Общие сведения о зоологии

Общие сведения о зоологии

Зоология – это наука о животном мире. Хотя ее отдельные разделы касаются строения, жизненных функций, поведения и связей организмов как единого целого со средой, все же объектом зоологии оказываются не отдельные животные и даже не отдельные их типы; а все животное царство в целом.

Зоология является составной частью биологии, изучающей живую природу. Живые организмы по своей структуре несравненно сложнее объектов неживой природы, соответственно этому и биология гораздо сложнее физики и химии. Все живые организмы относятся к нескольким царствам. Животное царство — это часть живого мира, представители которой характеризуются гетеротрофным питанием и подвижностью. На первый взгляд, различия между растениями и животными настолько очевидны, что не требуют обоснований. В действительности дело обстоит сложнее, и приведенное выше определение животного царства нуждается в дополнениях главным образом из-за ряда исключений и пограничных случаев.

Возьмем, к примеру, питание растений и животных. Первые из них — автотрофны. Они способны синтезировать питательные вещества из простых молекул в процессе фотосинтеза. Животные — гетеротрофны. Они добывают энергию путем поглощения питательного материала, синтезируемого растениями или другими живыми организмами. Короче, они нуждаются в готовых органических соединениях, поскольку сами синтезировать их не могут. Однако грибы и многие бактерии, относящиеся к другим царствам, также гетеротрофны.

Далее, отнесение живых организмов к царству животных только на основе их подвижности также недостаточно аргументирование. Среди животных немало сидячих, прикрепленных организмов, например губки, коралловые полипы, морские лилии или ряд моллюсков. С другой стороны, существуют подвижные растения, особенно из одноклеточных (зеленые жгутиконосцы). Не абсолютны и такие признаки, как наличие толстых целлюлозных оболочек в клетках растений и тонкой мембраны в животных клетках, ограниченный определенным периодом рост животных и продолжающийся всю жизнь рост растений и т. д. Среди животных оболочники имеют целлюлозные оболочки клеток, а крокодилы и черепахи растут в течение всей жизни. Поэтому правильнее будет характеризовать животных как организмы, обладающие комплексом следующих признаков. Большинство животных подвижно; их клетки покрыты тонкой мембраной; основные органы расположены внутри тела, имеющего довольно постоянную форму; рост обычно приурочен к определенному периоду развития; они гетеротрофны, а конечные продукты их обмена веществ — углекислый газ, вода и мочевина. Этот комплекс признаков в целом удовлетворительно характеризует сущность животного.

Задачи зоологии весьма разнообразны. С одной стороны, это изучение строения (внешнего и внутреннего) и функционирования животных организмов, их индивидуального развития, их систематики, географического распространения, с другой — изучение взаимоотношений животных с другими организмами, в том числе с другими животными, выявление зависимости животных от условий среды обитания, изучение исторического развития различных групп и т. д. Так как среди животных немало видов, прямо или косвенно используемых человеком, а также вредителей культурных растений и переносчиков различных заболеваний, зоология интересуется и практическим значением животных, а полученные в результате зоологических исследований данные широко применяются в сельском и лесном хозяйстве, рыбоводстве, медицине и ветеринарии.

Разнообразие животного мира земного шара, разносторонность задач и многообразие методов исследования привели к выделению многих самостоятельных зоологических дисциплин.

Морфология животных изучает внешнее (собственно морфология) и внутреннее (анатомия) строение. К ней же относятся гистология; изучающая микроскопическое строение тканей и органов; цитология, исследующая структурные особенности клеток животных; эмбриология — наука о закономерностях индивидуального развития. Большинство морфологических дисциплин основано на сравнительном изучении строения различных животных, что позволяет называть их сравнительной анатомией, сравнительной эмбриологией и т. д.

Физиология животных — наука о жизненных процессах, проходящих в организме животных, таких, как питание и пищеварение, дыхание, кровообращение, выделение, нервная деятельность и т. д. В наше время все эти процессы изучаются также в сравнительном плане, и поэтому физиология стала сравнительной физиологией.

Поведение животных изучает этология — относительно молодая зоологическая дисциплина, хотя в числе ее основоположни ков числится знаменитый исследователь поведения насекомых Анри Фабр, работавший в XIX в.

Экология животных как часть общей экологии исследует взаимоотношение животных с окружающей средой и все разнообразие приспособлений животных к среде, обеспечивающих их выживание, расселение, размножение и развитие.

Генетика животных изучает применительно к животным организмам закономерности наследственности и изменчивости.

Систематика животных вместе с филогенетикой — фундаментальный раздел зоологии, синтезирующий данные всех отраслей биологии, изучающих животных. Систематика отражает естественную систему организмов с их объективно существующими родственными взаимоотношениями. Исходный раздел систематики — фаунистика — изучает состав и особенности животного мира нашей планеты. С другой стороны, фаунистику можно считать частью зоогеографии — науки о географическом распространении животных.

Наряду с перечисленным существует и другое деление зоологии — по объектам исследования. Так выделяются науки о простейших — протозоология, о насекомых — энтомология, о рыбах — ихтиология, о птицах — орнитология и т. п.

Современная биология изучает живое на всех уровнях его организации — от молекулярного до биосферного. При этом мы наблюдаем постепенное усложнение уровней организации; на каждом уровне рождается новое качество, не свойственное предшествующему уровню. В то же время на каждом последующем уровне используются свойства простых компонентов, лежащих в основе более сложных систем.

Известный советский биофизик академик Г. Франк классифицирует организацию субстрата, из которого построено все живое, следующим образом.

Первый уровень— это макромолекулы белка и нуклеиновых кислот, слагающие любую живую систему. Они имеют определенные свойства, позволяющие живой системе функционировать. Называть подобные молекулы живыми не следует. Несмотря на то что макромолекулам присущи некоторые черты живого, они не обладают характерной для него совокупностью признаков.

Второй уровень организации — действующие химические системы — молекулы типа ферментов, которые видоизменяют другие молекулы. В настоящее время биохимики научились воспроизводить в условиях эксперимента цепочки ферментных систем, в которых уже проявляются самые элементарные принципы регуляции биохимических процессов. Более того, если иметь соответствующие ферменты и молекулы нуклеиновой кислоты, можно провести в искусственных условиях воспроизведение (репликацию) этой нуклеиновой кислоты. Тем не менее химические системы, работающие даже на очень сложном уровне, еще нельзя назвать живыми.

Третий уровень организации жизни — внутриклеточные органеллы и частицы, например ядра клеток, рибосомы, митохондрии, мембраны и т. д. Субклеточные органеллы имеют некоторые свойства и функции живого, но, строго говоря, они еще не живые. Только при переходе на клеточный уровень мы получаем настоящую живую систему — клетку.

Четвертый уровень— живая клетка в целом. Это единая функционирующая система со сложным молекулярным структурным аппаратом. Только клетке в целом присущ цикл развития и самовоспроизведения в ряду поколений. При этом используются свойства и макромолекул, и работающих химических систем, и субклеточных частиц в их единстве, устойчивости и организационном самоуправлении. Известен эксперимент по пересадке ядра, взятого из дифференцированной клетки эпителия кишечника лягушки, в ее яйцо. В определенных случаях из такого «составного» яйца развивался полноценный организм. Это значит, что специализированная клетка взрослого организма вопреки своей специфике способна в той или иной мере сохранять в ядре всю информацию, необходимую для развития целого организма.

Можно сделать вывод о том, что жизнь начинается с живой клетки, имеющей сложную внутреннюю молекулярную структуру, разнообразные мембраны и клеточное ядро, в котором содержится записанная в ДНК информация. Мембраны разделяют внутриклеточные вещества разного характера и отличаются специфической проницаемостью. Есть в клетке и механизмы передачи информации ферментным системам.

Химическая деятельность клетки крайне сложна. Для нее характерна координация скоростей многих параллельно идущих и переплетающихся «химических конвейеров». Ферментативные процессы в клетке представляют собой целый ансамбль. Все процессы, протекающие в клетке, возможны лишь при наличии четко организованного транспорта веществ, их передвижения, накопления и выделения. В целом это самостоятельная, очень устойчивая, саморегулирующаяся система, имеющая определенную цикличность развития, размножения и воспроизведения и управляющая теми субклеточными образованиями, которые в ней содержатся.

Пятый уровень— это многоклеточные организмы. Кстати, простейшие (одноклеточные) животные, хотя и состоят из единственной клетки, по своим функциям и принципу организации гораздо ближе к многоклеточным организмам, чем к клетке. Целому организму свойственна сложная и, вероятно, многократно дублируемая система саморегуляции, изучаемая физиологами. О высокой надежности ее говорят находки «живых ископаемых», сохранивших внешние формы и морфофункциональные признаки, несмотря на то, что как виды они существуют сотни миллионов лет. Характерным примером служит древнейшая рыба — целакант, известная по ископаемым остаткам давно, но неожиданно обнаруженная в Индийском океане всего каких-нибудь сорок лет назад. Ископаемый скелет ее, пролежавший в земле около 300 млн лет, ничем не отличается от скелета современного цела-канта. Неизменяемость в данном случае свидетельствует о высокой устойчивости и надежности системы.

Шестой уровень организации — экосистема в целом. Гигантской экосистемой является и биосфера нашей планеты. Для экосистемы характерна взаимосвязь и взаимозависимость различных организмов и их популяций. Легче всего проследить эту взаимосвязь на примере водной экосистемы, безразлично, пруд это или Мировой океан. В такой экосистеме осуществляется круговорот веществ, базирующийся на цепях и сетях питания.

Первым звеном пищевой (трофической) цепи являются одноклеточные водоросли (фитопланктон), использующие для питания растворенные неорганические вещества. Вторым звеном оказываются мельчайшие животные организмы (зоопланктон), питающиеся фитопланктоном. За счет этих звеньев живут планк-тоноядные («мирные») рыбы, служащие, в свою очередь, пищей хищным рыбам. Отмершими водными растениями и трупами животных питаются другие организмы — сапрофаги. В конце концов мертвая органика разлагается микроорганизмами-деструкторами и превращается в неорганические соединения, идущие на питание фитопланктона. В этом чрезвычайно сложном переплетении взаимоотношений проявляются сложные механизмы регуляции с изменяющимися количественными уровнями процессов.

Процессы, протекающие в экосистемах, являются выражением всеобщей связи и взаимодействия, существующих в природе. Эта всеобщность взаимодействия раскрывается как иерархия механизмов обратных связей. Благодаря им в любых живых системах наблюдается замечательная регуляция процессов и необычная их устойчивость.

Зоология тесно связана с практической деятельностью человека, и не только с теми ее видами, в которых прямо используются зоологические объекты (пчеловодство, рыборазведение, борьба с вредителями и т.д.), но и с делом охраны природы и восстановлением численности исчезающих видов животных. Без экологических знаний в этих видах своей деятельности человек был бы безоружен.