В прошлом все организмы разделяли на растения и животных; с открытием микроскопических форм этот подход распространился и на них. Грибы считались растениями, вероятно, потому, что большинство их неспособно передвигаться и по форме роста они ближе к обычным зеленым растениям, чем к животным. Граница между миром растений и миром животных, а также число царств живого мира далеко не бесспорны. Бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи) настолько резко отличаются от остальных живых существ по своей организации, что их выделяют в особое надцарство прокариот (доядерных организмов). Они лишены оформленного ядра, у них нет типичного митоза, мейоза, полового процесса. Эти, а также целый ряд других особенностей в строении и жизнедеятельности прокариот (греч. протос — первый; карион — ядро) говорят об их большей примитивности по сравнению с другими организмами, объединяемыми в надцарство эукариот (греч. эу — хороший). Установлено, что прокариоты — самые древние организмы на Земле (не менее 2—3 млрд. лет).
Как особое царство живых существ, входящее в надцарство эукариот наряду с царствами растений и животных, в настоящее время рассматривают грибы, так как они отличаются от типичных зеленых (точнее, окрашенных и способных к фотосинтезу) растений рядом признаков. Важнейший из них — отсутствие у грибов хлорофилла и других пигментов, определяющих способность к фотосинтезу. Полагают, что грибы как самостоятельная ветвь эволюции возникли в то время, когда царства растений и животных еще не обособились друг от друга.
Подробнее этот вопрос можно обсуждать только после изучения систематики, микробиологии, биохимии, цитологии и ряда других дисциплин.
Вирусы фактически не являются живыми организмами, представляя собой лишь фрагменты генетического аппарата других существ, размножающиеся за счет изменения метаболизма клеток. Некоторые из них произошли от бактерий, другие, по-видимому, от эукариот.
К эукариотам относится много весьма различных групп одноклеточных организмов. Гетеротрофных эукариот, по традиции называемых простейшими, относят к животным, а автотрофных к растениям (водорослям). Однако для тех, кто детально изучает этих автотрофов и гетеротрофов, очевидно, что между ними существуют тесные взаимосвязи, и говорить о двух различных эволюционных линиях неправомерно. Поэтому теперь всех одноклеточных эукариот объединяют в царство протистов (Protista). Несколько эволюционных линий водорослей (зеленые, бурые и красные) приобрели многоклеточность. Многоклеточными являются и все растения, связанные непосредственно только с зелеными водорослями, от которых, как считается, они и произошли в ходе заселения суши. Уникальное сочетание признаков — многоклеточное, наземного образа жизни, неподвижности, способности к фотосинтезу — оправдывает выделение растений в отдельное царство, понимаемое сейчас более узко, чем в прошлом.
В то время как растения питаются в результате фотосинтеза (за исключением немногих видов, которые утратили эту способность, но явно произошли от обычных), животные пищу заглатывают, а грибы впитывают (абсорбируют), предварительно переварив выделенными наружу ферментами. Каждая из этих трех эволюционных линий многоклеточных считается отдельным царством эукариот; остальных эукариот (весьма неоднородную группу) относят к царству протистов.
Типы обмена веществ. Все живые существа обнаруживают между собой фундаментальное сходство. В них найдены только те химические элементы и только те формы энергии, которые имеются в окружающей их неживой среде, и это может служить одним из доводов к тому, что все живые существа возникли естественным *путем из неживой природы.
Фундаментальное сходство всех живых организмов проявляется и в том, что основу живого тела, составляют белки и нуклеиновые кислоты, определяющие важнейшие свойства жизни — обмен веществ и самовоспроизведение.
Общая характерная особенность всех живых существ — постоянный обмен веществ с внешней средой. Он складывается из двух противоположных, но неразрывных процессов: 1) организм поглощает вещества извне и строит (синтезирует) из них вещества, подобные тем, которые входят в состав его тела (процесс ассимиляции, уподобления); 2) в организме постоянно идет распад и отчуждение веществ (процесс диссимиляции). Благодаря согласованности этих процессов организм поддерживает свою форму и индивидуальность, подобно тому, как сохраняет свою форму струя воды или пламя свечи.
Наряду с потоком веществ через организм проходит поток энергии. Для синтеза различных органических соединений организм затрачивает энергию. Источник этой энергии может быть двояким: или энергия освобождается в процессе распада других органических веществ при диссимиляции (например, при дыхании), или энергия добывается извне (например, лучистая энергия солнца при фотосинтезе).
Большинство растений содержит пигменты зеленого цвета — хлорофил-лы(греч. хлорос — зеленый; филлон — лист) —и способны к фотосинтезу.
В процессе фотосинтеза, во-первых, лучистая энергия солнца поглощается и преобразуется в скрытую энергию химических связей. Во-вторых, за счет этой энергии зеленые растения, воспринимая из окружающей среды воду с растворенными в ней неорганическими соединениями и углекислый газ, производят первичный синтез органических веществ. Эта особенность позволяет назвать зеленые растения автотрофными (греч. автос — сам; трофе — пища) организмами. Их также можно назвать фото-трофными организмами, поскольку они используют энергию солнечных лучей.
Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, используются растением в двух направлениях: как исходный материал для построения более сложных веществ, входящих в состав живого тела, и как источник энергии, которая освобождается в процессе дыхания.
В противоположность автотрофным растениям животные не способны к синтезу органических веществ непосредственно из неорганических. Они питаются уже готовыми органическими веществами, перерабатывая их в вещества своего тела (т. е. ассимилируя их) и используя связанную в них энергию. Поэтому их называют гетеротрофными (греч. гетерос — другой) организмами. Кроме животных, к гетеротрофным организмам относятся также грибы, бактерии и некоторые другие бесхлорофилльные организмы. Некоторые бактерии способны к автотрофному питанию, но при этом они чаще всего используют энергию химических процессов (хемосинтез) и лишь очень немногие способны к фотосинтезу.
Таким образом, только зеленые (фототрофные) растения накапливают на нашей планете запасы связанной («консервированной») энергии и органических веществ и обеспечивают существование остальных живых существ. Годовая продукция фотосинтеза на Земле достигает 1010 т.
Взаимодействие живых организмов на Земле выражается не только в том, что растения связывают солнечную энергию и создают органические вещества, а животные их потребляют. Между растениями, животными и микроорганизмами существуют глубокие, взаимные связи, выражающиеся в круговороте веществ на Земле. В процессе фотосинтеза растения выделяют свободный кислород, используемый при дыхании животными и самими растениями. С другой стороны, углекислый газ, выделяемый в процессе дыхания, делает возможным фотосинтез. Постоянство содержания в атмосфере Ог и СО2 объясняется непрерывностью и взаимосвязанностью процессов созидания органических веществ и их разрушения (при процессах дыхания, брожения и гниения). Сбалансированность этих процессов установилась в результате длительной сопряженной эволюции всех живых существ. В глубокой геологической древности газовая оболочка Земли имела очень мало свободного кислорода, и только с появлением хлорофиллоносных растений в ней стал накапливаться свободный кислород.
Накопление свободного кислорода привело к появлению кислородного дыхания, свойственного огромному большинству ныне живущих растений и животных. Благодаря кислородному дыханию возросла энергия жизненных процессов и скорость накопления массы органического вещества на нашей планете. Наличие свободного кислорода усилило химическое выветривание горных пород и накопление в верхних слоях земной коры минеральных соединений, нужных для питания растений.
Элементы минерального питания находятся в природе также в состоянии непрерывного круговорота. Они всасываются корнями растений из почвы и включаются в состав живых растений. Растениями питаются животные. Трупы растений и животных разрушаются гетеротрофными гнилостными организмами (бактериями, грибами) и минерализуются. Таким образом, бактерии и грибы играют важную роль в общем круговороте веществ.
Живые организмы, связанные между собой и с окружающей средой в процессе круговорота веществ, сосредоточены в поверхностных слоях Земли (суши и водных пространств) и в нижних слоях атмосферы. Они образуют почти непрерывную «пленку жизни». В почве корни растений сплетены в густую сеть, а надземные побеги, смыкаясь, одевают нашу «зеленую планету» почти сплошным покровом лугов, лесов, полей, степей и тундр. Кроме того, в каждом грамме почвы содержится несколько миллионов микроорганизмов и мельчайших животных. Эта пленка жизни очень тонка по сравнению с размерами Земли, которую она облекает (на суше — не толще нескольких десятков метров). Но она оказывает сильнейшее влияние на неживую природу, на направление и скорость многих геологических процессов, определяющих лицо Земли (накопление и размыв горных пород, образование и разрушение почв).
Пленка жизни вместе с переработанными ею горными породами образует биосферу.