Что такое симбиоз в природе?
Симбиозом называется любая ассоциация между двумя различными видами популяций. Его изучение является квинтэссенцией системной биологии, которая объединяет не только все уровни биологического анализа, от молекулярного до экологического, но также изучает взаимосвязи между организмами в трех доменах жизни. Развитие этой области находится все еще на ранней ее стадии, но в скором будущем результаты не заставят себя долго ждать.
Виды симбиоза
Комменсализм - такая форма симбиоза между организмами разных видов, при которой один из них (комменсал) использует жилище или сам организм хозяина как место поселения и может питаться остатками пищи или продуктами его жизнедеятельности. При этом комменсал не приносит вреда хозяину, хотя и пользы тоже не приносит. Примером комменсализма может служить сосуществование некоторых видов рыб и коралловых полипов. Рыбы находятся под защитой щупалец со стрекательными клетками коралловых полипов и могут использовать остатки пищи хозяина. Разновидностью комменсализма является нахлебничество, когда комменсал только использует остатки пищи хозяина. Например, гиены питаются остатками пищи львов.
В случае мутуалистических взаимоотношений каждый из видов получает определенную пользу. Например, жгутиковые простейшие, которые поселяются в кишечнике некоторых насекомых (тараканов, термитов) и питаются его содержимым. В свою очередь, они помогают хозяину переваривать пищу.
Подавляющее большинство животных питается дарами леса и поля. Семена, плоды, цветки, листья, кора деревьев и даже их сердцевина — все это, так или иначе, является пищей самых разнообразных представителей животного мира. Но как зависит жизнь растений, в том числе и крупных деревьев, от грызунов, птиц, летучих мышей, слонов, черепах и других животных — и диких, и домашних.
Некоторые тропические растения являются и некотором роде «коллегами» омелы. Подобно ей, они живут за счет соседей и крадут у них питательные вещества, прикрепляя свои корни к их корням. Интересно, что жертвы нисколько от этого не страдают и терпят нахлебников.
Один из самых ярких примеров взаимопомощи растений — это содействие взрослых растений одного вида выживанию молодых всходов другого вида.
Понять сложные механизмы взаимодействия растений друг с другом непросто: мы не можем просто сидеть и наблюдать за их ссорами, взаимопомощью, общением, как мы наблюдаем поведение птиц, зверей, насекомых и других животных. Правда, и о поведении многих зверей ученые узнали не столько из прямых наблюдений, сколько «прочитывая» по следам, оставленным меткам, гнездам, норам и т.п., что они делали, как спасались от врагов, чем и когда питались. Так и о «поведении» растений многое могут рассказать «застывшие» проявления их жизнедеятельности.
Растения могут «общаться» друг с другом с помощью химических сигналов, однако воздушным путём их возможности коммуникации не ограничиваются. Предупреждения от одного растения к другому, например, о заражении вредителями, могут передаваться через микоризу - симбиотические грибы, структуры которых оплетают корни растений и позволяют им получать гораздо больше питательных веществ и воды из почвы. Когда ещё незаражённое растение принимает сигнал тревоги, оно заранее начинает выделять репелленты против конкретных вредителей или другие вещества, привлекающие врагов этих вредителей.
Совы иногда селят в своих гнёздах маленьких змей. Они питаются мелкими насекомыми, конкурирующими с совятами за принесённую совой добычу. Птенцы в результате такого симбиоза быстрее растут и меньше болеют.
В яйца, откладываемые саламандрами, проникают зелёные водоросли. Они снабжают эмбрион кислородом, а взамен получают азот от отходов эмбриона. Недавно было обнаружено, что такой симбиоз передаётся по наследству, так как ДНК водорослей содержится непосредственно в репродуктивных органах взрослых саламандр.
У муравьёв есть своё «животноводство» - они разводят тлей, которые сосут из растений сок и выделяют его избыток в виде обогащённых сахаром капелек. Тля выбрызгивает такое «молочко» прямо в рот муравья, после того как он помассирует ей брюшко усиками. Для «стада» тлей муравьи строят укрытия, которые защищают их от непогоды и нападения других насекомоядных.
Что такое симбиоз в психологии?
В психологии симбиозом обозначают состояние, в котором содержание личного бессознательного одного человека переживаются у другого. Это такой союз одного человека с другим, в котором каждый попадает в полную зависимость от другого
Есть у таких отношений ряд особенностей:
Симбиоз в социальной жизни
Симбиоз науки и религии
Интерес к теме, касающейся взаимодействия науки и религии, существовал всегда. В истории известно несколько примеров, когда совершались попытки, чтобы связать эти два понятия. Веру люди используют в ситуации, когда нет возможности объяснить что-то из-за отсутствия научных подтверждений. Люди, проводящие исследования в этой сфере, утверждают, что взаимный симбиоз невозможен, поскольку общего у религии и веры нет ничего, это системы знаний, которые не допускают внесения никаких изменений.
Проблема заключается и в принципиальном подходе к использованию этих сфер, так наука подразумевает проведение экспериментов, выдвижение гипотез и многое до сих пор остается непознанным. Что касается религии, то здесь, главное – вера. При этом стоит заметить, что не всегда выходит отделить знания религии и науки, например, многие религиозные направления часто используют логику и опыт.
Культурный симбиоз
Многочисленные страны могут похвастаться своей уникальной культурой: традициями, архитектурой, искусством, религией и так далее. Каждый народ может внести свою уникальную лепту в мировое развитие. Многие годы странам удавалось сохранять свою индивидуальность, но благодаря прогрессу возник симбиоз культур, который стал возможен благодаря тому, что люди могут легко путешествовать в разные уголки мира. Способствовали смешению национальных особенностей телевидение и интернет.
Слово «симбионт» происходит от древнегреческого «совместная жизнь, сожительство» и обозначает различные живые организмы, поддерживающие существование друг друга. Процесс тесного и длительного сожительства разных видов живых организмов называют симбиозом. Такие взаимоотношения между симбионтами успешны в том случае, если они приносят пользу всем участникам процесса и повышают их шансы на выживание. Яркий пример – бактерии-симбионты, живущие в кишечнике человека, без которых процесс пищеварения, а, следовательно, и наша жизнь были бы невозможны.
Симбиоз как залог выживания
- двух животных (бегемот и птичка, которая чистит ему зубы);
- растений и насекомых (цветы, опыляемые только одним видом насекомых);
- микроорганизмов и растений ( , участвующие в процессе получения пищи бобовыми);
- человека и бактерий (микроорганизмы, которые обитают в нашем кишечнике, помогают выжить нам и радуются жизни сами);
- даже отдельных клеток друг с другом (симбиоз доядерных клеток-прокариотов породил полноценную клетку-эукариота с четко оформленным ядром, что положило начало процессу эволюции на нашей планете).
А есть еще лишайники как результат симбиоза гриба и водоросли, которые выживают там, где по отдельности ни грибы, ни водоросли жить не смогут. Есть сосуществование краба и актинии, когда первый является средством передвижения, а вторая – оборонительным оружием. И таких примеров не счесть.
Рассмотрим два примера симбиоза микроорганизмов с человеком и растениями – бактерии-симбионты человека и клубеньковые бактерии, участвующие в процессе питания бобовых.
Макроорганизм + микроорганизм = человек
Бактерии-симбионты живут в нашем кишечнике, на слизистых, на коже и составляют так называемую нормальную микрофлору. Наши родные микроорганизмы:
- Дают защиту всему организму, убивая или лишая пищи «пришлые» бактерии. Они не дают возможности расселиться на коже или слизистых опасным микробам или вирусам, пришедшим извне, тем самым создавая иммунную систему организма.
- Участвуют в пищеварении. Бактерии, живущие в кишечнике человека, вырабатывают пищеварительные ферменты, без которых невозможно усвоение некоторых видов пищи.
В формировании нормальной микрофлоры человека принимают участие около 500 видов различных бактерий. Так, наличие в организме человека кишечной палочки (в определенных количествах) – непременное условие для переваривания лактозы. В свою очередь лактобактерии перерабатывают полученную лактозу и другие углеводы в молочную кислоту, участвуя в процессе получения энергии.
Где и чем живут наши маленькие друзья?
Бактерии есть практически по всей длине желудочно-кишечного тракта, начиная от ротовой полости до прямой кишки. Но самые важные обитают именно в кишечнике. Здесь они вырабатывают ферменты и витамины, без которых процесс пищеварения попросту невозможен.
На каждом участке кишечника живут именно те микроорганизмы, которые приспособлены к определенным условиям обитания и содержанию питательных веществ. Например, в слепой кишке самой многочисленной группой являются бактерии, расщепляющие целлюлозу, что делает возможным переработку клетчатки.
Бактериям тонкого кишечника приходится выживать в довольно жестких условиях. Именно здесь находятся агрессивные вещества, смертельные для многих микроорганизмов. Например, соляная кислота, необходимая для пищеварения, убивает значительное количество микробов. Только несколько видов бактерий и дрожжей способны выжить в такой среде.
Кроме того, именно в тонком кишечнике процесс поглощения питательных веществ идет полным ходом. Это значит, что бактериям приходится сражаться за пищу с самим организмом. А еще сюда попадают не до конца обработанные вещества, не всегда пригодные для питания бактерий.
Тонкий кишечник связан с кровеносной и лимфатической системами, переносящими полученные питательные вещества. А нервная система по сигналу тонкого кишечника регулирует состав и количество гормонов, необходимых организму. То есть тонкий кишечник, благодаря своим симбионтам, является энергетической станцией и поставщиком питательных веществ.
В живется значительно привольней, поэтому их количество и видовое разнообразие гораздо больше. В толстый кишечник организм отправляет непереваренные остатки пищи и другие отходы (осколки до размеров молекул) для дальнейшего вывода наружу.
Враги наших друзей
Антибиотики – относительно недавнее изобретение человечества. Сложно подсчитать, сколько жизней было спасено благодаря этому открытию. Однако, как известно, за все нужно платить. Антибиотики , не делая различий на хороших и плохих.
Именно поэтому после приема антибиотиков микрофлора кишечника выглядит весьма печально. Это моментально сказывается не только на нашем пищеварении, но и сильно снижает иммунитет. То есть, получается, опасность подцепить следующее заболевание становится больше после приема лекарств, предназначенных защитить наше здоровье.
Ученые пытаются разрушить этот замкнутый круг, разрабатывая все новые, узконаправленные, препараты. Но долгие годы широкого использования антибиотиков привели к тому, что микрофлора человека становится все более слабой. А отсутствие или недостаточное количество бактерий-симбионтов влечет за собой целый букет хронических заболеваний: диабет, рак, ожирение и т.д.
Симбионты в растительном царстве
Растения в своем стремлении выжить тоже не стесняются использовать симбионты. Например, хорошо известный лишайник, по сути, не является отдельным растением. Это симбиотическая система зеленых водорослей и грибов.
Как известно, водоросли не могут выжить без воды, а грибы не способны самостоятельно синтезировать питательные вещества (они используют то, что произвели другие микроорганизмы). Но эти недостатки взаимно уничтожаются в симбиотической группе. Водоросли с помощью фотосинтеза создают питательные вещества для грибов, а взамен получают комфортную среду обитания: необходимую влажность, кислотность почвы, защиту от ультрафиолета. В результате лишайники умудряются не просто выживать, но весьма уверенно чувствовать себя в довольно суровых условиях, где у них нет конкурентов за место под солнцем.
Еще одним примером симбиоза служат орхидеи, в корневой системе которых живут грибы и микроорганизмы. В этом тройственном союзе бактерии отвечают за тесную взаимосвязь растения-хозяина и гриба-симбионта. Самое поразительное, что не только грибы и микроорганизмы не могут существовать без растения, но и орхидея погибает, если уничтожить ее симбионтов.
Но самым, пожалуй, ярким примером растительной симбиотической системы являются клубеньковые семейства бобовых.
Как вырастить хороший урожай бобовых
В воздухе, которым мы дышим, есть азот (аж 78% от общего объема). Этот химический элемент в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, а значит, жизненно необходим все живым организмам на Земле.
Человек и животные получают азот вместе с пищей, в основном из белков животного и растительного происхождения. Но откуда же берут азот растения?
Получать азот напрямую из атмосферного воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но, во-первых, его очень мало, во-вторых, значительная его часть содержится в органических соединениях, усваивать которые растения не в состоянии.
И вот здесь вступают в игру . Они умеют превращать органические соединения, содержащие азот, в минеральные (нитраты), доступные для питания растений.
Отдельное место в ряду азотфиксирующих бактерий занимают так называемые клубеньковые. Эти микроорганизмы-симбионты образуют клубеньки на корнях бобовых растений (клевера, люпина, гороха, вики). Клубеньковые бактерии связывают свободный атмосферный азот и доставляют его прямо к столу своего растительного хозяина.
Таким образом, с помощью клубеньков-симбионтов растения получают возможность получать азот, а микроорганизмы, в свою очередь, берут от растений питательные вещества (продукты углеводного обмена и минеральные соли) для собственного роста и развития.
Для успешного развития системы симбионтов (растение + микроорганизм) необходимы определенные условия:
- температура;
- влажность;
- реакция почвы;
В природных условиях различных видов, и не все они достаточно эффективны. Поэтому в сельском хозяйстве используют выведенные штаммы микроорганизмов, инфицируя ими бобовые растения, что приводит к увеличению урожая.
Однако в случае с бобовыми симбиоз – вынужденная необходимость. Если в почве будет достаточно азота (например, азотные удобрения), то клубеньковые бактерии потеряют для хозяина свою значимость, и их колонии будут разрушены самим растением.
Итак, симбиоз – вещь важная, нужная и иногда жизненно необходимая. Симбионтные системы есть у высших животных, растений, грибов, бактерий, водорослей… Словом, практически везде. И мы не смогли бы не то что выжить, но даже появиться на свет, не создай природа такого мощного орудия для выживания, как система симбионтов.
Явление симбиоза встречается в очень многих группах растений и животных. Замечательный пример демонстрируют бобовые растения и связанные с ними азотфиксирующие бактерии. Эти бактерии живут в специальных клубеньках, развивающихся на корнях бобовых под действием самих же бактерий; они получают от растения питательные вещества, а сами при этом связывают атмосферный азот, превращая его в такие химические соединения, которые могут использоваться растениями-симбионтами. Бактерии живут в симбиозе и со многими другими организмами. Так, у лошадей , крупного рогатого скота , овец и других жвачных, потребляющих богатые клетчаткой корма, в желудочно-кишечном тракте обитают бактерии, частично переваривающие эту грубую пищу. Взамен бактерии получают от хозяина все необходимое питание.
Другой пример симбиоза - лишайники. Они представляют собой очень тесный союз гриба и одноклеточных зеленых (редко - сине-зеленых) водорослей. Гриб обеспечивает водоросли прикрепление и защиту, а также снабжение водой и неорганическими солями. Водоросль же предоставляет грибу продукты фотосинтеза . При благоприятных обстоятельствах и гриб и водоросль, входящие в состав лишайника, могут жить по отдельности, но только находясь в симбиозе они способны произрастать в таких суровых условиях, в которых многие растения не выживают. Не случайно именно лишайники часто обитают на голых скалах, являясь в таких местах единственными поселенцами.
Одноклеточные зеленые, желто-зеленые и бурые водоросли нередко выступают в качестве симбионтов животных. Водоросль при этом снабжает животное продуктами фотосинтеза, получая, в свою очередь, и убежище, и ряд веществ, необходимых для жизнедеятельности. Зеленые водоросли бывают симбионтами пресноводных простейших, гидры и некоторых пресноводных губок. Бурые водоросли нередко встречаются как симбионты морских простейших (некоторых видов фораминифер и радиолярий). Сходные водоросли живут в симбиозе с кораллами , актиниями и отдельными видами плоских червей.
Различные простейшие являются симбионтами животных, поедающих древесину ; это типичные обитатели кишечника, например, термитов и лесных тараканов, где они выполняют ту же работу, что и перерабатывающие клетчатку бактерии - симбионты жвачных. Союз термитов и живущих в их кишечнике простейших является строго облигатным, т.е. эти организмы не могут существовать друг без друга.
Известный пример симбиоза - сожительство рака-отшельника и актинии. Актиния поселяется на раковине, в которой живет рак-отшельник, и своими снабженными стрекательными клетками щупальцами создает для него дополнительную защиту, а тот, в свою очередь, перетаскивает актинию с места на место, увеличивая тем самым территорию ее охоты; кроме того, актиния может потреблять в пищу и остатки от трапезы рака-отшельника.
В 1877 году, Альберт Бернхард Франк использовал термин «симбиоз», который ранее использовался для обозначения людей, живущих вместе в сообществе, для описания взаимных отношений в лишайниках. Определение варьировалось среди учёных в пользу того, что оно должно относиться только к постоянной взаимности, в то время, как другие учёные полагали, применять определение к любому типу устойчивого биологического взаимодействия.
После 130 лет дебатов современные учебники по биологии и экологии используют более широкое определение, в котором симбиоз означает все виды взаимодействий .
Некоторые учёные утверждают, что симбиоз является главной движущей силой эволюции. Они считают, что дарвиновское понятие эволюции, обусловленное конкуренцией, является неполным. А также они и утверждают, что эволюция основана на сотрудничестве , взаимодействии и взаимной зависимости между организмами.
Что такое симбиоз
может быть обязательным , то есть один или оба симбионта полностью зависят друг от друга или факультативным (необязательным), когда организмы могут жить независимо.Симбиоз также классифицируется по физической привязанности ; симбиоз, где организмы имеют телесный союз, называется конъюнктивным симбиозом, а симбиоз, в котором они не находятся в союзе, называется дизъюнктивным симбиозом. Когда один организм живёт на другом, это называется эктосимбиозом, а если один из партнёров живёт внутри тканей другого это эндосимбиоз.
Обязательный и факультативный симбиозы
Отношения могут быть обязательными, когда один или оба симбионта полностью зависят друг от друга. Например, у лишайников, которые состоят из грибковых и фотосинтетических симбионтов, грибковые партнёры не могут жить самостоятельно. Ростки водорослей или циан бактерии в лишайниках, таких как Trentepohlia, обычно могут жить независимо друг от друга, и поэтому их симбиоз является факультативным (необязательным).
Физическое взаимодействие
Эндосимбиоз - это любая симбиотическая связь, в которой один симбионт живёт в тканях другого либо внутри клеток, либо вне клеток. Примеры включают:
- азотфиксирующие бактерии, которые обитают в корневых узлах на корнях бобовых;
- актиномицеты - азотфиксирующие бактерии, называемые Frankia, живут в узлах корня ольхи;
- одноцепочечные водоросли, живущие внутри рифообразующих кораллов;
- бактериальные эндосимбионты, обеспечивающие необходимые питательные вещества примерно 10–15% насекомых.
Мутуализм или межвидовой взаимный альтруизм - это взаимосвязь между разными видами . В целом только пожизненные взаимодействия, связанные с близким физическим и биохимическим контактом, могут считаться симбиотическими. Мутуализм может быть либо обязательными для обоих видов, обязательными для одного, либо факультативными для другого, либо факультативными для обоих.
У большого процента травоядных животных, есть мутативная кишечная флора, которая помогает им переваривать растительное вещество. Эта кишечная флора простейших или бактерий. Коралловые рифы являются результатом взаимности между коралловыми организмами и различными водорослями, живущими внутри их. Большинство наземных растений и наземных экосистем основаны на взаимности между растениями, поглощающими углерод из воздуха, и микоризными грибами, которые помогают в извлечении воды и минералов из почвы.
Примером взаимного симбиоза является взаимосвязь между рыбами - клоунами и морскими актиниями. Рыба - клоун вентилирует воду, в свою очередь, язвительные щупальца анемона защищают клоуна от хищников. Специальная слизь на клоуне защищает её от жалящих щупалец.
Захватывающие примеры обязательного взаимообмена существуют между трубчатыми червями и симбиотическими бактериями, которые живут в гидротермальных вентиляционных отверстиях. Червь не имеет пищеварительного тракта и полностью зависит от его внутренних симбионтов для питания. Бактерии окисляют либо сероводород, либо метан, который им приносит червь.
Существует также много видов тропических и субтропических муравьёв, которые развили очень сложные отношения с определёнными видами деревьев.
Комменсализм
В комменсализме описывается взаимосвязь между двумя живыми организмами, в которых один имеет преимущество, а другой не оказывает существенного ущерба или помощи
. Этот термин происходит от английского слова commensal, который используется для человеческого социального взаимодействия.
Аменсализм - это тип отношения, который существует там, где один вид угнетает или полностью уничтожает другой . Примером является выращивание саженца под тенью зрелого дерева. Зрелое дерево может лишить сажень необходимого солнечного света, и, если зрелое дерево очень велико, оно может поглощать дождевую воду и истощать питательные вещества почвы.
Синнекроз - это редкий тип симбиоза, при нём взаимодействие между видами вредно для обоих вовлечённых организмов . Это недолговечное условие, так как взаимодействие, в конце концов, приводит к гибели. Этот термин редко используется.
Коэволюция
Симбиоз все чаще признаётся важной селективной силой эволюции, причём многие виды имеют долгую историю взаимозависимой коэволюции. По мнению эндосимбиотической теории, эволюция является результатом симбиоза между различными видами бактерий. Эта теория поддерживается некоторыми органеллами, делящимися независимо от клетки, и наблюдением, что некоторые органеллы, похоже, имеют собственный геном.
Симбиоз сыграл важную роль в коэволюции цветущих растений и животных, которые опыляют их. Многие растения, опылённые насекомыми, летучими мышами или птицами, имеют высокоспециализированные цветы, модифицированные для стимулирования опыления определённым опылителем, который также соответствующим образом адаптирован.
Первые цветковые растения в летописи окаменелостей имели относительно простые цветы. Адаптивное видообразование быстро породило множество разнообразных групп растений, и в то же время соответствующее видообразование произошло в некоторых группах насекомых. Некоторые группы растений развивали нектар и большую липкую пыльцу, в то время как насекомые развивали более специализированные морфологии для доступа и сбора этих богатых источников пищи. В некоторых таксонах растений и насекомых связь стала зависимой, где виды растений могут быть опылены только одним видом насекомых.