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный  организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно отграниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белков – рибосомами и т.д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других. Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения индивидов с полезными для выживания признаками.

Авторегуляция. Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического  состава и интенсивность течения  физиологических процессов – гомеостаз. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Подобные реакции осуществляются разными путями благодаря деятельности регуляторных систем – нервной, эндокринной и некоторых других. Сигналом для включения той или иной регулирующей системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

Ритмичность. Периодические  изменения в окружающей среде оказывают глубокое влияние на живую природу и на собственные ритмы живых организмов.

Ритм – это, в общих чертах, повторение одного и того же события или воспроизведение  одного и того же состояния через  равные промежутки времени. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие.

Ритмичность направлена на согласование функций организма  с окружающей средой, т.е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.

Энергозависимость. Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы. Это понятие заимствовано из физики. Под «открытыми» системами понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия и материя в виде пищи из окружающей среды. Следует отметить, что живые организмы в отличие от объектов неживой природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и окружающей средой, сводят к минимуму потери вещества и поддерживают пространственное единство системы.

Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии –  неживых систем – своей исключительной сложностью и высокой структурной  функциональной упорядоченностью. Эти  отличия придают жизни качественно  новые свойства. Живое представляет собой особую ступень развития материи.

Многочисленные  определения сущности жизни можно  свести к двум основным. Согласно первому, жизнь определяется субстратом –  носителем ее свойств, например белком. Вторая группа определений оперирует  совокупностью специфических физико-химических процессов, характерных для живых систем. Классическое определение Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» - лишь формально может быть отнесено к первой категории, так как Энгельс имел в виду не собственно белки, а структуры, содержащие белок. С другой стороны, обмен веществ также не может служить единственным критерием жизни, да и сам нуждается в объяснении при посредстве жизни.

В самом общем  виде жизнь можно определить как  активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и  самовоспроизведение специфической структуры.

Вирусы  — неклеточные формы жизни

Строение  вирусов. Наряду с одно- и многоклеточными организмами в природе существуют и другие формы жизни. Таковыми являются вирусы, не имеющие клеточного строения. Они представляют собой переходную форму между неживой и живой материей.

Вирусы (лат. virus — яд) были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским при исследовании мозаичной болезни листьев табака.

Каждая  вирусная частица состоит из РНК  или ДНК, заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирио-ном. У некоторых вирусов (например, герпеса или гриппа) есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, возникающая из плазматической мембраны клетки хозяина.

Поскольку в составе вирусов присутствует всегда один тип нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК, вирусы делят также на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. При этом наряду с двухце-почечными ДНК и одноцепочечными РНК встречаются одноце-почечные ДНК и двухцепочечные РНК. ДНК могут иметь линейную и кольцевую структуры, а РНК, как правило, линейную. Подавляющее большинство вирусов относится к РНК-типу.

Вирусы  способны размножаться только в клетках  других организмов. Вне клеток организмов они не проявляют никаких признаков  жизни. Многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм в диаметре.

Хорошо  изучен вирус табачной мозаики, имеющий  палочковидную форму и представляющий собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в его полости расположена спираль РНК (рис. 5.2). Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.

Рис. 5.2. Схема строения вируса (а) и бактериофага (б); 1—  нуклеиновая кислота; 2 — белковая оболочка; 3 — полый стержень; 4 — базальная пластинка; 5 — отростки (нити).

Молекулы  вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Это означает, что вирусная РНК является источником генетической информации и одновременно иРНК. Поэтому в пораженной клетке в соответствии с программой нуклеиновой кислоты вируса на рибосомах клетки хозяина синтезируются специфические вирусные белки и осуществляется процесс самосборки этих белков с нуклеиновой кислотой в новые вирусные частицы. Клетка при этом истощается и погибает. При поражении некоторыми вирусами клетки не разрушаются, а начинают усиленно делиться, часто образуя у животных, в том числе и человека, злокачественные опухоли.

Бактериофаги. Особую группу представляют вирусы бактерий — бактериофаги, или фаги, которые способны проникать в бактериальную клетку и разрушать ее.

Тело  фага кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на которой закреплены шесть нитей (см. рис. 5.2). Внутри головки находится ДНК. Бактериофаг при помощи отростков прикрепляется к поверхности кишечной палочки и в месте соприкосновения с ней растворяет с помощью фермента клеточную стенку. После этого за счет сокращения головки молекула ДНК фага впрыскивается через канал стержня в клетку. Примерно через 10—15 мин под действием этой ДНК перестраивается весь матаболизм бактериальной клетки, и она начинает синтезировать ДНК бактериофага, а не собственную. При этом синтезируется и фаговый белок. Завершается процесс появлением 200— 1 000 новых фаговых частиц, в результате чего клетка бактерии погибает.

Бактериофаги, образующие в зараженных клетках  новое поколение фаговых частиц, что приводит к лизису (распаду) бактериальной  клетки, называются вирулентными фагами.

Некоторые бактериофаги внутри клетки хозяина  не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина, образуя с ней единую молекулу, способную к репликации. Такие фаги получили название умеренных фагов или профагов.

Вирусные  болезни. Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают опасные заболевания многих сельскохозяйственных растений (мозаичную болезнь табака, томатов, огурцов; скручивание листьев, карликовость, желтуху и др.) и домашних животных (ящур, чуму у свиней и птиц, инфекционную анемию у лошадей, рак и др.). Указанные болезни резко снижают урожайность культур, приводят к массовой гибели животных. Вирусы вызывают также многие опасные заболевания человека: грипп, корь, оспу, полиомиелит, свинку, бешенство, желтую лихорадку и др. В последние годы к ним прибавилось еще одно страшное заболевание — СПИД.

СПИД— синдром приобретенного иммунодефицита— эпидемическое заболевание, поражающее преимущественно иммунную систему человека, которая защищает его от различных болезнетворных микроорганизмов. Поражение системы клеточного иммунитета приводит к инфекционным заболеваниям и злокачественным опухолям. Организм становится беззащитным к микробам, которые в обычных условиях не вызывают болезни.

Возбудитель болезни— вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Геном ВИЧ представлен двумя идентичными молекулами РНК, состоящими примерно из 10 тыс. пар оснований. При этом ВИЧ, выделенные от различных больных СПИДом, отличаются друг от друга по количеству оснований (от 80 до 1 000).

ВИЧ обладает уникальной изменчивостью, которая  в пять раз превышает изменчивость вируса гриппа и в сто раз больше, чем у вируса гепатита В. Беспрерывная генетическая и антигенная изменчивость вируса в человеческой популяции приводит к появлению новых вирионов ВИЧ, что резко усложняет проблему получения вакцины и затрудняет проведение специальной профилактики СПИДа. Более того, это свойство ВИЧ, по мнению ряда специалистов, ставит под сомнение саму принципиальную возможность создания эффективной вакцины для защиты от СПИДа.

Одно  из проявлений заражения человека вирусом  СПИДа — поражение центральной нервной системы. Типичных симптомов, характерных именно для СПИДа, не выявлено.

Для СПИДа характерен очень длительный инкубационный период (исчисляется  с момента поражения до появления  первых признаков болезни). У взрослых он составляет в среднем 5 лет. Предполагается, что ВИЧ может сохраняться в ортатшзме человека пожизненно. Это значит, что до кслща своей жизни инфицированные люди могут заражать других, э при соответствующих условиях могут сами заболеть СПИДом.

Один  из главных путей передачи ВИЧ  и распространения СПИДа — половые контакты, поскольку возбудитель болезни наиболее часто находится в крови, сперме и влагалищных выделениях инфицированных людей.

Другой  путь инфицирования — использование  нестерильных медицинских инструментов, которыми зачастую пользуются наркоманы. Возможна также передача инфекции через кровь и некоторые лекарственные препараты, при пересадке органов и тканей, использовании донорской спермы и др. Заражение может происходить и при вынашивании плода, во время рождения ребенка или в период сто грузного вскармливания матерью, инфицированной ВИЧ или больной СПИДом.

Ведущими  факторами риска в распространении  этого заболевания являются также  проституция и частая смена половых  партнеров как при гомо-и бисексуальной, так и при гетеросексуальной передаче инфекции. По различным оценкам, в супружеских парах передача инфекции от одного из зараженных происходит с частотой от 35 до 60%. Последствия распространения инфекции и ее влияние на здоровье непредсказуемы.

Гарантией безопасности от СПИДа является здоровый образ жизни, прочность брачных уз и семьи, негативное отношение к половым извращениям и распущенности, случайным половым связям. В качестве особой меры профилактики следует выделить использование физических контрацептивов — презервативов.

Происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно. Их зависимость от других организмов, в клетках которых они растут и размножаются, дает основание считать, что они появились не раньше клеточных  организмов. Предполагается, что вирусы представляют собой сильно дегенерировавшие клетки или их фрагменты, утратившие в процессе приспособления к паразитизму все, без чего можно обойтись (клеточную стенку, цитоплазму с органеллами), за исключением своего наследственного аппарата в виде нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и защитного аппарата в форме белковой капсулы.

      Ароморфозом (морфофизиологическим прогрессом) называется эволюционное преобразование строения и функций организма, повышающее общий уровень его организации, но не имеющее приспособительного значения к условиям окружающей среды. Наиболее крупные ароморфозы: возникновение фотосинтеза, появление многоклеточных организмов и полового размножения. В числе крупных ароморфозов можно назвать также развитие гомойотермии (поддержания постоянной температуры тела) у птиц и млекопитающих, возникновение живорождения и выкармливания детенышей молоком у млекопитающих, переход к размножению семенами у семенных растений и т.п. Ароморфозы имеют широкое приспособительное значение и предоставляют широкие возможности для освоения новой среды обитания. Так, появление у пресмыкающихся яйца в яйцевых оболочках позволило им обитать далеко от воды и освоить даже засушливые места, тогда как их предки — земноводные должны были, по крайней мере, на период размножения уходить в воду. За ароморфозами следуют идиоадаптации.  
 
 
 

ЖИВОТНЫЙ  МИР

Фауна Новосибирской  области в целом напоминает фауну  Средней и Северной Европы, однако есть и существенные отличия. На территории области таежная и степная  зоны находятся всего лишь в двухстах километрах друг от друга, поэтому здесь, отделенные сравнительно небольшим пространством, встречаются как чисто северные, таежные виды (северный олень, соболь, лось, глухарь), так и вполне южные (тушканчик, пеликан, полупустынная лиса корсак). 
Самое крупное членистоногое животное нашего края - это рак узкопалый. Раки живут в различных водоемах, в том числе в реке Обь. Весной и в первой половине лета большую опасность в лесах Сибири представляет таежный клещ. Этот паразит, размером около 3 миллиметров, питается кровью человека и животных и является переносчиком тяжелого вирусного заболевания - энцефалита. Много клещей и в пригородных лесах Новосибирска. В степях и лесостепях области встречается самый крупный паук нашей страны - тарантул. Укус тарантула болезненный, но для жизни не опасный. 
Как известно, насекомые самые многочисленные по числу видов животные. В Новосибирской области несколько тысяч видов насекомых, среди них есть вредители сельского и лесного хозяйства. В начале 20 века из США во Францию случайно завезли колорадского жука, с тех пор этот серьезный вредитель картофеля неуклонно продвигается на восток. В последние годы он достиг территории Новосибирской области, но еще не закрепился на ней. С этим вредителем ведется планомерная борьба. Среди сибирских жуков выделяется размерами и формой жук носорог, интересны жуки усачи, личинки которых живут в древесине. Летом на цветах можно встретить блестящих бронзовок. 
В Новосибирской области около 150 видов дневных бабочек. Среди них есть представители экзотического семейства кавалеров - махаон и аполлон. Эти редкие бабочки охраняются законом и ловить их для коллекций запрещено. Из многочисленных ночных бабочек выделяется несколько видов бражников. Очень полезны шмели - опылители клевера. Некоторые виды шмелей редки и занесены в Красную книгу. В лесах часто встречаются муравейники рыжего лесного муравья, достигающие иногда двух метров в высоту. 
В наших краях, обильных озерами и болотами, очень много гнуса - бесчисленных кровососущих насекомых (комаров, мошек, слепней). Особенно много гнуса в заболоченных лесах севера области, где летом практически невозможно находиться без накомарника. В начале 20 века на территории области были отмечены вспышки малярии. В настоящее время эта болезнь, переносимая особым видом комаров, у нас отсутствует. 
В реках и озерах области водится более 30 видов рыб. Самая крупная рыба осетр сибирский, живущий в Оби и достигающий более 2 метров в длину. В последнее время эта ценная рыба стала редкой. Из осетровых рыб в Оби также водится стерлядь. Другие крупные рыбы бассейна Оби - налим, щука, судак, нельма, таймень. Наиболее распространенные рыбы области - окунь, карась, лещ. Для многих сибиряков летняя и зимняя (подледная) рыбалка является любимым хобби. В крупных озерах ведется и промышленный лов рыбы. К сожалению, в бассейне реки Обь карповые рыбы (лещ, сазан, карась, язь и другие) бывают заражены личинками паразитических червей описторхов. Съев недостаточно обработанную рыбу, человек может заболеть описторхозом. 
Земноводных и пресмыкающиеся в наших краях немного: 3 вида лягушек, 2 вида жаб, тритон обыкновенный, углозуб, два вида ящериц и два вида змей - уж и гадюка. Гадюка обыкновенная - единственная ядовитая змея Западной Сибири. Укус гадюки очень неприятен, болезнен, но, как правило, не смертелен. Этих змей отлавливают с целью получения яда, который идет на изготовление лекарств. 
В области отмечено около 300, видов птиц, это довольно много и объясняется разнообразием ландшафтов. Большинство видов перелетные и кочующие, но есть и оседлые. 45 видов птиц являются объектом охоты, а 22 относятся к редким и охраняются. Из редких видов стоит отметить черного аиста, скопу, орлана белохвоста, беркута, пеликана, изредка из Казахстана к нам залетают экзотические фламинго. 
Область очень богата озерами, болотами, реками, поэтому характерной особенностью нашей фауны является обилие птиц, связанных с водой. Это разнообразные виды поганок, гусей, уток, чаек, куликов. Есть у нас выпь, серая цапля, лебеди чернозобая гагара. Через озера Барабинской низменности проходят пути миграции многих перелетных птиц, поэтому озерная система Чаны имеет международное значение как важное место обитания водоплавающих птиц. 
Самая большая птица области беркут, размах его крыльев достигает 2 метров. Этот крупный хищник может нападать на лису, зайца. Среди хищных птиц 10 видов сов. Самая крупная сова - филин, самая мелкая - сычик воробьиный, размером с воробья. Дневных хищников 21 вид - это соколы, ястребы, канюки, орлы. 
В лесах распространены куриные птицы: рябчик, тетерев, глухарь. На них охотятся. Глухарь самый крупный представитель боровой дичи, вес самца достигает 6 килограмм. К лесным птицам относятся также иволга, кукушка, 6 видов дятлов, козодой, большое количество мелких птиц. 
На территории Новосибирской области обитает около 80 видов млекопитающих. Среди них много мелких животных: землеройки, мыши, полевки, хомяки, суслики. Встречается два вида ежей, крот, 10 видов летучих мышей. В лесах обычна белка обыкновенная, изредка встречается белка летяга. Родственником белок является очень характерный, именно для Сибирских лесов, полосатый зверек - бурундук. Бурундук, в отличие от белки, зимой впадает в спячку. В степных районах водятся тушканчики, прыгающие подобно кенгуру. На сухих склонах холмов можно встретить норы крупного грызуна - сурка. У сурка хорошая шкура, целебный жир. В последние годы сурков в области стало мало и охота на них запрещена. Зайцев в Новосибирской области два вида - беляк и русак. По берегам мелких лесных речек севера области селятся самые крупные грызуны нашей страны - бобры. Эти интересные и ценные животные раньше обитали в наших краях, но были полностью истреблены здесь в конце 19-го века. В 50-х годах бобров завезли и расселили снова. Примерно та же судьба постигла и ценного пушного зверька соболя, обитающего в лесах севера области - он был истреблен, затем его численность постепенно восстановилась. 
Кроме соболя на юге Западной Сибири можно встретить и других представителей семейства куньих: барсука, горностая, колонка, хорька. Самая крупная наша куница - росомаха, она изредка встречается в северных лесах и питается, в основном, падалью, а самая мелкая - изящная ласка, охотящаяся на мышей. 
По всей территории области обитают лиса и волк. Волков в последние годы стало много, они заселили даже не свойственные им места обитания - таежные болота. Волки иногда приносят вред, нападая на домашний скот. Самый крупный хищник Южной Сибири бурый медведь, длина его тела бывает около двух метров. В пределах области медведи встречаются в северных лесах и лесах Салаирского кряжа. Питаются эти звери, в основном, растительной пищей, не брезгуют падалью, иногда нападают на крупных животных, в том числе на домашний скот. Зимой медведи залегают в спячку. Случаи нападения медведей на человека очень редки, но самка с медвежатами и медведь не залегший зимой в берлогу потенциально опасны. Единственная дикая кошка наших лесов - рысь. Рысь охотится на различных животных, но ее любимая добыча - зайцы. 
В Новосибирской области можно встретить три вида оленей: северного оленя, косулю и лося. Лось самое крупное животное нашей фауны, длина тела взрослого самца достигает 3 метров, а вес 600 кг. Лоси населяют различные типы лесов, летом поедают траву, листву, зимой - кору и ветки деревьев. У самцов, в течение большей части года, есть рога, самки безроги. Косули, в отличие от лосей, предпочитают более открытые места - лесостепь. Сибирская косуля почти в два раза крупнее европейской. Лоси и косули являются объектом регулируемого охотничьего промысла. Северный олень обычен в районах Крайнего Севера Сибири, но встречается он и на территории нашей области - на Васюганских болотах. В этих местах северный олень подлежит охране. 
Некоторые млекопитающие были у нас акклиматизированы: американская норка, ондатра, дикий кабан. 
 
 
 

Растительность  и природные зоны  
 
В основном, по видовому составу флора Новосибирской области ненамного отличается от флоры Средней Европы, хотя встречаются и некоторые чисто сибирские виды. Всего на территории области отмечено около 1200 видов высших дикорастущих растений.  
Леса занимают около 20 процентов территории области. Наиболее распространенное дерево - береза, на втором месте сосна и осина. Встречаются также кедр, пихта, ель, рябина, боярышник и другие породы. Обычные деревья среднеевропейских лесов - дуб, вяз, липа, ясень у нас в диком виде не растут, их можно встретить только в посадках. В лесах в умеренных количествах добывается древесина.  
Растительный покров области неоднороден. Рассмотрим основные ботанико-географические зоны края:  
На самом севере расположена заболоченная темнохвойная тайга, состоящая из ели, пихты, кедра. Южнее в лесах начинает преобладать береза, сосна и осина. В заболоченных лесах севера области пышно разрастаются различные мхи, лишайники, обычен кустарник багульник, папоротники, много ценной ягоды - брусники и клюквы.  
Наиболее распространен, наиболее типичен для Новосибирской области лесостепной ландшафт, где открытые пространства перемежаются с небольшими, округлой формы, островками березово-осинового леса, которые в Сибири называют колками. Травянистая растительность лесостепи очень разнообразна. Здесь можно встретить ценные лекарственные растения, например, зверобой, душицу, кровохлебку, тысячелистник, медуницу, адонис и другие. В Барабинской лесостепи много сырых лугов и болот, поросших тростником, камышом и другими влаголюбивыми травами.  
На юго-западе области, у границы с Казахстаном, начинается степная зона - Кулундинская степь. Для степи характерны различные засухоустойчивые растения: полыни, ковыль, лекарственная солодка. Возле соленых озер можно встретить интересную солелюбивую флору.  
В ландшафте области выделяется низкогорная тайга Салаирского кряжа. Состоит она в основном из пихты и осины. На влажных лесных полянах Салаира растет высокая, в рост человека, трава.  
Характерны для нашего края ленточные сосновые боры, вытянутые вдоль реки Обь, в том числе и в окрестностях Новосибирска. Приобские боры красивы, богаты ягодами, грибами, лекарственными растениями и являются любимым местом отдыха горожан.  
Кроме естественной растительности, обширные пространства области заняты полями, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры.