Diversitatea Lumii Vii

Biodiversitatea planetei

Biosfera găzduiește peste 5 milioane de specii, dintre care aproximativ 1,5 milioane au fost identificate și descrise de oameni de știință. Totuși, speciile prezente astăzi reprezintă doar o mică parte din cele peste 10 milioane de forme de viață care au populat Pământul în cei 3,5 x 10° ani de existența vieții. Din numărul speciilor actuale, 75% aparțin artropodelor – un grup divers ce cuprinde homari, creveți, crabi, raci, scorpioni, păianjeni, miriapode și, în special, insectele.

Taxonomia: organizarea diversității

Pentru a înțelege și organiza această imensă diversitate, se folosește taxonomia, știința ce stabilește regulile și principiile clasificării organismelor vii. Aceasta oferă o imagine realistă a biodiversității și pune la dispoziție date esențiale pentru construirea filogeniei vieții, explicând fenomenele evolutive. Informațiile taxonomice sunt ulterior aplicate de sistematica biologică, care descrie diversitatea lumii vii, folosește un sistem unitar de nomenclatură și construiește o ierarhie bazată pe relațiile evolutive.

Structura ierarhică și conceptul de taxon

În clasificarea organismelor, nu se analizează entitățile ca indivizi, ci ca grupuri de viețuitoare care împărtășesc caracteristici comune. Termenii abstracți utilizați pentru a desemna aceste niveluri sunt denumiți taxoni. Ierarhia fundamentală include, în ordinea descrescătoare a rangului: regn, încrengătură (sau filum), clasă, ordin, familie, gen și specie. Exemple concrete – precum „oameni", „rândunele" sau „mure" – ilustrează modul în care organismele sunt grupate în funcție de trăsături definitorii.

Istoria clasificării și nomenclatura binară

Deși încă din antichitate Aristotel împărțise viețuitoarele în plante și animale, sistemul modern a început să se contureze în secolul al XVIII-lea, odată cu contribuția naturalistului Carolus Linnaeus. Acesta a introdus noțiunea de regn (de exemplu, Regnul Animal și Regnul Vegetal) și a pus bazele nomenclaturii binare, unde fiecare specie primește o denumire științifică în limba latină, formată din două cuvinte – primul denotând genul (scris cu majusculă) și al doilea specificul (scris cu literă mică). Un exemplu elocvent este stejarul, cunoscut sub denumiri populare diverse, dar identificat științific ca Quercus robur.

Noile perspective generate de descoperirile microscopice

Odată cu apariția microscopiei, s-au constatat dificultăți în încadrările tradiționale, întrucât microorganismele nu se puteau situa clar în sistemul bipartit vechi. Această problemă a dus la definirea unui nou regn, Protista, destinat organismelor eucariote unicelulare și coloniale. Ulterior, studiile asupra ultrastructurii celulare au permis separarea bacteriilor – grupate în Regnul Monera (Procariote) – și izolarea fungilor din vechiul Regn al Plantelor, rezultând în formarea Regnului Fungi. Totodată, s-a clarificat diferența între organizări celulare procariote (fără nucleu individualizat) și eucariote (cu nucleu delimitat de o membrană), iar în 1969, ecologistul american Robert H. Whittaker a instituit sistemul celor cinci regnuri, larg acceptat până în prezent.

Clasificarea tradițională versus sistemul filogenetic

Timp de mii de ani, organismele erau grupate în două regnuri – vegetal și animal – pe baza unor criterii precum prezența sau absența peretelui celular, mobilitatea și tipul de nutriție. În această abordare bipartită, organismele vegetale erau considerate imobile, având un perete celular, nutriția predominant autotrofă sau heterotrofă-absorbtivă și pigmenți asimilatori (clorofilieni), în timp ce animalele, lipsite de perete celular și pigmenți fotosintetizanți, se caracterizau prin mobilitate și nutriție ingestivă. De asemenea, în regnul vegetal erau incluse nu doar plantele, ci și bacteriile, ciupercile și chiar virusurile. Această clasificare simplistă a fost ulterior rafinată, incluzând categorii intermediare (subîncrengătură, supraclasa, subclasa, subfamilie) și unități infraspecifice (subspecie, varietate, formă).

Clasificarea modernă – regnul în detaliu

Sistemul filogenetic actual, bazat pe relațiile evolutive și introdus de Whittaker, cuprinde cinci regnuri, fiecare având caracteristici distinctive:

1. Regnul Monera (Procariote): Include organismele unicelulare sau coloniale care nu dispun de nucleu individualizat, având nutriție prin absorbție și un metabolism foto- sau chimiosintetic. Acest regn reunește bacteriile și cianobacteriile.

2. Regnul Protista: Acest grup este format din organisme eucariote, care pot fi unicelulare, coloniale sau pluricelulare, având nutriție atât autotrofă, cât și heterotrofă. Printre reprezentanți se numără flagelatele, diverse alge (verzi, brune, roșii), mixomicetele, oomicetele și protozoarele.

3. Regnul Plante (Metaphyta): Cuprinde organisme pluricelulare eucariote caracterizate de prezența unui perete celular celulozic și a pigmenților fotosintetici în plastide. Acest regn include atât briofitele (plante avasculare) cât și traheofitele (plante vasculare, cum ar fi pteridofitele, gimnospermele și angiospermele). În plus, plantele se pot subdiviza în funcție de morfologia și mediul de viață în ierburi, arbuști sau copaci, dezvoltându-se în medii terestre sau acvatice.

4. Regnul Fungi (Eumycota): Reunind organisme pluricelulare cu nucleu de tip eucariot, acest regn se caracterizează prin prezența unui miceliu alcătuit din hife tubulare, care pot fi fie neseptate, fie septate, și prin nutriția strict heterotrofă de tip absorbant. Organismele din această categorie nu posedă perete celular tipic plantelor și nu conțin plastide.

5. Regnul Animalia (Metazoa): Acoperind organismele pluricelulare eucariote care nu dispun de perete celular și nu conțin pigmenți fotosintetizanți, acest regn se remarcă prin mobilitatea organismelor și prin nutriția ingerțională.

Evoluția paradigmelor în clasificarea vieții

Odată cu recunoașterea principiilor evoluționiste formulate de Georges Cuvier, Jean-Baptiste Lamarck, Charles Darwin și Ernst H. Haeckel, accentul în taxonomie s-a mutat către cercetarea relațiilor de înrudire între diferitele grupe de organisme. Această abordare a condus la elaborarea unor sisteme de clasificare filogenetică, care iau în calcul atât asemănările morfologice, eco-fiziologice și genetice, cât și evoluția comună a speciilor. Rezultatul este o structură ierarhică complexă și coerentă, ce reflectă diversitatea și interconectivitatea vieții pe Pământ.

Virusurile

Virusurile sunt entități parazitare care se replică exclusiv în interiorul celulelor gazdă, lipsindu-se de propria capacitate metabolică, fapt pentru care nu sunt considerate organisme vii. În afara celulei, ele apar sub forma unor particule infecțioase denumite virioni, formate dintr-un înveliș proteic – capsida – ce protejează genomul viral, iar acesta este compus din acizi nucleici, fie ADN, fie ARN.

Capsida are rolul de a proteja materialul genetic viral și de a facilita recunoașterea și atașarea virusului la celula gazdă specifică, permițând astfel infecția. Genomul viral conține instrucțiuni codificate pentru multiplicarea virusului și, fiind supus mutațiilor, contribuie la diversificarea acestuia. De exemplu, printre virusurile cu genom ADN se numără variola, herpesvirusurile, bacteriofagul T4 și virusul hepatitei B, iar printre cele cu genom ARN se regăsesc Ebola, virusul gripal, virusul turbării, virusul mozaicului tutunului și HIV.

Clasificarea virusurilor se realizează pe baza unor criterii diverse:

Morfologia: dimensiuni și formă;
Proprietăți fizico-chimice: masă moleculară, pH și stabilitate ionicã;
Caracteristici biologice: tipurile de celule gazdă și modul de transmitere;
Compoziția proteică;
Tipul materialului genetic: determinând împărțirea în două categorii principale – virusuri cu ADN (adenovirusuri) și virusuri cu ARN (ribovirusuri).

Strategiile de replicare ale virusurilor variază considerabil. De exemplu, bacteriofagii – virusurile ce infectează bacteriile – pot urma:

Ciclul litic: virusul preia funcțiile celulei gazdă, determinând sinteza unui număr mare de copii, iar la final celula este distrusă, eliberând noile particule virale.
Ciclul lizogenic: virusul integrează genomul său în ADN-ul bacterian, formând un profag ce poate rămâne latent; ulterior, sub influența anumitor factori, profagul poate fi activat pentru a produce noi virusuri. Uneori, prin desprindere, profagul poate prelua și transfera fragmente din genomul gazdă – un fenomen numit transducție.

Virusurile sunt agenți patogeni care provoacă o gamă largă de boli la plante, animale și oameni. Afecțiunile virale (virozele) includ, de exemplu, gripa, răceala, herpesul, encefalita și varicela. Din cauza naturii lor, antibioticele nu sunt eficiente împotriva virusurilor, iar vaccinarea rămâne o metodă preventivă esențială.

În unele situații, când virusul se integrează în genomul celulei gazdă, anumite segmente virale pot fi exprimate ulterior. Un exemplu notabil este gena responsabilă pentru sinteza toxinei difterie, care provine de la un profag, nu de la microorganismul inițial, Corynebacterium diphtheriae.

Virusurile prezintă o specificitate deosebită pentru tipurile de celule pe care le infectează. De exemplu, adenovirusul simian 40 provoacă o infecție litică în rinichii maimuțelor, dar poate rămâne latent în celulele de șoarece și umane. În mod similar, virusul Papiloma produce negi genitali în infecțiile litice, însă la nivel latent poate contribui la dezvoltarea cancerului de col uterin.

Pe lângă virusuri, printre cele mai simple particule infecțioase se numără și:

Viroizii: structuri care conțin doar material genetic;
Prionii: particule compuse exclusiv din proteine.

Astfel, în funcție de natura materialului genetic, virusurile se împart în două mari categorii: dezoxiribovirusuri (cu ADN) și ribovirusuri (cu ARN). Aceste entități patogene provoacă boli variate, afectând și plantele (ex. mozaicul tutunului, virozele care afectează cartofii, tomatele și pomii fructiferi) și animalele sau oamenii (ex. turbarea, gripa, variola, hepatita epidermică, encefalita, varicela).

Studiul virusurilor, cunoscut sub numele de virusologie, a fost dezvoltat și promovat în România prin contribuțiile unor savanți importanți, precum Victor Babeș și Constantin Levaditi.

A. Regnul Monera (Procariote)

Organisme din acest regn

În cadrul acestui regn se regăsesc două tipuri principale de microorganisme: bacteriile și algele albastre-verzi. Acestea apar ca organisme unicelulare sau ca grupuri celulare (colonii) și nu dispun de un nucleu distinct, nici de mitocondrii sau dictozomi. Materialul genetic nu se găsește într-un nucleu delimitat, ci într-o zonă numită nucleoid. Nutriția acestor organisme poate fi fie heterotrofă (se hrănesc cu substanțe organice provenite din mediul înconjurător), fie autotrofă (energie obținută prin procese interne, cum ar fi fotosinteza). Reproducerea este, în mod predominant, asexuată, prin diviziune directă (amitoză).

A. Bacteriile

1. Structura și distribuția

Bacteriile sunt microorganisme ce se găsesc în aproape orice mediu natural – sol, apă, aer – și chiar în corpul plantelor, animalelor și al oamenilor. O celulă bacteriană tipică este alcătuită din:

Perete celular: care conferă formă și protecție;
Membrană plasmatică: care reglează schimburile cu mediul;
Citoplasmă: locul unde au loc procesele metabolice;
Nucleoid: regiunea difuză ce conține materialul genetic.

În unele cazuri, celula poate fi înconjurată de o capsulă gelatinoasă, iar anumite bacterii dezvoltă cili, localizați pe întreaga suprafață sau doar la capete.

2. Forme și organizare

Bacteriile prezintă diverse forme:

Coci (forme sferice)
Bacili (forme bastonașe)
Vibrioni (forme de virgulă)
Spirali (forme spiralate)

Acestea se pot organiza și în colonii:

Diplococi: două celule adiacente,
Stafilococi: grupuri cu aspect de ciorchine,
Streptococi: aranjate în lanțuri.

3. Nutriție și reproducere

Majoritatea bacteriilor sunt heterotrofe, consumând substanțe organice. Ele pot fi:

Saprofite: descompun materie organică moartă,
Parazite: folosesc substanțe din celulele vii, provocând boli.

Un număr mic de bacterii sunt autotrofe și își extrag energia fie din lumină (prin fotosinteză), fie din reacții chimice (prin chimiosinteză). Reproducerea se realizează prin amitoză, iar în medii defavorabile unele forme dezvoltă spori rezistenți.

4. Grupuri principale și clasificare

Bacteriile se împart în două mari grupuri:

Arhebacterii: un grup restrâns ce trăiește în medii fără oxigen (ex. medii halofile sau metanogene – producătoare de gaz metan);
Eubacteriile: grupat, ulterior clasificate în funcție de proprietăți fiziologice, cum ar fi:
- Fermentative: care, prin enzimatică proprie, realizează fermentații (lactică, acetică, butirică);
- Fixatoare de azot: ce se găsesc la rădăcinile plantelor leguminoase și formează noduli (ex. Rhizobium leguminosarum);
- Putrefactive: descompun materie organică;
- Chimiosintetizante: precum nitrobacteriile, sulfobacteriile și ferobacteriile;
- Fotogene: capabile să emită lumină prin procese de oxidare;
- Cromogene: produc pigmenți colorați (roșu, albastru, galben);
- Patogene: responsabile pentru boli la plante (ex. cancerul bacterian, râia neagră la cartofi), animale și oameni (declanșând holera, febra tifoidă, tuberculoza, ciuma, sifilisul etc.).

Studiul bacteriilor, cunoscut sub numele de bacteriologie, a fost dezvoltat și promovat de renumiți cercetători, printre care se numără Victor Babeș și Ion Cantacuzino.

B. Algele albastre-verzi (Cyanophyta)

1. Caracteristici generale

Algele albastre-verzi, adesea denumite și cianobacterii, sunt microorganisme care pot exista ca celule individuale sau se pot organiza în colonii sub formă sferică sau filamentară. Acestea se întâlnesc în ape dulci și marine, pe soluri, pe stânci și pe suprafețe umede, în medii unde se găsesc și substanțe organice în descompunere.

2. Nutriție și capacitatea de fixare a azotului

Nutriția lor este autotrofă, realizând fotosinteza și producând un tip de amidon similar glicogenului. Unele specii, cum ar fi cele din genul Nostoc, pot fixa azotul atmosferic și îl folosesc pentru sinteza compușilor organici necesari creșterii.

3. Reproducere și structură

Algele albastre-verzi se reproduc prin amitoză – proces prin care celulele se împart direct – sau prin metode vegetative, prin formarea de heterocisti (celule cu pereți groși, de culoare galbenie) implicate în reproducerea vegetativă. Un exemplu tipic este Nostoc commune (denumit popular cleiul-pământului), care formează colonii alcătuite din numeroase celule sferice de o nuanță verde-albăstruie. Coloniiile sunt acoperite de un strat gelatinos, iar fiecare celulă este compusă din:

Perete celular,
Membrană plasmatică,
Citoplasmă: în care, la periferie, se găsesc pigmenți fotosintetici (clorofilă – verde, ficocianină – albastră, ficoeritrină – roșie) care formează ceea ce se numește cromatoplasmă, iar în zona centrală se regăsește un nucleoid difuz.

În condiții de ploaie, aceste alge apar ca mase gelatinoase de culoare verde-închis sau albăstruie, iar în perioadele de secetă, ele pot forma straturi uscate, cu nuanțe negru-verzuie.

4. Alți reprezentanți

Printre alte specii notabile din acest grup se numără Oscillatoria sp., Anabaena sp. și Rivularia sp.

B. Regnul Protista

Prezentare Generală

Regnul Protista reunește o gamă foarte diversă de eucariote simple, care pot fi fie unicelulare, fie organizate în colonii. Datorită modului lor specific de hrănire și a lipsei de adaptabilitate la medii uscate, majoritatea protistelor trăiesc în medii acvatice. Ele se întâlnesc atât ca specii libere și solitare, cât și ca grupuri coloniale. Un subgrup important, algele, este fotoautotrof (obținând energie prin fotosinteză), în timp ce restul protistelor sunt heterotrofe – se hrănesc cu bacterii, cu alte protozoare sau cu particule de materie organică dizolvată în apă.

Fiind eucariote, celulele protistelor dispun de un nucleu bine delimitat și de numeroase organite specializate. Mișcarea se realizează, în general, cu ajutorul flagelilor și ciliilor, structuri prezente pe membrana plasmatică care, pe lângă funcția de propulsie, acționează și ca receptori pentru diverse semnale din mediul extern. Astfel, structura flagelilor la protiste este similară cu cea întâlnită la toate celulele eucariote, evidențiind o unitate fundamentală a lumii vii. Modelele de respirație celulară variază: formele primitive sunt anaerobe, însă majoritatea speciilor sunt predominant aerobe. Reproducerea poate fi atât asexuată (prin diviziune celulară), cât și sexuată, implicând procese de mitoză și meioză în cadrul cariokinezei.

Clasificarea Protistelor

Biologii împart regnul Protista în trei mari categorii, în funcție de trăsăturile asemănătoare cu organismele animale, vegetale sau fungice:

1. Protiste cu caracter de animal (protozoare)

Acestea se împart în patru filumuri:

Filumul Sarcodina:

Include amoebele, care se deplasează prin formarea de pseudopode – extensii citoplasmatice ce se formează la periferia celulei. Exemple notabile sunt:

Amoeba proteus, întâlnită în apele dulci, care se hrănește cu alte protozoare și bacterii.
Radiolariile și foraminiferii, care constituie amoebe marine caracterizate printr-o capsulă rigidă din siliciu.
Naegleria fowleri, cunoscută pentru asocierea sa cu meningoencefalita.
Entamoeba histolytica, o amoebă parazită ce provoacă tulburări gastrointestinale și poate afecta alte organe (plămâni, ficat).

Filumul Zoomastigina:

Această grupă cuprinde protozoare dotate cu unul sau mai mulți flageli atașați la suprafața celulei, folosiți pentru mișcare (prin mișcări pendulare sau de biciuire a apei). Exemple de flagelate sunt:

Genul Trypanosoma (ex. Trypanosoma gambiense – agentul bolii somnului, transmis prin musca tsetse).
Giardia intestinalis, care parazitează intestinul și este considerată un protozoar primitiv, lipsit de mitocondrii.
Euglena, un eucariot acvatic cu nutriție mixtă (fotoautotrofă și heterotrofă), care prezintă caracteristici ambelei laturi.

Filumul Ciliophora:

Protozoarele din acest grup se deplasează cu ajutorul ciliilor, dispersați pe întreaga suprafață a celulei. Reproducerea sexuală se realizează prin conjugare, proces în care doi indivizi schimbă material genetic prin intermediul unei punți citoplasmatice. Exemple de ciliat:

Genul Paramecium, care prezintă o formă reniformă datorită aranjării ciliilor în spirală, facilitând o rapidă mișcare.
Paramecium bursaria, ce intră în relații endosimbiotice cu algele verzi, ipoteza fiind că astfel s-au format cloroplastele.
Vorticella, un ciliat în formă de pâlnie, care folosește cilii pentru captarea particulelor alimentare.

Filumul Sporozoa:

Aceștia sunt protiste imobile, care se reproduc prin formarea de spori și acționează exclusiv ca paraziți. Genul Plasmodium este cel mai cunoscut, deoarece include specii care provoacă malaria, o boală manifestată prin frisoane și febră, transmisă de țânțarii din genul Anopheles prin distrugerea celulelor roșii.

2. Protiste cu caracter de fungi

3. Protiste cu caracter de plante (alge)

Importanța Regnului Protista

Protistele joacă roluri fundamentale în ecosistemele acvatice și terestre:

Ciclurile biogeochimice: Ele acționează ca producători, consumatori și descompunători, contribuind la filtrarea și purificarea mediului.
Planctonul acvatic: Protistele fac parte din plancton și reprezintă o sursă principală de hrană pentru alte vietăți.
Producători primari: Protistele fotoautotrofe sunt cruciali pentru oxigenarea mediului și susțin producția primară în ecosisteme.
Importanță economică: Protistele au atât efecte negative (suprapopularea, eliberarea de toxine), cât și beneficii economice, fiind folosite ca materii prime în industria celulozei și hârtiei, în formularea mediilor de cultură pentru laboratoare (ex. agar), și pentru extragerea unor principii active în medicamente și produse cosmetice. De asemenea, reziduurile diatomeelor se transformă în diatomită, o rocă utilizată în fabricarea vopselelor, filtrelor și chiar a compoziției pastelor de dinți.

C. Regnul Fungi

Regnul Fungi reunește eucariote imobile, heterotrofe, ce au roluri ecologice esențiale în reciclarea materiei în natură. Aceste organisme se dezvoltă pe medii umede – apă, sol, resturi organice sau arbori în descompunere – atâta timp cât substratul nu este complet deshidratat.

Caracteristici generale

Fungii sunt, în general, imobili, cu puține excepții care prezintă faze mobile. Toate speciile sunt fie parazitare, fie saprofite. În ceea ce privește structura, corpul unui fung poate fi format fie dintr-o celulă sferică sau ovală (cum se vede la drojdie), fie din celule filamentoase ramificate numite hife, care se împletesc formând o rețea compactă, denumită miceliu. Acest miceliu poate fi unicelular (cu structuri sincitiice) sau multicelular, hifele urmând diverse configurații nucleare (haploide, dicariotice sau diploide).

Celulele fungilor au pereți celulari compuși din chitină și ergosterol, spre deosebire de celuloză, ceea ce le conferă proprietăți specifice. Fiind heterotrofe, fungii se dezvoltă pe substraturi bogate în materie organică, pe care o digeră extern cu enzime specializate, iar produsele rezultate sunt apoi absorbite. Substanța de rezervă stocată este glicogenul, similitudinea cu celulele animale fiind evidentă.

Reproducerea

Fungii se reproduc prin metode asexuate (fragmentare, diviziune directă sau formarea de spori asexuați) și sexuate (prin sporii obținuți prin meioză). În multe cazuri, același individ produce atât spori asexuați, cât și cei sexuati, iar structura specializată în care se formează sporii sexuati este denumită sporangiu – marcând astfel identificarea speciei.

Clasificarea în patru filumuri majore

1. Chytridiomycota

2. Zygomycota

3. Ascomycota

4. Basidiomycota

Importanța fungilor

Fungii joacă roluri esențiale în descompunerea materiei organice, menținând ciclurile ecologice în natură. Speciile saprofite sunt surse importante de hrană și sunt utilizate în producerea diverselor substanțe (antibiotice, alcool, vitamine, tonice, citostatice, imunostimulatoare etc.). De asemenea, anumite fungii trăiesc în simbioză cu plantele (micorize) și contribuie la absorbția apei și a nutrienților, facilitând dezvoltarea acestora. Astfel, micorizele au fost esențiale în tranziția plantelor din mediul acvatic în cel terestru.

Lichenii

Lichenii nu reprezintă un regn separat, ci sunt asocieri simbiotice între fungii (de regulă ascomicete sau, uneori, bazidiomicete) și algele (tipic clorofite sau cianobacterii).

Mediu și viață: Lichenii pot fi găsiți aproape oriunde – de la regiunile polare până la cele ecuatoriale – pe sol, stânci sau scoarța copacilor, atâta timp cât există un substrat adecvat și umiditate. Ei colonizează chiar și cele mai aride zone, datorită rezistenței la uscăciune.
Caracteristici morfologice: Pot avea aspect frunzos, crustos sau tufos.
Reproducere: Lichenii se reproduc prin fragmentare sau folosind structuri specializate (izidii și soredii) care conțin ambii parteneri ai simbiozei.
Importanță ecologică: Fixându-se pe stânci, lichenii contribuie la eroziunea acestora și la formarea solului, pregătind terenul pentru alte forme de viață. De asemenea, sunt indicatori excelenti ai poluării.