О чем рассказывается в этом томе
Слово «биология» в переводе с греческого значит «наука о жизни» («биос»—жизнь, «логос»—наука). В наше время биология — это не одна наука. Она включает в себя ботанику, зоологию, генетику, физиологию растений, физиологию животных и человека, микробиологию, биохимию, биофизику и другие самостоятельные научные дисциплины.
В томе «Растения и животные» рассказывается о биологических науках, изучающих жизнь растений, животных и микроорганизмов.
Так же как и другие науки, биология испытывает глубокие изменения в связи с научно-технической революцией, в эпоху которой живет современное человечество. Успехи физики, химии и техники открыли совершенно иные возможности и для биологов. Современный биолог, пользуясь электронным микроскопом, дающим увеличение в 100 тыс. раз и более, изучает субмикроскопическое строение растительной и животной клетки, о котором еще недавно ученые не имели никакого понятия. Биологи изучают мир макромолекул белков и нуклеиновых кислот клетки, те первичные реакции, которые идут на молекулярном уровне. Ученые все глубже проникают в жизнь организмов, в тайны наследственности, синтеза белков, разрешают другие важнейшие проблемы и вопросы биологии.
Применение новых, современных методов исследования позволило уловить ничтожнейшие количества физиологически активных веществ в клетке, которые играют очень важную роль в жизни растительных и животных организмов.
Бурно развиваются такие разделы биологии, как биохимия и биофизика, изучающие химические реакции и физические процессы, протекающие в организмах. В самом конце прошлого века русский ученый-ботаник Д. И. Ивановский открыл вирусы, а в наше время учение о вирусах выросло в особую науку — вирусологию. В связи с освоением космического пространства совсем недавно родилась новая наука — космическая биология.
Многие открытия теоретической биологии человек успешно применяет в медицине и народном хозяйстве. Благодаря успехам физиологии животных и человека, микробиологии, биофизики, биохимии, генетики стало возможным лечить многие болезни, которые прежде считались неизлечимыми. В сельском хозяйстве на основе достижений физиологии, биохимии и генетики растений стали успешнее вести селекционную работу, сохранять урожай, бороться с полеганием хлебов, уничтожать сорняки, рационально применять удобрения и правильно орошать поля. Успехи технической микробиологии позволили улучшить производство кормов для сельскохозяйственных животных, разрабатывать способы приготовления диетических продуктов для человека, рационализировать производство спирта, ацетила и других веществ.
Теоретическая биология позволяет планомерно познавать природу и регулировать происходящие в ней процессы. Жизнь на Земле есть всюду: в лесах, степях и пустынях, в океанах и пресных водах, на высоких горах и в почве. Ученые, работавшие на советском экспедиционном судне «Витязь», обнаружили в Тихом океане животных на глубинах 10 тыс. м и более. Там, где не могут жить ни растения, ни животные, живут бактерии, многие из которых не нуждаются в кислороде. Бактерии проникают в толщу Земли на несколько сотен метров, населяют воды рек, озер, морей и океанов. В 1 г почвы их от 500 тыс. до нескольких миллиардов.
Мир растений и животных прежде всего поражает многообразием. Сколько самых различных животных, сколько видов водорослей, грибов, цветковых растений населяет различные области и климатические зоны Земли!
Чем же отличаются населяющие Землю живые организмы от тел так называемой неживой природы? Зеленое растение питается неорганическими веществами, создавая из воды и углекислого газа под влиянием солнечной энергии органические вещества — углеводы: сахар, крахмал (фотосинтез). Из углеводов и минерального азота (нитратов) оно образует белковые и другие вещества. Животные поедают растения или других животных, эта пища перерабатывается в клетках их организма и усваивается, т. е. превращается в органические вещества их тела. За счет усвоенных веществ организм растет и развивается.
Кристалл какого-либо минерала, например соли, тоже «растет», если его погрузить в насыщенный солевой раствор. Но такой «рост» происходит путем отложения на поверхности кристалла молекул или атомов вещества, из которого он состоит. Живые же организмы растут, перерабатывая в своем теле различные вещества.
Сложные процессы, происходящие в организме, и вся его жизнедеятельность требуют большой затраты энергии. Энергия эта выделяется в организме в результате постоянного распада сложных органических веществ на более простые. У подавляющего большинства растений и животных этот распад происходит при участии кислорода, который они получают из внешней среды в процессе дыхания. Так непрерывно в живых организмах идет процесс обмена веществ, и в этом их основное отличие от неживых тел.
Удивителен и многообразен мир растений и животных. Эта маленькая африканская птичка — нектарница — красотой оперения соперничает с цветками, нектаром которых она питается.
Итак, живые организмы питаются и дышат, находятся в постоянной взаимной связи с внешней средой. Они развиваются и размножаются, рождая себе подобных. Эта способность — одно из самых замечательных свойств всех живых организмов. Ф. Энгельс отмечал, что в XIX в. было сделано три великих открытия: установлен закон сохранения энергии, создана клеточная теория и разработана Ч. Дарвином теория эволюции. Одно из этих открытий касается физики, а два других — биологии.
Клеточная теория показала единство строения животных, растений и микроорганизмов и заложила фундамент для дальнейшего успешного развития биологии. Мы уже отмечали, как глубоко в наше время наука проникла в строение и функции клетки, что привело к изучению процессов в макромолекулах белков и нуклеиновых кислот.
В наше время наука доказала, что на Земле не всегда существовала жизнь и что она не была создана сверхъестественным существом в результате единовременного акта творения. Жизнь зародилась сотни миллионов лет назад естественным путем, когда на Земле сложились соответствующие условия. Сначала появилось органическое вещество, постепенно оно изменялось и преобразовывалось, и из неживого возникло живое. Жизнь возникла в виде простейших существ, еще более простых, чем такие одноклеточные организмы, как, например, амебы. В лабораториях ученые уже неоднократно получали органическое вещество из неорганического. Так наука подтверждает свои заключения неоспоримыми фактами.
Но до XIX в. большинство ученых верили, что животные и растения сотворены богом. Так, в XVIII в. шведский ботаник К. Линней утверждал, что «видов (животных и растений. — Ред.) существует столько, сколько их первоначально было создано». Только немногие ученые в XVIII и в начале
XIX в. думали иначе. Так, французский биолог Ж. Б. Ламарк был уверен, что животные и растения не сотворены, а возникли естественным путем в виде очень простых существ, что затем они изменялись, совершенствовались, превращаясь в более высокоразвитые организмы. Но Ламарк не мог убедительно доказать изменяемость организмов, и, главное, он не мог правильно объяснить, каким образом и почему они изменяются.
Это удалось сделать великому английскому натуралисту Ч. Дарвину. Более ста лет назад, в 1859 г., вышла в свет его книга «О происхождении видов», в которой Дарвин доказал изменяемость видов и изложил теорию, хорошо объясняющую, каким об-разом и почему происходило и происходит их изменение. Работы Дарвина произвели переворот в биологической науке. Передовые ученые того времени приняли учение Дарвина об изменяемости видов, оно стало руководящим в биологической науке.
Теория Дарвина объясняет, почему в природе существует целесообразность и как она возникла в процессе эволюции за те сотни миллионов лет, в течение которых существует мир живых организмов. Эта целесообразность не абсолютна, а относительна и осуществляется только в определенных условиях среды, к которым приспособился и в которых живет данный организм. Изменились условия, и то, что было целесообразным, стало нецелесообразным. Почему нас так интересует вопрос о целесообразности в природе? Да потому, что церковники всегда ссылались на нее как на доказательство существования бога. Учение Дарвина о происхождении видов разрушило и этот последний оплот религии.
Условия жизни на Земле — в глубинах океана и на высоких горах, в лесах умеренной зоны и в тропических джунглях, в степи и в тундре — резко различны. Изучая жизнь растений и животных, обитающих в разных природных зонах, биологи открывают замечательные приспособления живых организмов к условиям жизни.
В последнее время все более важное значение приобретает экология — наука, изучающая закономерности жизни организмов в естественной среде (с учетом роли человека в изменении этой среды). Экология исследует образ жизни как отдельных видов, так и целых сообществ (биоценозов). Ученые-экологи установили, что любой вид животного или растения утверждает себя на арене жизни, приспосабливаясь к среде не как скопище отдельных особей, а как единая популяция, все особи в которой тесно взаимосвязаны. Это одно из важных теоретических достижений экологии, имеющих большое практическое значение. Экология познает пути, которыми вид поддерживает свое существование. Изучение закономерностей этих процессов на различных уровнях — от отдельных популяций, занимающих небольшое пространство, до всей биосферы Земли — позволит научиться управлять ими. Уже сейчас экологи с успехом разрабатывают вопросы оптимальной плотности популяций и оптимальной структуры популяций полезных видов для получения от них максимальной продукции. Экологические методы лежат и в основе разработки мер борьбы с вредными видами. Таким образом, экология животных — научная основа разумного использования биологических ресурсов. Кроме того, экология имеет существенное значение и для разработки важных теоретических проблем биологии: механизма эволюционных процессов, закономерностей миграции веществ и энергии в биосфере и др.
Быстро развивается в последние годы и этология — наука о поведении животных. В необычайно сложной паутине взаимоотношений особей в сообществах есть свои закономерности. Это специфическое для вида поведение родителей по отношению к потомству, самок — к самцам, одной особи — к другим в зависимости от их «общественной иерархии» и т. д. Изучение всех этих особенностей поведения, направленных на наиболее совершенное и полное приспособление особей популяции к среде обитания, оказывается чрезвычайно важно и для практики: для улучшения методов содержания домашних животных и управления популяциями диких зверей и птиц в охотничьем хозяйстве.
Бурный научно-технический прогресс XX в. и быстрый рост народонаселения Земли привели к тому, что мы берем у природы все больше и больше. Природные ресурсы, которые необходимы человеку для питания и промышленности, обычно разделяют на возобновимые и невозобновимые. К возобновимым относятся все биологические ресурсы: почва, растения, рыбы, птицы, звери и т. п. Сущность охраны природы состоит в том, чтобы разумно, рационально использовать эти биологические ресурсы. В первую очередь необходимо оберегать их воспроизводительные возможности, помогать силам живой природы восстанавливаться. Для этого необходимо глубоко и детально изучать биологические особенности тех организмов, которые использует человек, их взаимоотношения с другими живыми и неживыми элементами природы, среди которых они живут, т. е. особенности всего природного комплекса.
Не менее важно знание характера и степени допустимого воздействия человека на весь природный комплекс и его компоненты. Изменения, вносимые человеком в биосферу, необычайно велики. При распашке степей, рубке леса, обводнении пустынь, осушении болот преобразуются огромные территории. В результате нередко разрушаются существующие в природе сложные связи, что приводит к нежелательным последствиям. Вот только два примера. Вырубка лесов в верховьях рек влечет за собой обмеление рек и тем самым может снизить урожай на полях за тысячу километров от верховий. Крупные заводы без должной очистки выбросов из их труб снижают продуктивность фотосинтеза деревьев в тайге радиусом на сотни километров. Только изучение законов природы позволит избежать ошибок, которых было так много в прошлом.
Мы подошли к другой важной проблеме — охране природы от загрязнения. В наше время многие реки Западной Европы, например Рейн, из-за сброса в них промышленных отходов, превращены в сточные канавы с ядовитой водой, непригодной для жизни организмов и для использования ее человеком. Выхлопные газы автомобилей во многих городах сильно отравляют воздух. Ядохимикаты, если они применяются неумеренно и без соблюдения необходимых предохранительных мер, убивают не только вредителей, но и полезных животных на полях и в лесах, отравляют реки и даже моря. Люди должны предвидеть возможные последствия своей деятельности и уметь предупреждать их.
При разумном хозяйствовании можно повысить продуктивность природы. Так, научно обоснованное земледелие повышает плодородие почв, разумное вмешательство человека S жизнь леса позволяет получить больше древесины, а при правильном ведении рыбного и охотничьего хозяйства количество рыбы и дичи не только не уменьшается, но даже увеличивается. В результате принятых мер в степях СССР восстановлено и увеличено поголовье антилоп сайгаков, а в сибирской тайге — соболя. Вот еще пример: число фабрик и заводов на берегах Москвы-реки за последние десять лет увеличилось более чем вдвое, а вода в реке стала в три раза чище.
Необходимо сохранять не только отдельных полезных и редких животных и отдельные растения, но и всю фауну и флору, а также образцы целых ландшафтов. Это чрезвычайно важно для науки, для детального изучения естественных биологических процессов и взаимосвязи явлений. Чтобы сохранять и изучать природу, созданы заповедники в самых различных частях нашей страны.
Каждый из вас, наших юных читателей, должен научиться понимать природу, ее законы, наблюдать ее жизнь. Вы, несомненно, полюбите этот прекрасный мир и поведете действенную борьбу за бережное отношение к нему.
Мы надеемся, что в этой книге вы найдете ответы на многие вопросы о жизни растений, животных и микроорганизмов, об их развитии и происхождении, о значении биологических знаний для развития народного хозяйства. Мы надеемся также, что статьи тома помогут вам самостоятельно вести наблюдения и ставить опыты с растениями и животными в кружках юных натуралистов.
