9. Różnorodność biologiczna

9. Różnorodność biologiczna
9. R ó ż n o r o d n o ś ć b i o l o g i c z n a
9.1. Podstawy taksonomii
Na naszej planecie żyje dziś najprawdopodobniej kilka milionów gatunków.
To bogactwo przyrody biolodzy porządkują dzięki międzynarodowym
zasadom taksonomii, czyli nauki o regułach klasyfikacji istot żywych
w jednostki różnej rangi, określane jako taksony. Praktyczne zastosowanie reguł taksonomicznych nosi nazwę systematyki. Celem tych działań
jest stworzenie jednolitego systemu obejmującego wszystkie organizmy
żyjące na Ziemi współcześnie, a także organizmy wymarłe.
naukowe
Systematycy posługują się metodami klasyfikacji, które wywodzą się
nazewnictwo
z systemu zaproponowanego w XVIII wieku przez wspomnianego już
gatunków
szwedzkiego lekarza i przyrodnika Karola Linneusza. Upowszechnił on
między innymi dwuczłonowe nazewnictwo (tzw. nomenklaturę binominalną). Każdy gatunek ma międzynarodową, naukową (tzw. łacińską) nazwę rodzajową i gatunkową. O b a człony takiej nazwy
u...,—' 7:.\
- na przykład Homo sapiens - pisane są kursywą (pochyłą
czcionką), przy czym nazwa rodzajowa jest zawsze pisana wielką literą, a gatunkowa - małą. Wiele szczegółowych przepisów
dotyczących nadawania nazw naukowych organizmom regulują
międzynarodowe kodeksy nazewnictwa zoologicznego oraz botanicznego.
Ważnym rozwiązaniem przyjętym przez Linneusza był hierarchiczny układ taksonów. Każdy gatunek należy do jakiegoś rodzaju, rodzaj do rodziny, rodzina do rzędu itd., aż do królestwa. Karol Linneusz (1707-1778)
Od czasów Linneusza oprócz szczebli podstawowych wprowadzono też pośrednie, jak nadrodziny czy podgatunki. Umożliwia to biologom wygodniejszą i bardziej szczegółową klasyfikację organizmów. Taką
hierarchiczną przynależność
System:
botaniczny
zoologiczny
systematyczną można podać dla
dowolnego organizmu. W polGROMADA (TYP)
TYP {phyilum)
divisio {phyilum)
skiej systematyce botanicznej
zamiast zoologicznych gromad
GROMADA (classis)
KLASA (c/ass/s)
wyróżnia się klasy, a zamiast tyRZĄD {ordo)
RZĄD (ordo)
pów - tradycyjnie wyróżniano
w botanice gromady. Obecnie
RODZINA (familia)
RODZINA (familia)
jednak dąży się do ujednolicenia obu systemów i dlatego typy
RODZAJ {genus)
RODZAJ (genus)
trafiają także do systematyki roGATUNEK (species)
GATUNEK (species)
ślin (ryc. 50).
mammmp^^^m^^m,
45 4
Ryc. 50. Podstawowe rangi taksonów stosowane we współczesnych systemach klasyfikacji organizmów
79
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
A oto, dla przykładu, miejsce współczesnego człowieka w porządku
systematycznym.
Królestwo: z w i e r z ę t a (Animalia)
Podkrólestwo: t k a n k o w c e (Metazoa)
Typ: s t r u n o w c e (Chordata)
Podtyp: k r ę g o w c e (Vertebrata)
Gromada: ssaki (Mammalia)
Podgromada: ssaki w ł a ś c i w e (Theria)
Szczep: ł o ż y s k o w c e (Placentalia)
Rząd: n a c z e l n e (Primates)
Podrząd: a n t r o p o i d y (małpy, Anthropoidea)
Infrarząd: c z ł e k o k s z t a ł t n e (Hominina)
Rodzina: c z ł o w i e k o w a t e (Hominidae)
Rodzaj: c z ł o w i e k (Homo)
Gatunek: c z ł o w i e k r o z u m n y ( H o m o sapiens)
Podstawową jednostką systematyczną - taksonem - jest gatunek.
definicja
gatunku
Według
p o w s z e c h n i e dziś p r z y j m o w a n e j
biologicznej definicji
gatunku
o b e j m u j e o n o g ó ł o s o b n i k ó w , k t ó r e m o g ą się p o t e n c j a l n i e ze sobą krzyżow a ć i d a w a ć p ł o d n e p o t o m s t w o - mają w i ę c w s p ó l n ą p u l ę g e n o w ą .
Ta definicja, sformułowana w połowie X X wieku przez wybitnego
amerykańskiego ewolucjonistę Ernsta Mayra, nie zawsze daje się zastosować w praktyce.
Oficjalnym nosicielem nazwy gatunkowej są tak zwane okazy typowe,
przechowywane w muzeum. Nie da się przecież sprawdzić, czy taki zasuszony lub wypchany okaz mógłby się skrzyżować z innym osobnikiem,
złowionym sto lat później. Podobnie paleontologom bardzo trudno byłoby ustalić, czy osobniki oddalone w czasie o milion lub więcej lat mogłyby wydać płodne potomstwo. W praktyce więc badacze wciąż stosują
często kryterium typologiczne - podobieństwa wyglądu.
Systemy:
sztucziiT
80
Systemy naturalne i sztuczne mają na celu uporządkowanie bogactwa życia.
o d czasów Darwina badacze próbują tworzyć systemy naturalne,
odzwierciedlające rzeczywiste relacje ewolucyjnych pokrewieństw między gatunkami. Jest to trudniejsze niż ułożenie systemu sztucznego, wykorzystującego proste podziały według kilku wybranych kryteriów,
a więc także bardziej praktycznego w codziennym użyciu (np. do skonstruowania kluczy do oznaczania gatunków).
Okazuje się jednak, że wiele tradycyjnych nazw sztucznych grup powszechnie przyjęło się w języku i zakorzeniło w wyobraźni ludzi. Niekiedy też ułatwiają one rozważania biologiczne - choćby dlatego, że obejmują formy o podobnych przystosowaniach ekologicznych (np. glony,
paprotniki). Tak więc formalna systematyka, tworzona i używana przez
specjalistów, niekiedy się oddala od potocznych podziałów funkcjonujących na co dzień.
9. Różnorodność biologiczna
O ile mieszańce konia i osła oraz głuszca i cietrzew i a zdarzają się w n a t u r z e s p o r a d y c z n i e , o t y l e
w p r z y p a d k u n i e k t ó r y c h żab istnieje t r w a ł a strefa
hybrydyzacji. Żaba w o d n a Rana esculenta
w a ł a się n a t u r a l n y m
gatunkiem,
wyda-
wchodzącym
w skład naszej fauny, d o p ó k i nie w y k a z a n o , że
o s o b n i k i określane j a k o R. esculenta
powstają
z krzyżówek
„prawdziwych"
pomiędzy
gatunków
śmieszka) i R. lessonae
każdorazowo
osobnikami
R. ridibunda
(żaba
(żaba j e z i o r k o w a ) .
Żywe istoty zalicza się do pięciu królestw.
Mimo setek lat wysiłków taksonomów, wciąż nie udało się odtworzyć
ostatecznego kształtu drzewa życia, choć mamy nadzieję, że jesteśmy dziś
bliżej tego celu niż był Linneusz czy Darwin. Dopiero w ostatnich dziesięcioleciach X X wieku upowszechniła się nowa wizja najbardziej ogólnej
klasyfikacji istot żywych:
zamiast tradycyjnego poBAKTERIE
mikroorganizmy bezjądrowe
działu na rośliny i zwierzęo prostej budowie komórek;
ROŚLINY
ta ( L i n n e u s z wyodrębnił
większość jest cudzożywna,
jądrowe; wielokomórkowe
też trzecie królestwo - miniektóre są samożywne.
(większość ma wyspecjalinerałów) wyróżnia się dwie
PROTISTY
zowane tkanki oraz organy);
są samożywne - totosyntetyzują.
organizmy jądrowe o prostej
d o m e n y - prokarionty
budowie ciata (nigdy nie tworzą
( o b e j m u j ą c e j e d n o króletypowych tkanek); samożywne
GRZYBY
stwo, do którego zaliczamy
albo cudzożywne.
organizmy jądrowe o prostej
ZWIERZĘTA
budowie ciata (nigdy nie
bakterie i a r c h e b a k t e r i e )
organizmy jądrowe;
tworzą tkanek);
i eukarionty ( o r g a n i z m y
wielokomórkowe (większość
cudzożywne.
jądrowe, zbudowane z koma tkanki i narządy);
WIRUSY
są cudzożywne; zasadniczo
mórek mających jądro
formy bezkomórkowe;
zdolne do poruszania się.
komórkowe). Eukarionty
nie mają własnego metabolizmu i większości |
n a t o m i a s t dzielą się n a
innych funkcji
w
cztery królestwa: protisty,
życiowych.
rośliny, grzyby i zwierzęta
(ryc. 51).
Ryc. 51. Podział świata ożywionego na królestwa
Okazuje się, że organizmy prokariotyczne i eukariotyczne - dwie główne gałęzie świata organizmów żywych - mają nie tylko wspólnych przodków. Każda komórka jądrowa powstała w drodze endosymbiozy z praeukariotycznego przodka,
do którego później dołączyły rozmaite bakterie, stając się zaczątkami takich organelli, jak mitochondria, chloroplasty* czy wici.
*Mitochondria i chloroplasty mają niewielką ilość własnego D N A oraz nieco mniejsze rybosomy niż te z cytoplazmy.
81
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
9.2. Bogactwo życia - przegląd systematyczny ważniejszych
grup organizmów
O r g a n i z m y prokariotyczne (bezjądrowe)
budowa komórki
bakterii
Królestwo: P r o c a r y o t a
Organizmy prokariotyczne, zwane bakteriami, są ewolucyjnie starsze
od eukariontów. Są ponadto znacznie mniejsze (od 0,5 do 10 ¡.tm) i prostsze w budowie niż komórki eukariotyczne. Mają postać grudki cytoplazmy, otoczonej błoną komórkową i dodatkowo jeszcze ścianą, zbudowaną
z mureiny - substancji składającej się z cukrów i białek (ryc. 52).
mezosom
genofor
(nukleoid)
btona
komórkowa
btona zewnętrzna
btona wewnętrzna
ściana
komórkowa
ściana
komórkowa
tylakoidy
z barwnikiem
nukleoid
rzęska
BAKTERIA CUDZOŻYWNA
BAKTERIA SAMOŻYWNA (SINICA)
Ryc. 52. Schemat budowy komórki bakteryjnej
elementy komórki
Niektóre prokarionty mogą być ponadto zaopatrzone w otoczkę śluzową oraz jedną lub kilka wici. Centrum komórki bakteryjnej wypełnia nukleoid. Jest to obszar cytoplazmy (ściślej cytozolu) zawierający pozwijaną, kolistą nić DNA, czyli genofor. W cytoplazmie bakterii znajdują się
też rybosomy* i substancje zapasowe. W komórce nie ma wyspecjalizowanych struktur wewnętrznych, utworzonych przez błony komórkowe.
Czasami tylko zewnętrzna błona tworzy niewielkie wpuklenia do wewnątrz komórki, zwane mezosomami (prawdopodobnie biorą one udział
w podziałach komórkowych) lub większe blaszkowate tylakoidy (spłaszczone pęcherzyki) zawierające barwniki. Część bakterii wytwarza też wew n ę t r z n e przetrwalniki, o t a c z a j ą c e nukleoid, zwane e n d o s p o r a m i .
W warunkach niekorzystnych dla bakterii, gdy komórka ulega zniszczeniu (np. w wysokiej temperaturze lub pod wpływem zmian chemicznych
w otoczeniu), przetrwalniki i zawarty w nich materiał genetyczny trwają
nieraz przez wiele łat w stanie życia utajonego (anabiozy). Z chwilą poprawy warunków potrafią odtworzyć całą właściwą komórkę. Kształty ko*Rybosomy bakteryjne są nieco mniejsze niż występujące w cytoplazmie komórek eukariotycznych. Przypominają rybosomy w mitochondriach i plastydach.
82
9. Różnorodność biologiczna
mórek prokariotycznych nie są zbyt skomplikowane. Najczęściej bakterie
są kuliste (ziarniaki, dwoinki, paciorkowce, gronkowce) lub wydłużone
(pałeczki, laseczki). Mogą też być spiralnie skręcone (krętki, śrubowce,
przecinkowce) i rozgałęzione (promieniowce, prątki) (ryc. 53).
Kształty bakterii:
kuliste
wydłużone
skręcone
F O R M Y KULISTE
paciorko
8,
CD
o o°
dwoinki
gronkowiec
pakietowiec
ziarniaki
F O R M Y SKRĘCONE
SI
F O R M Y ROZGAŁĘZIONE
SPIRALNIE
przecin
kowiec
FORMY WYDŁUŻONE
pałeczka
maczugowiec
laseczka
z przetrwalnikami
srubowiec
krętek
promieniowiec
Ryc. 53. Formy morfologiczne bakterii - przykłady
Większość bakterii to organizmy cudzożywne (heterotroficzne), żywiące się martwymi szczątkami organicznymi (saprofity) lub też atakujące żywe organizmy (pasożyty - bakterie chorobotwórcze). Niektóre prok a r i o n t y są samożywne ( a u t o t r o f i c z n e ) . P o t r a f i ą p r z e p r o w a d z a ć
fotosyntezę, czyli wytwarzać związki organiczne z dwutlenku węgla i wody, wykorzystując do tego procesu energię słoneczną i barwniki zawarte
w tylakoidach. Bakterie purpurowe wykorzystują w tym celu bakteriochlorofil, sinice zaś - typowy chlorofil (jak rośliny i samożywne protisty).
Niezbyt liczną, jednak ważną grupą autotroficznych prokariontów są
bakterie chemosyntetyzujące (energię do asymilacji CO : czerpią z reakcji
chemicznych, na przykład z utleniania związków azotu czy też żelaza).
Bakterie oddychają zarówno beztlenowo (np. fermentacja), jak i tlenowo, a niektóre z nich są zdolne do wiązania azotu atmosferycznego.
Dla organizmów prokariotycznych podstawowym sposobem rozmnażania się jest podział komórki, jednak nie jest to mitoza (przebiegająca
z wyodrębnieniem chromosomów i wrzeciona podziałowego). U prokariontów bowiem nić D N A ulega replikacji, następnie obie nici odsuwają
się od siebie i dochodzi do podziału cytoplazmy mniej więcej na połowę.
Taki proces wielu badaczy nazywa amitozą lub podziałem bezpośrednim. W sprzyjających warunkach amitoza może zachodzić nawet co
15 minut.
Bakterie:
cudzożywne
samożywne
Oddychanie
bakterii:
tlenowe
beztlenowe
amitoza
Przegląd bezjądrowych
Najpospolitszą i najliczniejszą grupą bakterii są eubakterie (Eubactena). Zalicza się do nich między innymi ziarniaki, dwoinki, pałeczki, la-
eubakterie, w tym
sinice
83
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
bakterie
chorobotwórcze
sęczki, a także krętki, przecinkowce i śrubowce. W większości są one heterotroficzne, choć występują też fotoautotrofy wykorzystujące bakteriochlorofil. Eubakteriami są żyjące w jelitach człowieka i zazwyczaj
nieszkodliwe pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), inne - na przykład
symbiotyczne bakterie brodawkowe - żyją w korzeniach roślin motylkowych. Bardzo pożyteczne są bakterie mlekowe, występujące w jogurtach
i kefirach. D o eubakterii należą także glebowe saprofity żywiące się
martwą materią oraz pasożyty organizmów roślin i zwierząt. Przykładami pasożytów wywołujących poważne choroby mogą być salmonelle
(wywołujące zatrucia pokarmowe), pałeczki dżumy, przecinkowiec cholery, prątek gruźlicy, krętek blady (wywołujący kiłę), dwoinka rzeżączki
czy laseczka tężca.
Odrębną grupę eubakterii stanowią sinice (cyjanobakterie, Cyanobacteria). Są samożywne (przeprowadzają fotosyntezę z udziałem chlorofilu), a niektóre potrafią p o n a d t o wiązać wolny azot z powietrza (N 2 ).
Żyją w wodach słodkich i słonych, a ich masowe pojawienia się wiosną
i latem powodują tak zwane zakwity wód.
O r g a n i z m y eukariotyczne (jądrowe)
elementy komórki
eukariotycznej
Protisty:
jednokomórkowe
wielokomórkowe
84
Komórki organizmów eukariotycznych w porównaniu z komórkami
prokariotów są znacznie bardziej złożone. Oprócz wykształconego j ą d r a
mają też system wewnętrznych błon (w tym siateczkę śródplazmatyczną,
aparat Golgiego, lizosomy), cytoszkielet składający się z włókienek białkowych i mitochondria (por. Biologia 1. Zakres podstawowy,
podrozdz. 2.1). Komórki eukariontów samożywnych mają także plastydy
(przede wszystkim chloroplasty), czyli struktury zawierające barwniki
fotosyntetyczne. Część eukariontów ma też ścianę komórkową o budowie innej niż bakterie (celulozową albo chitynową).
Do eukariontów zaliczamy protisty, rośliny, grzyby i zwierzęta.
Królestwo: Protisty (Protista)
Są to najprostsze organizmy eukariotyczne, jedno- lub wielokomórkowe, lecz nie tworzą typowych tkanek (jak rośliny i zwierzęta). Specyficzną formą jednokomórkowych protistów jest komórczak - jedna,
zwykle bardzo duża komórka z wieloma jądrami. Protisty żyją głównie
w wodach (wszelkiego typu - słonych, słodkich), a także w środowiskach
wilgotnych, na przykład w glebie. Formy pasożytnicze natomiast żyją
w tkankach i płynach ustrojowych roślin lub zwierząt. Protisty jednokomórkowe mogą być nieruchliwe. Niekiedy są aktywne ruchowo: na przykład wiciowce poruszają się dzięki ruchom wici, bezkształtne pełzaki natomiast - przez wysuwanie wypustek plazmatycznych, czyli nibynóżek.
Czasami komórki protistów łączą się w kuliste lub nitkowate kolonie,
w których poszczególne osobniki zachowują pewną niezależność i funkcjonują jako odrębne organizmy. Wśród protistów są też organizmy wielokomórkowe, których komórki łączą się ze sobą i zachowują ścisłą za-
9. Różnorodność biologiczna
leżność. Botanicy nazywają ciała takich wielokomórkowych protistów
plechą (termin ten odnoszono zwykle do glonów i grzybów).
Do królestwa Protista należą organizmy samożywne i cudzożywne
oraz tak zwane miksotrofy potrafiące się odżywiać obydwoma sposobami. W zależności od sytuacji - gdy jest światło, to są samożywne, gdy
brak światła są cudzożywne. Autotrofy przeprowadzają fotosyntezę za
pomocą chloroplastów - plastydów zawierających między innymi chlorofil, mogących przybierać bardzo zróżnicowane kształty. Protisty heterotroficzne pobierają gotowe substancje organiczne z zewnątrz w postaci
pojedynczych cząstek bądź całych organizmów (bakterie, inne protisty)
i muszą je potem strawić wewnątrz komórki w specjalnych wodniczkach
pokarmowych.
Protisty rozmnażają się płciowo, jak i bezpłciowo, przy czym obydwa te
sposoby występują naprzemiennie. Jednokomórkowce mogą się dzielić
lub pączkować, dając w sposób bezpłciowy następne pokolenia osobników
identycznych genetycznie. Niekiedy dochodzi u nich do rozmnażania
płciowego. W wypadku jednokomórkowców haploidalnych (ln), łączą się
ze sobą dwa „normalne" osobniki (gamia), tworząc krótkotrwałą zygotę,
która szybko przechodzi mejozę - jest to mejoza postgamiczna (ryc. 54).
Cj GAMIA |
Odżywianie się
protistów:
autotroticzne
heterotroficzne
miksotroficzne
rozmnazanie się
protistów, przemiana pokoleń
I MEJOZA
Ryc. 54. Cykl rozwojowy z mejozą postgamiczną
Jednokomórkowce diploidalne (2n) muszą najpierw przejść mejozę
(stąd określenie - pregamiczna) i wytworzyć komórki gametyczne, które
następnie się łączą (gamia), tworząc osobnika diploidalnego (ryc. 55).
GAMIA
MEJOZA
GAMIA
Ryc. 55. Cykl rozwojowy z mejozą pregamiczną
Diploidalne protisty wielokomórkowe mogą się rozmnażać bezpłciowo przez fragmentację plechy lub też wytwarzając w procesie mejozy
85
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
specjalne haploidalne zarodniki (spory). Dlatego też bezpłciowe pokolenie protistów zostało przez botaników nazwane sporofitem. Z zarodników wyrasta wielokomórkowe haploidalne pokolenie płciowe. W strukturach zwanych gametangiami wytwarza komórki służące do rozrodu
płciowego - gamety. Toteż pokolenie to nazywa się gametofitem. Po zapłodnieniu (gamii) z zygoty wyrasta diploidalny sporofit, który z kolei
wytwarza zarodniki, a z tych wyrasta haploidalny gametofit itd. Takie następowanie po sobie pokolenia płciowego i bezpłciowego nazywa się
przemianą pokoleń (ryc. 56). Występuje ono także w świecie roślin.
Przegląd protistów
glony I pierwotniaki jako sztuczne jednostki taksonomiczne
krasnorosty
Ryc. 57. Widlik -
86
Jeszcze niedawno samożywne protisty były zaliczane do wspólnego taksonu w obrębie roślin i nazywane glonami lub algami. Okazało się jednak,
że przejście na samożywność odbyło się niezależnie w różnych grupach organizmów, glony zaś są jednostką sztuczną, obejmującą kilka niezależnych
linii rozwojowych. Podobnie wszystkie cudzożywne jednokomórkowce jądrowe były klasyfikowane jako pierwotniaki i zaliczane do zwierząt. Obecnie wszystkie te prymitywne, ale bardzo zróżnicowane grupy organizmów,
połączono w jedno królestwo protistów, w którym wyróżniono ponad 25 typów systematycznych odpowiadających głównym liniom rozwojowym. Najważniejsze z nich to: krasnorosty i zielenice, eugleniny oraz orzęski.
Krasnorosty ( R h o d o p h y t a ) - organizmy głównie morskie, o płechach różnie
ukształtowanych - od jednokomórkowych
do bardzo złożonych. W większości są samożywne, oprócz chlorofilu mają inne
barwniki, które nadają im charakterystyczną czerwonawą barwę. O d pozostałych
protistów różnią się tym, że nie mają żadnych stadiów rozwojowych opatrzonych
wiciami (nie mają ich nawet plemniki!).
Przedstawicielem krasnorostów jest widlik
(Furcellańa). Łącznie opisano ponad 5 typrzedstawiciel krasnorostów
.
, ,
,
,
sięcy gatunków krasnorostow (ryc. 57).
9. Różnorodność biologiczna
Z krasnorostów na skalę przemysłową wytwarza się substancje żelujące (agar). Niektóre są jadalne i dlatego zakłada się całe podwodne plantacje (zwłaszcza u wybrzeży Japonii).
zielenice
Zielenice (Chlorophyta) - są liczną (ok. 10 tysięcy gatunków) i bardzo ważną grupą protistów. Z nich przypuszczalnie wywodzą się wszystkie rośliny lądowe, toteż w niektórych systemach zalicza się je do królestwa roślin. Zielenice są bardzo zróżnicowane - od ruchliwych
jednokomórkowców przez formy kolonijne, aż po złożone i osiadłe.
Zdarzają się też organizmy komórczakowe. Występują w wodach słodkich, jak i słonych, a nawet na powierzchni gleby i na korze drzew - tak
żyje pierwotek (Pleurococcus) tworzący zielony nalot na korze po zacienionej stronie pnia.
Jednokomórkowe zielenice planktoniczne, tworzące tak zwany fitoplankton,
są podstawowym pożywieniem planktonu
zwierzęcego - zooplanktonu. Ten natomiast stanowi pożywienie ryb planktonożernych itd. Niektóre zielenice są również
zjadane bezpośrednio przez ludzi, zwłaszcza na Dalekim Wschodzie, a także w basenie Morza Śródziemnego, gdzie watki
(•Ulva) są używane jako składnik sałatek
(ryc. 58). Zielenice mogą mieć też niekoRyc. 58. Przedstawiciel zielenic - watka (Ulva)
rzystny wpływ na zbiorniki wodne, powodując (wspólnie z sinicami) zakwity wód.
Brunatnice (Phaeophyta) - żyją wyłącznie w wodach słonych. Są to ; brunatnlce
największe samożywne protisty. Ich ciała (plechy) są zawsze wielokomórkowe, a z zewnątrz mogą przypominać rośliny, jako że bywają zróżnicowane
na część łodygokształtną i liścioksztaltną.
Także ich wewnętrzna budowa jest bardzo złożona - często tworzą pseudotkanki
p r z y p o m i n a j ą c e tkanki roślinne. Powszechnie znanymi przedstawicielami brunatnie są bałtyckie morszczyny (Fucus;
ryc. 59) i listownice (Laminaria) rosnące
w morzach pełnosłonych półkuli północnej. Brunatnice mają duże znaczenie jako
Ryc. 59. Przedstawiciel brunatnie - morszczyn
pasza dla zwierząt. Listownica cukrowa
wykorzystywana jest też w celach kulinarnych na Dalekim Wschodzie.
Galaretowate składniki ścian komórkowych brunatnie są wyzyskiwane
w przemyśle tekstylnym, kosmetycznym (dodatek do pomadek, kremów
i do tzw. maseczek z alg), papierniczym itd.
87
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Eugleniny (klejnotki, Euglenida) - to
grupa, do której należą wyłącznie protisty
jednokomórkowe, ruchliwe, poruszające
się za pomocą dwóch wici wyrastających
z charakterystycznego zagłębienia. Większość euglenin to miksotrofy, które mogą
pozbywać się swoich plastydów i przechodzić na heterotroficzny sposób odżywiania
kf
\ T
się. Najbardziej znanym przedstawicielem
jest klejnotka (Euglena; ryc. 60).
Orzęski (Ciliata) - stanowią najbardziej
Ryc. 60. Przedstawiciel Euglenida - klejnotka
wyspecjalizowaną grupę j e d n o k o m ó r k o wych protistów. Są to w większości sprawne drapieżniki lub filtratory o bardzo dużych rozmiarach jak na jednokomórkowce
(mogą mieć do 3 mm długości) i o skomplikowanej budowie wewnętrznej. Zgodnie z nazwą, cała komórka lub tylko obszar służący do p o b i e r a n i a pożywienia
(cytostom) pokryte są licznymi rzęskami.
Rzęski te mogą służyć do poruszania się,
a u form osiadłych - do napędzania pokarmu.
Do orzęsków należą powszechnie znaRyc. 61. Przedstawiciel orzęsków - wirczyk (Vorticella)
ne protisty - pantofelek (Paramecium),
trąbi k (Stentor) czy wirczyk (Vorticella;
ryc. 61).
Ameby ( p e ł z a k i , A m o e b o z o a ) - to
sztuczna grupa systematyczna, obejmująca
protisty j e d n o k o m ó r k o w e o zmiennych
kształtach, poruszające się ruchem pełznącym (ryc. 62). Przedstawicielem tej grupy
protistów jest zwykle nieszkodliwy pełzak
okrężnicy (Entamoeba coli) żyjący między
innymi w jelicie grubym człowieka, a także
pełzak czerwonki (Entamoeba
histolytica)
wywołujący poważną chorobę - czerwonkę
Ryc. 62. Ameba
amebową.
Królestwo: Rośliny (Plantae)
Rośliny wywodzą się z pierwotnych zielenic, a na lądzie pojawiły się
królestwo
roślin
w połowie" syluru, około 420 milionów lat temu. Zaliczamy do nich mszaki, paprotniki i nasienne*. W budowie wykazują liczne przystosowania do
*Należy pamiętać, że niektórzy botanicy do królestwa roślin zaliczają też zielenice, czasami
nawet krasnorosty.
88
9. Różnorodność biologiczna
lądowego trybu życia - w odróżnieniu od protistów mają tkanki (twórcze
i stale). Dla paprotników i nasiennych specyficzne są ponadto takie organy, jak: korzeń, łodyga i liście, a dla roślin nasiennych - także kwiaty.
Przystosowania roślin do lądowego trybu życia można także zauważyć
w rozrodzie i rozwoju. Występuje u nich regularne następowanie po sobie pokolenia płciowego i bezpłciowego - przemiana pokoleń - przy
czym u mszaków pokoleniem dominującym jest gametofit, u paprotników i nasiennych zaś - sporofit.
NASIENNE
PAPROTNIKI
Oz
OZ
i•N ^n
5o
Cj
O
OO
cc
< o
Ow
U >>
<
<
z
N co
Zr
<
^°
M _j
O
•N
<
<
N
O
—
ł>
Ryc. 63. Główne grupy współczesnych roślin (w podręczniku o m ó w i o n o tylko niektóre grupy).
Przegląd współczesnych grup roślin
Mszaki (Bryophyta) stanowią typ (w systematykach botanicznych
gromadę) wyraźnie odrębny od pozostałych roślin. Są przystosowane do
życia w środowiskach o dużej wilgotności. Pokoleniem dominującym jest
gametofit niewytwarzający typowych tkanek przewodzących ani organów. Najczęściej ma on postać łodyżki pokrytej drobnymi listkami zbudowanymi z jednej warstwy komórek. Niekiedy gametofit może mieć
postać płatowatą (u porostnicowych), a listki mogą być wielowarstwowe
(u plonników). Mszaki nie mają korzeni, a jedynie chwytniki. Gametofit
mszaków może być rośliną jednopienną lub dwupienną. O roślinie jednopiennej mówimy wtedy, gdy męskie i żeńskie narządy rozrodcze - gametangia - występują u tego samego osobnika. W wypadku roślin dwupiennych na danej roślinie mogą występować wyłącznie albo gametangia
męskie, zwane plemniami, albo żeńskie, zwane rodniami. D o zapłodnienia dochodzi u nich w obecności wody - plemnik musi przepłynąć
z plemni do rodni, gdzie znajduje się komórka jajowa. Sporofit składa
się z puszkowatej zarodni (organu wytwarzającego zarodniki) i nierozgałęzionej nitki (czasami bardzo krótkiej), zwanej^setą. Sporofit mszaków jest niesamodzielny - wyrasta na gametoficie i odżywia się jego
kosztem (ryc. 72, s. 95).
charakterystyka
mszaków
89
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Ryc. 64. Widłoząb
znaczenie
mszaków
Paprotniki:
widłakowe
skrzypowe
paprociowe
Mszaki podzielono na kilka gromad (klas), z których największe znaczenie mają mchy (Bryopsida)*. Są to rośliny niewielkie, rosnące w kępach, jak znane z naszych lasów widłoząb
(Dicranum; ryc. 64) i gajnik (Hylocomium). Jednak duża zdolność mchów do
zatrzymywania wody, czyli retencji, powoduje, że są one jednym z podstawowych e l e m e n t ó w regulujących bilans
wodny wielu zbiorowisk roślinnych, na
przykład przez zmniejszanie parowania
i ograniczanie odpływu wody z danego terenu. Darnie mchów pokrywające glebę
chronią ją przed wysychaniem i erozją.
- przedstawiciel mchów
Niektóre gatunki są bardzo odporne na
niekorzystne warunki środowiska, a rosnąc na wyjątkowo ubogich podłożach (np. na nieporośniętych piaskach czy skałach), biorą udział
w tworzeniu warstwy gleby, przez co niejako przygotowują podłoże dla
innych, bardziej wymagających roślin. Toteż mówi się o mchach, że są
organizmami pionierskimi. Rozlegle torfowiska, tworzone przez mchy
torfowce (,Sphagnum), wpływają też na mikroklimat, zwiększają bowiem
wilgotność powietrza.
Obecnie mszaki są coraz rzadziej wykorzystywane gospodarczo. Jedynie torf, który w większości powstał ze zmineralizowanych szczątków
torfowców, ma duże znaczenie, na przykład w ogrodnictwie, jako składnik podłoża uprawowego (tzw. ziemi kwiatowej) oraz jako opał. Próbuje
się uzyskiwać z niego preparaty medyczne, a nieodwodniony torf (tzw.
borowina) jest używany do kąpieli leczniczych i okładów.
Paprotniki są sztuczną grupą systematyczną, wyróżnianą jedynie ze
względu na podobny stopień organizacji wewnętrznej i sposób rozmnażania. Gametofit paprotników - przedrośle - jest zredukowany, choć zazwyczaj samodzielny. Tak jak u mszaków, do
zapłodnienia dochodzi w obecności wody
(ryc. 72, s. 95). Łodygi sporofitu nie wykazują przyrostu wtórnego na grubość. Do
paprotników zaliczamy przedstawicieli
dwóch odrębnych linii rozwojowych.
Pierwszą z nich reprezentują widłakowe (Lycophyta), mające najczęściej postać widlasto rozgałęzionych łodyżek,
pokrytych drobnymi listkami (ryc. 65).
Ich zarodnie występują na górnej po-
Ryc. 65. Widłak goździsty - przedstawiciel widłaków
* Pozostałe gromady to porostnicowe (Marchantiopsida) i jungermaniowe (Jungermanniopsida), łącznie określane jako wątrobowce.
90
9. Różnorodność biologiczna
wierzchni specjalnych liści zarodnionośnych, zwanych sporofilami. Liście te najczęściej są zebrane na końcach wzniesionych pędów i tworzą
kłosy zarodnionośne.
W polskiej florze przedstawicielem widłakowych jest widłak goździsty
(Lycopodium clavatum). Widłakowe szczyt swego rozwoju osiągnęły
w karbonie, kiedy to właściwie opanowały zbiorowiska roślinne na całej
planecie. Pozostały po nich grube pokłady węgla kamiennego - obecnie
jednego z ważniejszych surowców energetycznych. Żyjący dziś przedstawiciele widłakowych to rośliny niewielkie, rzadko spotykane i nieodgrywające większej roli w ekosystemach.
Przedstawicielami drugiej linii rozwojowej paprotników są skrzypowe
i paprociowe. Skrzypowe (Sphenophyta) nieco przypominają miniaturowe choinki (ryc. 66). Łodyga, wyrastająca z podziemnego kłącza, podzielona jest na odcinki tworzące węzły i międzywęźla. W węzłach wyrastają niewielkie
łuskowate liście, u współczesnych gatunków zrośnięte
w pochewkę, oraz boczne odgałęzienia pędu. Liście
zarodnionośne skrzypów (sporofile) wyraźnie różnią
się od zwykłych liści płonych. Zebrane jak u widłaków w kłos zarodnionośny, mają postać płaskich tarczek, pod którymi znajduje się kilka lub kilkanaście
zarodni.
W Polsce najpospolitszym gatunkiem (uznawanym
często za chwast) jest skrzyp polny (Equisetum circense) występujący na łąkach, polach, przy drogach itd.
Dziś rola skrzypowych jest niewielka, największe znaczenie miały one w karbonie, kiedy to razem z widłaRyc. 66. Skrzyp leśny i
nośn
kami tworzyły lasy węglowe.
V s k r 2 V P u P°lnego
Sporofit paprociowych (Pterophyta) składa się z podziemnej łodygi
(kłącza)*, z której na kształt pióropusza wyrastają duże, pierzasto podzielone liście. Młode liście są zwinięte,
w kształcie pastorału. Zarodnie, często zebrane w tak zwane kupki, znajdują się zazwyczaj na spodniej stronie liści, a niektóre paprocie mają wyspecjalizowane liście
zarodnionośne.
W Polsce rośnie około 50 gatunków paproci (ryc. 67), w tym powszechnie znana
narecznica (Dryopteris fdbc-mas) i paprotka zwyczajna ( P o l y p o d i u m
vulgare).
Współczesne paprocie nie są wykorzysty-
kłos zarodnio-
Ryc. 67. Zanokcica skalna - przedstawiciel paproci
*Niektóre tropikalne paprocie mają łodygę w postaci krótkiego wzniesionego pnia, wyjątkowo może on osiągnąć nawet do 25 m wysokości.
91
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
I
charakterystyka
nasiennych
specyficzne
cechy
rozmnażania
nasiennych
wane gospodarczo ani nie odgrywają wielkiej roli w ekosystemach, choć
w niektórych lasach stanowią podstawowy składnik podszytu. Niegdyś
ich znaczenie było znacznie większe, brały bowiem udział w tworzeniu
pokładów węgla, a także stanowiły jedno z podstawowych źródeł pożywienia mezozoicznych dinozaurów.
Nasienne mają łodygi i korzenie mogące przyrastać na grubość, choć
w niektórych wyspecjalizowanych grupach cecha ta wtórnie zanikła. Mają też specyficzny żeński organ rozrodczy - zalążek (ryc. 68 i 69 oraz
ryc. 72, s. 95). Jest to przekształcona zarodnia produkująca makrospory.
Z jednej z nich, wewnątrz zalążka wyrasta bardzo zredukowany gametofit żeński z komórką jajową. Zalążek ma jedną osłonkę u nagonasiennych lub dwie u okrytonasiennych.
Męskie komórki rozrodcze (plemnikowe) nasiennych, tworzone są
przez zredukowany, niesamodzielny gametofit męski zamknięty w ziarnach pyłku (ziarno pyłku to przekształcony zarodnik). Ziarna pyłku najpierw przenoszone są na przykład przez wiatr albo zwierzęta - zapylenie,
a następnie wytwarzają łagiewkę pyłkową, w której przemieszczają się komórki plemnikowe. Ziarno pyłku i łagiewka pyłkowa umożliwiają roślinom nasiennym rozmnażanie płciowe bez obecności wody w środowisku.
Zalążki roślin nasiennych po zapłodnieniu znajdującej się w nich komórki jajowej przekształcają się w nasiona.
tuska nasienna
(owocolistek)
gametofit żeński
(bielmo pierwotne)
pojedyncza
szyszka
mtoda
szyszka
żeńska
komórka
generatywna
komórka
wegetatywna
ziarno pytku
tuska
nasienna
z nasionami
w szyszce
żeńskiej
(powiększenie!)
tupina nasienna
zarodek wykształcony
z zygoty
nasiona
bieimo pierwotne
(materiał zapasowy)
Ryc. 68. Budowa szyszek nagonasiennych oraz zalążka i nasienia na przykładzie sosny
92
9. Różnorodność biologiczna
biologiczna rola
Nasiona są otoczone wytrzymałymi łupinami i zawierają substancje
nasion
zapasowe, na przykład skrobię. Ułatwia to rozmnażanie w warunkach
środowiska lądowego. Nasiona części gatunków zaopatrzone są ponadto
w elementy zwiększające skuteczność rozsiewania się, na przykład nasiona wiatrosiewnej sosny mają skrzydełka.
Nazwa nagonasienne (nagozalążkowe) wzięła się stąd, że zalążki tych
roślin i wykształcone z nich nasiona nie są dodatkowo osłonięte, lecz wyrastają na łuskach nasiennych, w szyszkach żeńskich (ryc. 68, s. 92).
specyficzne
Zalążek okrytonasiennych jest dodatkowo chroniony przez zrośnięte
cechy
liście zarodnionośne (zwane owocolistkami) tworzące słupek (ryc. 69).
okrytozalążkowych
Układy przekształconych liści zarodnionośnych i liści niezwiązanych
bezpośrednio z rozmnażaniem nazywają się w tej grupie kwiatami.
U okrytonasiennych ziarpylniki
no pyłku pada na znamię
znamię
tworzące
gtówkę
słupka i łagiewka pyłkowa
szyjka
pręcika
musi p r z e r o s n ą ć szyjkę
pręcik
zalążki
słupka, aby dostać się do zaw zalążn
lążni. W zalążni znajdują
nitka
się zalążki. We wnętrzu
pręcika
każdego zalążka rozwija się
stupek
komórka
generatywna
zredukowany, niesamodzielny gametofit żeński
komórka
wegetatywna
- woreczek zalążkowy.
ziarno pytku
W jego skład wchodzą między innymi komórka jajowa
komórka
komórki
oraz jądro centralne wojajowa
plemnikowe
reczka zalążkowego. Dla
synergidy
tagiewka
okrytonasiennych charakpytkowa
jądro
™
wrastająca
terystyczny jest proces pocentralne
w stupek
dwójnego zapłodnienia.
antypody
Uczestniczą w nim dwie kozalążek z woreczkiem
mórki plemnikowe: jedna
zalążkowym
współtworzy zygotę (łączy
owocnia
się z komórką jajową), dru(ze ściany
zalążni)
ga - komórkę macierzystą
bielma wtórnego (łączy się
z jądrem centralnym woreczka zalążkowego). Z zygoty rozwija się zarodek,
zaś z zapłodnionej komórki
macierzystej bielma wtórnasienie
nego - tkanka spichrzowa
tupina
nasienna
(bielmo wtórne).
owoc
Ryc. 69. Budowa kwiatu rośliny okrytonasiennej, dwuliściennej oraz
zalążka, nasienia i owocu
93
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Nagonasienne:
drobnolistne
Wśród nasiennych wyróżnia się trzy typy (w systematyce botanicznej
gromady) roślin: nagonasienne drobnolistne, nagonasienne wielkolistne
oraz okrytonasienne (najliczniejsze).
^ •
m
Nagonasienne drobnolistne (Coniferophyta) - wyka-
ków, u szpilkowych, takich jak sosna zwyczajna (Pinus
kowe rośliny ozdobne i gniotowe (Gnetopsida).
Okrytonasienne (okrytozalążkowe; Magnoliophyta)
- mają zalążki okryte słupkami. Jest to grupa roślin, która swój sukces ewolucyjny zawdzięcza między innymi współpracy z owadarni przenoszącymi pyłek (obok gatunków owadopylnych występują
w j a tropylne o innych sposobach zapylenia). Są to drzewa, krzewy
lub rośliny zielne wykazujące dużą różnorodność przystosowań ekologicznych. W zależności od liczby specjalnych liści zarodkowych, zwanych
liścieniami, dzielimy je na: dwuliścienne i jednoliścien-
MkowychP-rasdSpos^oiit
Okrytonasienne:
dwuliścienne
jednoliścienne
na9 Za
° "
^ l^i^P^P^^^^HBB
na przykład jabłonie {Malus), brzozy (Betula), kaczeńce
Ryc. 71. Przedstawiciel okrytoza-
śnie nasienne są jednymi z głównych (obok morskich
protistów autotroficznych) jego producentów,
T a k ż e z n a c z e n i e gospodarcze nasiennych jest ogrom-
lążkowych, dwuliściennych - fiołek
leśny
94
ne. Nasze ubrania (np. z bawełny), meble, papier są pochodzenia roślinnego. Niektóre nasienne są też ważnym składnikiem naszej diety oraz stanowią pożywienie zwierząt hodowlanych. Z nich
produkuje się lekarstwa i używki. Rośliny nasienne tworzą też piękno
krajobrazów, dostarczając nam wrażeń estetycznych.
33
Mech ptonnik
(mszaki)
NI
O
mejoza (R!)
CL
-W.
0)
g
o
Q-
mejoza (R!)
t
t
komórka
macierzysta
zarodników
komórka
macierzysta
zarodników
zarodnia
zarodnia
!
'c®
o
j*:
o
I
liść zarodnionośny
(sporofil)
CL
"O
'o
a.
Podrzeń żebrowiec
(paprotniki
jednakozarodnikowe)
bezlistny trzonek
z zarodnią
ulistniona
roślina
zygota
zygota
a
o
u'
^
£
o
'S
/ *
gamia
/
E
to
plemnik -
o
o
"o.
plemnia
ulistniona todyga
^komórka
jajowa
cn
/ \
gamia
rodnia
ulistniona todyga
/.,
P|emnik
komórka
jajowa
plemnia
rodnia
'c
_o>
o
0
o.
CD
_c
co
•g
o.
co
1
niewielki zielony
splątek
t
I
niewielkie przedrośle
sercowatego ksztattu
t
kiełkowanie
kiełkowanie
zarodnik
zarodnik
t
I
Ł
Marchew zwyczajna
(okrytonasienne)
Sosna zwyczajna
(nagonasienne
drobnolistne)
mejoza (R!)
mejoza (R!)
t
komórka
macierzysta
pytku
t
t
komórka
macierzysta
pytku
ośrodek
woreczek
pytkowy
zalążka
/
\
\
komórka
macierzysta
makrospor
I
I
zalążek
t
t
owocolistek
(część szyszki
żeńskiej)
pręcik
(część szyszki
męskiej)
mejoza (R!)
t
komórka
macierzysta
makrospor
t
woreczek pytkowy
1
mejoza (R!)
stupek
(utworzony
z owocollstków)
pręcik
kiełkowanie
\
/
ulistniona roślina
ł
kiełkowanie
zygota (w nasieniu)
zygota (w nasieniu)
/ V
gamia
gamia
ulistniona roślina
komórka J
plemnlkowa
\
komórka generatywna
w tagiewce pytkowej
ziarno pytku
i
t
komórka
jajowa
rodnia
+
ośrodek zalążka
(w zarodku)
bielmo pierwotne
komórka
plemnikowa
\
^komórka
jajowa
komórka
aparat
generatywna
w tagiewce pytkowej
,
ziarno
pytku
woreczek
zalążkowy
(w zalążku)
mikrospora
makrospora
mikrospora
makrospora
i
t
ł
t
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Ryc. 73
Królestwo: G r z y b y (Fungi)
Grzyby to w większości organizmy lądowe*, których ciało zbudowane
jest z długich nitek plazmatycznych zwanych strzępkami (ryc. 73). Owe
strzępki są otoczone ścianami komórkowymi, a ich podstawowym składnikiem
jest cukier - chityna. Strzępki mogą tworzyć luźne skupiska przypominające watę
- jest to tak zwana grzybnia, czasami jednak splatają się i zlepiają ze sobą, tworząc
mocniejsze struktury - owocniki. To właśnie owocniki nazywa się powszechnie
grzybami. Owocniki mogą mieć postać kapelusza na prostym trzonku (tzw. grzyby
kapeluszowe), kulistą, miseczkowatą
. Mikrofotografia strzępek pleśniaka
, u b i n n ą _ G r z y b y s ą wyłącznie cudzożywne
Ryc. 74. Zarodniki
, x
, ,
nych strzępkach.
(saprofity lub pasożyty), w ogóle nie mają plastydów. Niektóre żyją
w symbiozie z drzewami (właściwie z ich korzeniami), a zjawisko to nazywa się mikoryzą. Innym przykładem symbiozy z udziałem grzybów jest
ich współżycie z samożywnymi protistami bądź bakteriami (sinicami).
Takie symbiotyczne grzyby, tworzące niejako podwójny organizm, składający się ze strzępek grzyba i komórek organizmów samożywnych, nazywają się porostami.
Grzyby b e z p ł c i o w o r o z m n a ż a j ą się
przez fragmentację grzybni oraz za pomocą różnych typów zarodników (ryc. 74).
Miejsce produkcji zarodników (tzw. hymenium) u grzybów kapeluszowych znajduje się po spodniej stronie kapelusza.
Rozmnażanie płciowe polega na: łączeniu
się gamet - gamia, lub też całych gametangiów - gametangiogamia, a n a w e t
zwykłych, niezróżnicowanych s t r z ę p e k
- somatogamia. Jest to wyjątkowy sposób
rozmnażania płciowego w świecie organipędzlaka powstają na wyniesio•
.
zmow żywych,
J
J
Przegląd systematyczny grzybów
Grzyby podzielono na kilka typów, z których największe znaczenie
mają workowce i podstawczaki.
Workowce (Ascomycota) są największą grupą grzybów bardzo zróżnicowanych pod względem budowy - od jednokomórkowych pączkujących
drożdżaków, na przykład drożdży (Saccharomyces), aż po wysoko rozwinięte workowce właściwe, tworzące spore owocniki o zróżnicowanych
*Nieliczne jednokomórkowe grzyby są organizmami wodnymi.
9. Różnorodność biologiczna
kształtach, na przykład smardz jadalny (Morchella esculenta) czy trufla
(Tuber) (ryc. 75).
otocznia
butawinki
miseczka
dzieżki
owocnik
zamknięty
trufli
pseudokapeluszowy
owocnik
smardza
Ryc. 75. Owocniki workowców przyjmują różne formy.
Swą nazwę workowce zawdzięczają specyficznym zarodnikom powstającym w wydłużonych komórkach
zwanych workami.
Podstawczaki (Basidiomycota) to najwyżej uorganizowana grupa grzybów. Ich zarodniki tworzone są po
cztery na komórkach zwanych podstawkami (stąd nazwa grupy). Do podstawczaków należy wiele znanych
gatunków jadalnych, takich jak pieczarka polna (Agaricus campestris), borowik szlachetny (Boletus edulis),
a także trujących, z których zasłużenie niesławę zdobył
zielonkawy muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides), mający - podobnie jak inne muchomory - kołnierzyk (pierścień) i pochewkę na trzonie. Nieliczne
grzyby kapeluszowe są pasożytami roślin, na przykład
opieńka miodowa (,Armillaria mellea) czy różne gatunki hub.
Porosty (Lichenes) z ewolucyjnego punktu widzenia
należy traktować jako workowce lub podstawczaki, które rozwijały się w kierunku samożywności.
Ciało porostów jest zazwyczaj zwarte, płatowate, na
przykład plucnicy islandzkiej (Cetrańa islandica), skorupiaste, na przykład wzorca geograficznego (Rhizocarpon geographicum) lub krzaczkowate, choćby różnych
gatunków chrobotków (Cladonia; ryc. 77). Porosty, jako
organizmy prawie samowystarczalne i wyjątkowo mało
wymagające, skolonizowały wszelkie niegościnne i niedostępne dla innych grzybów i roślin środowiska, jak nagie skały, mury, wysokogórskie turnie, tundrę porastającą wieczną zmarzliną itp. Z tego powodu zaliczono je do
form pionierskich. Gatunki tundrowe mają duże znaczenie jako pokarm dla żyjących tam zwierząt (reniferów,
piżmowołów), ale i ludzie czasami jadali porosty. Ze
Ryc. 76. Owocnik borowika usiatkowanego - przykład grzyba kapeluszowego
Ryc. 7 7 . C h r o b o t e k strzępiasty
- przedstawiciel porostów o piesze
krzaczkowatej
97
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
znaczenie
gospodarcze
grzybów
<
o
o
>
Ryc. 78. Gtówne
względu na dużą wrażliwość na zanieczyszczenia powietrza porosty są też
dobrymi bioindykatorami (biologicznymi wskaźnikami) stanu atmosfery
na danym obszarze.
Wiele grzybów ma znaczenie ekologiczne i gospodarcze. Między innymi mają duże znaczenie w krążeniu materii w ekosystemach lądowych. Niekiedy są też groźnymi pasożytami roślin uprawnych. Drożdże,
oddychając beztlenowo, przeprowadzają fermentację alkoholową, której
ubocznym produktem jest dwutlenek węgla. Z tego powodu są wykorzystywane do produkcji wina, octu winnego oraz jogurtów, ale też do wypieku ciast i chleba (produkowany przez nie dwutlenek węgla spulchnia
ciasto). Drożdże są też znakomitym źródłem witamin z grupy B. Grzyby
pleśniowe są częstymi sprawcami niszczenia produktów spożywczych (to
one tworzą tzw. zielone pleśnie). Niektóre grzyby mogą wywoływać
groźne choroby u człowieka, jak grzybice płuc czy paznokci, ale jednocześnie niektóre gatunki pędzlaków wykorzystywane są przy produkcji
serów pleśniowych i antybiotyku - penicyliny.
Królestwo: Z w i e r z ę t a (Animalia)
Zwierzęta to królestwo liczące najwięcej gatunków i to najbardziej
zróżnicowanych (ryc. 78). Zaliczane tu grupy organizmów mają jednak
wiele cech wspólnych. Wszystkie organizmy są cudzożywne i wielokomórkowe, w większości tkankowe i mające zdolność aktywnego poruszania
się. Znamienna jest też obecność komórek nerwowych. Pod względem
biochemicznym charakterystyczną ceTKANKOWCE
chą
zwierząt jest obecność w ich organiTROJ WARSTWO WCE
zmach specyficznego białka, jakim jest
kolagen, ważny składnik tkanki łącznej.
ś*
<
¡5
Zwierzęta rozmnażają się płciowo
o
M
U
i bezpłciowo. Gamety zwierząt są pro<
dukowane w n a r z ą d a c h rozrodczych
- g o n a d a c h - nazywanych jądrami (narządy rozrodcze męskie) i jajnikami
( n a r z ą d y r o z r o d c z e żeńskie). D a n y
osobnik może mieć tylko gonady żeńskie (samica) albo męskie (samiec)
- jest to rozdzielnoptciowość, albo oba
rodzaje gonad - taki osobnik jest obojnakiem (czyli hermafrodytą)*. W trakcie rozwoju zarodek części zwierząt
GRZYBY
przybiera postać odmienną od osobnika dorosłego, zwaną larwą. Mówimy
wówczas o rozwoju złożonym, a larwa
musi ulec przeobrażeniu, czyli metagrupy współczesnych zwierząt
morfozie w osobnika dorosłego.
*Jest to oczywiście cecha gatunkowa!
98
9. Różnorodność biologiczna
Prawdopodobnie zwierzęta wywodzą się z pierwotnych jednokomórkowych protistów, jednak w przeciwieństwie do roślin, już w środowisku
wodnym osiągnęły tkankowy poziom organizacji ciała.
Przegląd ważniejszych typów zwierząt
Gąbki (Porifera) prowadzą osiadły tryb życia i są jedną z najbardziej
pierwotnych grup zwierząt. Nie tworzą typowych tkanek, ich ciało składa
się jedynie z kilku rodzajów komórek ułożonych w dwie warstwy. Ciało
gąbek ma kształt worka o ścianach poprzebijanych licznymi otworami.
Cala konstrukcja wzmocniona jest igiełkami
szkieletowymi z węglanu wapnia, krzemionki lub białkowej substancji podobnej do rogu. Gąbki często tworzą kolonie osobników
i wtedy zacierają się ich workowate kształty.
Jako jedyne zwierzęta nie mają otworu gębowego. Żyją głównie w morzach, a tylko
nieliczne spotyka się w wodach słodkich.
Przykładem gąbki żyjącej w wodach słodkich
jest nasz rodzimy nadecznik (Spongilla).
Niekiedy wykorzystuje się szkielety kolonii
gąbek greckich ( E u s p o n g i a officinalis;
Ryc. 79. Przedstawiciel gąbek ryc. 79) jako gąbki kąpielowe.
charakterystyka
9ąbek
gąbka grecka
Zwierzęta tkankowe - opisano już ponad milion ich gatunków - noszą
nazwę Metazoa i obejmują około 30 typów systematycznych, z których
omówimy tylko niektóre.
Parzydełkowce (Cnidaria) są zwierzętami żyjącymi głównie w wodach
charakterystyka
słonych, mniej liczne w słodkich. Ciało parzydełkowców o promienistej
parzydelkowców
symetrii zbudowane jest z dwóch warstw komórek mających charakter
tkanki nabłonkowej. Parzydełkowce mogą przybierać dwie różne formy
morfologiczne: osiadłego polipa (czasami
tworzącego złożone kolonie) i swobodnie
pływającej (unoszonej przez wodę) meduzy. Nazwa parzydełkowce związana jest
z obecnością parzydełek - specyficznych
struktur obronnych na powierzchni ciała.
Parzydełka służą też do unieruchamiania
ofiary (parzydełkowce są w większości drapieżnikami).
Parzydełkowcami są nasze słodkowodne
stułbie (Hydra; ryc. 80) i pospolita w Bałty- Ryc. 80. Stułbia - pospolity parzydetkowiec w naku chelbia modra (Aurelia aurita). Specy- szych wodach słodkich
ficzną gromadą parzydełkowców są koralowce. Mają one wyłącznie postać polipów, często tworzą kolonie mające
zewnętrzny szkielecik, jak na przykład korale madreporowe (inaczej rafotwórcze). Właśnie szkieleciki tych korali są głównym budulcem raf ko99
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
ralowych - największych organicznych budowli na Ziemi. Ze szkieletów
korali szlachetnych, żyjących w Morzu Śródziemnym, wyrabia się ozdoby, między innymi paciorki, inaczej właśnie korale.
Plazińce:
Plazińce (Platyhelminthes), zwane też robakami płaskimi, są trójwarwirki
stwowymi zwierzętami o dwubocznej symetrii ciała, które jest spłaszczoprzywry
ne grzbietobrzusznie. Mają znacznie bardziej złożoną budowę niż parzy-tasiemce
dełkowce. U płazińców można wyróżnić wyspecjalizowane narządy
tworzące proste układy (np. pokarmowy, mający postać ślepo zakończonego jelita*, nerwowy, wydalniczy, rozrodczy). Zwierzęta te żyją w wodach słonych lub słodkich, na przykład pospolity u nas
wirek - wypławek biały (Dendrocoelum lacteum; ryc. 81).
Wiele groźnych płazińców - pasożytów człowieka - to przywry i tasiemce. Przykładem może być tropikalna przywra krwi
(Schistosoma haematobium)
żyjąca w naczyniach krwionośnych jamy brzusznej. W Polsce pospolitymi gatunkami są: tasiemiec nieuzbrojony (Taeniarhynchus saginatus) i tasiemiec
uzbrojony (Taenia solium). Dorosłe formy obu tasiemców żyją
w jelicie cienkim człowieka, larwy zaś pasożytują w ciele zwierząt hodowlanych. Można się nimi zarazić, zjadając mięso zawierające larwy. Larwy tasiemca uzbrojonego występują
w wieprzowinie, zaś larwy tasiemca nieuzbrojonego mogą się
znajdować w wołowinie. Człowiek chory na tasiemczycę odczuwa najczęściej bóle brzucha, nudności i osłabienie. ZakaRyc. 81. Przedstawiciel pta
żenie może prowadzić do wychudzenia i ogólnego wyniszczezlńców - wyptawek biały
nia organizmu (por. Biologia 1. Zakres podstawowy, s. 201).
Pierścienice:
Pierścienice (Annelida) zauważalnie wyróżniają wydłużonym ciałem
wieloszczety
podzielonym na poprzeczne segmenty, zwane metamerami. Z zewnątrz
skąposzczety
uwidaczniają się one jako poprzeczne fałdy, które są przejawem wepijawki
wnętrznego podziału jamy ciała na odcinki (segmenty). Do pierścienic
należą wieloszczety, skąposzczety i pijawki.
Pierścienice żyją w wodach słodkich, jak większość pijawek (ryc. 82),
ale także słonych, jak wieloszczet - bałtycka nereida (Nereis diversicolor). Niektóre skąposzczety przystosowały
się także do życia w środowisku lądowym,
na przykład dżdżownice ( L u m b r i c u s )
w glebie, a nieliczne gatunki pijawek
występują na drzewach w wilgotnych
dżunglach tropikalnych. Pierścienice są
drapieżne lub żywią się martwą materią
organiczną i dlatego mają duże znaczenie
w ekosystemach lądowych oraz wodnych.
Są podstawowym pokarmem ryb i stawonogów wodnych, a powszechnie znane
Ryc. 82. Przedstawiciel pierścienic - pijawka
*U tasiemców ukiad pokarmowy uległ całkowitej redukcji.
100
9. Różnorodność biologiczna
dżdżownice odgrywają dużą rolę w spulchnianiu gleby. Pijawka lekarska
(Hirudo medicinalis) była też dawniej wykorzystywana w medycynie.
Mięczaki (Mollusca) są zwierzętami żyjącymi głównie w morzach,
charakterystyka
mięczaków
znacznie mniej ich zamieszkuje wody słodkie, a na lądzie spotyka się tylko niektórych przedstawicieli ślimaków. Budowa oraz tryb życia mięczaMięczaki:
ków są bardzo zróżnicowane. Nie wykazują segmentacji ciała, które pomatże
dzielone jest na głowę, nogę i tułów (worek trzewiowy). Z reguły
ślimaki
wytwarzają wapienno-rogową skorupkę. Spośród współczesnych mięglowonogi
czaków największe znaczenie mają małże, ślimaki i glowonogi.
Małże mają ciało zamknięte w dwuczęściowej skorupce oraz klinowatą nogę.
Nie mają natomiast głowy. Są filtratorami
- żyją na dnie zbiorników słono- i słodkowodnych (ryc. 83). W Polsce jednym z największych przedstawicieli tej gromady jest
szczeżuja olbrzymia (Anodonta cellensis).
W przeciwieństwie do małży, głowa ślimaków jest dobrze wyodrębniona. Środkowa część ciała ślimaka wchodząca do muszli jest charakterystycznie o b r ó c o n a .
Ryc. 83. Przedstawiciel matży - szczeżuja pospolita
Większość ślimaków ma spiralnie skręconą
muszlę, na przykład pospolity w całym kraju
winniczek (Helix pomada; ryc. 84), lecz są
też ślimaki nagie - zarówno lądowe, na
przykład występujące w Polsce pomrowy
(Umax maximus), jak i morskie (bajecznie
kolorowe ślimaki nagoskrzelne można spotkać wśród raf koralowych, kiedy pływają,
falując brzegami płaszcza).
Głowonogi to najwyżej uorganizowane
mięczaki. Wykazują silny rozwój układu
nerwowego (dość duży mózg w chrzęstnej
Ryc. 84. Przedstawiciel ślimaków - winniczek
puszce mózgowej), a ich noga przekształcona jest w chwytne ramiona otaczające głowę. Żyją wyłącznie w morzach. Przykładem są ośmiornice (Octopus) i mątwy (Sepia). Największe
znane mięczaki - kałamarnice olbrzymie - (Architeuthis dux) dorastają
do 25 m długości i ponad 20 t masy ciała.
charakterystyka
Nicienie (Nematoda), zwane potocznie robakami obłymi, są zwierzęnicieni
tami raczej niewielkich rozmiarów, o bardzo prostej budowie ciała. Mają ciało obłe w przekroju, wydłużone i zaostrzone z obu końców, bez wyodrębnionej głowy. Rozwój nicieni jest złożony, larwa kilkakrotnie
przechodzi proces linienia, podczas którego zrzuca warstwę oskórka
pokrywającą zewnętrzną powierzchnię ciała, a także oskórek wyściełający jelito przednie i tylne. Nicienie żyją głównie w wodach i w glebie,
a niektóre gatunki prowadzą pasożytniczy tryb życia. Powszechnie wy-
I
101
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
stępującym nicieniem - pasożytem człowieka - j e s t glista ludzka (Ascaris lumbricoides; ryc. 85). Szacuje się, że na świecie
może być nią zarażonych ponad miliard
ludzi. Groźnym pasożytem jest też włosień kręty (Trichinella spiralis), którego
larwy mogą się znajdować w mięsie wieprzowym. U dzieci często występują też
owsiki (Enterobius vermicularis) żyjące
w końcowej części jelita grubego (por.
' 1 3 ' 3 w P o d r Biologia 1. Zakres
podstawowy).
Stawonogi (Arthropoda) są dziś największą grupą zwierząt, zarówno
pod względem liczby gatunków (dokładnie opisano ponad 1,1 miliona
gatunków, dla porównania - kręgowców jest około 50 tysięcy gatunków),
jak i biomasy. Występują w zasadzie we wszystkich środowiskach dostępnych zwierzętom - od głębokich mórz po bezwodne pustynie. Bywają też
pasożytami wewnętrznymi, ale przede wszystkim jako jedyne bezkręgowce opanowały zdolność aktywnego lotu (większość owadów).
Na początku ery paleozoicznej najliczniejszymi stawonogami były żyjące w morzach trylobity. Współczesne stawonogi możemy podzielić na
skorupiaki, pajęczaki, wije i owady. Segmentowane ciało stawonogów
dzieli się na trzy większe części, tak zwane tagmy - głowę, tułów oraz odwłok. Mogą one u niektórych stawonogów ulegać dalszym przekształceniom (ryc. 86). Pierwotnie każdy segment zaopatrzony był w parę odnóży.
Jednakże w związku ze specjalizacją poszczególnych części ciała odnóża
też uległy znacznym zmianom. Na głowie przekształciły się w czułki i zespół odnóży gębowych do pobierania pożywienia (różnie ukształtowanych, między innymi w zależności od rodzaju pobieranego pokarmu).
Ryc. 85. Glista ludzka - przedstawiciel nicieni
cnarawerysiyKa
I stawonogów
Stawonogi:
trylobity
skorupiaki
•pajęczaki
wije
owady
teŻ r0zdz
szczękoczulek
żuwaczka
czulek
odnóża
kroczne
odnóża
kroczne
Ryc. 86. Porównanie zasadniczego planu budowy współczesnych stawonogów: A - rak, B - pająk krzyżak,
C - jelonek rogacz (G - głowa, T - tułów, O - odwłok, GT - głowotułów). Nie zachowano proporcji wielkości.
102
9. Różnorodność biologiczna
Odnóża tułowiowe najczęściej zachowywały funkcje łokomocyjne, odnóża odwłokowe natomiast często wykazywały tendencję do zanikania.
U części skorupiaków i pajęczaków jedna z par odnóży krocznych lub
gębowych przekształciła się w pokaźne szczypce.
Ciało stawonogów pokryte jest pancerzem białkowo-chitynowym
spełniającym nie tylko funkcje ochronne, ale też stanowiącym zewnętrzny szkielet. Jest on okresowo zrzucany, aby umożliwię zwierzęciu wzrost.
Zjawisko to nazywa się linieniem. W większości stawonogi są rozdzielnopłciowe i jajorodne, często występuje też dymorfizm płciowy (występowanie w obrębie danego gatunku zwierzęcia czy rośliny dwóch form postaci,
różniących się pod względem budowy i fizjologii: samicy i samca).
Wodne skorupiaki (Crustacea) oddychają skrzelami osadzonymi najczęściej u nasady odnóży. Mają zapłodnienie zewnętrzne,
a rozwój jest złożony - występuje jedna lub
kilka postaci larwalnych. Do tej grupy stawonogów zaliczamy zarówno mikroskopijne
oczliki (Cyclops) i rozwielitki (Daphnia), raRyc. 87. Przedstawiciel skorupiaków
ki, których przykładem może być krajowy
rak rzeczny (Astacus astacus), jak i największe stawonogi, jak dwudziestokilogramowy homar amerykański (Homarus americanus) czy kraby (ryc, 87),
na przykład krab japoński o kilkumetrowej rozpiętości odnóży.
Przedstawiciele pajęczaków (Arachnida) mają cztery pary odnóży krocznych.
Są to drapieżniki, odżywiają się pokarmem płynnym. Większość oddycha płucami* (płucotchawkami). Do pajęczaków zaliczamy między innymi: skorpiony
(ryc. 88), pająki, na przykład krzyżak
(Araneus diadematus), i roztocze. Roztocze są zwykle niewidoczne gołym okiem,
ale żyją wszędzie wokół nas, na przykład
w kurzu i u wielu osób wywołują alergie.
Do roztoczy należy krwiopijny kleszcz
pastwiskowy (Ixodes ricinus), przenoszący zapalenie opon mózgowych,
czy uciążliwy pasożyt skóry - świerzbowiec (Sarcoptes scabiei).
Wije (Myriapoda) - mają ciało zróżnicowane na głowę i segmentowany tułów bez wyodrębnionego odwłoka. Na każdym segmencie tułowia
jest para lub nawet dwie pary odnóży. Oddychają tchawkami. W Polsce
często w ściółce lub pod kamieniami spotyka się należące do wijów
drewniaki (Lithobius).
*Płuca pajęczaków nie mają nic wspólnego z płucami kręgowców, połączonymi z układem
pokarmowym w gardle. Są to parzyste komory położone w odwłoku, do których prowadzą
szczeliny zwane przetchl inkami.
- krab
103
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
charakterystyka
owadów
Owady (Insecta) mają trzy pary odnóży krocznych i oddychają tchawkami. Rozwój owadów jest złożony (ryc. 89), z postaciami larwalnymi, które
mogą żyć w wodzie, na przykład larwy komarów czy ważek, lub na lądzie,
jak larwy pasikoników czy motyli.
Larwy te mogą być podobne do postaci dorosłych i stopniowo przekształcać się w osobnika dorosłego. Zachodzi wówczas rozwój z przeobrażeniem niezupełnym. Tak jest u skorków, karaczanów (karaluchów)
i pluskwiaków. U innych owadów larwy wyraźnie się różnią od osobników dorosłych budową ciała, trybem życia i środowiskiem występowania. Podczas przeobrażenia larwa otacza się kokonem* i przechodzi
w stadium poczwarki. Taki typ rozwoju, zwany przeobrażeniem zupełnym, występuje między innymi u chrząszczy, motyli i muchówek.
Dorosłe owady nie linieją i nie rosną.
Ryc. 89. Schemat sposobów rozwoju u owadów: A - przeobrażenie niezupełne, B - przeobrażenie zupełne
(L - linienie, P - przepoczwarzenie; imago - postać dorosła owada)
I znaczenie
owadów
W świecie owadów istnieje wiele odstępstw od zasadniczego modelu
rozrodu - choćby polimorfizm płciowy, charakterystyczny dla pszczół,
mrówek czy termitów, u których obok rozmnażających się samic (królowych) i samców (u pszczół zwanych trutniami) występuje też pokolenie
bezpłodnych robotnic czy żołnierzy.
Niektóre owady to szkodniki zasiewów, na przykład stonka, turkuć
podjadek, różne pluskwiaki, w tym mszyce, szarańcza itp. Inne to
szkodniki magazynów - mącznik młynarek, wołek zbożowy, zaś „drewnojady", na przykład kołatki, uszkadzają meble. Karaczany, mrówki faraona i skorki zanieczyszczają żywność, gąsienice moli zjadają ubrania
*Kokon, czyli oprzęd, powstaje u wielu owadów z nici jedwabnej. Nić wytwarzana przez gąsienice motyla jedwabnika (Bombyx moń) od starożytności (początkowo w Chinach) służyła
do wyrobu delikatnej tkaniny. Z podobnej nici pająki budują sieci łowne, czyli pajęczyny.
104
9. Różnorodność biologiczna
wełniane i futrzane. Owady pasożytujące na zwierzętach i człowieku
przenoszą choroby. Pchły i pluskwy przenoszą dżumę, komary - malarię, wszy - dur plamisty, muchy tse-tse - śpiączkę itd.
Pod koniec ery mezozoicznej, w połowie kredy, kiedy powstały pierwsze rośliny okrytonasienne, część owadów (niektóre chrząszcze i motyle)
zaczęła się odżywiać ich pyłkiem, a potem specjalnie dla nich wytwarzanym nektarem. Jednocześnie owady te uczestniczyły w przenoszeniu pyłku na znamię słupka (zapylaniu). Tak rozpoczęła się wspólna, równoległa
ewolucja, czyli koewolucja części roślin okrytonasiennych i owadów.
Strunowce (Chordata) są typem zwierząt, do którego należy między
charakterystyka
innymi człowiek oraz pozostałe kręgowce (ryc. 90). Liczą one niespełna
strunowców
50 tysięcy gatunków, jednak odgrywają bardzo znaczącą rolę w ekosystemach. Ich nazwa pochodzi od
KRĘGOWCE
struny grzbietowej, która usztywnia ciało zwierzęcia. M a ona
postać walcowatego pręta, złożonego z ciasno upakowanych komórek tkanki łącznej. U form
bardziej zaawansowanych ewolu
cyjnie strunę zastępuje kręgosłup. Wzdłuż struny grzbietowej
(bądź w kręgosłupie) i czaszce
znajduje się ośrodkowy (centralny) układ nerwowy.
Najbardziej zbliżone do najwcześniejszych strunowców są
Ryc. 90. Zasadnicze powiązania ewolucyjbezczaszkowce (Acrania), których
ne głównych grup strunowców
przedstawicielem jest lancetnik
(Branchiostoma lanceolatum; ryc. 91). Niektóre prymitywne strunowce
- ostonice (Tunicata) - przeszły do osiadłego trybu życia na dnie zbiorników wodnych (jednak przynajmniej ich larwy pływają w toni wodnej i mają strunę grzbietową).
Ryc. 91. Lancetnik - przedstawiciel bezczaszkowców: A - wygląd ogólny, B - struna grzbietowa przeświecająca przez ciało
Większość współczesnych strunowców to kręgowce (Vertebrata). Najważniejsze cechy tej grupy poznałeś już w gimnazjum (niektóre informacje znajdziesz też w tekście poniżej oraz w tab. 4, s. 108-109).
105
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Ryc. 92.
Ryc. 93.
Ryc. 94.
106
Kręgowce mają szkielet wewnętrzny,
zbudowany z chrząstki lub kości. Dzieli się
on na szkielet osiowy (czaszka i kręgosłup) oraz szkielet pasów: barkowego
i miednicznego wraz z kończynami (kręgowce mają na ogół dwie pary kończyn).
W c z e s n e kręgowce - bezszczękowce
(Agnatha) i ryby (Pisces) - żyły w wodzie
i oddychały skrzelami położonymi po bokach gardzieli i w takiej postaci funkcjoPrzedstawiciel ryb - okoń
nują do dziś. Kręgowce lądowe - czworonogi (Tetrapoda) - oddychają płucami, co
wymusiło zmiany w budowie i zmiany
funkcji układu krwionośnego. Utworzył
się dodatkowy mały (płucny) obieg krwi
z własnym przedsionkiem (stąd dwa obiegi krwi). Także komora serca, pierwotnie
pojedyncza jak u płazów (Amphibia), została podzielona: u większości gadów
(Reptilia) częściowo, u ptaków (Aves)
i ssaków (Mammalia) całkowicie, na część
prawą i lewą. Właśnie usprawnienie krąPrzedstawiciel płazów-grzebiuszka ziemna
¿ e nia i zaopatrzenia tkanek w tlen oraz
substancje odżywcze było jednym z ważnych warunków osiągnięcia przez ptaki
i ssaki statocieplności. Ssaki mają zazwyczaj temperaturę ciała prawie 40°C, ptaki
natomiast najczęściej jeszcze o kilka stopni wyższą. To strategia kosztowna pod
względem energetycznym, polegająca na
stałym utrzymywaniu temperatury ciała,
optymalnej dla tempa procesów fizjologicznych, zwykle wyższej od temperatury
otoczenia. Między innymi, wydajny metabolizm umożliwił tym kręgowcom zasiePrzedstawiciel gadów - jaszczurka zwinka
dlenie bardzo różnych środowisk.
Nawet kręgowce zmiennocieplne mają rozbudowane narządy zmysłu.
Charakterystyczne są duże oczy wyposażone w soczewkę zdolną do akomodacji (regulacji ostrości obrazu w zależności od odległości obiektu).
Mają też narządy sluchowo-równoważne: uszy wewnętrzne, u kręgowców
lądowych wspomagane przez kosteczki słuchowe w uchu środkowym (ssaki mają po trzy kosteczki słuchowe i dodatkowo uszy zewnętrzne, czyli małżowiny uszne). Narządem węchu jest głównie nos, a smaku - język. Wczesne kręgowce miały także trzecie oko (ciemieniowe) i narząd linii bocznej
(reagujący na drgania wody), które u kręgowców lądowych zanikły w toku
9. Różnorodność biologiczna
ewolucji. Ciało kręgowców okryte jest skórą, w której znajdują się receptory dotyku.
Skóra pokryta jest niekiedy kostnymi lub
rogowymi wytworami - łuskami, piórami,
włosami - swoistymi dla poszczególnych
grup. Większość kręgowców ma szczęki
uzbrojone w zęby, ale budowa aparatu gębowego jest bardzo zmienna w związku
z przystosowaniami do rozmaitych rodzajów pokarmu.
Wszystkie kręgowce mają złożony układ
Ryc. 95. Przedstawiciel ptaków - cyranka
nerwowy, którego centralnym elementem
jest pięcioczęściowe mózgowie oraz rdzeń kręgowy. Bardzo wysoki poziom rozwoju osiągnęło mózgowie ssaków (szczególnie tzw. kresomózgowie oraz móżdżek).
Kręgowce są prawie zawsze rozdzielnoplciowe. Pierwotnie były jajorodne, ale w wielu grupach wystąpiła żyworodność, a także opieka rodzicielska
nad potomstwem (szczególnie rozwinięta u ssaków i ptaków). U niektórych kręgowców występuje rozwój z przeobrażeniem, na przykład u płazów
występuje stadium wodnej larwy - kijanki. Gady i wywodzące się z nich
ptaki oraz ssaki są owodniowcami, ponieważ wytwarzają błony płodowe (owodnię,
omocznię i kosmówkę). Błony te zapewniają odpowiednie środowisko zarodkowi w jaju i ułatwiają wymianę gazową. Rozwój
owodniowców jest prosty. Większość ssaków (łożyskowce) rozwija się w ciele matki
w toku przedłużonej ciąży dzięki łożysku
- narządowi umożliwiającemu wydajną wymianę substancji odżywczych i gazów oddechowych między matką i płodem.
R
Dzięki tym i wielu innym przystosowayc- 96. Przedstawiciel ssaków - kret
niom kręgowce opanowały i zdominowały
większość siedlisk dostępnych na naszej
planecie - od morskich głębin po przestworza, od równika po obszary polarne.
Ssakami łożyskowymi są największe zwierzęta wszech czasów - płetwale błękitne
(Balaenoptera
musculus) i najbardziej
ekspansywny gatunek na naszej planecie
- człowiek rozumny ( H o m o sapiens),
a także udomowione przez człowieka ssaki (np. bydło, owce, kozy, świnie, konie,
wielbłądy, jaki, psy, koty) i ptaki (kaczki,
Ryc. 97. Przedstawiciel ssaków - dromader
kury, gęsi, indyki, gołębie).
107
Cecha
Środowisko
życia
Krągtouste
Ryby
Ptazy
wodno-lądowe
(wody słodkie)
wody stone i słodkie
Gady
Ptaki
lądowe (niektóre gatunki wtórnie wodne
oraz wodno-lądowe)
lądowe (niektóre gatunki silnie związane ze
środowiskiem wodnym)
Ssaki
lądowe (niektóre gatunki wtórnie
wodne oraz wodno-lądowe)
skóra pokryta nabłonkiem wielowarstwowym
Pokrycie
ciata
Uktad
oddechowy
nabłonek nierogowaciejący; śluz
łuski (wytwory skóry
właściwej)
workowate
skrzela
listkowate (blaszkowate) skrzela
osadzone na tukach
skrzelowych
nabłonek słabo rogowaciejący; skóra
silnie ukrwiona; śluz
nabłonek rogowaclejący; skóra sucha bez gruczołów
płuca i skóra (prymitywny mechanizm wentylacji
płuc - ruchy dna
jamy gębowej)
parzyste płuca wentylowane dzięki pracy mięśni klatki piersiowej i sprężystości żeber
łuski rogowe, rzadziej pióra (wytwory naskórka) nabłonek rogowaciejący; skóra z gruczołami (potowe, mlekowe, łojowe); włopłyty kostne
sy, pazury, kopyta (wytwory naskórka)
płuca
gąbczaste
worki powietrzne usprawniające wentylację
płuc
dodatkowy mięsień oddechowy
- przepona
system zamknięty; krew barwna z hemoglobiną w krwinkach
Uktad
krążenia
dwa obiegi krwi: płucny (mały) i tkankowy (duży)
jeden obieg krwi; serce z jednym
przedsionkiem i jedną komorą
serce: dwa przedsionki i jedna komora (w niej możliwe
mieszanie się krwi)
serce: d w a przedsionki i jedna komora (z niepełną przegrodą)
serce: dwa przedsionki i dwie komory (niemożliwe mieszanie
się krwi odtlenowanej i utlenowanej)
szkielet chrzęstny lub kostny; szkielet osiowy tworzy czaszka i kręgosłup; szkielet obwodowy tworzy obręcz barkowa i miednicowa oraz kończyny
Uktad
ruchu
oraz
uzębienie
niewielka,
chrzęstna
puszka mózgowa; struna grzbietowa
z zawiązkami
kręgów; brak
kończyn parzystych
czaszka zróżnicowana na mózgoczaszkę i trzewioczaszkę; w trzewioczaszce wykształcone szczęki
w kręgosłupie widoczne pozostałości
struny grzbietowej;
czaszka nieruchomo
zestawiona z kręgosłupem; szkielet
płetw parzystych:
piersiowych i brzusznych oraz nieparzystych: grzbietowej,
ogonowej i odbytowej
w różnym stopniu wykształcony szkielet obręczy oraz kończyn wolnych (wielozawiasowych)
u współczesnych
ażurowa czaszka
o ograniczonej
ruchomości (jedna
płaszczyzna ruchu
głowy); kończyny
szeroko rozstawione
na boki
szkielet niemal całkowicie kostny; czaszka o pełnej ruchomości (dwa wyspecjalizowane kręgi w odcinku szyjnym kręgosłupa: dźwigacz i obrotnik); całkowita
redukcja struny grzbietowej u osobników dorosłych; klatka piersiowa
u większości
współczesnych
gatunków kończyny
rozstawione na boki;
zwykle uzębione
szczęki (zęby niezróżnicowane)
kości lekkie (silnie
spneumatyzowane);
kończyny przednie
przekształcone
w skrzydła, zredukowane kręgi o g o n o w e ;
brak z ę b ó w
u większości kończyny podciągnięte
pod ciało; duża różnorodność modyfikacji kończyn (m.in. palcochodne,
stopochodne, chwytne); zróżnicowane uzębienie (siekacze, kły, przedtrzonowe i trzonowe); zwykle dwa pokolenia zębów (mleczne i stałe)
Cecha
Krągłouste
Ryby
Płazy
Gady
Ptaki
Ssaki
pięcioczęściowe mózgowie: kresomózgowie (pierwotnie związane z węchem), międzymózgowie (związane z odbiorem bodźców środowiskowych
i rytmami biologicznymi), śródmózgowie (związane z odruchami wzrokowymi), móżdżek (związany z koordynacją ruchową) oraz rdzeń przedłużony (z ośrodkami sterującymi podstawowymi czynnościami życiowymi, m.in. pracą serca, oddychaniem, potykaniem), mózgowie i rdzeń kręgowy
tworzą ośrodkowy uktad nerwowy (potożony po grzbietowej stronie ciata); liczne narządy zmystów, w tym czucia chemicznego (węchu, smaku),
czucia dotyku, zmian temperatury
Uktad
nerwowy
i narządy
zmystów
relatywnie duże mózgowie z najbardziej rozwiniętymi pótkulami
kresomózgowia oraz duży móżdżek
liniowo ułożone części mózgowia
małe mózgowie, słabo
rozwinięte
oczy z kulistą soczewką i bez powiek; linia
naboczna
niewielkie mózgowie
u ryb chrzęstnych lepiej rozwinięte kresomózgowie (dobry
węch), u kostnych
- śródmózgowie
(nieco lepszy wzrok),
oczy bez powiek
(z kulistą soczewką);
dobrze rozwinięty
narząd węchu; linia
naboczna
mózgowie nieco
lepiej rozwinięte
niż u ryb (zaczątek
półkul mózgowych
kresomózgowia);
słabo rozwinięty
móżdżek, oczy
z powiekami
kresomózgowie częściowo zakrywa międzymózgowie;
w ścianie półkul kresomózgowia pojawia się kora mózgowa (istota szara kresomózgowia); oczy
z trzema powiekami;
język - narząd smaku
dobrze rozwinięte półkule mózgowe (gładkie); stabo rozwinięte
płaty węchowe; doskonale rozwinięte
śródmózgowie (ptaki
są wzrokowcami) oraz
móżdżek (doskonała
koordynacja ruchowa); bardzo dobrze
rozwinięte oczy
największe mózgowie spośród
wszystkich zwierząt, najczęściej duże, pofałdowane półkule mózgowe
z rozbudowaną korą mózgową; duży
podzielony na półkule móżdżek; najczęściej dobrze rozwinięte narządy
węchu oraz wzroku; najbardziej ztożone zachowania
osobniki rozdzielnopłciowe
Rozród
zapłodnienie
zewnętrzne;
rozwój
złożony
zapłodnienie zewnętrzne;
rzadziej wewnętrzne;
jaja - ikra;
rozwój prosty lub
złożony
Tab. 4. Porównanie wybranych cech kręgowców
oco
u większości zapło- zapłodnienie wewnętrzne; owodniowce: zarodek rozwija się w obrębie osłon bton
dnienie zewnętrzne; płodowych (omoczni, owodni, kosmówki); rozwój prosty
jaja - skrzek;
częsta, długotrwała opieka nad potomstwem
rozwój złożony
z larwą - kijanką
poza niektórymi prymitywnymi ssakami
jajorodne lub rzadko wyłącznie jajorodne
- jaja wysiadywane
jajorodnymi (np. dziobak) wszystkie
żyworodne
w gniazdach
są żyworodne; ciąża
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Podsumowanie
1. Porządkowaniem współczesnego i historycznego zróżnicowania organizmów zajmuje
się taksonomia.
2. Podstawy taksonomii naukowej (m.in. nazewnictwo dwuczłonowe) wprowadził Karol
Linneusz.
3. Najprawdopodobniej na naszej planecie żyje obecnie kilka milionów gatunków.
4. Istoty żywe zalicza się do pięciu królestw: bakterii, protistów, roślin, grzybów oraz zwierząt.
Ćwiczenia
1. Wykonaj wodny preparat mikroskopowy z hodowli pierwotka i pantofelka. Porównaj
budowę ich komórek.
2. Wykonaj schemat pionowego rozmieszczenia glonów w morzu, uwzględniając następujące informacje:
Zielenice mają zielony barwik - chlorofil. Krasnorosty, oprócz chlorofilu mają jeszcze fikoerytrynę nadającą im barwę czerwoną oraz fikocjan nadający barwę niebieską.
Brunatnice, oprócz chlorofilu, mają jeszcze brunatną fukoksantynę. Najdłuższe fale
świetlne pochłania chlorofil, a najkrótsze fikoerytryna i fikocjan. Najgłębiej docierają
fale najkrótsze.
3. Korzystając z zamieszczonego poniżej klucza, oznacz roślinę przedstawioną na rysunku. Wybierz z klucza opisy dotyczące tej rośliny i zapisz
Klucz
1. - dolne liście jajowate, d ł u g o o g o n k o w e , górne siedzące, u n e r w i o n e pierzasto
patrz p u n k t 2
- liście o d z i o m k o w e z łuskami u nasady, równolegle
unerwione
patrz p u n k t 3
2. - kwiaty d z w o n k o w a t e , niebieskofioletowe,
ce
zwisają-
patrz p u n k t 4
3. - kwiaty d z w o n k o w a t e , zwisające, białe
patrz p u n k t 5
4 . - j e d n o s t r o n n y kwiatostan typu grono jednostronny
dzwonek
5. - j e d n o s t r o n n y kwiatostan t y p u g r o n o , w górnej części zwisający - k o n w a l i a m a j o w a
4. Uzupełnij tabelę, pamiętając, że rodzaje tworzą gatunki, gatunki - rodziny, rodziny
- rzędy, które grupują się w gromady lub klasy, będące nieco niższym poziomem niż typy i królestwa. D o k o n a j klasyfikacji od najwyższej jednostki systematycznej do najniż-
110
9. Różnorodność biologiczna
szej: psa domowego i klonu polnego, należących odpowiednio do rzędów, rodzin, typów i gromad.
drapieżne, terpentynowce; psowate, klonowate; strunowce, nasienne; ssaki, dwuliścienne
Jednostka systematyczna
Królestwo
Gatunek
Rośliny
Zwierzęta
klon polny
5. Korzystając z dostępnych źródeł, przedstaw graficznie i porównaj przemianę pokoleń
mchu płonnika i narecznicy samczej. Sformułuj i zapisz wnioski.
6. Przygotuj krótki referat dotyczący udziału paprotników w powstawaniu węgla.
7. Zapoznaj się z wykazem chronionych gatunków paprotników, nagonasiennych i okrytonasiennych. Przygotuj krótką charakterystykę trzech przedstawicieli każdej grupy.
W charakterystyce uwzględnij: cechy budowy morfologicznej ułatwiające identyfikację
gatunku, wymagania życiowe i występowanie na terenie Polski.
8. Zaplanuj i (po konsultacji z nauczycielem) przeprowadź ćwiczenie obrazujące przebieg
fermentacji alkoholowej. Zapisz cel ćwiczenia, zestaw pomocy, obserwacje i wniosek.
Po przeprowadzeniu ćwiczenia wyjaśnij, dlaczego ciasto drożdżowe rośnie.
9. Zaplanuj i przeprowadź obserwację makroskopową dżdżownicy, mając na uwadze:
a) budowę morfologiczną,
b) przystosowania do życia w glebie,
c) wrażliwość na bodźce (np. mechaniczne, chemiczne, świetlne).
Wynik obserwacji zanotuj w zeszycie.
10. Zaprojektuj i narysuj tabelę, a następnie scharakteryzuj pięć królestw świata żywego.
11. Zapoznaj się z konstrukcją dowolnego klucza do oznaczania roślin lub zwierząt. Napisz krótką instrukcję posługiwania się tym kluczem.
12. Wyszukaj w dostępnych źródłach (podręczniku zoologii, leksykonie biologicznym, encyklopedii itp.) po dwa przykłady ssaków należących do wymienionych rzędów.
Określ ich środowisko życia i rodzaj pożywienia. Wyjaśnij zależność pomiędzy typem
uzębienia (wzorem zębowym) a rodzajem pożywienia.
a) torbacze
c) nietoperze
e) gryzonie
g) parzystokopytne
i) naczelne
b) drapieżne
d) walenie
f) owadożerne
h) nieparzystokopytne
111
Ewolucyjne czynniki kształtujące różnorodność biologiczną
Polecenia kontrolne
1. Wyjaśnij pojęcia: anabioza, amitoza, miksotrofy, przemiana pokoleń, komórczak, mikoryza.
2. Na podstawie ryciny 52 na stronie 82 omów budowę komórki prokariotycznej.
3. Scharakteryzuj sposoby odżywiania się, oddychania i rozmnażania bakterii.
4. Komórka bakteryjna może się dzielić co 15 minut. Na jałowej pożywce umieszczono
jedną komórkę bakterii.
a) Oblicz, ile komórek bakterii powstanie na pożywce z jednej komórki po upływie
1 godziny.
b) Naszkicuj w przybliżeniu wykres zmian liczebności bakterii w czasie tej godziny.
5. Omów znaczenie bakterii w przyrodzie. Podaj trzy przykłady wykorzystania bakterii
w gospodarce człowieka.
6. Korzystając z podręcznika i materiałów źródłowych, porównaj budowę komórki prokariotycznej i eukariotycznej. Wypisz co najmniej trzy cechy różniące te komórki.
7. Narysuj schemat cyklu rozwojowego, w którym występują: sporofit, gametofit, zarodnik, gametangia, komórka jajowa, plemnik.
Zaznacz na schemacie miejsce, gdzie zachodzi podział mejotyczny. Podaj nazwy grup
organizmów, których przedstawiciele mają taki cykl rozwojowy.
8. Uzasadnij słuszność stwierdzenia „porosty to organizmy pionierskie".
9. Wymień i omów jak najwięcej cech przystosowujących organowce do życia na lądzie.
10. Wyjaśnij, jakie znaczenie dla rozmnażania roślin mają barwne i pachnące kwiaty.
11. Wiele gatunków roślin okrytonasiennych wytwarza mięsiste, kolorowe, smaczne owoce. Trudno uwierzyć, że rośliny wytwarzają je dla nas. Uzasadnij znaczenie takich owoców w życiu rośliny, która je produkuje.
12. Korzystając z literatury, wymień po trzy gatunki grzybów: jadalnych, trujących i pasożytniczych. Wyjaśnij różnicę między saprofitem a pasożytem.
13. O m ó w znaczenie grzybów w przyrodzie i gospodarce człowieka. W każdym przypadku
odpowiedź poprzyj co najmniej trzema przykładami.
14. Zdefiniuj pojęcie: pustynia porostowa. Wyjaśnij, dlaczego porosty wykorzystywane są
jako bioindykatory.
15. Wyjaśnij, na czym polega zjawisko metamerii i podaj przykłady zwierząt, u których
występuje.
16. Przygotuj tabelę, w której porównasz wybrane cechy budowy i fizjologii trzech gromad
mięczaków: małży, ślimaków i głowonogów.
17. Omów, na czym polega polimorfizm płciowy u pszczół. Podaj dwa inne przykłady
owadów społecznych, u których występuje to zjawisko. Wyjaśnij biologiczne znaczenie
polimorfizmu płciowego owadów.
18. Podaj przykłady owadów reprezentujących wymienione niżej typy rozwoju (a i b) oraz
narysuj schematycznie przebieg każdego cyklu, uwzględniając nazwy form rozwojowych (jajo, larwa, poczwarka, imago - owad dorosły):
a) rozwój złożony z przeobrażeniem niezupełnym, b) rozwój złożony z przeobrażeniem zupełnym.
112
9. R ó ż n o r o d n o ś ć b i o l o g i c z n a
19. Wymień cztery grupy (gromady) współcześnie żyjących stawonogów. Podaj dwie cechy
wspólne wszystkich stawonogów.
20. Porównaj schemat przekroju poprzecznego ciała bezkręgowca i kręgowca oraz podaj
dwie widoczne różnice w budowie bezkręgowców i kręgowców.
Przekrój ciata
kręgowca
uktad
krążenia
uktad
nerwowy
struna
grzbietowa
pancerz
chitynowy
Przekrój ciata
bezkręgowca
uktad
pokarmowy
układ
krążenia
uktad
nerwowy
21. Wymień i omów przystosowania ryb do środowiska życia.
22. Wymień i omów przystosowania płazów do wodno-lądowego trybu życia.
23. Porównaj zasadnicze cechy budowy i biologię płazów i gadów. Wskaż zmiany w budowie gadów związane z przystosowaniem do życia na lądzie.
24. Wymień i omów przystosowania ptaków do lotu (wykorzystaj literaturę popularnonaukową).
25. Wymień i omów cechy charakteryzujące wyłącznie ssaki.
26. Podaj przykłady kręgowców:
a) jajorodnych,
b) żyworodnych,
c) jajożyworodnych.
Wyjaśnij różnice między wymienionymi sposobami rozmnażania.
27. Wyjaśnij związek między stalocieplnością a zdolnością zasiedlania wszystkich stref klimatycznych przez ptaki i ssaki.
28. Określ przedmiot badań i zadania systematyków i taksonomów.
29. Do terminów: system i takson dobierz odpowiednie określenia, wybierając je spośród
zaproponowanych poniżej:
podstawowy, naturalny, sztuczny, hierarchiczny.
Wyjaśnij znaczenie utworzonych wyrażeń.
30. Omów zasługi Karola Linneusza dla rozwoju współczesnej systematyki i taksonomii.
31. Omów cechy charakterystyczne nomenklatury binominalnej. Wskaż słowo określające rodzaj w nazwie „sosna czarna". Wskaż epitet gatunkowy w nazwie „salamandra
plamista".
32. Podaj definicję gatunku. Wyjaśnij, czy istnienie muła, jako potomka osobników należących do różnych gatunków (konia i osła), jest zgodne z definicją gatunku.
33. Przedstaw argumenty potwierdzające słuszność wyodrębnienia pięciu królestw świata
żywego zamiast dawnego podziału organizmów żywych na rośliny i zwierzęta.
34. Wyjaśnij, w jaki sposób współczesny system klasyfikacji organizmów w pewnym stopniu odzwierciedla przebieg ich ewolucji.
113