Trăirea împreună în natură: Simbioza nu este doar reciproc benefică
„Pe termen lung, simbioza este mai utilă decât parazitul. Și, de asemenea, mai distractiv. Întrebați orice mitocondrie. ”- Larry Wall, programator
Interacțiunile strânse între diferite forme de viață sunt extrem de frecvente în natură. Chiar și celulele noastre sunt rezultatul unei relații simbiotice *. Celulele tuturor organismelor eucariote au fost create ca urmare a coexistenței și cooperării dintre bacterii, care în sute de milioane de ani de evoluție s-au transformat în mitocondrii, cloroplaste și alte organite celulare.
Simbioza nu este ca simbioza
Sub termenul simbioză înțelegem orice relație strânsă și durabilă între două specii diferite de organisme. Cu toate acestea, în discursul laic, termenul „simbioză” este adesea confundat în mod arbitrar cu o formă specifică de simbioză, pe care o numim mutualism. Simbioza este, de fapt, un termen larg care include parazitism.
În funcție de modul în care cei doi parteneri sunt în contact fizic, putem împărți relațiile simbiotice în endosimbiotic (unul dintre parteneri se află în corpul celuilalt) a ectosimbiotic (la suprafață sau în afara corpului). De asemenea, variază și gradul de dependență de relația simbiotică. Dacă organismele nu pot supraviețui unul fără celălalt, vorbim despre obligatoriu (obligatorie) simbioză. Dacă relația este opțională, este o simbioză opțional.
Pentru a clarifica natura relației în diferite forme de interacțiuni biologice, vom folosi semnele plus (+) și minus (-). Un semn plus va indica o relație avantajoasă, un semn minus una nefavorabilă. Notăm relația neutră cu simbolul zero (0). Într-o relație mutualistă, ambele părți beneficiază, deci este o coexistență reciproc (reciproc) benefică (+, +). Practic, fiecare organism de pe Pământ are o relație mutualistă cu un alt organism. Există nenumărate exemple în sălbăticie. Un întreg grup de organisme numit licheni este rezultatul cooperării dintre doi parteneri - ciuperci și alge, sau cianobacterii.
Lichenii sunt un exemplu de manual de mutualism. Acestea sunt organisme compozite compuse dintr-un fungic (micobiont) și alge sau componentă cianobacteriană (fotobiont). În timp ce fotobiontul furnizează energie prin fotosinteză, micobiontul o protejează și obține apă și substanțe nutritive din mediu. Datorită cooperării, lichenii sunt mai mult decât suma celor două componente ale acestora. Mulți dintre ei pot supraviețui în mediul extrem al deșerturilor și regiunilor polare. De asemenea, se agață de stânca goală, făcându-i pionieri în procesele succesiunii primare. **
Acei culegători de ciuperci care sunt interesați de obiectul „vânătorii” lor din punct de vedere non-gastronomic au auzit deja despre micoriza - relație mutualistă între ciuperci și rădăcinile plantelor. În timp ce simbiotul fungic (fungic) obține un aport nelimitat de hidrocarburi bogate în energie din plantă, acesta beneficiază la rândul său de faptul că ciuperca crește semnificativ suprafața sistemului radicular, facilitând absorbția plantei. apă și substanțe nutritive din sol. Interacțiuni mutualiste pot fi găsite și între ciuperci și animale. Mai multe grupuri de insecte - termite, furnici de foioase sau gândaci de ambrozie - crește simbionți fungici în termite, furnici și camere. Ciuperca este bine îngrijită și își servește „grădinarii” ca sursă permanentă de hrană. Apropo, termite. Și, de fapt, toate animalele erbivore care digeră celuloza sau lignina conținută în lemn pot face acest lucru numai datorită microorganismelor simbiotice din tractul lor digestiv. Sistemul nostru digestiv găzduiește, de asemenea, o microflora intestinală uimitor de diversă.
Gândacii de ambrozie includ mai multe linii evolutive de portaltoi (gandaci, inclusiv notorii care mănâncă lichen de molid) și rozătoare de bază, ale căror larve și adulți se hrănesc exclusiv cu ciuperci de ambrozie cultivate în coridoarele din lemn excavat. Sporii fungici sunt transmiși de gândaci în formațiuni speciale de pe suprafața corpului. Datorită coexistenței lor cu ciuperci de ambrozie, acești gândaci sunt extrem de răspândiți și de succes, iar unii dintre ei au devenit dăunători invazivi temuți pe plantele lemnoase din SUA și Europa.
Pentru ecosistemele terestre, una dintre cele mai importante relații mutualiste este între animale polenizatori (insecte, păsări, lilieci) și plante cu flori. Legăturile strânse dintre partenerii simbiotici înseamnă că organismele se influențează reciproc asupra dezvoltării evolutive. Vorbim despre acest fenomen evolutiv coevolutia. De exemplu, diversificarea (înflorirea) plantelor cu flori de la sfârșitul Mesozoicului a provocat un uriaș boom evolutiv și în polenizatorii lor de insecte. Insectele au răspuns la diversitatea crescândă a insectelor înflorite diversificându-se într-o multitudine de forme adaptate polenizării diferitelor specii de plante. Astăzi, insectele sunt cel mai mare grup de animale, cu un număr estimat de specii numărate în milioane.
Am găsi, de asemenea, multe exemple de mutualism în oceane. Pentru ecosistemele recifelor de corali, cea mai importantă relație este între corali A alge endosimbiotice. Coralii conțin alge din grupul Zooxanthellae în corpul lor, care sunt capabili de fotosinteză. Coralii erau considerați ca plante, dar aceste animale coloniale adăugate conțin o componentă vegetală. Din acest motiv, coralii nu pot exista decât în ape puțin adânci și limpezi. Zooxantelii trăiesc nu numai în simbioză cu coralii, ci și cu alte nevertebrate marine - anemonele, meduzele, melcii uriași sau moluștele bivalve gigantice (genul Tridacna).
Distribuția uriașă (Tridacna gigas) are o dietă mixtă (așa-numita mixotrofie). Adulții trăiesc la suprafață și obțin 70-100% din nutrienți prin alge simbiotice din genul Symbiodinium, pe care le păstrează în manta. Procentul rămas de alimente este asigurat prin filtrare.
Comensalismul - dacă celuilalt nu se supără.
O altă formă de interacțiune biologică este comensalism. Indică o situație în care doar unul dintre parteneri beneficiază de relație, în timp ce celălalt nu este afectat (+, 0). Comensalismul este mai puțin explorat decât mutualismul și parazitismul, ceea ce se poate datora faptului că nu se întâmplă nimic „suplimentar” în comensalism. Cu toate acestea, această apariție este greșită. În plus, comensalismul este răspândit în natură.
Poate cel mai cunoscut exemplu de comensalism este foresia - fenomenul când un animal este transportat la altul. Comportamentul foretic este comun mai ales în rândul artropodelor. Această formă de „transport” este utilizată în mod popular, de exemplu, de larvele gândacilor de maia (genul Meloe), care sunt prinse pe corpurile albinelor din florile plantelor și sunt „transportate” la stupi. Foresia este, de asemenea, un mod de transport standard pentru mulți acarieni, care folosesc de obicei insecte și vertebrate mult mai mobile pentru transportul pe distanțe lungi. Animalele foretice bine-cunoscute din mări sunt peștii-scut (genul Remora). Aripioara lor dorsală este transformată într-un organ de aspirație, prin care sunt capturați de o gazdă, cum ar fi un rechin sau un paradis. Cu toate acestea, peștele-scut nu numai că folosește vertebrate marine mai mari ca mijloc de transport, ci mănâncă și resturi alimentare, paraziți sau chiar fecalele gazdei lor. Natura acestei interacțiuni biologice este deci mai asemănătoare mutualismului decât comensalismul datorat „serviciului igienic” din partea viermelui scut.
Remora s-a „lipit” fără teamă de gazda sa prădătoare - rechinul lămâie (Negaprion brevirostris).
Am găsi o mulțime de comensale între ele organisme bacteriene în asociere cu gazde eucariote. Acest fenomen se manifestă în principal prin crearea așa-numitelor biofilme - comunități bacteriene pe suprafețele corpului animalelor și plantelor. Pare aproape de necrezut, dar greutatea totală a tuturor microbilor din corpul uman este de aproximativ 1,25 kilograme! Unii dintre acești microbi sunt mutualiști, dar marea majoritate pot fi descriși drept comensale. Le putem găsi practic peste tot - la suprafața pielii, în cavitatea bucală, în sistemul respirator, digestiv și excretor. Când stabilitatea comunității microbiene este afectată, unele (de exemplu, bacterii Staphylococcus) trec de la comensale la agenți patogeni agresivi.
Alte tipuri de interacțiuni biologice
Un tip specific de interacțiune între două specii este amensualism, ceea ce este mult mai puțin frecvent decât fenomenele anterioare. În acest caz, un organism nu este afectat, în timp ce celălalt pierde (0, -). Un exemplu este coloniile de cuibărit a două specii de păsări marine din Galapagos. Potrivit unui studiu, indivizii țâței cu piciorul albastru (Sula nebouxii) sunt împinși din cuiburi de rudele lor mai agresive - sula Galapagos (Sula granti), în timp ce agresorii aparent nu suferă de prezența albastru- țâșnit cu picioarele. Dacă ar fi așa, ar fi o relație concurență (-, -), adică concurența între specii.
Paraziți și prădători
Este posibil să fiți surprins de aceste informații, dar parazitism este cel mai comun mod de viață pe Pământ. Aproximativ jumătate din toate plantele și animalele sunt parazite în cel puțin o etapă de dezvoltare a ciclului lor de viață. Practic toate speciile sunt parazitate de altcineva, chiar și paraziții au propriii lor paraziți! Corpul uman găzduiește peste 350 de specii de paraziți, fără a mai menționa virușii și bacteriile. Dintre animale, am găsi 9 tulpini separate, care sunt exclusiv parazitare.
Principiul parazitismului este simplu - parazitul se hrănește în detrimentul gazdei sale, astfel încât relația este benefică pentru o parte, dar negativă pentru cealaltă (+, -). Formele de parazitare sunt foarte diverse și vă vom aduce informații mult mai detaliate despre acestea într-un articol viitor. În acest moment, adăugăm că o altă formă de interacțiune biologică foarte răspândită este prădare, astfel, consumul unui organism de către altul. Aceeași combinație de simboluri se aplică acestei relații ca și parazitismului (+, -).
* Teoria endosimbiotică sau simbiogeneza spune că celulele cu nucleul drept (eucariot) au apărut dintr-o combinație de celule bacteriene procariote mai simple. Există suficiente dovezi pentru simbiogeneză, de la existența propriilor informații genetice în mitocondrii și plastide până la incapacitatea unei celule de a forma organite noi, altele decât prin divizarea binară a celor existente.
** Succesiunea este procesul prin care se modifică structura speciilor unei comunități de organisme dintr-un ecosistem. Culmea succesiunii este așa-numitul punctul culminant, adică comunitatea care este cea mai stabilă din punct de vedere ecologic în condițiile date (în Slovacia sunt în principal păduri de stejar, fag, mixte și în munții mai înalți molid). O succesiune primară este una în care, ca să spunem așa, „începe de la zero”. Un exemplu este colonizarea treptată a unei insule vulcanice nou formate de către organismele vii.
Surse:
Begon M, Townsend CR, Harper JL (2009) Ecology. Hoboken, NJ, Wiley-Blackwell.
Hirsch AM, Fujishige NA (2008) Comensalisme. În: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 1, pp. 679-683. Amsterdam, Elsevier.
Holland JN, Bronstein JL (2008) Mutualism. În: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 3, pp. 2485-2491. Amsterdam, Elsevier.
Kitching RL, Harmsen R (2008) Amensalism. În: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 1, pp. 160-162. Amsterdam, Elsevier.
Lafferty KD (2008) Paraziti. În: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 4, pp. 2641-2650. Amsterdam, Elsevier.
Poze: Christoph Specjalski, Jiří Hulcr, Albert kok