Симбиоз. Примеры симбиотических отношений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Симбиоз. Примеры  симбиотических отношений.

 

 План

 

 Введение

 

1. Общие термины и  понятия.

2. Примеры   симбиотических отношений. 
     2.1. Кооперация.

2.2. Мутуализм.

2.3.  Комменсализм

2.4. Паразитизм.

Заключение.

Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение.

Нашу планету заселяют десятки миллионов видов живых  организмов, начиная с самых примитивных  бактерий и до сложнейших по своей  структуре позвоночных животных. Все эти виды находятся в постоянном и тесном взаимодействии друг с другом. Организмы конкурируют между собой за среду обитания, за источники пиши, паразитируют друг на друге, или же наоборот помогают друг другу в добыче пищи, ее переработке, в защите от общих врагов или в процессах размножения. В экологии такие отношения между живыми организмами называют симбиотическими - от слова симбиоз.

 

1. Общие термины и понятия.

Симбиоз термин, неодинаково понимаемый учеными. Одни понимают под симбиозом явление сожительства между 2 и более организмами без взаимного вреда и противопоставляют ему паразитизм как такую форму сожительства, когда один организм живет на счет другого. По другим ученым, симбиозом называется всякое сожительство двух или большего количества организмов, причем принципы, на коих построено сожительство, могут быть различны.

 Будем придерживаться мнения ученых, при котором паразитизм рассматривается, как форма симбиоза.

Итак, наиболее известную и самую тесную форму симбиоза представляет паразитизм, при коем один организм питается на счет другого, как это делает и хищник, но жертва, или "хозяин", при этом не погибает сразу, ибо потеря, причиняемая ему паразитом, является сравнительно незначительной, а продолжает жить иногда даже без особого ущерба для долговечности.

Другая форма симбиоза — комменсализм. Комменсалист получает от своего сожителя излишек пищи и не вредит его органам.

Наконец, принимают еще одну форму симбиоза — мутуализм, выражающуюся в том, что один организм помещается на другом, не будучи ни паразитом, ни комменсалистом, но получает помещение, защиту, а иногда и сам оказывает услуги своему сожителю. В комменсализме выделяют такой тип симбиотических отношений, как синойкия (квартиранство) и трофобиоз (нахлебничество).

 

 

2. Примеры симбиотических отношений. 
  2.1. Кооперация.

 Начнем  с примеров такой формы симбиотических отношений, как собственно симбиоз или кооперация.  
Самым ярким и общеизвестным примером симбиоза, знакомого нам с детских учебников по природоведению и которого можем наблюдать в нашей с вами повседневной жизни — как на примере комнатных растений, так и в природе — является содружество пчел и цветов. Этот вид симбиоза служит для продолжения жизни, как растений, так и самих насекомых. Пчела берет у цветков нектар и пыльцу и, перелетая с цветка на цветок, доставляет другим цветкам необходимую для опыления пыльцу. Благодаря такой совместной работе растения размножаются. Сама же пчела благодаря цветам питается сладким нектаром и производит полезный мед.  
Для привлечения насекомых у цветов имеются специальные механизмы — некоторые виды выделяют ароматы и запахи, которые притягивают насекомых со значительных расстояний, другие принимают яркую нарядную окраску. Но после опыления в цветках не остается нектара. И, чтобы пчела лишний раз не подходила к опустевшему растению, у цветов есть много способов сообщить об этом пчелам: они теряют аромат, сбрасывают лепестки, отворачивают свои головки в другую сторону или меняют цвет и блекнут.  
Кроме пчел в опылении растений участвует еще огромное количество других насекомых — среди знакомых нам насекомых нашей полосы — это осы, шмели, всевозможные жуки и др. Ученые утверждают, что 70 процентов цветущих растений существуют благодаря именно насекомым. Кроме того, 30 процентов пищевых продуктов составляют культуры, опыляемые пчелами.   
      В повседневной жизни часто приходится сталкиваться с разными видами лишайников. Лишайники нередко можно встретить в дачных участках, садах, на камнях, ветвях деревьев или на стенах строений. Однако мало кто знает, что основу лишайника составляют два совершенно разных организма, относящихся к разным царствам живого мира. Лиша́йники представляют собой симбиотические ассоциации грибов и микроскопических зелёных водорослей и/или цианобактерий. Симбиотический характер лишайников был выявлен лишь в середине XIX века, до этого некоторые ученые относили их к мхам, а другие к водорослям. В 1866 году русскими ботаниками А. Фаминцыным и О. Баранецким было обнаружено, что зеленые клетки в лишайнике — одноклеточные водоросли. В свое время эти открытия были восприняты как «удивительнейшие».  
В лишайниках гриб и водоросль сосуществуют друг с другом как единый организм - гриб получает от водоросли питательные вещества, производимые в результате фотосинтеза. Из зелёных водорослей поступают многоатомные спирты, которые легко усваиваются грибом. Цианобактерии поставляют в гриб глюкозу, а также азотсодержащие вещества, образуемые благодаря осуществляемой ими фиксации азота. Гриб же создаёт водоросли более оптимальный микроклимат: защищает её от высыхания, экранирует от ультрафиолетового излучения, обеспечивает жизнь на кислых субстратах, смягчает действие ряда других неблагоприятных факторов.   
    Одним из хрестоматийных примеров взаимоотношений между живыми организмами служит классический симбиоз – взаимосвязь бобовых растений с азотфиксирующими бактериями. У растений отсутствует способность усваивать азот, содержащийся в атмосферном воздухе, поэтому к ним приходят на помощь бактерии рода Rhizobium. Эти бактерии обладают способностью фиксировать атмосферный азот, трансформировать его в доступные формы и передавать растениям. Азот является одним из основных компонентов структуры белка, поэтому для живых организмов особенно важно получать азот в доступной форме.  
Бактерии содержатся в корнях бобовых в форме специальных клубеньков, с чего и идет название «клубеньковые бактерии». Между растением и бактериями происходит обмен разнообразными химическими соединениями – продуктами обмена веществ. Микробы при этом получают питание (главным образом, сахара) и энергию для собственной жизнедеятельности, отдавая взамен растению азотные соединения и физиологически активные вещества, стимулирующие его рост и развитие.  
Бобовые растения, благодаря симбиозу с азотфиксирующими бактериями обогащают почву азотными соединениями. Поэтому часто в сельском хозяйстве бобовые используются для обогащения почвы азотом.  
Однако бобовые растения не являются единственным примером в создании связей с азотфиксирующими микроорганизмами. Поспорить с бобовыми по степени накопления в почве доступных соединений азота может всем известное древесное растение – ольха. Симбионтами ольхи являются другие микроорганизмы – грибы из семейства актиномицетов. Также широко известны симбиозы с актиномицетами таких растений, как облепиха, лох, восковница. Древесные растения-симбионты могут широко применяться для улучшения почв. Черная и серая ольха, высаженные по берегам водоемов, не только закрепляют их, предохраняя почву от размывания, но и значительно обогащают ее азотом, что, в свою очередь, стимулирует появление на ней травяного покрова.  
Еще необходимо рассказать о случае необычного симбиоза растений с микроорганизмами. Речь идет о водном папоротнике азолла и ее симбиозе с азотофиксирующими цианобактериями. Необычные свойства папоротника объясняются тем, что он тоже взаимодействует с микробами-азотфиксаторами и благодаря этому обогащает растущий рядом рис доступным азотом. Поэтому азоллу используют как удобрение для рисовых полей. Способности к азотфиксации в симбиозе азоллы впечатляющи: в лабораторных условиях папоротник накапливает за сутки до 7 мг чистого азота на 1 г сухой массы. В поле каждый гектар, на котором растет азолла, дает до 1000 – 1400 кг азота в год.  

Еще одним интереснейшим примером классического симбиоза  является союз гигантской пятнистой анемоны и  креветки.  Гигантская пятнистая анемона живет у побережья Западной Индии. Ее щупальца со стрекательными клетками смертельны для проплывающих мимо небольших морских созданий. Единственным исключением является креветка, которой позволено не только жить среди щупалец, но и питаться покрывающей их слизью.  Кроме того такое сожительство защищает креветку от нападений голодных рыб.  Ранее биологи считали такой союз   синойкией, однако  позже выяснилось, что в тканях анемоны обитают одноклеточные водоросли зооксантеллы, которым необходим азот. А получить его они могут из аммиака, который содержится в экскрементах креветки.

 

 
2.2. Мутуализм.

 Теперь приведем примеры  другой формы симбиотических отношений -  мутуализма. 
Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются не столько растительной пищей, сколько продуктами её бактериального преобразования, а частично переваривают и самих бактерий. Только благодаря бактериям, которые содержатся в пищеварительном тракте, у животных и человека развита способность усваивать растительную пищу.  
В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг, а численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии. Можно образно сказать, что микрофлора человека является дополнительным «органом», который отвечает за защиту организма от инфекций и пищеварение.  
Еще одним удивительным примером взаимоотношений микроорганизмов с животными служит пищеварительная система жвачных животных. Например, у коровы, благодаря которой мы имеем возможность питаться ценнейшим продуктом — молоком, очень сложная пищеварительная система, специально предназначенная для переработки растительной пищи. Только желудок коровы состоит из четырех отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Около 85% объема желудка приходится на рубец. Рубец животного заселяют микроорганизмы, где организм животного обеспечивает им оптимальные условия существования, а они, в свою очередь, разрушая органическое вещество и превращая его в удобоваримую форму, обеспечивают животных важнейшими элементами питания. Для этого у них имеется набор всех необходимых ферментов.  
Рубец можно рассматривать как большую бродильную камеру, которая обеспечивает наиболее подходящие условия для развития неисчислимого количества микроскопических организмов. Количество их поистине огромно и может достигать 10% содержимого рубца, т. е. в рубце коровы массой 500—600 кг находится около 7 кг этих незаметных карликов. 

Таким образом, с одной стороны, наличие микроорганизмов в пищеварительной системе является необходимым условием для нормального существования особи, а с другой стороны, находясь в желудке или кишечнике, микроорганизмы постоянно получают необходимые питательные вещества и не подвергаются резким изменениям окружающей среды. 
Также подобного рода взаимоотношения существуют также между организмом человека и его кожной флорой. Нашей коже свойственна характерная бактериальная флора, которая потребляет питательные вещества, содержащиеся в поте. Нормальная кожная флора не вызывает никаких нежелательных явлений, если не считать выработки пахучих веществ. Полезные функции кожной флоры становятся очевидными тогда, когда при наружном применении антибиотиков или внутреннем перенасыщении ими организма поражаются и кожные бактерии. В этом случае начинается размножение дрожжей и других патогенных грибов на коже человека. 

Особенно интересна, если говорить о мутуализме, эволюция современных сложных клеток. В современном мире встречаются два типа клеток: прокариоты («доядерные клетки») — примитивные клетки, ДНК которых свободно распределена по всей клетке, и эукариоты («истинно ядерные клетки»), ДНК которых хранится в специальной клеточной структуре — ядре. Все многоклеточные организмы, включая человека, состоят из эукариотических клеток.

Как это ни странно, существуют ископаемые одноклеточные организмы, возраст которых составляет не менее 3,5 миллиардов лет. Хотя в клетках нет твердых частиц, которые могут превратиться в окаменелость в традиционном смысле слова, эти клетки могли задержаться между слоями ила и наносов на дне реки или океана. При превращении ила в породу остается отпечаток клетки, подобный изображению листа. Эти микроскопические отпечатки можно исследовать, и они расскажут, какой была жизнь на Земле до формирования скелетов. Эти ископаемые свидетельства говорят нам о том, что около миллиарда лет тому назад клетки претерпели существенное изменение. Именно тогда стали появляться эукариотические клетки.

Помимо ядра в эукариотических  клетках имеется множество изолированных  внутренних структур, называемых органеллами. Митохондрии, органеллы одного типа, генерируют энергию и поэтому считаются силовыми станциями клетки. Митохондрии, как и ядро, окружены двухслойной мембраной и содержат ДНК. На этом основании предложена теория возникновения эукариотических клеток в результате симбиоза. Одна из клеток поглотила другую, а после оказалось, что вместе они справляются лучше, чем по отдельности. Такова эндосимбиотическая теория эволюции.

Эта теория легко объясняет  существование двухслойной мембраны. Внутренний слой ведет происхождение  от мембраны поглощенной клетки, а  наружный является частью мембраны поглотившей клетки, обернувшейся вокруг клетки-пришельца. Также хорошо понятно наличие митохондриальной ДНК — это не что иное, как остатки ДНК клетки-пришельца. Итак, многие (возможно, все) органеллы эукариотической клетки в начале своего существования были отдельными организмами, и около миллиарда лет тому назад объединили свои усилия для создания клеток нового типа. Следовательно, наши собственные тела — иллюстрация одного из древнейших партнерских отношений в природе.

 

 

2.3. Комменсализм.

И, наконец, такая форма симбиотических отношений как комменсализм.

Примером синойкии служат взаимоотношения некоторых видов актиний рода дискосома  и тропических рыбок рода амфиприон. Рыбка использует актинию как убежище и в случае опасности скрывается  среди щупалец (при этом она не подвергается действию стрекательных клеток) сама же актиния практически не извлекает никакой пользы от  подобного рода отношений.

 Другим примером такой формы симбиоза  являются, пресноводные рыбы горчаки откладывают икринки в мантийную полость двустворчатых моллюсков (перловиц или беззубок). Развивающиеся икринки надежно защищены раковиной моллюска, но они безразличны для хозяина и не питаются за его счет. Примером синойкии служат «сообитатели» нор грызунов, использующие благоприятный для них микроклимат и питающиеся остатками пищи хозяев, их экскрементами, шерстью и т. д. (такое нахлебничество называют эпиойкией). В норах большой песчанки зарегистрировано 212 видов «сожителей», среди них: млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии, моллюски, насекомые, клещи, черви и др.

   В качестве примера  трофобиоза  можно привести отношения крупных хищников (например, африканского льва) и падальщиков (чепрачных шакалов, пятнистых гиен, грифов, марабу и др.), которые поедают остатки жертв, убитых и частично съеденных хищниками.

 

4. Паразитизм.

Понятие паразитизм греческого происхождения, которое можно перевести, как на русский язык - «нахлебник». Если рассмотреть паразитизм с научной точки зрения, то его можно считать одной из форм совместного существования различных организмов. Проявление паразитизма выражается в сосуществовании двух или более разнородных организмов на протяжении длительного времени. При этом сосуществуют организмы, которые не связаны между собой генетически или филоногенетически. Примечательно, что при сосуществовании они состоят в антагонистических отношения.

Хозяин используется паразитом в качестве среды обитания и источнику для питания. Комар, к примеру, считается непостоянным паразитом, а взаимодействие между человеческим организмом и организмом комара носят нерегулярный, а эпизодический характер, во время того, как самка комара потребляет кровь человека. 
В области паразитологии медицинской под термином «паразит» подразумевается, как эукариотический организм.

В случаях, когда паразит  связан с покровами и обитает  непосредственно на хозяине, к примеру, вши, клещи, блохи и другие, явление называется эктопаразитизм. Если паразит обитает в теле хозяина. Как простейшие, паразитические черви и прочие, явление называется эндопаразитизм.

Кроме это, паразитизм классифицируют по степени тесноты связей, различая факультативный и облигатный паразитизм. Облигатный паразитизм отличается тем, что организм ведёт лишь паразитический образ жизни и не способен выжить без непосредственной связи с хозяином. В качестве примера облигатного паразитизма можно привести паразитических червей или вшей. Факультативные паразиты, чаще всего, могут вести свободный образ жизни, переходя к паразитическому состоянию лишь периодически.

Кроме этого классифицируют временных и постоянных паразитов, определяя их по длительности связи  с хозяином. В наше время известен только один паразит - Cymothoa exigua, который способен полностью замещать организм хозяина. Помимо вышеуказанных существую разные формы социального паразитизма. Присвоение чужой пищи, называемое клептопаразитизмом, является одной из разновидностей социального паразитизма. Особой его формой считается яичный паразитизм, который можно наблюдать у некоторых насекомых, птиц или рыб. Ярким представителем такого паразитизма является кукушка, подкидывающая свои яйца в гнёзда других птиц. 
Множество паразитов совершенно приспособлено физиологически и морфологически к уклоняющемуся от нормального образу жизни. Физиологическое приспособление выражается в том, что паразит для обеспечения своего существования нуждается в определенном виде животных, поскольку получает от него пищу. Морфологическое приспособление состоит в том, что все строение тела паразита адаптировано именно к такой пище, а не иной, и тем сильнее отклоняется от строения тела родственных свободноживущих форм, чем более давнего происхождения паразитическое существование данной формы и чем исключительнее она приспособилась к такому существованию.

Формы паразитизма чрезвычайно  многообразны, и классификация их возможна по разным основаниям. 
При истинном паразитизме взаимоотношения между паразитом и хозяином являются закономерными и имеют эволюционную основу. Паразитология изучает в основном феномен истинного паразитизма. 
Ложный паразитизм — явление для данного вида случайное. В нормальных условиях данный вид ведет свободный образ жизни. При попадании в организм хозяина ложный паразит может некоторое время сохранять жизнеспособность и нарушать жизнедеятельность хозяина.

Примерами ложного паразитизма  являются случаи обнаружения пиявок в носовой полости и носоглотке человека. Ложный паразитизм пиявок может привести хозяина к смерти в связи с закупоркой дыхательных путей или из-за носовых кровотечений, которые они могут вызвать.

Облигатный паразитизм — паразитизм, являющийся обязательным для данного вида организмов. Абсолютное большинство видов паразитов относятся к этой группе.