Примеры симбиоза грибов. От биохимического сотрудничества – к общему геному. Крокодил и зуек

Природе известны многочисленные примеры симбиотических отношений, от которых выигрывают оба партнера. Например, для круговорота азота в природе чрезвычайно важен симбиоз между бобовыми растениями и почвенным бактериями Rhizobium . Эти бактерии — их еще называют азотфиксирующими — поселяются на корнях растений и обладают способностью «фиксировать» азот, то есть расщеплять прочные связи между атомами атмосферного свободного азота, обеспечивая возможность включения азота в доступные для растения соединения, например аммиак. В данном случае взаимная выгода очевидна: корни являются местообитанием бактерий, а бактерии снабжают растение необходимыми питательными веществами.

Имеются также многочисленные примеры симбиоза, выгодного для одного вида и не приносящего другому виду ни пользы, ни вреда. Например, кишечник человека населяет множество видов бактерий, присутствие которых безвредно для человека. Аналогично, растения, называемые бромелиадами (к которым относится, например, ананас), обитают на ветвях деревьев, но получают питательные вещества из воздуха. Эти растения используют дерево для опоры, не лишая его питательных веществ.

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. (Роль ДНК в живых системах обсуждается в главе Центральная догма молекулярной биологии .) 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 (см . Теория эволюции), эти клетки могли задержаться между слоями ила и наносов на дне реки или океана. При превращении ила в породу (см . Цикл преобразования горной породы) 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.

Понятие симбиоза рассматривается в школьном курсе экологии. Термин симбиоз легко понять, поскольку в своей жизни человек часто сталкивается с аналогичными примерами. Разница лишь в том, что животное часто не может существовать без этого и взаимодействие идёт на более простом уровне. Смыслом понятия является получение взаимной выгоды. Этот термин противоположен понятию антибиоз.

Эта взаимосвязь живых организмов является одним из самых важных примеров того, что природа является сложной и хорошо организованной системой. Примеров симбиоза существует огромное множество.

Пищеварительные бактерии

Пищеварительная система большинства живых организмов является ярким примером симбиоза. Организм способен воспринимать только ту пищу, которая переваривается. Пища в обычном состоянии не может быть принята организмом. За процесс пищеварения отвечают специальные бактерии, которые обитают в желудочно-кишечном тракте. Бактерии являются живыми существами, которые приносят пользу хозяину, а хозяин обеспечивает их пищей. Соответственно, это яркий пример симбиоза.

Опыление растений насекомыми

Другой пример симбиоза в природе – опыление растений насекомыми. Насекомые путешествуют от цветка к цветку, собирая нектар, необходимый им для жизни. Параллельно с этим, на своих лапках они переносят пыльцу растений, которая выполняет функцию размножения. Весь растительный мир использует эту безвозмездную помощь от насекомых.

Лишайник - грибы и водоросли

Лишайники, которые произрастают в тундрах, тоже являются примером симбиоза. Этот своеобразный мох включает в свой состав грибы и водоросли. Водоросль производит углеводы, которые поглощает гриб, а сам гриб предоставляет высокую влажность.

Авдотка и крокодил

Интересную выгоду от дружбы с крокодилом научилась получать птица авдотка. Она строит свои гнезда рядом с гнездами крокодилов. Самки крокодила очень яростно защищают свои кладки. Поэтому, птица служит для них некой сигнализацией о приближении незваных гостей. Крокодил бросается на защиту своего гнезда, а заодно и выручает слабую авдотку.

Птица ржанка и крокодил

Ещё один интересный союз с участием крокодила и птицы ржанки показывает, что бывают самые смелые варианты реализации симбиоза. В процессе питания в пасти крокодила образуется большое количество остатков пиши. Это благоприятный фон для развития различных заболеваний зубов и источник дискомфорта. Птица ржанка научилась использовать эти остатки пищи в зубах крокодила и употреблять их в качестве своего питания. Крокодил получает услуги стоматолога, а птичка – питание.

Вопрос 1. Дайте определение основным формам взаимодействий живых организмов.
1. Симбиоз (сожительство) - форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу от взаимодействия, не причиняя при этом вреда другому.
2. Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой обе взаимодействующие популяции (или одна из них) испытывают отрицательное влияние.
3. Нейтрализм - форма взаимоотношений, при которой обитающие на одной территории организмы не оказывают прямого влияния друг на друга.ащают их в простые соединения.

Вопрос 2. Какие формы симбиоза вам известны и в чем заключаются их особенности?
Различают несколько форм симбиотичсских взаимоотношений, характеризующихся различной степенью зависимости партнеров.
1. Мутуализм - форма взаимополезного сожительства, когда присутствие партнёра является обязательным условием существования каждого из них. Например, термиты и жгутиковые простейшие, обитающие в их кишечнике. Термиты не могут сами переваривать целлюлозу, которой питаются, а жгутиконосцы получают питание, защиту и благоприятный микроклимат; лишайники, представляющие собой неразделимое сожительство гриба и водоросли, когда присутствие партнера становится условием жизни каждого из них. Гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей, получают вещества, синтезируемые водорослями. Водоросли извлекают воду и минеральные вещества из гиф гриба. В свободном состоянии лишайниковые грибы не встречаются и способны образовать симбиотический организм лишь с определенным видом водорослей.
Высшие растения также вступают во взаимовыгодные отношения с грибами. Многие травы и деревья нормально развиваются только тогда, когда на их корнях поселяются почвенные грибы. Образуется так называемая микориза: корневые волоски на корнях растений не развиваются, а мицелий гриба проникает внутрь корня. Воду и минеральные соли растения получают от гриба, а гриб, в свою очередь, - углеводы и другие органические вещества.
2. Кооперация - взаимовыгодное сосуществование представителей разных видим, но являющееся, однако, обязательным. Например, рак-отшельник и мягкий коралл актиния.
3. Комменсализм (сотрапезничество) - взаимоотношения, при которых один вид получает выгоду, а другому это безразлично. Например, шакалы и гиены, доедающие остатки пищи за крупными хищниками - львами; рыбы лоцманы.

Вопрс 3. В чем состоит эволюционное значение симбиоза?
Симбиотические отношения позволяют организмам наиболее полно и эффективно осиливать среду обитания, являются важнейшими компонентами естественного отбора, участвующими в процессе дивергенции видов.

Симбиоз – совместное сосуществование видов, извлекающих взаимную выгоду.

Мутуализм – взаимозависимое, взаимовыгодное сожительство разных видов.

Форез - случайное, эволюционно незакреплённое носительство одного организма другим.

Комменсализм – один из организмов пользуется пищей, защитой другого не причиняя ему вреда.

< Синойтия – совместный дом (рак отшельник – нереида).

< Эпойтия – временное прикрепление одного организма к другому (прилипала – акула).

< Паройтия – параллельной существование двух видов, слабого около сильного (мальки рыб – медузы).

< Энтойтия – временное проживание организма одного вида в другом без причинения вреда.

Многократное, случайное попадание личиночных форм в пищеварительный тракт.

Предварительная адаптация в другом организме.

Увеличение количества источников питания.

Хищничество

Изменение инстинкта откладки яиц.

Обитание в пищеварительной системе.

Тканевые

Полостные

Внутрикожные

Клеточные

Постоянные – всю жизнь (вши).

Временные (комар).

По образу жизни:

Свободноживущие

2). Ложные – случайно попадают в живой организм.

3). Факультативные – свободноживущие.

По происхождению:

Инфекционные

Инвазионные

По действию на организм хозяина:

Патогенные

Непатогенные

Среда 1 порядка – организм хозяина.

Среда 2 порядка – среда, в которой живёт хозяин.

Симбиоценоз – совокупность всех живых организмов и организма хозяина.

Переносчик – организм, в котором сохраняются возбудители заразных болезней и выделяются в окружающую среду.

Типы хозяев:

Окончательный – организм, в котором живёт половозрелая форма или особ, размножающаяся половым путём.

Дополнительный - 2,3 и все последующие промежуточные хозяева.

Принципы взаимодействия:

Организм хозяина отвечает иммунной реакцией.

По природе возбудителя:

Инфекционные (вирусы, бактерии, грибы).

Инвазионные - животные.

По распространению:

Повсеместные.

Природно-очаговые – заболевания, которые распространены на определённой территории, с определёнными климатическими факторами и биогеоценозами. Возбудители циркулируют от одного животного к другому.

По способу передачи возбудителя:

Воздушно-капельным путём.

Алиментарный – через рот.

Перкутанный – через кожу.

Трансовариальный

Трансмиссивный – через переносчика.

В зависимости от организма хозяина:

Антропонозы

Зоонозы

Антропозоонозы

183. Тип простейшие (Protozoa).

Простейшие широко распространены по планете и обитают в различных средах. Многие простейшие приспособились к обитанию в теле других организмов. Сюда относятся организмы, тело которых состоит из цитоплаз­мы и одного или нескольких ядер. Клетка простейшего - самостоятельная особь, выполняющая все функции целостного организма. Большинство простейших имеет микроскопические раз­меры от 3 до 150 мкм. Части тела простейшего, выполняющие различные функции, называют органеллами. Имеются органоиды общего значения, характерные для любых клеток (митохондрии, центросомы, рибо­сомы и др.), и специального значения, выполняющие жизненные функции отдельных видов одноклеточных. Органоидами движения - псевдоподии, жгутики, реснички. Органоиды пище­варения - пищеварительные вакуо­ли. Многие простейшие имеют наружный скелет в виде раковины. Характерной является прохождение сложных циклов развития. Многие простейшие в неблагоприятных условиях образуют цисты. При попадании цист в благоприятные условия происхо­дит их превращение в вегетативную форму. Питание происходит различными путями. Некоторые заглатывают пищу путем фагоцитоза. Иногда органические вещества всасываются осмотически. Некоторые способны к фотосинтезу.

Класс жгутиковые (Flagellata)

Класс саркодовые (Sarcodina)

Класс споро­вики (Sporozoa)

Класс инфузории (Infusoria)

Ротовая амёба (Entamoeba gingivalis) – питается бактериями, лейкоцитами, эритроцитами.

Кишечная амёба (Entamoeba coli) – питается бактериями, грибами и форменными элементами крови.

Дизентерийная амёба(Entamoeba histolytica).

Возбудитель амебиаза. В кишечнике человека встречается в трех формах: 1) круп­ной вегетативной (forma magna); 2) мелкой вегета­тивной (forma minuta); 3) цист. Характерная особенность цист - наличие в них 4 ядер. Размер цист от 8 до 16 мкм. В кишечник человека амеба может попасть в стадии цисты. Здесь оболочка цисты растворяется, и из нее выходят 4 малые амебы (forma minuta). Их диаметр 12-25 мкм. Обитает эта форма в содержимом кишечника. Питается бактериями. Ущерба здоровью не наносит. Если условия не благоприятствуют переходу в тканевую форму, то амебы выводятся во внешнюю среду. Если же условия способствуют переходу в тканевую форму (forma magna), амеба увеличивается в размере до 23 мкм, достигая иногда 50 мкм, и выделяет ферменты, растворяющий тканевые белки. Амебы проникают в ткань и образуют кровоточащие язвы. Про­никая в кровеносные сосуды, может попа­дать в печень и другие органы, вызывая абсцессы. В период затухания болезни forma magna перемещается в просвет киш­ки, где переходит в forma minuta и затем в цисты. Иногда зараженный человек мно­гие годы выделяет цисты при отсутствии признаков заболевания. Цисты могут загрязнять, воду и пищу. Механическими переносчиками цист могут быть мухи и тараканы.

Диагноз ставится на основании нахождения ве­гетативных форм и характерных цист с 4 ядрами в фекалиях.

Профилактика. Личная – мыть руки, ягоды, овощи, кипятить воду. Общественная - выявление и лечение больных. Просветительная работа.

185. Общая характеристика класса жгутиковые (Flagellata). Трипаносома. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.

Трипаносома (Trypanosoma gambiense).

Возбудите­ль трипаносомоза. Размер от 13 до 39 мкм. Тело изогнутое, сплющенное в одной плоскости, суженное на обо­их концах, снабженное одним жгутиком и ундулирующей мембраной. Пи­тается осмотически.Размножение происходит продольным делением.

Жизненный цикл. Возбуди­тель трипаносомоза развивается со сменой хозяев. Первая часть провходит в пищеварительном тракте мухи цеце, вторая часть - в организме позвоночных животных.

При всасывании мухой крови трипаносомы попадают в ее желудок. Здесь они размножаются и претерпевают ряд стадий. При укусе мухи может заразиться человек. Для лабораторной диагностики исследуют кровь, пунктаты лимфатических узлов и спинномозговой жид­кости.

Профилактика. Личная - приём лекар­ственных препаратов, которые могут предохранить от заражения при укусе мухи цеце. Общественная - уничтожение переносчика.

Симбиоз – человек и бактерии: Организм человека тоже входит в эту взаимосвязанную систему. Свидетельством этому является то, как в пищеварительном тракте человека тихо и незаметно трудятся множество полезных бактерий. Эти бактерии способствуют пищеварению, образуют необходимые витамины и отражают атаки врагов. А человек дает им приют и пищу.

Симбиоз – животные, грибы, бактерии: В животном мире подобные содружества тоже не редки. Например, в многокамерном желудке жвачных животных: коров, овец и оленей, присутствуют различные бактерии, грибки и простейшие. Эти микроорганизмы расщепляют клетчатку растительных волокон, чтобы превратить их в питательные вещества. Бактерии участвуют в пищеварении и у некоторых насекомых, которые питаются клетчаткой, это жуки, тараканы, чешуйницы, термиты и осы.

Пример симбиоза – бактерии в почве: Почва тоже полна живыми организмами. В 1 кг здоровой почвы могут жить бактерии (более 500 млрд), грибки (более 1 млрд) и многоклеточные организмы – от насекомых до червей (до 500 млн). Многие организмы занимаются переработкой органических веществ: экскрементов животных, опавших листьев и прочих. Азот, который при этом выделяется, необходим для растений, а углерод, преобразованный ими в углекислый газ, требуется для фотосинтеза.

Симбиоз растений: Горох, соя, люцерна и клевер живут в тесном содружестве с бактериями и позволяют им «инфицировать» корневую систему. На корнях бобовых растений бактерии образуют клубеньки (бактероиды), где они и поселяются. В задачу этих бактероидов входит превращение азота в соединения, чтобы бобовые могли их усваивать. А бактерии от бобовых растений получают необходимое им питание.

Для жизни всех деревьев, кустов и трав крайне необходимы грибки или плесени. Такое взаимодействие под землей помогает растениям впитывать влагу и минералы: фосфор, железо, калий и др. А грибки питаются от растений углеводами, так как не могут сами производить питание себе из-за отсутствия хлорофилла.

Орхидея зависит от грибков в большей степени. Чтобы очень мелкие семена орхидеи в дикой природе могли прорасти, требуется помощь грибков. У взрослых растений орхидеи довольно слабая корневая система, которую тоже поддерживают грибки – они формируют мощную систему питания. В свою очередь, грибки получают от орхидеи витамины и соединения азота. Но орхидея контролирует рост грибков: как только они разрастаются и выходят за пределы корня на стебель, она тормозит их рост с помощью природных фунгицидов.

Симбиоз насекомых и растений: Ещё один пример симбиоза: пчёлы и цветы. Пчела собирает нектар и пыльцу, а цветок нуждается в пыльце других цветов, чтобы размножаться. После того, как произойдёт опыление, в цветке уже нет пищи для насекомых. Как они об этом узнают? У цветов теряется аромат, опадают лепестки или меняется цвет. И насекомые летят в другое место, где ещё есть для них пища.

Содружество муравьёв, растений, насекомых. Для некоторых муравьёв растения предоставляют жилище и пропитание. За это муравьи производят опыление и распространение их семян, доставляют им питательные вещества и защищают растения от травоядных млекопитающих и других насекомых. Муравьи, которые поселяются в шипах акации, спасают её от вредных вьющихся растений, они уничтожают их на своем пути, когда «патрулируют» территорию, а акация угощает их сладким соком.

Другие виды муравьев имеют свои «скотоводческие фермы» по разведению тлей. Тли выделяют сладкую росу, когда муравьи слегка щекочут их усиками. Муравьи пасут тлей, доят их для своего пропитания и защищают. На ночь муравьи загоняют тлей в свое гнездо для их безопасности, а утром выводят пастись на молодые сочные листья. В одном муравейнике могут насчитываться многотысячные «поголовья» тлей.

Муравьи могут выращивать и бабочек некоторых видов, когда они находятся в стадии гусениц. Пример симбиоза муравьёв мирмика и бабочек голубянка ариона. Совершить свой жизненный цикл без этих муравьёв бабочка не может. Находясь в жилище муравьёв в стадии гусеницы, бабочка кормит их сахаристыми выделениями. А превратившись в бабочку, она просто выпархивает из муравейника целая и невредимая.

Примеры симбиоза птиц и животных:
Ушастая сова приносит в свое гнездо с птенцами узкоротую змею. Но змея не трогает птенцов, она исполняет роль живого пылесоса — её пищей в гнезде являются муравьи, мухи, другие насекомые и их личинки. Птенцы, живущие с такой соседкой, быстрее вырастают и более живучи.

А птичка, называемая сенегальской авдоткой, дружит не со змеёй, а с нильским крокодилом. И хотя крокодилы охотятся на птиц, авдотка устраивает своё гнездо около его кладки и крокодил её не трогает, а использует эту птичку в качестве часового. Когда грозит опасность их гнёздам, авдотка сразу подаёт сигнал, и крокодил тут же спешит защищать своё жилище.

В морском рыбьем царстве тоже есть «службы чистоты», в которых трудятся креветки-чистильщики и разноцветные бычки. Они избавляют рыб от наружных бактерий и грибков, удаляют повреждённые и больные ткани, а также приставших ракообразных. Крупных рыб порой обслуживает целая бригада таких чистильщиков.

Симбиоз гриба и водоросли. На стволах деревьев или на камнях, на спинах живых насекомых можно увидеть наросты серого или зелёного цвета, называемые лишайниками. И насчитывается их около 20 тысяч видов. Что собой представляет лишайник? Это не единый организм, как может показаться, это – взаимовыгодное содружество гриба и водоросли.

Что их объединяет? Так как грибы не производят себе пищу, они своими микроскопическими нитями опутывают водоросли и поглощают сахара, которые те производят путём фотосинтеза. А водоросли получают от грибов необходимую влагу, а также защиту от палящего солнца.

Симбиоз водорослей и полипов. Коралловые рифы – это чудо симбиоза водорослей и полипов. Водоросли полностью покрывают полипы, делая их особенно красочными. Водоросли часто весят в 3 раза больше, чем полипы. Поэтому кораллы можно отнести скорее к растительному миру, чем к животному. Путем фотосинтеза водоросли производят органические вещества, из которых 98% они отдают полипам, которые ими питаются и строят рифообразующий известковый скелет.

Для водорослей от этого симбиоза двойная польза. Во-первых, отходы жизнедеятельности полипов: углекислый газ, соединения азота и фосфаты служат им питанием. Во-вторых, прочный известковый скелет защищает их. Так как водорослям необходим солнечный свет, коралловые рифы растут в чистых и освещённых солнцем водах.

Итак, мы поняли, что мутуализм, один из основных видов симбиоза, это широко распространённая форма взаимовыгодного сожительства, когда существование каждого из них зависит от обязательного присутствия партнёра. Хотя каждый из партнёров действует эгоистично, отношения становятся выгодными для них, если получаемая польза выше затрат, требуемых на поддержание этих взаимоотношений.