К. Конюх и П. Плотник

Живые организмы

    Определение понятия 

/* Термин живой организм имеет много различных определений, ни одно из которых не стало общепринятым.

    Далее приводится определение, соответствующее общей логике данной работы.*/

Живой организм – автоматическое устройство,

• способное в определённом диапазоне параметров внешней среды к выполнению своих функций во включающих его суперорганизме и/или в локальной биоте;
• способное к репродукции;
• механизмы которого построены на электромагнитном взаимодействии отдельных атомов и ионов;
• работа которого происходит под управлением алгоритма, закодированного в едином для всего устройства геноме – передаваемой по наследству копии молекулы ДНК.

 

    Предлагаемая классификация живых организмов

    Со времён Карла Линнея систематика живых организмов претерпела существенные изменения. В настоящее время единой общепринятой систематики не существует и, более того, в науке о систематике существуют несколько школ, использующих различные подходы. Так, в частности, имеются два различных направления –  кладистика, и эволюционная таксономия, пытающиеся поместить все таксоны в мифическое эволюционное дерево, но делающие это по разным критериям.

Здесь предлагается вариант самых верхних уровней систематики, опирающийся на чёткие и легко проверяемые признаки.

     Классификация по величине запасаемой энергии

    Принимая поступающую извне энергию, любая живая клетка преобразует её и хранит для дальнейшего использования в виде энергии заряженного электрического конденсатора, базирующегося на какой-либо клеточной мембране. Величина запасённой энергии, выраженная через разность потенциалов электрического поля на обкладках конденсатора, пропорциональна ёмкости конденсатора или, иначе говоря, площади используемой мембраны.

 

В зависимости от вида используемой энергии электростанции клеток подразделяются на:

• фотоэлектростанции, использующие электромагнитное излучение;
• хемоэлектростанции, использующие энергию экзергических реакций;
• фотохемоэлектростанции, использующие оба вида энергии.

   /* такие электростанции имеются у некоторых видов бактерий (например, галобактерии)*/

 

 

 

Рис. 2. Структура митохондрии (Википедия

)

Рис. 4. Типы фотосинтезирующего аппарата у фототрофных бактерий:

1—4 — у пурпурных бактерий, 5 — у зеленых серобактерий.

. (Фото из статьи «Фототрофные бактерии»).

Рис. 5. Ультратонкие срезы клеток цианобактерии Ectothiorhodospiга shaposhnikovii.

КС — клеточная стенка, ЦПМ — цитоплазматическая мембрана, Н — нуклеоид, ФМС — фотосинтезирующие мембранные структуры.

Увел. X 40 000. (Фото из статьи «Фототрофные бактерии»).

По величине ёмкости конденсаторов (или площади поверхности мембран) электростанции клеток подразделяются на

• станции малой ёмкости – хемоэлектростанции или фотохемоэлектростанции, базирующиеся на цитоплазматической мембране;

      /* свойственно подавляющему большинству бактерий*/

• станции средней ёмкости /*примерно на 1-2 порядка больше малой ёмкости*/ – фотоэлектростанции, базирующиеся на неотграниченных от цитоплазмы тилакоидных мембранах;

     /* свойственно цианобактериям, а также зелёным и пурпурным серобактериям*/ 

• станции большой ёмкости /*примерно на 3-4 порядка больше малой ёмкости*/, базирующиеся на отграниченных от цитоплазмы хлоропластах (фотоэлектростанции) или митохондриях (хемоэлектростанции). /*свойственно всем эукариотам*/

   Классификация по типу структурной организации:

• Эукариоты (клетка имеет не менее одного ядра).
• Прокариоты (клетка не имеет ни одного ядра).
• Экстрацеллюлярные (внеклеточные) организмы.

  Классификация по способу получения энергии

• Фотохемоэнергетики (растения) –  организмы, получающие как энергию излучения в световом диапазоне, преобразуемую в энергию заряженного конденсатора в хлоропластах, так и химическую энергию нутриентов, преобразуемую в митохондриях.

     /*Все фотохемоэнергетики – эукариоты*/

• Радиацио-энергетики – организмы, получающие энергию только в виде электромагнитного излучения, преобразуемую в тилакоидных мембранах.

     /*Все радиацио-энергетики – прокариоты (цианобактерии (cyanobacteria) и бактерии); чаще всего радиацио-энергетики используют, как и фотохемоэнергетики, энергию электромагнитного излучения светового диапазона, однако известны виды серобактерий, использующие инфракрасное излучение*/

• Хемоэнергетики – организмы, получающие энергию только в виде нутриентов. 

     /*Хемоэнергетики могут быть как эукариотами, которые используют в качестве энергетических станций митохондрии, так и прокариотами. Хемоэнергетики-прокариоты могут иметь энергетическую станцию, базирующуюся на цитоплазматической мембране, либо обходиться без запасания энергии в электрическом конденсаторе, как это имеет место у облигатных и аэротолерантных анаэробов (anaerobes), получающих АТФ исключительно в ходе субстратного фосфорилирования*/ 

• анэнергетики (от греческого άνευ – без) – экстрацеллюлярные организмы, получающие АТФ от других организмовне имеющие своих энергетических станций и использующие энергию, предварительно преобразованную в форму мобильных аккумуляторов другими организмами.

  Классификация хемоэнергетиков по способу получения нутриентов

• пептики (от греческого πεπτικόσ – пищеварительный) – хемоэнергетики, использующие для получения, по крайней мере, части своих нутриентов пищу, т.е. объекты внешней среды, которые для превращения в нутриенты должны быть переварены – расщеплены на атомы или молекулы, способные пройти через порты в цитоплазматической мембране;

/* пищей могут быть другие живые организмы, их части или не до конца разложившиеся, т.е. неспособные играть роль нутриентов, остатки, а также кристаллы нерастворимых в воде минералов */

• нонпептики – хемоэнергетики, получающие все необходимые нутриенты без использования пищеварения.

/* все нонпептики являются прокариотами*/

  Классификация пептиков

По виду пищи и, соответственно, по способу пищеварения пептики разделяются на шесть дивизий:

• сконетрофы (от греческих слов σκόνη – пыль и τροφή – питать) – бактерии, пищей которых являются нерастворимые в воде микроскопические минеральные частицы;

/*например, силикатные бактерии, фосфоробактерии, железобактерии и др.*/  

• кристаллотрофы (мицелийобразующие грибы-симбионты) – эукариотные организмы, пищей которых являются макрокристаллы нерастворимых в воде минералов;  

/*например, грибы, образующие микоризу деревьев*/  

• макромолекулотрофы (ММТ) – бактерии, пищей которых являются органические макромолекулы;

/* например, миксобактерии */  

• органотрофы (грибы-сапротрофы и паразиты, грибоподобные протисты) – эукариотные организмы, пищей которых являются биологические ткани;

/* например, плесневые грибки */  

/*как у ММТ, так и у органотрофов пищеварение происходит с участием выделяемых во внешнюю среду пищеварительных ферментов (внешнее пищеварение)*/

• микрофаги (животноподобные протисты) – эукариотные организмы (главным образом, одноклеточные), пищей которых являются бактерии, отдельные клетки или минеральные частицы, превращаемые в нутриенты с помощью внутриклеточного пищеварения (фагоцитоза);

/* перевариваемая пища помещается в отграниченой мембраной полости – вакуоли – внутри клетки и обрабатывается трансмембранными ферментами*/

• макрофаги (близко к животные) – эукариотные организмы, пищей которых являются другие эукариотные организмы или их части, а пищеварительный процесс осуществляется в специальной пищеварительной камере.

/* у стрекающих и гребневиков наряду с пищеварительной камерой имеется также внутриклеточное пищеварение*/

  Классификация прокариот и эукариот с использованием дополнительных признаков

При использовании в качестве дополнительного признака способа получения нутриентов и энергии

прокариоты разделяются на четыре дивизии – радиацио-энергетики, сконетрофы, макромолекулотрофы, нонпептики;

эукариоты разделяются на пять дивизий –фотохемоэнергетики, кристаллотрофы, органотрофы, микрофаги, макрофаги. 

    Зависимые и независимые организмы

Организм является по определению:

• независимым в данных условиях внешней среды, если он может самостоятельно обеспечить себя жизненными ресурсами; 
• зависимым, если его обеспечение жизненными ресурсами в данных условиях внешней среды возможно только в составе суперорганизма.

Фотохемоэнергетики не могут обеспечить себя связанным азотом и минералами и существуют либо в составе растительных суперорганизмов, включающих различные биоплёнки (ризосферу и др.), а во многих случаях также кристаллотрофов, образующих микоризу и биоплёнку-микоризосфер, либо в составе фитопланктона водной биоты.

Радиацио-энергетики не могут обеспечить себя минеральными биогенными элементами, а большинство и связанным азотом, и существуют только в составе биоплёнки.

Сконетрофы не могут самостоятельно обеспечить себя связанным азотом и минеральными элементами, добываемыми сконетрофами других специализаций, и существуют только в составе биоплёнок.

Кристаллотрофы не могут самостоятельно обеспечить себя связанным азотом и органическими молекулами и существуют только в составе суперорганизмов, включающих фотохемоэнергетиков (растения) или фотоэнергетиков-цианобактерии, а также биоплёнку-микоризосферу.

Как макромолекулотрофы, так и органотрофы, не могут самостоятельно обеспечить внешнее пищеварение и существуют в составе суперорганизмов, включающих биоплёнки.

Микрофаги являются независимыми организмами (могут сами обеспечить себя жизненными ресурсами) в водной среде, содержащей кислород, необходимые минеральные элементы, бактерии или другие прокариотные клетки.

Макрофаги могут существовать только в составе животного суперорганизма, включающего биоплёнки, которые выстилают пищеварительную камеру и другие жизненно важные органы.

Нонпептики не могут обеспечить себя связанным азотом и полным набором биогенных минеральных элементов и существуют только в составе биоплёнки.

Экстрацеллюлярные организмы не могут обеспечить себя никакими жизненными ресурсами и существовуют только в составе биоплёнки.

·        Все организмы, кроме микрофагов, являются зависимыми, т.е. могут существовать только в составе суперорганизма. 

·        Все без исключения организмы не могут существовать самостоятельно в среде, лишённой органики.

                                             

Дата последнего обновления:  2011-08-27

Инженерно-физическая биология

 

Главная страница