Микробы симбионты. Бактерии — паразиты и симбионты

Бактериальные симбионты человека составляют его нормальную микрофлору. Они живут в кишечнике, на коже, на слизистых, обеспечивая либо защиту (конкурентным способом не давая другим, зловредным, бактериям заселить эти участки), либо участвуя в переваривании пищи и синтезировании некоторых, необходимых человеку витаминов. Мы уже упоминали симбионта человека кишечную палочку. Всего к нормальной микрофлоре человека относится около 500 видов бактерий. Если убить всех бактерий на коже или в кишечнике человека, то ничего хорошего из этого не получится. Роль нормальной микрофлоры изучена на стерильных животных. В специальных условиях выращивают животных (крыс или мышей), и смотрят, что с ними происходит в отсутствии бактерий. Надо отметить, что живут они не очень хорошо. Таким образом, каждый реальный человек – это не просто представитель вида Homo sapiens , а целая коллекция различных организмов.

Половым путем также могут передаваться вирусы, например, вирус герпеса. Вирус герпеса вызывает образование пузырьков на коже, наполненных вирусными частицами ("лихорадку"). Среди населения западных стран 70-90% инфицированы вирусом герпеса, у 30% бывают высыпания, у 10% - генитальные формы заболевания. Половым путем могут передаваться вирусы иммунодефицита человека (вызывает СПИД - синдром прогрессирующего муунодефицита), гепатита В и С (поражают печень), папилломавирусы (вызвают разрастания кожного эпителия и образование бородаок; некоторые виды проводируют развитие рака).

Среди возбудителей заболеваний, передающихся половым путем, ранее других были описаны гонококк, бледная спирохета и эукариотический орагнизм трихомонада. Долгое время, ели у больного имелись признаки мочеполовой инфекции, но ни один из этих трех возбудителей не был выявлен, ему ставили диагноз "неспецифический уретрит". Однако во второй половине ХХ века были найдены возбудители "неспецифического" воспаления. К ним относятся гарднерелла, хламидия, уреаплазма, микоплазма и некоторые другие виды. Вызываемые ими заболевания отличаются тем, что часто проходят малосимптомно, остаются незамеченными носителем и переходят в хроническую форму. Хотя бы один из этих возбудителей встречаются у 30-50% людей, у части людей (имеющих несколько половых партнеров) можно обнаружить целый "букет" возбудителей. До сих пор некоторые врачи считают, что эти бактерии неопасны. Это, неверно, давно уже показано, что эти бактерии являются не только возбудителями мочеполовых инфекций, одним из самых тяжелых осложнений которых является бесплодие, но и ряда общих заболеваний, просто устоявшиеся представления меняются медленно.

Бактерия гарднерелла, вызывающее гарднереллез – воспалительное заболевание мочеполовых путей - была описана в середине двадцатого века. Гарднерелла немного крупнее гонококка, имеет характерное для прокариот строение. В препаратах, полученных от больных, клетки эпителия полового тракта выглядят как бы «приперченными»; эти перчинки - как раз и есть гарднереллы. Они также вызывают воспаление урогенитального тракта, и самым тяжелым последствием такого заболевания является бесплодие.

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.

Царство «Бактерии» состоит из бактерий и сине-зеленых водорослей, общая характеристика которых заключается в малой величине и отсутствии разделенного мембраной от цитоплазмы ядра.

Кто такие бактерии

В переводе с греческого «bakterion» – палочка. Большей частью, микробы – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные организмы, размножающиеся делением.

Кто их открыл

Впервые увидеть мельчайших одноклеточных в самодельный микроскоп смог исследователь из Голландии, живший в 17 веке, Антони Ван Левенгук. Изучать окружающий мир через увеличительное стекло лупы он начал во время работы в галантерейном магазине.

Антони Ван Левенгук (1632 — 1723)

В дальнейшем Левенгук сосредоточился на изготовлении линз, способных к увеличению до 300 раз. В них он рассматривал мельчайшие микроорганизмы, описывая полученную информацию и перенося увиденное на бумагу.

В 1676 году Левенгук обнаружил и изложил сведения о микроскопических существах, которым дал название «анималькули».

Чем питаются

Мельчайшие микроорганизмы существовали на Земле задолго до появления человека. Они имеют повсеместное распространение, питаясь органической пищей и неорганическими веществами.

По способам усвоения питательных веществ бактерии принято делить на автотрофные и гетеротрофные. Для существования и развития гетеротрофы используют отходы жизнедеятельности, органического разложения живых организмов.

Представители бактерий

Биологами выделено около 2500 групп различных бактерий.

По форме их подразделяют на:

кокки, имеющие шарообразные очертания;
бациллы – в форме палочки;
вибрионы, имеющие изгибы;
спириллы – спиральной формы;
стрептококки, состоящие из цепочек;
стафилококки, образующие грозди, напоминающие виноградные.

По степени влияния на организм человека прокариотов можно разделить на:

полезные;
вредные.

К опасным для человека микробам относятся стафилококки и стрептококки, вызывающие гнойные заболевания.

Полезными считаются бактерии бифидо, ацидофилус, стимулирующие иммунитет и защищающие желудочно-кишечный тракт.

Как размножаются настоящие бактерии

Размножение всех видов прокариотов происходит в основном делением, с последующим ростом до исходной величины. Достигая определенного размера, взрослый микроорганизм распадается на две части.

Реже воспроизведение себе подобных одноклеточных выполняется почкованием и коньюгацией. При почковании на материнском микроорганизме вырастает до четырех новых клеток, с последующим отмиранием взрослой части.

Коньюгация считается простейшим половым процессом у одноклеточных. Чаще таким способом размножаются бактерии, обитающие в животных организмах.

Бактерии симбионты

Микроорганизмы, участвующие в пищеварении в кишечнике человека, это яркий пример бактерий симбионтов. Впервые симбиоз был открыт голландским микробиологом Мартином Виллемом Бейеринком. В 1888 году он доказал взаимовыгодное тесное сожительство одноклеточных и растений бобовых.

Обитая в корневой системе, симбионты, питаясь углеводами, снабжают растение атмосферным азотом. Таким образом, бобовые повышают плодородие, не обедняя почву.

Известно множество успешных симбиотических примеров с участием бактерий и:

человека;
водорослей;
членистоногих;
морских животных.

Микроскопические одноклеточные оказывают помощь системам человеческого организма, способствуют очищению сточных вод, участвуют в круговороте элементов и работают на достижение общих целей.

Почему бактерии выделяют в особое царство

Для этих организмов характерны мельчайшие размеры, отсутствие оформленного ядра и исключительное строение. Поэтому, несмотря на внешнее сходство, их нельзя отнести к эукариотам, обладающим оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы оболочкой.

Благодаря всем особенностям в XX веке ученые выделили их в отдельное царство.

Самые древние бактерии

Мельчайшие одноклеточные считаются первой зародившейся жизнью на Земле. Исследователи в 2016 году обнаружили в Гренландии сохранившиеся в погребенном состоянии цианобактерии возрастом около 3,7 миллиарда лет.

В Канаде найдены следы микроорганизмов, живших примерно 4 миллиарда лет назад в океане.

Функции бактерий

В биологии между живыми организмами и средой обитания бактерии выполняют следующие функции:

переработка органических веществ в минеральные;
фиксация азота.

В жизни человека одноклеточные микроорганизмы играют важную роль с первых минут рождения. Они обеспечивают сбалансированную микрофлору кишечника, оказывают влияние на иммунитет, занимаются поддержанием водно-солевого баланса.

Запасное вещество бактерий

Запасные питательные вещества у прокариота скапливаются в цитоплазме. Их накапливание происходит в благоприятных условиях, а потребляется в период голодания.

К запасным веществам бактерий относятся:

полисахариды;
липиды;
полипептиды;
полифосфаты;
отложения серы.

Главный признак бактерий

Функцию ядра у прокариота выполняет нуклеоид.

Поэтому главным признаком бактерий является сосредоточение наследственного материала в одной хромосоме.

Почему представителей царства бактерии относят к прокариотам

Отсутствие оформленного ядра послужило причиной отнесения бактерий к прокариотным организмам.

Как бактерии переносят неблагоприятные условия

Микроскопические прокариоты способны длительное время переносить неблагоприятные условия, превращаясь в споры. Происходит потеря воды клеткой, значительное уменьшение объема и изменение формы.

Споры становятся нечувствительны к механическим, температурным и химическим воздействиям. Таким образом сохраняется свойство жизнеспособности и осуществляется эффективное расселение.

Заключение

Бактерии – древнейшая форма жизни на Земле, известная задолго до появления человека. Они присутствуют повсеместно: в окружающем воздухе, воде, в поверхностном слое земной коры. Местом обитания служат растения, животные, человек.

Активное изучение одноклеточных началось в XIX веке и продолжается по сей день. Данные организмы являются основной частью повседневной жизни людей и оказывают непосредственное влияние на существование человека.

Перейдем к вирусам.

Вирусы не относятся к прокариотам. Иногда их выделяют в отдельное царство, иногда описывают вне царств природы. Существуют некоторые проблемы с классификацией вирусов, споры на тему, считать вирусы живыми или неживыми. Раньше вирусы считались наиболее простыми организмами, так как они самые маленькие, и в них меньше всего белков и ДНК, и полагали, что от вирусов произошли все остальные организмы. Но сейчас, когда установлено, что вирусы без клетки жить не могут, нет оснований думать, что они появились раньше клетки. Видимо, наиболее близко к истине представление о том, что вирусы – это "взбесившиеся" гены, т.е. это гены, которые стали автономными и приобрели систему собственного размножения.

Несмотря на все различия в форме и размерах, все вирусы образованы сходным образом. Все они покрыты белковой оболочкой и в их состав входит нуклеиновая кислота - РНК или ДНК. ДНК может быть кольцевой или линейной, РНК может быть одноцепочечной или двуцепочечной.

Рассмотрим строение частиц вируса на примере вируса герпеса. Белковая оболочка вируса, называемая нуклеокапсид, построена из белков и представляет правильный шестигранник. Вокруг имеется оболочка, которую вирус сторит из кусков клеточных мембран, которые организм не атакует, так как это мембраны его собственных клеток. Правда, эти мембрана инкрустирована вирусными белками, поэтому иммунная система вирус герпеса все-таки может распознать. «Заворачивание» в мембрану – это способ защиты вируса. Внутри белкового шестигранника находится линейная двуспиральная молекула ДНК. Ниже на рисунке справа изображена клетка, «нафаршированная» частицами созревающего вируса. Вирус герпеса размножается в клетках кожного эпителия, но при размножении частицы вируса инфицируют нервы, и по нерву вирус проникает в спинной мозг. Там вирусная ДНК встраивается в геном клеток корешков спинного мозга, поэтому, раз инфицировавшись, человек несет в себе вирусную ДНК. Излечить его навсегда невозможно, разве что вместе с клетками спинного мозга удалить. Время от времени геномные копии могут синтезировать новые вирусные ДНК. Но если у человека хорошо работает имунная система, то у него имеются антитела, защищающие его от этого вируса. Эти антитела не дают вирусу выбраться из своего укрытия. Но при ослаблении иммунной системы, например, при простуде, титр антител в крови падает, вирусы выходят из клеток спинного мозга и по нерву добирается до кожного эпителия, и там он уже начинает размножаться. Поэтому пузырьки, высыпающие в тех местах, через которые вирус попал в организм – чаще всего на лице, на губах – называют "простудой".

Близким родственником вируса герпеса является вирус ветрянки. Ветрянкой человек болеет один раз в жизни, обычно в детстве. Все тело ребенка покрывается герпетическими пузырьками; потом вирус ветрянки также поселяется в спинном мозге, и активация вируса вызывает воспаление нервов и высыпания на кожи, которые называются опоясывающий лишай. Процесс довольно болезненный и может лишить человека работоспособности на месяц.

Папилломавирус гораздо более мелкий, по сравнению с вирусом герпеса. Принципиально строение такое же. Передается при непосредственном контакте, в том числе при половом контакте. Папилломавирус довольно распространен; он вызывает разрастание эпителия (образуются бородавки и папилломы). Некоторые штаммы этого вируса онкогенны – они вызывают рак шейки матки у женщин. То есть, это форма рака, передающаяся половым путем. Сейчас разработаны вакцины, предохраняющие человека от этой формы рака.

Вирус иммунодефицита человека

Ниже на рисунке представлена модель и фотография вируса иммунодефицита челвоека (ВИЧ). Вирус вызывает синдром прогрессирующего иммунодефицита (СПИД). Вирусная частица содержит несколько белковых оболочек, внутри которых находятся две молекулы вирусной РНК. Этот вирус поражает лимфоциты, клетки, защищающие организм от инфекции. Разрушая лимфоциты, он лишает человека иммунной защиты против различных инфекций. Именно сопутствующие инфекции или опухоли, которые развиваются из-за ослабления иммунной защиты, являются причиной смерти больных СПИДом.

Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека характерен и для других вирусов, содержащих РНК, и встраивающих свой РНК-овый геном в геном хозяина.

Можно выделить следующие стадии:

Вирус прикрепляется к рецепторам на поверхности клетки.

Вирус проникает внутрь клетки с помощью этих рецепторов и "раздевается" - снимает с РНК белковую оболочку.

На вирусной РНК с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы) синтезирует на РНК копию ДНК. Ревертаза входит в состав вирусной частицы. Сначала синтезируется одна нить ДНК, потом РНК в этом комплексе разрушается РНКазой, и синтезируется вторая нить ДНК.

ДНК-копия вирусного генома проникает в ядро и встраивается в геном клетки. После этого вирус может там существовать несколько лет, ничем себя не проявляя. Это называется латентной фазой.

На встроенной в геном хозяина вирусной ДНК происходит транскрипция, синтезируются вирусные белки. Они запускают процессы, необходимые для обработки РНК и превращения ее в форму, которая входит в состав вирусных частиц. Затем происходит сборка инфекционных частиц.

Новые вирусные частицы выходят из клеток. После некоторого преобразования белков, входящих в состав варионов, частица становится инфекционной ("созревает"), и цикл может повториться опять.

Вероятность заражения ВИЧ при однократном воздействии

Сексуальные контакты (вагинальные, анальные, оральные) 1,0%

Переливание крови и препаратов из неё > 90%

Парентерально (загрязнённые медицинские и др. инструменты) от 1,0% до 90%

Ранения медперсонала загрязнёнными инструментами < 0,5 %

Перинатальное (беременность, роды) инфицирование от 2-5% до 30%

Защитные средства.

Небактериальные инфекции урогенитального тракта

Кроме бактериальных инфекций половым путем передаются также заболевания, вызываемые эукариотическими организмами – простейшими и грибами. К наиболее распространенным грибковым инфекциям, передающимся половым путем, относится кандидоз (молочница) – взывается дрожжеподобным грибком рода Candida.

Воспаление мочеполового тракта вызвает трихомонада – простейшее одноклеточное. Как и все эукариоты, трихомонада имеет ядро, но, что интересно, у нее нет митохондрий. Энергообеспечивающие органеллы трихомонады называются гидрогеносомами. Они выделяют молекулярный водород и эффективны при недостатке кислорода, когда аэробное дыхание малодоступно. Гидрогеносомы являются эволюционными производными митохондрий, и это доказано тем, что в них нашли ДНК. Кроме трихомонад, их содержат некоторые другие простейшие.

Трихомонада способна поглощать другие микроорганизмы. На фотографии внизу изображена трихомонада с гонококками, которые она захватила. Она при этом защищает их от действия антибиотиков, поэтому врач всегда учитывает, какое сочетание возбудителей обнаружено. Вначале нужно вылечить трихомоноз, и только затем бактериальные инфекции.

Лечат эти инфекции с помощью антибиотиков. Первым был выделен антибиотик из плесневого гриба пенициллум. Открытие сделал в конце 1920-х гг. Александр Флеминг, сотрудинк лаборатории при больнице в Лондоне (Нобелевская премия по медицине 1945). Антибиотик назвали пенициллином, его применение спасло жизни многих людей. Пенициллин действует на мембраны бактерий. Он относится к классу бета-лактамных антибиотиков. В молекуле этих антибиотиков есть так называемая лактамное кольцо. Оно имитирует элемент бактериальной клеточной стенки, поэтому ферменты, которые строят клеточную стенку, связываются с молекулой антибиотика и ингибируются. В клеточной стенке бактерии появляются "дыры", и клетка может просто лопнуть. К антибиотикам этой группы относятся также цефалоспорины.

Антибиотики других групп, в том числе тетрациклин, блокируют разные этапы синтеза белков на мРНК. Они действуют только на мелкие прокариотические рибосомы. У человека, также как и у других эукариотических организмов, рибосомы крупные. Но в митохондриях содержатся рибосомы прокариотического типа, и поэтому этот класс антибиотиков повреждает митохондрии. Обычно в первую очередь страдают митохондрии в клетках, работающих в среднем ухе, поэтому в качестве осложнений при лечении такими атибиотиками может развиться глухота. При лечении необходимо соблюдать рекомендованные дозы лекарства, и не использовать один за другим несколько антибиотиков с одинаковым побочным действием.

Противогрибковые антибиотики воздействуют на мембрану клеток грибов, поскольку грибы – это эукариоты, и на рибосомы у них воздействовать трудно. Мембраны у них отличаются от мембран человеческих клеток, поэтому можно блокировать ее синтез.

Список литературы

М.В. ГУСЕВ, Л.А. МИНЕЕВА. МИКРОБИОЛОГИЯ учебник для студентов биологических специальностей университетов ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1992 (http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/index.html)

Информация по ЗППП (http://www.primer.ru/std/gallery_std/)

Мокеева Т.М. Заболевания, передающиеся половым путем. Биология в школе, 1996, №2.

"Любовь земная ", Энциклoпедия "ABAНТА", том "Человек" (PDF, 274 Кб)

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://bio.fizteh.ru

Симбиоз, или взаимовыгодное сожительство двух или более организмов, известен уже давно. Но это никак не отменяет того факта, что многие нюансы данного явления до сих пор не изучены или изучены слабо.

Впервые это удивительнейшее природное явление обнаружил швейцарский ученый Швенденер в 1877 году. В то время он как раз исследовал лишайники. К его глубочайшему изумлению оказалось, что эти организмы являются составными, образованными колониями грибов и одноклеточных простых водорослей. Сам термин «симбиоз» в научной литературе появился несколько позднее. Точнее, его предложил в 1879 году де Пари.

С самим понятием люди разобрались сравнительно быстро, но зато остался вопрос с трофикой. Чем вообще питаются некоторые виды симбиотических организмов? В случае с теми же лишайниками было понятно, что водоросли живут за счет фотосинтеза, но вот откуда получает питательные вещества грибной компонент? Если вы тоже не знаете ответа на этот вопрос, предлагаем прочесть нашу статью.

Общие сведения

Современные ученые выяснили, что симбионты - это организмы, которые питаются (чаще всего) тем же, что потребляет доминирующий организм. Впрочем, это очень грубое и не слишком корректное определение, а потому следует описать несколько наиболее интересных случаев подробнее.

Вы наверняка сможете привести несколько примеров самостоятельно. Так, полезные бактерии для человека в большом количестве имеются в ацидофильных йогуртах. Люди дают этим простейшим прекрасную среду обитания, а бактерии обеспечивают идеальное функционирование нашего желудочно-кишечного тракта.

К слову, этим воспользовался небезызвестный Кутушов. Симбионты, культуры которых он продает, обеспечивают значительное улучшение функционирования ЖКТ даже у пожилых людей, у которых с этим зачастую наблюдаются большие проблемы.

Водоросли как главные симбионты

Биологи давно выяснили, что без участия водорослей не обходится ни одна симбиотическая пара организмов. Причем речь идет не только о водных, но и о сугубо сухопутных организмах. Они умудряются вступать во взаимовыгодные отношения как друг с другом, так и с бактериями, грибами, Следует знать, что перечень водорослей, которые способны к симбиозу, довольно ограничен.

Необычные формы взаимоотношений водорослей с прочими организмами

Лишайники и ленивцы - пример долгосрочных стабильных отношений между двумя формами жизни. Но далеко не всегда симбионты-бактерии и водоросли образуют с другими организмами столь прочные и длительные союзы. Так, они нередко просто селятся на поверхности Конечно, о полноценном симбиозе в этом случае речи не идет. Такое явление называется эпифитированием. Мельчайшая пленка из простейших водорослей часто покрывает не только раковины моллюсков, но и поверхность тела некоторых водоплавающих птиц и морских животных. Так, водоросли-эпифиты в больших количествах селятся даже на гигантских китах.

Ученые до сих пор не могут договориться о том, с какой точки зрения следует рассматривать взаимоотношения между эпифитом и многоклеточным организмом. Некоторые считают, что данное явление лучше принимать как примитивную, первичную версию симбиотических отношений.

Справедливости ради, согласиться с такой точкой зрения сложно. Эпифиты и впрямь не наносят прямого вреда организмам, на поверхности которых они селятся, вот только и пользы (видимой во всяком случае) от них также не наблюдается.

Вред от эпифитов

Но! Явление эпифитизма изучено очень и очень плохо. Вполне возможно, что эти отношения на самом деле приносят пользу не только водорослям, но и многоклеточным организмам. Загадка все еще ждет своего исследователя. А чем питаются симбионты, если обитают внутри клетки высшего животного или растения?

Внутриклеточные симбионты

Не так уж и редко симбионты могут жить внутри клеток своего «хозяина». Если говорить о тех же водорослях, то их называют эндофитами. Они образуют эндосимбиозы, которые уже намного сложнее вышеописанных явлений. Между партнерами в этом случае уже образуются тесные, прочные и долговременные связи. Их главное отличие заключается в том, что выявляются такие симбионты-простейшие только в результате достаточно подробных и сложных цитологических исследований.

Важно! Ученые сравнительно давно доказали, что важнейшие клеточные органоиды - митохондрии у животных и хлоропласты у растений - образовались в незапамятные времена именно благодаря симбиотическим отношениям. Когда-то они были самостоятельными организмами.

В какой-то момент эти внутриклеточные симбионты перешли к полностью «оседлому» существованию внутри живой клетки, а затем и вовсе стали зависимыми от нее, передав управление своим геномом в ее ядро (частично). Так что можно смело заявлять о том, что все ныне известные формы жизни, которые стремятся к взаимовыгодному существованию, имеют все шансы когда-то стать единым целым с теми организмами, с которыми у них сегодня существуют партнерские отношения.

Как симбионты проникают внутрь клетки?

Как микроорганизмы оказываются в клетках высших животных и растений? Некоторые виды обладают специально предназначенными для этого механизмами. Причем нередко они имеются не у самого симбионта, а у «принимающей стороны». Есть такой мелкий водный папоротник - азолла (Azolla). На нижней полости его листьев имеются узкие проходы, которые ведут в каверны, специализирующиеся на выделении слизи. Вот в эти-то полости и попадают сине-зеленые водоросли анабены (Anahaena azollae), которые заплывают в каверны вместе с током воды.

Папоротник растет, каналы зарастают, водоросли остаются в полной изоляции. Ученые долго пытались создать на базе азоллы колонии других видов, но никакого успеха они так и не достигли. Можно с уверенностью говорить о том, что образование симбиотической связи возможно только в случае полного совпадения ряда параметров. Кроме того, подобный союз отличается ярко выраженной видовой специфичностью.

Таким образом, симбионты - это организмы, которые питаются благодаря специфичным для своего вида процессам (азотфиксирующие микроорганизмы), разделяют ценные вещества с партнером, но при этом нуждаются в определенных условиях, которые может предоставить только он.

Чем выгодно такое сосуществование?

Отметим, что внутри полостей азоллы находится много азотистых соединений. которые попадают внутрь организма папоротника, не только активно их усваивают, но и полностью лишаются способности к самостоятельной фиксации атмосферного азота. Организмы-симбионты отвечают взаимностью, снабжая папоротник кислородом и некоторыми органическими веществами.

Следует заметить, что эти симбионты не претерпевают практически никаких изменений в своей внутренней организации. Впрочем, так дела обстоят далеко не во всех случаях внутриклеточного симбиоза. Чаще всего те водоросли, которые вступают во взаимовыгодное сотрудничество с другими организмами, отличаются полной редукцией клеточной оболочки. К примеру, такое происходит у сине-зеленых водорослей, которые образуют симбиотическую связь с некоторыми видами

Термиты и внутриклеточные симбионты

Сравнительно долгое время все ученые пребывали в недоумении, размышляя о процессах пищеварения термитов. Как этому биологическому виду удается процветать, питаясь одной только древесиной? Сравнительно недавно было все же выяснено, что за непосредственную переработку древесной целлюлозы отвечают мельчайшие симбионты-бактерии, являющиеся симбионтами простейших, которые обитают в кишечнике самих термитов. Такая вот сложная, но весьма действенная схема.

Вот только исследователи все равно не понимали, откуда насекомые берут достаточное количество энергии: как-никак, целлюлоза в любом случае не отличается особой питательностью. Кроме того, им требуется огромное количество азота. Такого объема в переваренной древесине деревьев нет просто по определению. Недавно ученые из Японии пришли к феноменальному результату, который ими был получен при тщательном изучении генома симбионтов жгутиконосцев, живущих в ЖКТ термитов.

Что же оказалось в их геноме?

Там много интересного. В частности, ученые смогли обнаружить не только те гены, которые отвечают за выработку фермента для разрушения целлюлозы, но и те, которые ответственны за азотфиксацию. Последняя представляет собой сложнейший процесс связывания атмосферного азота с образованием тех его форм, которые могут быть усвоены растительным или животным организмом. Это чрезвычайно важно, так как полученный таким способом азот используется термитами и их жгутиконосцами для синтеза белка.

Проще говоря, в рассмотренном случае симбионты - это организмы, которые питаются древесиной, потребляемой термитами. Симбионты симбионтов жгутиконосцев) отвечают за фиксацию азота, без которого не сможет жить ни сам термит, ни его «постояльцы».

Бобовые растения и симбионты

Раз уж мы вспомнили об азотфиксирующих бактериях, никак нельзя не сказать о бобовых растениях. Они, как помнит всякий, кто изучал ботанику, отличаются поразительно высоким содержанием растительного белка. Это обстоятельство также с давних пор чрезвычайно удивляло ученых. Бобы умудрялись образовывать достаточное количество протеина даже в тех условиях, когда в почве практически не было азота!

Оказалось, что его поступление обеспечивали организмы симбионты. Да-да, это были все те же азотфиксирующие бактерии, удобно проживающие в клубеньках на корнях всех бобовых растений. Они извлекают драгоценный азот из воздуха, переводя его в хорошо усвояемую форму.

Коммерческое использование симбионтов

Неудивительно, что медики с давних пор культивируют полезные бактерии для человека. Сперва это происходило в виде производства йогуртов и других молочнокислых продуктов, но сегодня исследования вышли на совершенно новый уровень.

Особенно известными на сегодняшний день стали симбионты Кутушова. Что это такое? В настоящее время под этой товарной маркой продаются культуры кисломолочных организмов, которые улучшают процессы пищеварения.

Все симбионты Кутушова (точнее, их культуры) основаны исключительно на древних монгольских рецептах блюд из кисломолочных продуктов. Так что они действительно способны улучшить ваше общее самочувствие и даже внешний вид.

Разработал их ученый Кутушов. Симбионты в культурах тщательно подобраны, они обеспечивают организм человека ценными аминокислотами и микроэлементами. Именно за счет этого и достигается положительный эффект.