Спільне життя в природі: Симбіоз не просто взаємовигідний
"У довгостроковій перспективі симбіоз корисніший за паразитизм. А також веселіше. Запитайте будь-які мітохондрії ". - Ларрі Уолл, програміст
Тісні взаємодії між різними формами життя надзвичайно поширені в природі. Навіть наші власні клітини є результатом симбіотичних стосунків *. Клітини всіх еукаріотичних організмів були створені в результаті співіснування та співпраці між бактеріями, які за сотні мільйонів років еволюції перетворилися на мітохондрії, хлоропласти та інші клітинні органели.
Симбіоз не схожий на симбіоз
Під цим терміном симбіоз ми розуміємо будь-який тривалий і тісний взаємозв'язок між двома різними видами організмів. Однак у виступі неспеціалістів термін "симбіоз" часто довільно плутають із специфічною формою симбіозу, яку ми називаємо мутуалізм. Насправді симбіоз - це широкий термін, що включає паразитизм.
Залежно від того, як обидва партнери мають фізичний контакт, ми можемо розділити симбіотичні стосунки на ендосимбіотичний (один з партнерів знаходиться всередині тіла іншого) a ектосимбіотичний (на поверхні або поза тілом). Ступінь залежності від симбіотичних стосунків також коливається. Якщо організми не можуть вижити один без одного, ми говоримо про це обов’язковий (примусовий) симбіоз. Якщо відносини необов’язкові, це симбіоз за бажанням.
Щоб з’ясувати характер взаємозв’язків у різних формах біологічних взаємодій, ми будемо використовувати знаки плюс (+) та мінус (-). Знак плюс буде означати вигідні стосунки, знак мінус - несприятливі. Позначимо нейтральне відношення символом нуль (0). У мутуалістичних відносинах виграють обидві сторони, тому це взаємовигідне (взаємовигідне) співіснування (+, +). Практично кожен організм на Землі перебуває в якомусь мутуалістичному взаємозв'язку з іншим організмом. Прикладів у дикій природі незліченна. Ціла група організмів називається лишайники є результатом співпраці двох партнерів - грибів та водоростей, або ціанобактерій.
Лишайники є підручниковим прикладом мутуалізму. Це складені організми, що складаються з грибного (мікобіонт) та водоростей або ціанобактеріального компонента (фотобіонт). Хоча фотобіонт забезпечує енергію завдяки фотосинтезу, мікобіонт захищає його та отримує воду та поживні речовини з навколишнього середовища. Завдяки співпраці лишайники - це більше, ніж просто сума двох компонентів. Багато з них можуть вижити в екстремальних умовах пустель і полярних регіонів. Вони також прикріплюються до оголених порід, що робить їх піонерами в процесах первинної сукцесії **.
Ті грибники, які цікавляться об’єктом свого «полювання» з негастрономічної точки зору, вже чули про мікориза - мутуалістичні відносини між грибами та корінням рослин. Хоча грибковий (грибковий) симбіот отримує необмежену кількість енергетично багатих вуглеводнів з рослини, він, у свою чергу, виграє від того, що гриб значно збільшує площу поверхні кореневої системи, полегшуючи рослині засвоєння води та поживних речовин із ґрунту. Взаємозв’язки між грибами та тваринами також можуть бути виявлені. Кілька груп комах - терміти, листяні мурахи або жуки-амброзії - вирощують грибкові симбіонти в його термітах, мурашниках і камерах. За грибом добре доглядають, і він служить своїм «садівникам» постійним джерелом їжі. До речі, терміти. Насправді всі рослиноїдні тварини, які перетравлюють целюлозу або лігнін, що містяться в деревині, можуть це зробити лише завдяки симбіотичним мікроорганізмам у їх травному тракті. Наша власна травна система також містить дивовижно різноманітну мікрофлору кишечника.
Жуки амброзії включають кілька еволюційних ліній підщепи (жуки, включаючи горезвісного смерекового лишайника) та стрижневих гризунів, личинки та дорослі особини яких харчуються виключно грибком амброзії, вирощеним у розкопаних деревних коридорах. Спори грибків жуки передають у спеціальних утвореннях на поверхні тіла. Завдяки співіснуванню з грибами амброзії, ці жуки надзвичайно широко розповсюджені та успішні, а деякі з них стали побоюватися інвазійних шкідників на деревних рослинах у США та Європі.
Для наземних екосистем одним з найважливіших мутуалістичних відносин є між тваринами запилювачі (комахи, птахи, кажани) та квітучі рослини. Тісні зв’язки між симбіотичними партнерами означають, що організми впливають на еволюційний розвиток один одного. Ми говоримо про це еволюційне явище коеволюція. Наприклад, урізноманітнення (цвітіння) квітучих рослин наприкінці мезозою спричинило величезний еволюційний бум і у їх запилювачів комах. Комахи реагували на зростаючу різноманітність квітучих комах, урізноманітнюючи себе на безліч форм, пристосованих для запилення різних видів рослин. Сьогодні комахи - це найбільша група тварин, кількість яких, за оцінками, становить мільйони.
Ми також знайдемо багато прикладів мутуалізму в океанах. Для екосистем коралових рифів найбільш важливим є взаємозв’язок між ними корали a ендосимбіотичні водорості. Корали містять у своєму тілі водорості із групи зооксантел, здатні до фотосинтезу. Раніше корали вважали рослинами, але ці додані колоніальні тварини дійсно містять рослинний компонент. З цієї причини корали можуть існувати лише в мілководді, чистій воді. Зооксантелі живуть не лише в симбіозі з коралами, а й з іншими морськими безхребетними - анемонами, медузами, гігантськими равликами або гігантськими двостулковими молюсками (рід Tridacna).
Гігантський розподіл (Tridacna gigas) має змішане харчування (так звана міксотрофія). Дорослі особини живуть на поверхні і отримують 70-100% поживних речовин через симбіотичні водорості роду Symbiodinium, які вони утримують у мантії. Решта відсотків їжі забезпечується фільтруванням.
Коменсалізм - якщо інший не проти.
Іншою формою біологічної взаємодії є коменсалізм. Вказує на ситуацію, коли лише один із партнерів виграє від відносин, тоді як інший не зазнає змін (+, 0). Коменсалізм вивчається менше, ніж мутуалізм та паразитизм, що може бути пов’язано з тим, що в коменсалізмі нічого «зайвого» не відбувається. Однак така зовнішність є неправильною. Крім того, коменсалізм широко поширений у природі.
Мабуть, найвідоміший приклад коменсалізму foresia - явище, коли одну тварину перевозять до іншої. Фортична поведінка поширена, особливо серед членистоногих. Цей вид "транспорту" широко використовується, наприклад, личинками жуків-майя (рід Meloe), які ловляться на тілах бджіл у квітках рослин і "транспортуються" у вулики. Форезія також є стандартним видом транспорту для багатьох кліщів, які зазвичай використовують значно більше рухливих комах та хребетних для перевезення на великі відстані. Добре відомими морськими тваринами в морях є щитоподібні (рід Remora). Їх спинний плавник перетворюється на всмоктуючий орган, за допомогою якого вони потрапляють на господаря, наприклад, на акулу чи рай. Однак щитоподібні не тільки використовують більших морських хребетних як транспортний засіб, але й їдять залишки їжі, паразитів або навіть кал свого господаря. Таким чином, природа цієї біологічної взаємодії більше схожа на мутуалізм, ніж на комменсалізм, завдяки "гігієнічній службі" з боку щитового черв'яка.
Ремора безстрашно "застрягла" на своєму хижому господарі - лимонній акулі (Negaprion brevirostris).
Ми знайшли б багато коментарів між ними бактеріальні організми в поєднанні з еукаріотичними господарями. Це явище проявляється в основному створенням т. Зв біоплівки - бактеріальні спільноти на поверхнях тіла тварин і рослин. Це здається майже неймовірним, але загальна вага всіх мікробів в організмі людини становить близько 1,25 кілограма! Деякі з цих мікробів є мутуалістами, але переважну більшість можна охарактеризувати як коменсали. Ми можемо знайти їх практично скрізь - на поверхні шкіри, в ротовій порожнині, дихальній, травній та видільній системах. Коли стабільність мікробної спільноти погіршується, деякі (наприклад, бактерії стафілокока) переходять із комменсалів на агресивні патогени.
Інші типи біологічних взаємодій
Специфічним типом взаємодії двох видів є аменсуалізм, що набагато рідше, ніж попередні явища. У цьому випадку один організм не зазнає впливу, а інший втрачає (0, -). Прикладом є гніздові колонії двох видів морських птахів на Галапагоських островах. Згідно з одним дослідженням, особини синьоногих мін (Sula nebouxii) витісняються з гнізд більш агресивними родичами - сулами Галапагоських островів (Sula granti), тоді як агресори, очевидно, не страждають від присутності синьоногих нога олуша. Якби це було так, це були б стосунки конкуренція (-, -), тобто конкуренція між видами.
Паразити та хижаки
Ви можете бути здивовані цією інформацією, але паразитизм є найпоширенішим способом життя на Землі. Приблизно половина всіх рослин і тварин є паразитами принаймні на одній стадії розвитку свого життєвого циклу. Практично на всіх видах паразитує хтось інший, навіть паразити мають своїх паразитів! В людському організмі мешкає понад 350 видів паразитів, не кажучи вже про віруси та бактерії. Серед тварин ми могли б знайти 9 окремих штамів, які є виключно паразитичними.
Принцип паразитизму простий - паразит харчується за рахунок свого господаря, тому відносини вигідні для однієї сторони, але негативні для іншої (+, -). Форми паразитування дуже різноманітні, і ми надамо вам набагато більш детальну інформацію про них у наступній статті. На цьому етапі ми додаємо, що є ще одна дуже поширена форма біологічної взаємодії хижацтво, таким чином, споживання одного організму іншим. До цього відношення застосовується та ж комбінація символів, що і до паразитизму (+, -).
* Ендосимбіотична теорія або симбіогенез говорить, що клітини з правим ядром (еукаріотичні) виникли в результаті поєднання простих, прокаріотичних бактеріальних клітин. Існує безліч доказів симбіогенезу - від існування власної генетичної інформації в мітохондріях і пластидах до нездатності клітини утворювати нові органели, крім бінарного поділу існуючих.
** Сукцесія - це процес, за допомогою якого змінюється видова структура спільноти організмів в екосистемі. Кульмінацією правонаступництва є т. Зв клімакс, тобто громада, яка є найбільш екологічно стабільною в даних умовах (у Словаччині це переважно дубові, букові, змішані, а у вищих горах ялинові ліси). Основна спадкоємність - це та, в якій, так би мовити, "вона починається з нуля". Прикладом є поступова колонізація новоутвореного вулканічного острова живими організмами.
Джерела:
Begon M, Townsend CR, Harper JL (2009) Екологія. Хобокен, Нью-Джерсі, Вілі-Блеквелл.
Гірш А.М., Фудзісіге Н.А. (2008) Коменсалізми. У: Йоргенсен С.Є. (за ред.) Енциклопедія екології Том 1, с. 679-683. Амстердам, Elsevier.
Holland JN, Bronstein JL (2008) Мутуалізм. У: Йоргенсен С.Є. (за ред.) Енциклопедія екології Том 3, с. 2485-2491. Амстердам, Elsevier.
Kitching RL, Harmsen R (2008) Аменсалізм. У: Йоргенсен С.Є. (за ред.) Енциклопедія екології Том 1, с. 160-162. Амстердам, Elsevier.
Лафферті К.Д. (2008) Паразити. У: Йоргенсен С.Є. (за ред.) Енциклопедія екології том 4, с. 2641-2650. Амстердам, Elsevier.
Фотографії: Крістоф Спецяльський, Іржі Хулкр, Альберт Кок