Организмдерді экологиялық жіктеу принциптері
Өсімдіктер мен жануарлардың қазіргі заманғы жүйесі жалғыз басты өлшем – организмдердің туыстық дәрежесі негізінде құрылған. Бұл ретте бір топқа жататын түрлердің сыртқы ерекшеліктері жиі әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, секскүл крабының паразиті, мұзсыз, жыныстық тағамдармен толтырылған, иесі денесінде қатты тарамдалған ауыр желісімен қапты, сыртынан теңіз асқазанының және теңіз үйректерінің раковиналары бар отырғышқа ұқсамайды, бірақ олардың барлығы бір аяқты шаян шаяндардың тобына жатады. Бұл түрлердің туыстығы туралы терең ішкі ұқсастықты білдіреді, ол дарақтардың дамуының бірінші кезеңдерінде байқалады.
Экологияда ортаға бейімделудің жолдары мен тәсілдерінің әртүрлілігі мен әр түрлілігі көптеген жіктеулердің қажеттілігін тудырады. Қандай да бір критерийлерді пайдалана отырып, ағзалардың ортаға бейімделуінің барлық жақтарын көрсетуге болмайды. Экологиялық жіктелімдер, егер олар бейімделудің ұқсас жолдарын пайдаланса, әр түрлі топтардың өкілдерінен туындайтын ұқсастықты көрсетеді. Мысалы, егер біз жануарларды қозғалыс тәсілдері бойынша жіктейтін болсақ, онда суда реактивті жолмен қозғалатын түрлердің экологиялық тобына медузалар, басаяқтық моллюскалар, кейбір инфузиялар мен жгутикалар, стрекоз қатарының құрттары және т. б. (сурет. 7). Экологиялық классификациялардың негізіне әртүрлі өлшемдер алынуы мүмкін: тамақтану тәсілдері, қозғалыс, температураға, ылғалдылыққа, ортаның тұздылығына, қысымға және т. б. қатынасы. Барлық организмдерді эврибионтті және стенобионтты құрылғылардың диапазонының кеңдігі бойынша ортаға бөлу қарапайым экологиялық жіктеменің мысалы болып табылады.
Басқа мысал-ағзаларды тамақтану сипаты бойынша топтарға бөлу. Автотрофтар-бұл организм, оның денесін құру үшін негіз ретінде органикалық емес қосылыстар. Гетеротрофтар-органикалық тағамға мұқтаж барлық тірі тіршілік. Өз кезегінде автотрофтар фототрофтар мен хемотрофтарға бөлінеді. Органикалық молекулалардың синтезі үшін біріншісі күн сәулесінің энергиясын, екіншісі – Химиялық байланыстардың энергиясын пайдаланады. Гетеротрофтарды қарапайым органикалық қосылыстар мен голозоев ерітінділерін пайдаланатын сапрофиттерге бөледі. Ашкөздер ас қорыту ферменттерінің күрделі кешеніне ие және оларды қарапайым құрамдас компоненттерге бөле отырып, күрделі органикалық қосылыстарды жеуге болады. Сирақтар сапрофагтарға (өлі өсімдік қалдықтарымен тамақтанады), фитофагтарға (тірі өсімдіктерді тұтынушылар), зоофагтарға (тірі тағамға мұқтаждар) және некрофагтарға (өлексесі бар жануарлар) бөлінеді. Өз кезегінде, осы топтардың әрқайсысын тамақтану сипатындағы өзінің ерекшелігі бар ұсақ топтарға бөлуге болады.
Әйтпесе, тамақтану тәсілі бойынша жіктеуді құруға болады. Жануарлар арасында, мысалы, филътраторлар (ұсақ шаяндар, безезубка, кит және т.б.), өсірілетін түрлер (тұяқтылар, қоңыздар‑листоедтар), жинағыштар (жалбыз, кроттар, жер қазғыштар, тауық), қозғалыстағы олжаға аңшылар (қасқырлар, арыстандар, шыбындар және т. б.) және басқа топтар анықталады. Мәселен, ұйымда үлкен жүрмеушілікке қарамастан, олжаны игерудің бірдей тәсілі арыстандар мен шыбын-шыбындардан олардың аң аулау повадкалары мен құрылыстың жалпы сипаттарындағы ұқсастықтардың қатарына әкеледі: дененің өршуі, бұлшықеттердің күшті дамуы, қысқа мерзімді үлкен жылдамдықты дамыту қабілеті және т. б.
Зат алмасу-ағзалардың ортамен тығыз заттық‑энергетикалық байланысын анықтайтын өмірдің маңызды қасиеттерінің бірі. Метаболизм өмір сүру жағдайларына қатты тәуелді. Табиғатта Біз өмірдің екі негізгі жағдайын байқаймыз: белсенді өмір сүру және тыныштық. Белсенді тіршілік ету кезінде ағзалар тамақтанады, өседі, қозғалады, дамиды, көбейеді, бұл ретте қарқынды метаболизммен сипатталады. Тыныштық тереңдігі мен ұзақтығы әр түрлі болуы мүмкін, бұл ретте ағзаның көптеген функциялары әлсірейді немесе мүлдем орындалмайды, себебі зат алмасу деңгейі сыртқы және ішкі факторлардың әсерінен төмендейді.
Терең тыныштық жағдайында, яғни төмен заттық‑энергетикалық алмасу, организмдер ортадан аз тәуелді болады, орнықтылықтың жоғары дәрежесін алады және белсенді тіршілік ету кезінде төтеп бере алмайтын жағдайларды көтере алады. Бұл екі жай-күй көптеген түрлердің өмірінде кезектеседі, климаты тұрақсыз, мезгілдік күрт өзгерісі бар мекендейтін жерлерге бейімделу болып табылады, бұл ғаламшардың көп бөлігіне тән.
Зат алмасуды терең басқанда ағзалар өмірдің көрінетін белгілерін мүлдем көрсетпеуі мүмкін. Зат алмасуын толық тоқтату мүмкін бе, содан кейін белсенді өмір сүруге қайта оралу, яғни «өлімнен қайта шешу» деген мәселе ғылымда екі ғасырдан астам пікірталасқа түсті.
1702 ж.Антони ван Левенгук – тірі дүниелердің микроскопиялық әлемінің ашушысы болды. Олар байқаған «анималькули» (коловратки) су тамшылары құрғап қалған, өлі көрінген және ұзақ уақыт бойы осындай жағдайда бола алды (сурет. 8). Суға жаңадан салынған адамдар ісіп, белсенді өмірге көшті. Левенгук бұл құбылысты «анималькулейдің» қабығы, әлбетте, «аздаған булануға мүмкіндік бермейді» деп түсіндірді және олар құрғақ жағдайда тірі қалады. Алайда, бірнеше онжылдықтан кейін табиғат зерттеушілері «өмір толығымен тоқтатылуы мүмкін» және 20, 40, 100 жылдан кейін қайта қалпына келтірілуі мүмкін «деген пікір білдірді.
XVIII ғ. 70-ші жылдарында кебуден кейін «балауыздану» құбылысы басқа да ұсақ организмдер – еркін нематод пен тихоходок өсіретін бидай безеуінен көптеген тәжірибелермен анықталып, расталған. Ж. Бюффон, повторив тәжірибелер Дж. Нидгема с угрицами, қағанның «бұл организмдер мәжбүр болады неше угодно рет өлуге және жаңадан оживать». Л. Спалланцани алғаш рет тұқымдар мен өсімдіктер спорасының терең тынысына назар аударды.
Бұл мәселе ХХ ғасырдың бірінші үштен бірінде ғана шешімін тапты, ол терең вакуумдық сусыздандыру техникасын дамытады. Г. Рама, П. Беккерель және басқа да ғалымдардың тәжірибесі өмірдің кері тоқтауына мүмкіндік берді. Торларда химиялық байланысты түрде 2% — дан аспайтын су қалған құрғақ жағдайда, коловраткалар, тихоходкалар, ұсақ нематодтар, өсімдіктердің тұқымдары мен даулары, бактериялар мен саңырауқұлақтар даулары сұйық оттегіде (-218,4 °C), сұйық сутегіде (-259,4 °C), сұйық гелийде (-269,0 °C), яғни абсолюттік нөлге жақын температураларда. Бұл ретте жасушалардың мазмұны қатаяды, тіпті молекулалардың жылу қозғалысы жоқ, және кез келген зат алмасуы, әрине, тоқтатылды. Қалыпты жағдайға орналастырғаннан кейін бұл ағзалар дамуын жалғастырады. Кейбір түрлерде аса төмен температураларда зат алмасуын тоқтату су кристалды емес, аморфты жағдайда қатып қалған жағдайда кептірусіз да мүмкін болады.
Өмірдің толық уақытша аялдамасы анабиоз деп аталды. Термин В. Прейер 1891 жылы ұсынған. Африкалық масалардың бірінің сусыз құрттары – Polypodium vanderplanki — +102 °C температураның әсерінен кейін күйіп қалу қабілетін сақтайды.
Анабиоздың жағдайы өмірдің сақталу шектерін, оның ішінде уақытты да кеңейтеді. Мысалы, мұздықтың қалыңдығында Антарктида терең бұрғылау кезінде кәдімгі қоректік ортада пайда болған микроорганизмдер (бактериялардың, саңырауқұлақтардың және ашытқылардың даулары) табылды. Тиісті мұз қабаттарының жасы 10-13 мың жылға жетеді. Кейбір өміршең бактериялардың даулары жүздеген мың жылда терең қабаттардан бөлінген.
Анабиоз, алайда, өте сирек құбылыс. Ол барлық түрлер үшін мүмкін емес және тірі табиғаттағы тыныштықтың соңғы жағдайы болып табылады. Оның қажетті шарты – ағзаларды құрғату немесе терең суыту кезінде зақымданбаған жіңішке жасушаішілік құрылымдарды (органеллалар мен мембраналарды) сақтау. Бұл шарт жасушалардың, тіндердің және ағзалардың күрделі ұйымдастырылуы бар көптеген түрлер үшін орындалмайды.
Анабиозға қабілеттілігі қарапайым немесе жеңілдетілген құрылымы бар және ылғалдылықтың күрт ауытқуы жағдайында мекендейтін түрлерде (кеуіп бара жатқан ұсақ су айдындары, топырақтың жоғарғы қабаттары, мүк жастықтары мен қынасының жастықтары және т.б.) анықталады.
Метаболизмнің ішінара тежелуі нәтижесінде Өмір тіршілігінің төмен жай-күйімен байланысты тыныштықтың басқа түрлері табиғатта кең таралған. Зат алмасу деңгейінің төмендеуінің кез келген дәрежесі ағзалардың тұрақтылығын арттырады және энергияны үнемді жұмсауға мүмкіндік береді.
Тыныс-тіршілігінің төмендеу жағдайындағы тыныштық формалары гипобиозға және криптобиозға немесе амалсызданған тыныштыққа және физиологиялық тыныштыққа бөлінеді. Гипобиоз кезінде белсенділіктің тежелуі немесе үйкелуі қолайсыз жағдайлардың тікелей қысымында пайда болады және бұл жағдайлар нормаға оралғаннан кейін бірден тоқтатылады (сурет. 9). Өмір сүру үрдісінің осындай басылуы жылу, су, оттегі жетіспеуінде, осмостық қысымның жоғарылауы кезінде және т. б. пайда болуы мүмкін. Еріксіз тыныштықтың жетекші сыртқы факторына сәйкес криобиоз (төмен температураларда), ангидробиоз (су жетіспеген жағдайда), аноксибиоз (анаэробты жағдайларда), гиперосмобиоз (суда тұздардың жоғары болуы кезінде) және т. б. ажыратылады.
He тек арктикалық және антарктикалық, сонымен қатар орта ендіктерде буынаяқтылардың кейбір аязға төзімді түрлері (коллемболдар, шыбындар қатары, жужелицалар және т.б.) тез еріп, күн сәулесінің астында белсенділікке өтіп, содан кейін температураның төмендеуі кезінде қайтадан қозғалғыштығын жоғалтады. Көктемде шыққан өсімдіктер күн мен күннің жылынуынан кейін өсуді және дамуын тоқтатады және жаңартады. Жаңбырдан кейін жалаңаш топырақ мәжбүрлі тыныштықта болған топырақ балдырларының тез көбеюі есебінен жиі жасыл.