В вашем организме живет столько же бактерий, сколько и ваших собственных клеток тела. А пищеварительная система — особенно благоприятное место для бактерий — буквально ими набита.
Бактериями наш портативный микробиологический музей не ограничен: в организме постоянно проживает огромное разнообразие вирусов, архей, грибков и простейших. Но не торопитесь проводить дезинфекцию: микробиом — абсолютно необходимая часть организма здорового человека, без которой мы бы не смогли питаться многими продуктами, страдали бы из-за проблем с ом, а также от множества инфекций, которые обычно обходят нас стороной.
Давайте же узнаем побольше о наших микроскопических соседях, которые почти бескорыстно делают жизнь каждого человека приятнее.
Кишечник — слишком замечательное место, чтобы оставаться незаселенным. В нём тепло, в него регулярно поступает пища, он защищен от непогоды, хищников и множества других ударов судьбы. Ничего удивительного, что в кишечнике любого животного обитает множество микроорганизмов, составляющих его микрофлору (микробиом, микробиоту).
Со своей стороны животное может только позаботиться о том, чтобы микробы не размножались слишком сильно и чтобы среди микроскопических пассажиров было как можно больше полезных или хотя бы безвредных существ. Над этим нужно начинать работать прямо с рождения.
Становление микрофлоры кишечника
Новорождённые млекопитающие плохо умеют заботиться о себе и потому не могут предпринять разумных шагов по созданию в своем кишечнике благоприятной микрофлоры. Эту роль берёт на себя мать: в ее молоке содержатся не только микроорганизмы, но и антитела, иммунные клетки и цитокины, которые помогают правильно организовать взаимодействие иммунной системы младенца с его новыми спутниками жизни. Кроме того, в молоке содержатся вещества, стимулирующие рост полезных бактерий: в частности, определенные олигосахариды способствуют размножению бифидобактерий.
То, что первых микробов младенец получает от матери, сказывается на его дальнейшей жизни: микрофлора матери и ее ребенка более сходна, чем у двух случайно взятых людей. При этом бактериальные сообщества кишечника двуяйцевых близнецов сходны в той же мере, что и у однояйцевых. Поскольку генетическая информация у однояйцевых близнецов идентична, а у двуяйцевых сходна не более, чем у родившихся в разное время братьев, получается, что генетический компонент оказывает на формирование бактериальной микробиоты лишь незначительное влияние. Основной вклад в ее развитие вносят внешние условия (рис. 1).
Зоопарк в вашем животе
Генетика вносит в состав микрофлоры лишь минимальный вклад, зато обстоятельства жизни человека могут на нее повлиять очень существенно. Причем некоторым факторам — например, антибиотикам или резкой смене диеты — для этого достаточно лишь нескольких дней (правда, краткосрочные воздействия вызывают быстро обратимые изменения). Красные стрелки, направленные вверх, обозначают увеличение доли той или иной группы бактерий в кишечном микробиоме, и наоборот.
Полноценная микрофлора, разнообразие видов которой так же велико, как и у взрослых, формируется у ребенка к трем годам. До этого возраста иммунная система относится к микробам терпимее, поскольку ребенок еще только заполняет свой микрозоопарк. Это — одна из причин, по которым маленькие дети особенно чувствительны к инфекциям. Зато когда микрофлора наконец сформируется, ее преимущества окупят жертвы и опасности первых лет жизни.
Иммунитет и микробиом
Иммунная система должна обращаться с микробиотой очень аккуратно: с одной стороны, она должна позволять микробам спокойно жить в отведенном месте (кишечнике), но с другой стороны, должна оперативно реагировать, когда они нарушают установленные границы или начинают слишком активно размножаться.
Казалось бы, от этой дополнительной нагрузки на иммунную систему, которая и так должна чутко реагировать на все угрозы здоровью, поддерживать гомеостаз должно быть сложнее. Удивительно, но это не так.
Эксперименты показывают, что в отсутствие микробиоты иммунная система развивается и функционирует намного хуже. Это привело ученых к мысли, что хозяин использует микроскопических сожителей как своеобразный тренажер, который позволяет держать иммунитет в тонусе.
Чтобы проверить это, а также многие другие предположения о роли микробиоты, ученые исследуют гнотобиотических мышей — животных, которых выращивают в тщательно контролируемых условиях, так что исследователям точно известен состав их микрофлоры. У гнотобиотических мышей может или совсем не быть микробиоты, или она может состоять из строго определенного набора видов, подселенных в их организмы учеными. Выяснилось, что у мышей без микробиоты образуется меньше CD4+ T-клеток и плазматических клеток, нарабатывающих антитела IgA . А в кишечнике таких животных нарушается структура лимфоидных фолликулов — важных органов иммунной системы, в которых B-лимфоциты приобретают рецепторы, помогающие им распознавать вредоносные молекулы.
Кроме этого, микробиота необходима, чтобы научить иммунитет здоровой толерантности, благодаря чему он не пытается атаковать, к примеру, поступающую пищу.
Было показано, что активное подавление воспалительных процессов, которые могут развиваться в ответ на антигены пищи, невозможно без микробиома. Бактерии кишечника играют роль и в запуске антивирусных ответов. Большинство T-клеток, нарабатывающих интерферон-гамма (вещество, подавляющее распространение вирусов), обнаруживается в пищеварительном тракте. И именно специфические местные бактерии стимулируют синтез интерферона-гамма этими клетками.
Помимо сложных молекулярных взаимодействий, благодаря которым микробиом стимулирует иммунную систему работать эффективнее, в арсенале микробиоты есть и более простой способ помощи иммунной системе. Постоянные представители микрофлоры конкурируют с другими микробами за определенные метаболиты и просто не оставляют ресурсов для жизни посторонних, потенциально опасных микробов. Кроме того, регуляция микробиотой состава среды влияет на активности генов вирулентности патогенных микроорганизмов (например, Salmonella enterica и Clostridium difficile).
Микрофлора и питание
Микроорганизмы способны питаться такими субстратами, которые, к счастью, большинству людей и не снились. Это означает, что разнообразие пищеварительных ферментов у микробов намного выше, чем у людей. Грех этим не воспользоваться, раз уж бактерии и другие микроорганизмы неизбежно заселяют кишечник.
В пищеварительном тракте человека живут микробы, способные расщеплять целлюлозу (клетчатку) — основной сложный углевод растений. У нас в кишечнике переваривается далеко не вся целлюлоза из растительной пищи, но без микробиоты растениями было бы вообще энергетически невыгодно питаться.
Бактерии не только помогают нам расщеплять субстраты, которые мы сами не в состоянии переварить, но и синтезируют полезные соединения, которые всасываются в кишечнике вместе с пищей. Например, бактерии синтезируют витамин K, витамины группы B, а также тетрагидрофолат — кофермент, необходимый для метаболизма аминокислот.
Кроме того, бактерии помогают нам усваивать минеральные вещества — в первую очередь, железо. Мыши с нормальной микробиотой могут долгое время жить на диете с низким содержанием железа, потому что бактерии выделяют специальные белки, позволяющие с высокой эффективностью улавливать эти ионы. А вот у мышей без микробиоты при низком содержании железа в пище развивается анемия.
Интересно, что состав кишечной микрофлоры меняется в зависимости от диеты. Так, было показано, что у жителей западных стран, рацион которых богат белками и животными жирами, в микробиоте больше бактерий рода Bacteroides, а у жителей более бедных регионов (африканские деревни, Венесуэла), в которых люди питаются в основном растительными продуктами, богатыми сложными углеводами, преобладают виды рода Prevotella. Похожие изменения микробиоты, связанные с разными стилями жизни, характерны для горожан и деревенских жителей.
Сколько времени нужно, чтобы рацион повлиял на состав микрофлоры? Эксперимент американских ученых показал, что в экстремальных случаях — для диет, состоящих только из продуктов растительного или животного происхождения — достаточно и четырех дней.
География микробиома
Как оказалось, в микробиоте человека можно отследить и особенности, связанные с регионом его проживания. Например, бактерия Bacteroides plebeius, помогающая переваривать гликаны морских водорослей (нори и других) обнаруживается пока только у жителей Японии. Интересно, что ген гликозидной гидролазы, которая позволяет Bacteroides plebeius переваривать морские водоросли, был обнаружен у бактерий, постоянно живущих на таких водорослях. Очень вероятно, что именно от них этот ген попал в микробиоту японцев — путем горизонтального перенос.
У жителей Азии распространен и другой полезный микроб — Lactococcus garvieae. Эта бактерия при переваривании сои выделяет S-эквол — соединение, предотвращающее развитие климактерических симптомов и некоторых типов опухолей благодаря взаимодействию с рецепторами эстрогенов. Этим и объясняется положительный эффект употребления сои в борьбе с онкологическими заболеваниями.
Вот только бактерии, благодаря которым он проявляется, встречаются у европеоидов далеко не так часто, как у азиатов: в странах Запада — приблизительно у одного человека из четырех, а в Китае, Корее и Японии — у каждого второго.
Некоторым национальным особенностям микробиома еще не найдены объяснения. Например, пока непонятно, почему у итальянцев в два-три раза больше бифидобактерий, чем у жителей других европейских государств.
Тем не менее такие характерные особенности микробиома интересно изучать: даже если их причины не ясны, они могут многое рассказать об истории человечества.
Региональные различия начинают проявляться с самого раннего возраста. Так, было показано, что у шестимесячных финнов и жителей африканской республики Малави доли бифидобактерий, представителей Bacteroides-Prevotella, а также патогена Clostridium histolyticum различаются в разы.
Получается, что регион, в котором родился ребенок, имеет большое значение для его будущего микробиома.
Микробиом и болезни
Микробные сообщества, населяющие наш организм, богаты видами и сложно устроены.
Особенно это характерно для кишечника, в котором и число видов бактерий, и плотность микробов на единицу пространства впечатляюще велики. В кишечнике каждого человека образуется отдельная экосистема со сложными петлями обратной связи, которые контролируют численность различных микробов. Нарушения благоприятного видового баланса могут приводить к самым разным проблемам со здоровьем.
Например, было установлено, что при ожирении снижается разнообразие видов микрофлоры кишечника (рис. 2). Причем эксперименты показывают, что изменения микрофлоры относятся к причинам ожирения, а не к его следствиям.
Если кишечник мышей без микробиоты заселить бактериями мышей с ожирением, животные будут набирать вес быстрее, чем в случае пересадки кишечной микробиоты худых мышей.
Зная лишь состав микробиоты, можно определить, есть ли у человека ожирение, с вероятностью 90%.
Зоопарк в вашем животе
Целый ряд работ показал, что изменение микрофлоры кишечника у людей и животных с ожирением — это не следствие, а одна из причин появления лишнего веса. По сравнению с микрофлорой людей с нормальным весом, микрофлора людей с ожирением беднее, и соотношение бактерий разных групп в ней иное. Обладатели такой микрофлоры быстрее набирают вес, чем «обычные» люди, даже при абсолютно одинаковых рационах.
Разнообразие микробиоты кишечника снижается и при рецидивирующем псевдомембранозном энтероколите, и при хронических воспалительных заболеваниях кишечника. При болезни Крона, относящейся к последним, в подвздошной кишке исчезают обычно многочисленные представители Faecalibacterium и Roseburia, а их место занимают Enterobacteriaceae и Ruminococcus gnavus.
С изменением бактериального состава кишечной микрофлоры удается связать заболевания, не имеющие прямого отношения к пищеварению. Так, для пациентов с симптомами атеросклероза характерно увеличение доли кишечных бактерий Collinsella за счет уменьшения доли Roseburia и Eubacterium, а наличие бактерий Helicobacer pylori снижает вероятность развития астмы и аллергии.
Интересно, что патогенные штаммы той же Helicobacer pylori провоцируют развитие гастрита (как минимум). Именно поэтому недостаточно знать видовой состав микробов кишечника, чтобы делать выводы о здоровье человека, а нужно учитывать еще и их штаммы — внутривидовые группы, которые могут очень сильно отличаться по патогенности и другим свойствам.
Исследования на мышах показали, что и присутствие патогенных бактерий в пищеварительном тракте, и развитие воспалительных заболеваний кишечника повышают у животных тревожность.
Антибиотики и микрофлора
Антибиотики (антибактериальные препараты) действуют не только на патогенных микробов, но и на полезных представителей микробиома, существенно влияя на организм.
Принимая антибиотики, можно изменить стабильное состояние микробиоты, причем эффект может сохраняться годами. Поддерживается стабильным не только состав микробного сообщества, установившийся после употребления антибиотиков, но и экспрессия его членами генов устойчивости к антибиотикам — то есть со временем бактерии не теряют резистентность к лекарствам.
В отсутствие селективного давления гены устойчивости распространяются среди кишечных бактерий слабо, но если употреблять антибиотики, эффективность горизонтального переноса повысится, а значит, активнее будут передаваться и гены устойчивости.
Кроме того, антибиотики — один из видов стресса, запускающих SOS-репарацию, которая ведет к возникновению множества мутаций и появлению новых генов устойчивости.
Поэтому антибиотики не только способствуют росту устойчивых популяций бактерий, но и создают новые, благоприятствуя горизонтальному переносу генов и появлению новых типов устойчивости.
В долгосрочной перспективе любое употребление антибиотика приближает срок, когда он из эффективного препарата превратится в бесполезное вещество. В том числе и поэтому антибиотики лучше принимать только в случае крайней необходимости и по рецепту врача. Истощение микробиома антибиотиками не только приводит к неприятным симптомам (например, диарее), но и снижает устойчивость всего сообщества к патогенным бактериям.
Про- и пребиотики
Про- и пребиотики — это препараты, которые могут способствовать восстановлению микрофлоры после ее нарушения, например, из-за приема антибиотиков.
Пробиотики — это культуры полезных микроорганизмов, чаще всего к ним относят бифидо- и лактобактерий.
Пребиотики — это вещества (субстраты), стимулирующие рост таких бактерий: например, инулин, олигосахариды фруктозы и галактозы, пищевые волокна (в частности, полисахариды, которые человек не способен переварить без помощи бактерий).
Пребиотики выпускают в виде пищевых добавок, но они и так в больших количествах содержатся во многих продуктах, с помощью которых можно поддержать рост полезных бактерий: в злаках, цикории, бобовых, чесноке, луке, бананах.
Пробиотики также продают в виде специальных препаратов (БАДов), но их можно приобрести и в составе различных кисломолочных продуктов с бифидо- и лактобактериями.
Производители йогуртов активно финансируют исследования эффектов пробиотиков на самые разные аспекты жизни человека. В таких случаях часто можно ожидать сильного перекоса в публикации результатов: афишироваться будут в основном выгодные спонсорам результаты, а нейтральные или отрицательные данные останутся неизвестными общественности.
Действительно, есть основания думать, что опубликованные данные о положительных эффектах пробиотиков слишком хороши, даже если считать все опубликованные результаты полученными честно. В частности, работ, в которых эффект пробиотиков несколько слабее среднего по всем исследованиям, публикуется меньше, чем должно. Поэтому, читая о пробиотиках, нужно помнить, что нам, скорее всего, предлагают не всю информацию об их эффектах.
Тем не менее то, что известно, выглядит очень неплохо. Согласно некоторым исследованиям, пробиотики помогают при синдроме раздраженного кишечника, диарее, вызванной антибиотиками или химиотерапией, энтероколите и непереносимости лактозы.
Благоприятным влиянием на пищеварение положительные эффекты пробиотиков не ограничиваются. Было показано, к примеру, что препараты штаммов Lactobacillus. помогают бороться с тревожностью, если начать употреблять их на ранних стадиях долгосрочного стресса. Микрофлора влияет на уровень кортикостерона — главного гормона стресса, — поэтому пробиотики могут помочь почувствовать себя лучше не только физически, но и морально.
Пересадка микробиоты
Пробиотики рассчитаны на употребление с пищей — то есть бактерии должны успешно пройти через желудок с агрессивной кислой средой, чтобы добраться до места назначения. Это не очень эффективный способ доставки, и значительная часть бактерий в составе препаратов-пробиотиков может не пережить такого путешествия. Поэтому иногда донорскую микробиоту (в виде гомогенизированных фекалий) с помощью колоноскопии подсаживают прямо в ту часть кишечника, где она должна находиться. Это значительно эффективнее доставки бактерий с пищей, но и намного более трудоемко, так что данных о такой терапии пока мало.
Тем не менее уже известно, что этим методом успешно лечится псевдомембранозный энтероколит, причем с помощью простой фекальной клизмы еще полвека назад удавалось справиться с его молниеносными формами, смертность при которых достигала 75%.
Известны также единичные случаи использования пересадки микробиоты для лечения синдрома раздраженного кишечника, разных воспалительных заболеваний кишечника, а также метаболического синдрома.
Микробиота и рак
Особо тяжелые формы заболеваний, связанных с появлением патогенных бактерий или нарушением баланса видов микрофлоры, могут приводить к возникновению рака.
Например, атрофический гастрит и иногда образующийся при развитии этого заболевания рак связывают с размножением патогенных штаммов бактерий Helicobacter pylori. А многие случаи рака толстой кишки — с размножением Fusobacterium spp., Streptococcus gallolyticus, некоторых представителей семейства Enterobacteriaceae и энтеротоксигенных штаммов Bacteroides fragilis.
Посредством микробиоты может привести к раку даже нездоровое питание: при высоком содержании в пище жиров бактерии начинают производить больше дезоксихолевой кислоты, способствующей развитию рака печени.
Риск образования рака при нарушении нормальной микробиоты — еще одна причина, по которой важность заботы о микроскопическом населении организма человека сложно переоценить. Хорошая новость состоит в том, что риск развития рака, связанного с бактериями пищеварительного тракта, можно предсказать, исследуя микробиом.
Даже если ситуация вышла из-под контроля, микрофлора всё же может помочь организму бороться с онкологией. Описан, к примеру, такой механизм: от действия химиотерапевтического препарата циклофосфамида страдают не только опухолевые клетки, но и клетки кишечника. Микроорганизмы выходят наружу, а иммунная система активизируется, чтобы справиться с распространением микрофлоры за пределы кишечника. При этом усиленная активность иммунной системы помогает организму бороться с раком.
Микробиота и лекарства
В последнее время обнаруживается всё больше лекарств, на эффект которых влияет микробиота. Бактерии могут модифицировать молекулы лекарства, влияя на их метаболизм. А иногда такие модификации просто необходимы, чтобы лекарства работали.
Интересный пример — это некоторые средства восточной медицины, не действующие на людей, у которых нет определенных бактерий в составе микрофлоры. Например, женьшень не оказывает благоприятного противовоспалительного эффекта приблизительно на одного человека из пяти.
Состав бактерий кишечника определяет эффективность действия популярного анальгетика парацетамола (ацетаминофена). Его метаболизм зависит от уровня p-крезола — микробного метаболита, который конкурирует с парацетамолом за связывание с ферментом, присоединяющим сульфогруппу. Чем больше микробного p-крезола, тем реже сульфогруппы присоединяются к молекулам парацетамола.
Некоторые бактерии кишечника и сами производят вещества с лекарственными свойствами. Например, Clostridium sporogenes выделяет индол-3-пропионовую кислоту — антиоксидант и потенциальное средство против болезни Альцгеймера.
Исследовать и улучшить микробиом сегодня
Микробиом сложно устроен и влияет на многие аспекты здоровья человека. При этом он очень чутко реагирует на смену условий и особенно на изменения рациона. Поэтому через микробиоту можно безболезненно улучшить состояние организма, достаточно лишь узнать ее актуальные характеристики и подобрать подходящий режим питания.
Оценить состояние микробиоты, а также получить индивидуальные рекомендации по питанию позволяет новый тест «Генетика микробиоты» от компании Atlas. Состав и соотношение микробов кишечника оцениваются по анализу их ДНК. Каждый участник сдает биоматериал и в результате получает данные о состоянии микробиоты и персональные рекомендации диетолога-нутрициолога.
С помощью индивидуально подобранной диеты вы сможете показать своей микробиоте, как много она для вас значит, и отблагодарить ее за заботу о вашем здоровье.
Если эта статья на нашем сайте , была для вас полезна, то предлагаем вам книгу с Рецептами живого, оздоравливающего питания. Веганские и сыроедческие рецепты . А так же предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП лучших статей об здоровом образе жизнии здоровом питании вы можете найти там, где вам максимально удобноСредой обитания называется пространство, в котором протекает жизнедеятельность живых организмов. Если происхождение среды обитания не связано с жизнедеятельностью организмов, мы имеем дело с неживой, или абиотической, средой. В противном случае среда обитания называется живой, или биотической. Различают четыре типа сред обитания на планете: водная, наземно-воздушная, почвенная и сами живые организмы.
Понятие о среде обитания
Живые организмы всегда находятся во взаимодействии с окружающими их природными образованиями и явлениями. Об историческом единстве живых организмов и их окружения еще в XIX в. писал выдающийся русский физиолог И.М. Сеченов: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него».
Совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии, называется средой обитания .
Роль среды двояка. Прежде всего живые организмы получают пищу из среды, в которой обитают. Кроме этого, различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару. Жаркий и сухой климат пустыни препятствует жизни в ней большинства организмов, точно так же как из-за сильного холода в полярных областях обитать в них могут лишь наиболее выносливые виды. Именно среда изменяет организмы тем, что способствует их совершенствованию путем естественного отбора. Организмы не просто приспосабливаются к среде, но эволюционируют.
В свою очередь, жизнедеятельность организмов оказывает влияние на среду. Средообразующая роль живых организмов велика. Растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты. Высокие растения (деревья и кустарники) затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат. Растения и животные оказывают влияние на структуру и свойства почвы.
Если происхождение природных явлений не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов, то мы имеем дело с абиотической, или неживой, средой обитания: это различные физические характеристики климата, химические характеристики воды, почвы, характер субстрата, радиационный фон и т.п.
В случае, когда силы и явления природы обязаны своим происхождением жизнедеятельности организмов, среда обитания называется биотической, или живой. Это совокупность живых организмов, оказывающих своей жизнедеятельностью влияние на другие организмы.
Первые три разновидности среды обитания составляют абиотическую среду, четвертая — биотическую.
Организмы могут существовать в одной или нескольких средах жизни. Например, рыбы обитают только в воде. Человек, большинство видов птиц, млекопитающих, голосеменные и покрытосеменные растения обитают в наземно-воздушной среде. Многие насекомые и земноводные начинают свой жизненный путь в одной среде, а продолжают в другой (личинки комаров развиваются в воле, взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде; тритоны, преимущественно водные животные, зимуют на суше). Некоторые насекомые для продолжения рода нуждаются в почвенной и наземно-воздушной средах (майский жук, бронзовка).
Рис. 5.46. Живые организмы как среда жизни
Под микроскопом он открыл, что на блохе
живет блоху кусающая блошка;
На блошке той - блошинка-крошка,
В блошинку же вонзает зуб сердито
Блошиночка... и так ad infinitum.
Рис. 5.47. Картофель, пораженный фитофторой
(возбудитель - низший гриб Phytophthora infestans)
Рис. 5.48. Растение из семейства Rafflesiaceae -
Первый путь - простое «квартирантство», как на рис.5.49 (2).
Клещевой энцефалит-заболевание, поражающее центральную нервную систему человека. Оно вызывается вирусом, переносчики и хранители вируса- иксодовые клещи. Излюбленные места обитания клещей - южная часть таежных лесов на всем протяжении европейской и азиатской частей России.
Рис. 5.50. Повилика и заразиха:
1 - повилика клеверная; 2 - заразиха подсолнечниковая
В Сибири, в лиственницах, тонкоусый еловый усач заселяет преимущественно прикомлевую часть до высоты примерно 1 м, лиственничная златка осваивает ствол выше, до 4-5 м, продолговатый короед распространяется по всей его средней части, а вершину и ветви заселяют короед-гравер и заболотник Моравица.
Рис. 5.51. Галлы на листьях (по Е. Страсбургу, 1962)
А - шиповник (Rosa conina); Б - бук (Fagus sytuatica)
Все существующие на земле предметы могут быть разделены на два рода тел. К одному роду относятся живые тела или, как их называют иначе, организмы, например лошадь, курица, береза. К второму роду принадлежат не живые или неорганические тела, например железо, поваренная соль, камень и т.д. Так как к живым организмам относятся и растения, которые не могут ни двигаться, ни чувствовать, например видеть или слышать, то эти две способности, т.е. способность двигаться и чувствовать нельзя считать общим свойством всех живых организмов.
Не только растения, но и некоторые животные всю жизнь или часть жизни остаются на одном и том же месте, прикрепившись, например к камню. Другие животные, подобно растениям, лишены способности чувствовать; таковы, например, . Общим свойством всех живых организмов, будь ли то животные или растения, надо считать способность к так называемому обмену веществ, а обмен веществ заключается в следующем: вещество, из которого состоит тело живого организма, постоянно и медленно разрушается и постоянно возобновляется из того материала, который поступает в организм в виде пищи.
Разрушение вещества живых организмов происходит по следующей причине. В состав тела всех животных и растений входить вещество, называемое углеродом (в составе так называемых органических веществ). Этот углерод отличается стремлением соединяться с кислородом, а кислород находится в воздухе и в . Углерод, находящейся в теле живого организма и входящей в состав белка, углеводов, жира, соединяется с кислородом воздуха или с кислородом, растворенным в воде. В результате такого соединения, или, иначе, медленного окисления, получается газ, называемый углекислым газом; этот газ и выделяется из организма. Известно, что и горение какого-нибудь органического предмета, например, дерева, в сущности такое же соединение углерода горящего предмета с кислородом воздуха, при чем получается тот же углекислый газ, который уносится с дымом в . Таким образом в теле живого организма происходит нечто подобное горению с той лишь разницей, что это горение происходит медленно и потому не сопровождается выделением столь большого количества тепла, как это бывает при настоящем горении. Вместо окисленных частиц, выдыхаемых или выделяемых в воздух в виде углекислого газа, в организм поступают новые частицы, который получаются из пищи. Стало быть, каждый организм, в том числе и каждый человек, в настоящее время состоит не из тех частиц, из которых он состоял несколько лет назад; точно так же и по прошествии нескольких лет организм будет состоять из других, новых частиц.
Доказать существование такого обмена веществ в организмах можно на примере любого животного. Если, к примеру, собаку не кормить, то она станет худеть и терять вес. Очевидно, ее тело теряет какое-то вещество и потому уменьшается вес. Тело собаки из нашего примера теряет углерод, который соединяется с кислородом воздуха, попадающего в организм через легкие, когда собака дышит. В результате соединения углерода с кислородом получается углекислый газ, который и выделяется в воздух теми же легкими. Если же собаку кормить, эти отделяющиеся от ее организма частицы углерода возобновляются из пищи, поэтому, несмотря на то, что медленное сгорание частиц организма собаки совершается постоянно, тело ее может и не уменьшаться в весе.
В таком обмене веществ заключается главное свойство всех живых организмов в отличие от предметов неживых. В неживых телах обмена веществ не существует. Каждый камень в настоящее время состоит из тех же частиц, из которых он состоял и во время своего появления на земле. Если количество веществ, поступающих в организм из пищи, равно тому количеству, какое выделяется из организма вследствие их медленного окисления, то вес и размер организма не изменяются и в организме устанавливается равновесие. Если же количество веществ, воспринимаемых организмом из пищи, больше того количества, которое выделяется, то организм увеличивается в весе и размере, или, как говорят, организм растет.
Способность расти это вторая особенность живых организмов в отличие от неживых тел. Камни и вообще все неживые тела не могут расти так, как растут живые организмы. Если ком снега катать по снегу, то ком будет увеличиваться, то есть тоже расти, но этот рост будет только внешним. На поверхность снежка будут прилипать новые частицы снега, частицы же первоначального кома останутся прежними, сколько бы мы ни катали этот ком по снегу. Между тем, когда растет организм, частицы его отделившихся частей вследствие обмена веществ обновляются, то-есть заменяются новыми. Поэтому рост организма происходить не оттого, что снаружи на его поверхности налепляются новые частицы, а оттого, что каждая часть его тела соответственным образом увеличивается в размерах. В течение роста ребенка растут и внутренняя части его тела, например, сердце, легкие, мозг и прочее. В отличие от возможного внешнего роста неживых тел, рост живых организмов мы можем назвать внутренним.
Способность размножаться составляет третью особенность живых организмов в отличие от неживых тел. Нет надобности пояснять, что неживые предметы, например, камни, размножаться не могут.
Таким образом организмы отличаются от неживых тел тем, что они могут питаться, расти и размножаться , при чем способность расти и размножаться является следствием способности к обмену веществ, потому что, если бы не было способности к обмену веществ, то не было бы и роста организмов, а если бы не было роста, то не было бы и размножения.
Клетки живого организма
Каждый организм, возьмем ли мы животное или растение, состоит из одного или гораздо чаще из большого числа мельчайших пузырьков или ячеек, наподобие пузырьков пены. Эти ячейки стали называть клетками. В организмах, тело которых состоит из большого числа этих ячеек, клетки соединяются друг с другом стенками, вследствие чего получается ячеистая масса, получившая название . Ткань по устройству больше всего похожа на пену. Подобно тому, как в мыльной пене отдельные ячейки прилепляются друг к другу стенками и образуют массу пены, так и в тканях живых организмов отдельные клетки, скрепляясь друг с другом, образуют ткань, а из разных видов тканей составлено все тело живого организма. В отличие от ячеек пены, клетки организма, по большей части, бывают крошечной величины, так что увидеть их можно только при большом увеличении, если смотреть на них через микроскоп.
Внутри клеток находится полужидкое слизистое вещество, получившее название протоплазмы. Эта протоплазма имеет все те свойства, которые отличают живые тела от тел неживых. Именно она может питаться, расти и размножаться, и таким образом представляет из себя живую слизь. Некоторые организмы и состоят из одного единственного комочка протоплазмы микроскопической величины.
Протоплазма состоит из так называемых белков, образцом которых может служить куриного яйца. Кроме того, в протоплазме находятся вода и различный минеральные вещества, то есть вещества, относящиеся к неживой природе, например поваренная соль, соли различных и т.д. Белки же, в свою очередь, состоят из следующих простых веществ, то есть таких веществ, которые разлагаться на составляющие части не могут: из кислорода, углерода, азота и серы.
Отсюда видно, что протоплазма так же, как и вообще тело любого живого организма, состоит из самых обыкновенных простых веществ, находящихся всюду в природе и встречающихся также и в телах неживых. Кислород находится в воздухе и воде, углерод в виде углекислого газа в воздухе и в различных камнях или минералах, водород в воде, азот в воздухе, сера в различных минералах. Стало быть, нет ни одного простого, то есть неразложимого на составляющие, вещества, которое встречалось бы только в живых организмах и не встречалось в телах неживых. Зная это, мы можем сделать предположение, нельзя ли живую протоплазму приготовить искусственно, или, по крайней мере, не могут ли тела неживые сами собой превращаться в живую протоплазму. Хотя в настоящее время и удалось синтезировать искусственно многие органические вещества, аналогичные находящимся в живых организмах, например, сахар, жир и другие продукты органической химии, но до сих пор не удалось сделать искусственно не только живую протоплазму, но и ее главную составную часть, то-есть белковые вещества. Еще недавно думали, что некоторые низшие животные могут рождаться сами собой из веществ неживых. Если, например, в стакан с водой положить измельченное сено или траву, то через несколько дней в этой воде появляется множество крошечных животных, называемых инфузориями. Одно время думали, что эти инфузории заводятся сами собой. Однако впоследствии было доказано, что они появляются в такой воде первоначально в виде зародышей, а зародыши инфузорий переносятся с пылью в воздухе, и попав в благоприятную среду с питательными веществами (сено в воде) начинают быстро расти и размножаться.
Отличия живой и неживой природы
Знаменитый французский физиолог, Клод Бернар первый определил совокупность признаков, резко отличающих жизненные явления от явлений, происходящих в мертвой природе. Основные свойства живых существ - следующие:
1) Организация. Тело живых существ, т. е. животных и растений, построено согласно определенному архитектурному плану, между. тем как в мертвой природе только у кристаллов есть строение, выражающееся в оптических и других свойствах кристаллических тел. Особую важность мы придаем не внешней, видимой организации живых существ, но тонкому, невидимому для нас строению протоплазмы, - основного живого вещества, которое носит в себе все жизненные свойства как и у больших, высоко организованных животных и растений, так и у мельчайших, живых существ, состоящих из микроскопически малого, по виду однородного комочка слизи.
2) Воспроизведение. Всякое живое существо происходит от других живых существ, своих родителей, и в свою очередь способно давать происхождение новым живым существам, передавая им при этом по наследству свои отличительные признаки. Как священный огонь Весты, жизнь передается преемственно.
3) Развитие. Растения и животные начинают свою жизнь в виде крошечного зародыша и затем проходят определенные ступени развития, приводящего их к состоянию взрослого организма, причем, в большинстве случаев, объем тела организма увеличивается и строение усложняется.
4) Питание - представляет собой необходимое условие развития, как явления, связанного с увеличением объема и веса, а также с развитием новых органов и частей тела. Для построения этих органов необходим приток новых материалов. Действительно, каждый живой организм обладает способностью потреблять питательные вещества и путем разнообразных химических превращений перерабатывать их соответственно со своими потребностями. На основании этого, ученые нередко сравнивали организм с химической фабрикой. Как для поддержания работы фабрики необходимо сжигать определенное количество какого-либо топлива, так и для поддержания непрерывной деятельности организма необходимо сжигать часть питательных материалов; это физиологическое сжигание называется дыханием. Итак, вещества, которые усваиваются организмом при питании, частью перерабатываются для построения различных тканей и органов, частью же сжигаются для поддержания различных работ, совершаемых в организмах живых существ.
5) Ограниченность существования во времени. Из предшествующего видно, что живой организм во многом напоминает сложный механизм. Всякий механизм в конце концов изнашивается и перестает выполнять свои функции. В живом организме, с течением времени, также начинает обнаруживаться ухудшение работы отдельных частей и органов, происходит нарушение взаимосвязей органов и, вследствие этого, наступает ослабление жизнедеятельности, которое мы называем дряхлостью. В дальнейшем дряхлость все усиливается; наконец, расстройство внутренних связей достигает уже такой степени, при которой никакая жизненная деятельность невозможна. Наступает то, что мы называем естественной смертью организма.
Возникновение живых организмов
Как видно из только что сказанного, живые существа обладают такими своеобразными особенностями, что вполне естественна и понятна преемственность жизни, отмеченная в признаке «воспроизведение». Как ни удивительно для нас явление наследственности, было бы все-таки еще гораздо удивительнее, если бы все отличительные организма могли сами собой устанавливаться при каждом новом рождении.
В связи с этими соображениями, во все эпохи культурного существования человечества умы мыслителей и естествоиспытателей постоянно интересовал вопрос: как же появилась жизнь на земле впервые? Ведь было такое время, когда наша планета носилась в мировом пространстве, лишенная любого проявления жизни. Это мы можем уверенно утверждать на следующем основании. Материалом для построения тела животных и растений служат так называемые органические вещества, обладающие свойством, при наступлении достаточно высокой температуры, гореть и при горении распадаться на простые минеральные вещества. Между тем, в начале своего существования находилась в огненно-жидком состоянии; на ее поверхности царила такая высокая , с которой не могут сравниться никакие современные плавильные печи. Очевидно, при таких условиях не было возможно не только существование живых организмов, но даже и материалов, из которых строится их тело. Жизнь на земле могла появиться только после ее охлаждения. Не было ли связано это появление жизни с созданием живого из мертвого? Некоторые ученые считали возможным не только признавать такое положение, но даже идти дальше и допускать, что зарождение жизни среди неодушевленной природы постоянно происходит и в настоящее время. Эта гипотеза носит название «гипотезы самозарождения».
В древние и средние века вера в самозарождение была весьма распространена. Предполагалось, что такие животные, как мыши и лягушки, поражающие своим быстрым размножением, могут происходить путем самозарождения. Относительно возможности подобного способа происхождения многих насекомых и особенно червей в разлагающемся мясе никто не сомневался.
Однако, уже в XVII столетии все эти предположения были опровергнуты. Изучение истории развития животных обнаружило, чем вызывается их размножение. Особенно убедительны были опыты Реди. Он показал, что мясо, плотно покрытое тканью, никогда не содержит в себе червей. Эти черви представляют собой не что иное, как личинки мух, и если преградить мухам доступ к мясу, то оно, правда, все-таки загнивает, но черви в нем не развиваются.
И прямо или косвенно влияет на его жизнедеятельность, рост, развитие, размножение.
Каждый организм живет в определенной среде обитания. Элементы или свойства среды называются эколо-гическими факторами. На нашей планете выделяют четы-ре среды жизни: наземно-воздушную, водную, почвенную, другой организм. Живые организмы приспособлены к су-ществованию в определенных условиях жизни и в опреде-ленной среде.
Одни организмы живут на суше, другие — в почве, третьи — в воде. Некоторые избрали местом свое-го проживания тела других организмов. Таким образом, вы-деляют четыре среды жизни: наземно-воздушную, водную, почвенную, другой организм (рис. 3). Каждая из сред жиз-ни характеризуется определенными свойствами, к которым приспособлены живущие в ней организмы.
Наземно-воздушная среда
Наземно-воздушная среда характеризуется низкой плот-ностью воздуха, обилием света, быстрым изменением темпе-ратуры, переменной влажностью. Поэтому организмы, оби-тающие в наземно-воздушной среде, имеют хорошо развитые опорные структуры — наружный или внутренний скелет у животных, специальные структуры у растений.
Многие животные имеют органы передвижения по зем-ле — конечности либо крылья для полета. Благодаря разви-тым органам зрения они хорошо видят. Сухопутные организ-мы имеют приспособления, которые защищают их от коле-баний температуры и влажности (например, специальные покровы тела, устройство гнезд, нор). У растений хорошо развиты корни , стебель , листья.
Водная среда
Для водной среды характерна более высокая плотность по сравнению с воздухом, поэтому вода обладает выталкиваю-щей силой. Многие организмы «парят» в толще воды — мел-кие животные, бактерии , протисты. Другие активно двига-ются. Для этого у них имеются органы передвижения в виде плавников или ласт (рыбы, киты, тюлени). У активных плов-цов, как правило, обтекаемая форма тела.
Многие водные организмы (прибрежные растения, водо-росли, коралловые полипы) ведут прикрепленный образ жиз-ни, другие — малоподвижный (некоторые моллюски, мор-ские звезды).
Вода накапливает и удерживает тепло, поэтому в воде не бывает таких резких колебаний температуры, как на суше. Количество света в водоемах изменяется в зависимости от глубины. Поэтому автотрофы заселяют только ту часть водо-ема, куда проникает свет. Гетеротрофные организмы освои-ли всю толщу воды.
Почвенная среда
В почвенной среде отсутствует свет, нет резкой смены температуры, высокая плотность. В почве обитают бакте-рии, протисты , грибы , некоторые животные (насекомые и их личинки, черви, кроты, землеройки). Почвенные животные имеют компактное тело. У некоторых из них есть копательные конечности, отсутствуют или недоразвиты органы зре-нии (крот).
Совокупность необходимых организму элементов среды, без которых он не может существовать, называется условия-ми существования или условиями жизни.
На этой странице материал по темам:
организмы в почвенной среде
чем различаеться условия жизни в водной и наземновоздушной среде
какие вы знаете организмы живущие внутри других организмов 5 класс
признаки живых организмов.ю царства живой природы
почему считают что наземно воздушная среда более сложная для обитания чем водная
Вопросы к этой статье:
Что такое среда обитания и условия существования?
Что называ-ют экологическими факторами?
Какие группы экологических факторов выделяют?
Какие свойства характерны для наземно-воздушной сре-ды?
Почему считают, что наземно-воздушная среда жизни более слож-ная, чем водная или почвенная?
В чем состоят особенности организ-мов, живущих внутри других организмов?
-
