Казалось бы, вирусы - примитивнейшие существа, но генетический их аппарат поразительно разнообразен. По этому кардинальному признаку различия между вирусами полиомиелита, например, и оспы гораздо существеннее, чем между бактерией и человеком. Огромный мир внеклеточной жизни… Образовался он, по единодушному мнению ученых, путем своеобразного вырождения клеточных организмов.
Вирусы - бич всего живого. Поселяясь в живых клетках, они вызывают заболевание и - нередко - смерть организма-хозяина. На "совести" вирусов больше половины человеческих болезней: грипп, корь, свинка, ветряная оспа, краснуха; в их числе и самые страшные: рак, бешенство, инфекционный гепатит, клещевой энцефалит. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет человек в среднем 7 лет болеет вирусными заболеваниями.
Борьба человечества с вирусами осложняется чрезвычайно мелкими их размерами (в среднем вирусы в 100 раз мельче бактерий и различимы только в электронный микроскоп) и необычайной устойчивостью к условиям внешней среды. Некоторые вирусы выдерживают получасовое кипячение и кратковременную обработку обычными дезинфицирующими средствами, например спиртом или фенолом. Убить их можно только высоким давлением перегретого пара или ультрафиолетовыми лучами.
Как и все другие организмы, вирусы выполняют в биосфере свою особую функцию. Вызывая тяжелые заболевания живых организмов, вирусы элиминируют наиболее слабые особи и способствуют выживанию наиболее приспособленных. Естественный отбор в биосфере осуществляется в значительной мере вирусами.
Перейдем к рассмотрению клеточных форм жизни. Сейчас существует несколько систем их классификации. Мы будем пользоваться главным образом макросистемой академика А. Л. Тахтаджяна, но с некоторыми уточнениями, обусловленными новейшими исследованиями (табл. 2).
Таблица 2
Макросистема клеточных живых организмови их роль в биосфере
| Макросистема живых организмов | Роль живых организмов в биосфере | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Надцарства | Царства | Подцарства | Автотрофы | Гетеротрофы | Миксотрофы | ||
| Фототрофы | Хемотрофы | Биотрофы | Сапротрофы и некротрофы | ||||
| Доядерные (прокариоты) | Дробянки | Бактерии (эубактерии) | + | + | + | + | + |
| Архебактерии | + | + | − | + | + | ||
| Цианеи (цианобактерии, или синезеленые водоросли) | + | + | − | − | + | ||
| Ядерные (эукариоты) | Растения | Низшие растения (водоросли) | + | − | − | − | + |
| Высшие растения | + | − | Очень редко | ? | + | ||
| Грибы | Миксомицеты (слизевики) | − | − | + | + | − | |
| Грибы (высшие грибы) | − | − | + | + | − | ||
| Животные | Простейшие | − | − | + | Очень редко | + | |
| Многоклеточные животные | − | − | + | + | + | ||
По этой системе выделяются два надцарства клеточных организмов - прокариоты и эукариоты, основное различие между которыми - отсутствие у прокариотов клеточного ядра (их иначе называют доядерными). У прокариотов отсутствует также дифференциация соматического и репродуктивного живого вещества.
Рассмотрение прокариотов начнем с бактерий. Открыты они были в 1683 г. великим изобретателем микроскопа Антони ван Левенгуком (1632-1723). Полвека спустя в своей "Системе природы" (1735) Карл Линней все открытые к тому времени бактерии (а заодно и все другие микроорганизмы) объединил в "хаос", который угодно было сотворить богу и назначение которого человеку непонятно. У наших современников упоминания о бактериях обычно связаны с самыми неприятными ассоциациями: жар, озноб, болотная лихорадка… Между тем вызывают заболевания у человека только 0,1% из всех живущих на Земле бактерий (причем человек значительно эффективнее справляется с ними, чем с вирусными). И, как справедливо заметил уже знакомый нам Андрэ Львов, мы не должны сердиться на бактерии, так как если бы не было микробов, то не было бы жизни на Земле и не было бы… микробиологов. В этой шутке нет преувеличения - бактерии выполняют в биосфере необходимейшие функции. Человек начал использовать широчайшие возможности бактерий, даже не подозревая об их существовании - еще за несколько тысяч лет до нашей эры появились производства, основанные на жизнедеятельности бактерий: виноделие, пивоварение, хлебопечение, сыроварение. Понадобился долгий и трудный путь познания, завершившийся гениальными открытиями Луи Пастера, чтобы понять роль бактерий в этих привычных для человечества производствах.
Среди всего живущего на Земле подцарство бактерий держит рекорд по разнообразию способов питания: оно единственное, в котором есть представители всех типов питания.
Фотоавтотрофных бактерий на Земле около 50 видов. В отличие от всех других организмов бактерии не выделяют при фотосинтезе кислород. Но - простим им и это! - ведь бактерии наряду с другими прокариотами - древнейшие фотоавтотрофные организмы на нашей планете. Фотосинтез у них происходит принципиально иначе, чем у растений, и осуществляется при помощи другого пигмента - бактериохлорина. Продукция фотосинтезирующих бактерий иногда может быть довольно значительной: по данным В. М. Горленко, в некоторых озерах она достигает 75% всей первичной продукции. Обитают фотосинтезирующие бактерии как в пресных, так и в морских водах.
Основная роль бактерий в круговороте веществ в биосфере двоякая: 1) разложение отмершей органики и возвращение слагающих элементов в биотический круговорот; значительную часть этой работы бактерии проделывают в пищеварительных трактах многоклеточных животных; 2) непрерывное вовлечение в биотический круговорот все новых порций зольных элементов и азота. Еще в конце прошлого века Николай Иванович Андрусов (1861-1924), впоследствии академик, а в ту пору - сверхштатный экстраординарный профессор минералогии Юрьевского (ныне - Тартуского) университета, первым из русских геологов осознал эту роль бактерий в биосфере. "Бактерии, по-видимому, уже давно существуют на земном шаре. Та громадная роль, которую они играют в круговороте серы, азота и углерода, делает без них немыслимою жизнь остальных организмов", - писал он. А в последнее время главным образом благодаря работам члена-корреспондента АН СССР Георгия Александровича Заварзина выясняется важная роль бактерий и в формировании атмосферы Земли.
Функции бактерий в биосфере настолько многообразны, что в принципе возможно существование экосистем, где живое вещество представлено исключительно бактериями, часть которых относится к автотрофам, а другая - к биотрофам и сапротрофам. Никакие другие организмы (кроме цианобактерий) не способны к такому автономному существованию.
Бактерии вездесущи в биосфере. Голландский микробиолог Мартин Бейеринк (1851-1931) сформулировал следующий постулат, теперь носящий его имя: "Бактерии развиваются повсюду, где есть условия для их существования" (развиваются они, разумеется, не путем самозарождения - принцип Реди работает и здесь). Недавно жизнеспособные бактерии были найдены даже на Луне, куда они были занесены за несколько лет до этого каким-то ранее прибывшим с Земли космическим аппаратом.
Мир прокариотов таит в себе еще много непознанного, и применение новых методик исследования иногда приводит к неожиданным открытиям.
Одним из крупнейших событий в современном естествознании стало открытие принципиально новой группы организмов, которые получили название архебактерий (все остальные, ранее известные, бактерии во избежание путаницы при этом стали называть эубактериями). Еще не затихли споры о статусе этой группы. Некоторые ученые считают ее высшим таксоном органического мира - надцарством, равным по значимости прокариотам и эукариотам. Другие числят архебактерии в прокариотах, но выделяют в особое царство. Единого мнения пока нет.
Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что клетки архебактерий структурно относятся к прокариотному типу, но резко отличаются от всех других живых организмов по своему биохимическому составу. Насчитывают около 40 видов архебактерий, относящихся к 25 родам.