Симбиоз краткое определение. Симбиоз. Примеры симбиотических отношений. Содружество для продолжения жизни

02Мар

Что такое Симбиоз

Симбиоз – это биологический термин, который служит для определения выгодной связи между двумя или более живыми организмами разных видов. Помимо употребления в биологии, данное слово применяется и в других сферах жизнедеятельности для описания каких-либо слияний подразумевающих получение выгоды.

Что такое СИМБИОЗ – определение и понятие простыми словами.

Простыми словами, Симбиоз – это форма взаимодействия между несколькими организмами, при которой выгоду получает либо один из них, либо все сразу. Как правило, мотивационным фактором для создания симбиотических отношений в природе, выступают простейшие потребности, такие как питание, защита, среда обитания и размножение. Так к примеру, рыбы прилипалы прикрепляются к более крупным морским хищным, чем обеспечивают себе защиту и питание в виде остатков от добычи. Подобных примеров взаимодействия существует огромное множество, и о них мы подробней поговорим немного позже.

Если отстранится от биологической терминологии, то слово «симбиоз» можно услышать в сфере бизнеса, искусства, технологий, политики и так далее. К примеру, довольно часто в СМИ можно услышать формулировку типа: «симбиоз бизнеса и политики», что буквально означает тесное взаимодействие между политическими кругами и бизнесом.

Виды, формы и типы симбиоза.

В общих чертах симбиотические отношения можно разделить на такие критерии:

Мутуализм – это симбиоз при котором организмы приносят пользу друг другу. Подобный вид «союза» является самым распространенным в природе и может быть, как факультативным, так и обязательным для разных видов. При таком симбиозе виды могут взаимодействовать как физическом, так и биохимическом плане. К примеру, птицы и насекомые, которые питаются цветочным нектаром, состоят с этими цветами в симбиотических отношениях. Они получают нектар в виде пищи, а взамен они помогают с опылением путем переноса пыльцы с одного цветка на другой. Точно также в симбиозе находятся морской анемон и рыба клоун, которые защищают друг друга от своих врагов.

Комменсализм – это взаимосвязь между видами, которая приносят пользу одному организму без существенного вреда или помощи другому. К данному виду связи относится вышеприведенный пример с рыбой прилипалой.

Симбиоз примеры.

Удивительным примером немного жуткого, но очень интересного симбиоза, является взаимосвязь гриба Кордицепса и насекомых. К примеру, споры зомби-гриба присоединяются к муравью и проникают в его ткани с использованием ферментов. После этого, гриб изменяет поведение муравья и подчиняет его. Муравей удаляется от своей колонии, поднимается по стволу растения и неестественно помещает свои жвала глубоко в лист. После прикрепления к листку, муравей теряет способность передвигаться, и гриб начинает расти из его тела. Таким образом находясь на высоте, зомби-гриб наиболее эффективно распространяет свои споры.

У многих животных, действительно, странные симбиотические отношения. Простыми словами симбиоз - это взаимовыгодные отношения, включающие физический контакт между двумя организмами, которые не принадлежат к одному и тому же виду.

Эти отношения можно поддерживать для того, чтобы обеспечить чистоту, защиту, транспортировку и даже поиск пищи. Однако иногда существует тонкая грань между полезными и вредными результатами симбиоза. А пока давайте рассмотрим взаимоотношения, которые являются взаимовыгодными для организмов как больших, так и малых.

10. Африканский скворец

Ученые считают, что эти отношения зародились давным-давно, поскольку клюв скворцов, кажется, создан специально для глубокого проникновения в толстую кожу хозяина в поисках пищи. Скворцы также издают сигнал тревоги, предупреждая тем самым других птиц и своего хозяина. Однако отношения между скворцами и их хозяевами не всегда взаимовыгодны.

Однако скворцы не всегда полезны. Иногда они могут пропускать клещей, если те не наполнены кровью (главным питательным веществом для птицы). В этих случаях скворцы позволят им продолжать питаться кожей хозяев, пока клещи не станут более привлекательными для скворцов.

9. Крабы и актинии

«Можно мне прокатиться, чувак?» Именно так обращаются в океане морские актинии к определенным видам крабов. Морские анемоны катаются автостопом на спинах крабов-отшельников, что позволяет им возвышаться над морским дном. Во время еды анемоны пользуются своими щупальцами, чтобы схватить остатки еды крабов отшельников.
Но что получает краб от этих отношений?

Морской анемон защищает краба-отшельника от голодных осьминогов. С колючими щупальцами морского анемона на спине становится менее привлекательным для хищников. Кроме того, крабы помогают отбиваться от морских существ, настроенных закусить морским анемоном.

Интересно, что эти отношения складываются не случайным образом. Крабы будут специально искать анемонов, чтобы поместить их себе на спину. На самом деле, когда рак-отшельник меняет раковины, он снимает клешнями анемона и заново цепляет его на спину.

Крабы-боксеры также участвуют в симбиозе с морскими анемонами, но их отношения особенно интересны. Краб-боксер держит анемона в своих клешнях, как боксерские перчатки. Крабы-боксеры могут использовать жгучие щупальца морских анемонов для защиты от хищников, а анемоны могут получить дополнительные кусочки пищи, которые они собирают вокруг дома краба.

Беспроигрышный вариант для двух этих организмов.

8. Бородавочники и мангусты

Фото: popsci.com

Возвращаясь к африканской саванне, ученые Уганды стали свидетелями странной дружбы между бородавочниками и мангустами. В Угандийском национальном парке королевы Елизаветы (Uganda’s Queen Elizabeth National Park) заметили, что бородавочники специально ложатся на землю, если встретят мангуста.

Бородавочники получают услугу чистки, в то время как острозубые мангусты выбирают с их шкуры насекомых и особенно клещей. Следовательно, мангуст получает еду, а бородавочник становится чистым. В некоторых случаях, если понадобится, сразу несколько мангустов будут грызть жесткую кожу бородавочника и даже залезут на свинью.

7. Рыба-чистильщик

Если рыба-чистильщик становится слишком агрессивной и откусывает слишком много ткани или слизи, симбиотические отношения могут быть прекращены более крупной рыбой-клиентом. Наиболее известными рыбами-чистильщиками являются губаны, которые живут среди коралловых рифов Тихого и Индийского океанов. Эти рыбы часто носят на своем теле яркие синие полосы, что делает их очень заметными для более крупных рыб, которые нуждаются в чистке.

6. Крокодил и зуек

Фото: smallscience.hbcse.tifr.res.in

У африканских крокодилов уникальные отношения с зуйками. После трапезы крокодил выползает на берег реки, находит уютное местечко и сидит с широко открытой пастью. Это действие сигнализирует маленькой птице, что можно забраться в крокодилий рот и собрать крошечные кусочки пищи, которые остаются в зубах огромной рептилии.

Зуйки помогают в очистке ртов их огромных клиентов-крокодилов. Действия храброй птички помогают предотвратить заражение крокодила, которое может вызвать сырое мясо, и удалить насекомых, которые ползают по коже крокодила. Таким образом, крошечные птицы получают бесплатную еду, а крокодил получает бесплатный осмотр зубов и чистку. Неплохо!

Если во время перекуса во рту крокодила птица сталкивается или чувствует опасность, исходящую от другого животного, зуек издает предупреждающий сигнал, а затем улетает. Крик зуйка сигнализирует крокодилу, что необходимо броситься в воду и скрыться от любой потенциальной угрозы.

5. Койот и барсук

Фото: mnn.com

Когда койоты и барсуки работают в паре, они сочетают свои специфические охотничьи навыки, чтобы увеличить вероятность ловли добычи. Да, вы правильно поняли, койоты и барсуки вместе охотятся!

Как это происходит?

Более крупный койот преследует добычу по прериям или лугам. Барсук же прячется в нору добычи, такой как суслики или степная собака, чтобы схватить их, когда они возвращаются домой. Таким образом, койот получает добычу, если та пытается вырваться наружу, а барсук хватает добычу, когда та пытается спрятаться под землей.

Хотя только один из хищников в итоге уходит с добычей, многие исследования данных отношений показывают, что совместные усилия этих животных увеличивают шансы на получение пищи для них обоих. Барсуки и койоты питаются тем же самым, поэтому конкурируют друг с другом. Тем не менее, хитрых степных собак не всегда легко поймать, потому что они не уходят далеко от своих . Поэтому альянс барсук-койот помогает охотиться на них.

Некоторые койоты могут собираться в свободные сообщества, но большинство ведут одинокую жизнь, поскольку они редко охотятся стаями. Интересно, что барсук - еще более одинокое существо, что делает его партнерство с койотом еще более странным.

Исследования показали, что койоты, которые сотрудничают с барсуками, ловят на треть больше добычи, чем одинокие койоты. В следующий раз, когда вы отправитесь в поход, поищите этих двух ребят, болтающихся вместе.

4. Бычок и рак-щелкун

Фото: reed.edu

Похоже, что на морском дне лучшими приятелями являются бычок и рак-щелкун. Как соседи по комнате, эти два очень разных существа поддерживают чистые и ясные симбиотические отношения. Рачки, которые не возражают против проживания с бычками, выкапывают яму, в то время как рыба охраняет и защищает креветку и яму.

Обладая отличным зрением, бычок легко замечает хищников и предупреждает маленького рачка об опасности, чтобы он мог спрятаться. Следовательно, рыба и рачок становятся соседями по комнате, разделяя подводную мини-пещеру друг с другом.

Поскольку раки-щелкуны в основном слепы, они предупреждают бычка, когда собираются покинуть дом, чтобы найти еду. Затем, во время перемещения по воде креветки будут касаться рыбы своими антеннами, чтобы поддерживать контакт. Поскольку рак-щелкун обитает на морском дне с неглубоким покрытием, для него важно поддерживать симбиотические отношения с бычком.

Было отмечено, что бычки даже собирают водоросли и другие продукты питания для своих соседей по комнате – рачков. Бычок также может приносить водоросли ко входу норы, чтобы слепой рачок мог легко до них добраться. Если возникает опасность, то бычок щелкает хвостом в качестве предупреждения.

В обмен на эту защиту, рачки обеспечивают бычков домом. Бычок также использует безопасность норы, чтобы соблазнить своего партнера особым ритуалом, который занимает некоторое время. Удивительно, но более 100 видов бычков были замечены в симбиотических отношениях с креветками.

3. Реморы

Ремора – это рыба, которая может достигать 0,30-0,90 метров в длину. Как ни странно, их передние спинные плавники эволюционировали, чтобы выполнять роль присоски, расположенной на верхней части головы. Это позволяет реморам прикрепиться к нижней части проплывающих мимо скатов или акул.

Также было замечено, что акулы защищают своих друзей-ремор, чтобы получить услуги по очистке. Большинство акул не возражает против ремор. Тем не менее, лимонные акулы и песчаные акулы могут быть агрессивными по отношению к ним и иногда их едят.

2. Колумбийский фиолетовый птицеед и пятнистая жужжащая лягушка

Фото: scienceblogs.com

Возможно, одни из самых странных симбиотических отношений существуют между пятнистой жужжащей лягушкой и Колумбийским фиолетовым птицеедом, оба из которых обитают в Южной Америке. Колумбийский птицеед может легко убить и съесть маленькую пятнистую лягушку, но он не хочет.

Вместо этого большой паук позволяет крошечной лягушке разделить с ним нору. Оба существа участвуют во взаимовыгодных отношениях, в которых предлагает лягушке защиту от хищников, а лягушка поедает муравьев, которые могут атаковать или есть яйца птицееда.

Было отмечено несколько случаев, когда пауки хватали лягушек, но исследовав их с помощью своего ротового аппарата, отпускали их целыми и невредимыми.

1. Люди и медоуказчики

Фото: npr.org

Наш последний пример симбиоза существует между африканской птицей, известной как большой медоуказчик, и людьми из местного племени в Танзании под названием Хадза. Откликнувшись на отчетливый человеческий зов, маленькая птичка приводит человека к меду.

Местные жители Хадза используют множество звуков, чтобы привлечь птиц, например, крики, свист и даже слова. Точно так же, как люди издают звуки, чтобы определить местоположение медоуказчика, птица изменяет свой звук, чтобы люди знали, когда она находится рядом с ульем. Как ни странно, большие медоуказчики не одомашнены и формально не обучены.

Так почему же птица из всех сил старается помочь людям?

Оказывается, медоуказчики, как и мы, любят красиво приготовленную еду. После обнаружения улья, люди племени поднимаются на дерево и забирают кусочки сотов. Хадза используют дым, чтобы выкурить пчел, поэтому они могут вырезать из улья соты.

После этого люди оставляют кусочки задымленных сот, чтобы птицы могли перекусить. Ученые считают, что отношения между представителями африканского племени и медоуказчиками насчитывают тысячи и, возможно, миллионы лет. Тем не менее, уникальные звуки, используемые аборигенами, скорее всего, развивались с течением времени и различаются по географическому принципу.

|
симбиоз это, симбиоз
Симбио́з (греч. συμ-βίωσις - «совместная жизнь» от συμ- - совместно + βίος - жизнь) - форма взаимоотношений, при которой оба партнёра или один из них извлекает пользу из другого.

В природе встречается широкий спектр примеров взаимовыгодного симбиоза (мутуализм). От желудочных и кишечных бактерий, без которых было бы невозможно пищеварение, до растений (примером служат орхидеи, чью пыльцу может распространять только один , определённый вид насекомых). Такие отношения успешны всегда, когда они увеличивают шансы обоих партнёров на выживание. Осуществляемые в ходе симбиоза действия или производимые вещества являются для партнёров существенными и незаменимыми. обобщённом понимании такой симбиоз - промежуточное звено между взаимодействием и слиянием.

Разновидность симбиоза - эндосимбиоз (см. Симбиогенез), когда один из партнёров живёт внутри клетки другого.

Наука о симбиозе - симбиология. Основы учения о взаимопомощи (в т. ч. симбиозе) во второй половине XIX века заложили независимо друг от друга российские естествоиспытатели П. А. Кропоткин и К. Ф. Кесслер, а также немецкий ученый Генрих Антон де Бари, предложивший термины «симбиоз» и «мутуализм».

1 Мутуализм
2 Комменсализм
3 Симбиоз и эволюция
4 Примеры симбиозов
- 4.1 Насекомые/растения
- 4.2 Грибы/водоросли
- 4.3 Животные/водоросли
- 4.4 Грибы/растения
- 4.5 Насекомые/насекомые
5 См. также
6 Примечания
7 Литература
8 Ссылки

Мутуализм

Взаимовыгодные связи могут формироваться на основе поведенческих реакций, например, как у птиц, совмещающих собственное питание с распространением семян. Иногда виды-мутуалисты вступают в тесное физическое взаимодействие, как при образовании микоризы (грибокорня) между грибами и растениями.

Тесный контакт видов при мутуализме вызывает их совместную эволюцию. Характерным примером служат взаимные приспособления, которые сформировались у цветковых растений и их опылителей. Часто виды-мутуалисты совместно расселяются.

Комменсализм

В зависимости от характера взаимоотношений видов-комменсалов выделяют три вида комменсализма:

комменсал ограничивается использованием пищи организма другого вида (например, в извивах раковины рака-отшельника обитает кольчатый червь из рода Nereis, питающийся остатками пищи рака);
комменсал прикрепляется к организму другого вида, который становится «хозяином» (например, рыба-прилипала плавником-присоской прикрепляется к коже акул и др. крупных рыб, передвигаясь с их помощью);
комменсал селится во внутренних органах хозяина (например, некоторые жгутиконосцы обитают в кишечнике млекопитающих).

Примером комменсализма могут служить бобовые (например, клевер) и злаки, совместно произрастающие на почвах, бедных доступными соединениями азота, но богатых соединениями калия и фосфора. При этом если злак не подавляет бобовое, то оно в свою очередь обеспечивает его дополнительным количеством доступного азота. Но подобные взаимоотношения могут продолжаться только до тех пор, пока почва бедна азотом и злаки не могут сильно разрастаться. Если же в результате роста бобовых и активной работы азотфиксирующих клубеньковых бактерий в почве накапливается достаточное количество доступных для растений соединений азота, этот тип взаимоотношений сменяется конкуренцией. Результатом её, как правило, является полное или частичное вытеснение менее конкурентоспособных бобовых из фитоценоза. Другой вариант комменсализма:односторонняя помощь растения-«няни» другому растению. Так, береза или ольха могут быть няней для ели:они защищают молодые ели от прямых солнечных лучей, без чего на открытом месте ель вырасти не может, а также защищают всходы молодых елочек от выжимания их из почвы морозом. Такой тип взаимоотношений характерен лишь для молодых растений ели. Как правило, при достижении елью определенного возраста она начинает вести себя как очень сильный конкурент и подавляет своих нянь.

В таких же отношениях состоят кустарники из семейств губоцветных и сложноцветных и южно-американские кактусы. Обладая особым типом фотосинтеза (CAM-фотосинтез), который происходит днем при закрытых устьицах, молодые кактусы сильно перегреваются и страдают от прямого солнечного света. Поэтому они могут развиваться только в тени под защитой засухоустойчивых кустарников. 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. Растения питательные вещества делают сами, а не получают из воздуха. Комменсализм - способ совместного существования двух разных видов живых организмов, при которых одна популяция извлекает пользу от взаимоотношения, а другая не получает ни пользы, ни вреда (например, чешуйница обыкновенная и человек).

Симбиоз и эволюция

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 ведёт 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 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.

Следует также помнить, что симбиоз - это не только сосуществование разных видов живых организмов. На заре эволюции симбиоз был тем двигателем, который свел одноклеточные организмы одного вида в один многоклеточный организм (колонию) и стал основой разнообразия современной флоры и фауны.

Примеры симбиозов

Эндофиты живут внутри растения, питаются его веществами, выделяя при этом соединения, способствующие росту организма-хозяина.
Транспортировка семян растений животными, которые поедают плоды и выделяют непереваренные семена вместе с пометом в другом месте.

Насекомые/растения

Опыление цветущих растений насекомыми, в ходе которого насекомые питаются нектаром.
Некоторые растения, например табак, приманивают к себе насекомых, которые способны защитить их от других насекомых.
Так называемые «сады дьявола»:деревья Duroia hirsuta служат жилищами для муравьёв вида Myrmelachista schumanni, которые убивают появляющиеся в окрестностях зелёные ростки иных видов деревьев, давая тем самым возможность разрастаться Duroia hirsuta без конкуренции.

Грибы/водоросли

Лишайник состоит из гриба и водоросли. Водоросль в результате фотосинтеза производит органические вещества (углеводы), использующиеся грибом, а тот поставляет воду и минеральные вещества.

Животные/водоросли

Желтопятнистая саламандра уже с момента существования в икринке может содержать в себе одноклеточные водоросли. При этом водоросли, используя метаболиты животного, вырабатывают кислород, используемый для получения химической энергии в митохондриях.
Поселение зеленых водорослей в желобках волос ленивца, который таким образом маскируется под зелёный фон.

Грибы/растения

Многие грибы получают от дерева питательные вещества и снабжают его минеральными веществами (микориза).

Насекомые/насекомые

Некоторые муравьи защищают («пасут») тлю и получают от неё взамен выделения, содержащие сахар.

См. также

Взаимопомощь
Киборг
Сотрудничество
Кооперация
Типы отношений между организмами

Примечания

Древнегреческо-русский словарь Дворецкого «συμ-βίωσις»
Растения научились звать на помощь хищных насекомых.Lenta.ru (27 августа 2010). Проверено 4 сентября 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
клетках позвоночных впервые нашли водорослей-симбионтов.Lenta.ru (2 августа 2010). Проверено 14 августа 2010. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.

Литература

Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. - М:Мир, 1983. - 354 с.
Douglas A.E. Symbiotic interaction. - Oxford Univer. Press:Oxford:Y-N, Toronto, 1994. - 148 p.

Ссылки

В Викисловаре есть статья «симбиоз»

http://www.biology-online.org/dictionary/Symbiosis
http://www.cals.ncsu.edu/course/ent591k/symbiosis.html

симбиоз, симбиоз виды, симбиоз грибов, симбиоз гэж юу вэ, симбиоз значение, симбиоз микроорганизмов, симбиоз примеры, симбиоз синоним, симбиоз это, симбиози сумы

Симбиоз Информацию О

Миллионы видов живых существ обитают на Земле, и все они имеют какие-то связи между собой. Одни виды зверей поедают другие и сами являются едой для более сильных представителей фауны. Но существует и другая взаимосвязь - симбиоз, примеры которой встречаются повсеместно. В переводе с греческого этот термин означает "жить вместе". Удивительно, но к "сотрудничеству" такого рода склонны и некоторые растения.

Одним из видов симбиоза является мутуализм, что значит "взаимность". При этом виде сожительства оба участника жизненно необходимы друг другу.

Симбиоз, примеры

Начнем с нас самих - людей. Казалось бы, бактерии - враги человека, однако без некоторых их видов мы не можем нормально жить и существовать. В нашем кишечнике обитают бифидо- и лактобактерии, которые своим количеством вытесняют болезнетворные организмы, попадающие извне. А питаются они за счет содержимого пищеварительного тракта, вот так и получается взаимное сотрудничество.

Синегальская смогла наладить дружбу с крокодилом! Она вьет гнездо и откладывает яйца недалеко от места с яйцами аллигатора. В случае опасности птица своим криком зовет гиганта, а тот сразу же бросается на защиту своей кладки и гнезда авдотки.

Существует и растительный симбиоз, примеры которого - грибы с деревьями, а также насекомые с цветковыми растениями. Подосиновики, подберезовики получают от деревьев питательные вещества, отдавая взамен минералы и воду. А птицы, питаясь нектаром цветов, переносят на своих клювах пыльцу и таким образом помогают растениям размножаться.

Мутуализм, примеры

В кишечнике термитов обитают жгутиковые простейшие, которые переваривают клетчатку в сахар. У термитов нет ферментов для этой функции, и без своих партнеров они могут погибнуть от голода. А жгутиковые в кишечнике живут и размножаются в благоприятных для себя условиях.

Удивительная форма существования - симбиоз, примеры его можно увидеть, внимательно присмотревшись к окружающему миру. А начать можно с себя.

Симбиотические системы, или «сверхорганизмы», занимают в иерархии биосистем промежуточное положение между организмами и экосистемами. Важнейшую роль в функционировании симбиотических систем играет биохимическая интергация – тонкое разделение отдельных этапов обмена веществ между компонентами комплекса. Прогрессивное развитие симбиоза может приводить к интергации даже на уровне геномов, к возникновению общих систем генетической регуляции.

Давно прошли те времена, когда симбиоз – длительное сожительство неродственных организмов, полезное хотя бы одному из них – считался редким явлением. Когда в 70-е годы XIX века было обнаружено, что лишайники представляют собой симбиотические комплексы из грибов и водорослей, это вызвало немалое удивление. Со временем ученый мир устал удивляться подобным вещам. Стало ясно, что симбиоз – не просто очень широко распространенное явление. Это магистральный путь эволюции, без которого прогрессивное развитие жизни на Земле было бы крайне затруднено, если вообще возможно.

В принципе этого следовало ожидать. Для того чтобы выжить и оставить потомство, каждое живое существо должно справиться с множеством разнообразных проблем. Нужно каким-то образом получать из окружающей среды необходимые вещества, а недостающие самостоятельно синтезировать из подручного материала; нужно добывать энергию, необходимую для энергоемких химических и физических процессов; нужно во-время избавляться от отходов жизнедеятельности; находить подходящих партнеров для обмена наследственным материалом; заботиться о потомстве; защищаться от хищников и так далее – и все это в переменчивой, далеко не всегда благоприятной внешней среде. Требования, предъявляемые жизнью к каждому отдельному организму, не только многочисленны и разнообразны – очень часто они еще и противоречивы. Невозможно оптимизировать сложную систему сразу по всем параметрам: чтобы добиться совершенства в чем-то одном, приходится жертвовать другим. Поэтому эволюция – это вечный поиск компромисса, и отсюда следует неизбежная ограниченность возможностей любого отдельно взятого живого существа. Самый простой и эффективный путь преодоления этой ограниченности – симбиоз, то есть кооперация «специалистов разного профиля».

На симбиозе были основаны многие важнейшие ароморфозы (прогрессивные преобразования), из которых упомянем самый значительный – формирование эукариотической (ядерной) клетки, той основы, из которой в дальнейшем развились все высшие формы жизни (животные, растения, грибы). Эукариотическая клетка сформировалась в результате симбиоза нескольких прокариотических (безъядерных) организмов – бактерий и архей. На симбиозе основаны важнейшие функциональные блоки современной биосферы. Так, возможности высших растений – основных производителей органики и кислорода – были бы весьма ограничены без симбиоза с бактериями, способными переводить атмосферный азот в доступную для растений форму, и с некоторыми грибами (микориза), без кооперации с насекомыми-опылителями и позвоночными – распространителями семян. Растительноядные животные – основные потребители производимой растениями органики – не могут эффективно переваривать растительную пищу без помощи разнообразных симбиотических бактерий и одноклеточных эукариот. Самые яркие и богатые жизнью морские экосистемы коралловых рифов невозможны без симбиоза коралловых полипов с одноклеточными водорослями – зооксантеллами. Сообщества различных экзотических, архаичных и экстремальных местообитаний (таких как наземные и подводные горячие источники, выходы метана и сероводорода, соленые лагуны, подземные воды и др.) тоже сплошь и рядом представляют собой сложные симбиотические комплексы микроорганизмов, в которых порой принимают участие и высшие органгизмы.

Большинство живых существ, населяющих планету, в действительности являются «сверхорганизмами» - сложными симбиотическими комплексами. Несмотря на общеизвестность этих фактов, в биологии по-прежнему господствует старый «организмоцентрический» подход. Поэтому новые обзоры и обобщения, связанные с организацией, функционированием, разнообразием и экологической ролью симбиотических систем, не теряют своей актуальности.

Обзорная статья Н.А.Проворова и Е.А.Долгих посвящена одной из важных и обширных групп симбиотических систем, а именно симбиозам, основанным на биохимической кооперации. В таких системах общий метаболизм (обмен веществ) симбиотического комплекса, в первую очередь обмен углерода и азота (C- и N-метаболизм), оказывается тем или иным способом поделен между симбионтами к их общей выгоде. Авторы указывают, что «обобществление путей обмена позволяет партнерам эффективно использовать все доступные источники C и N, что определяет широкое распространение и экологическую значимость этих симбиозов». Рассматриваются три большие группы «биохимических» симбиозов: 1) азотфиксирующие симбиозы, 2) симбиозы гетеротрофов и автотрофов (т.е. потребителей органики с ее производителями) и 3) симбиозы животных с микробами, помогающими усваивать растительную пищу.

1. Азотфиксирующие симбиозы – это кооперация растений с микроорганизмами, способными переводить азот из атмосферы или захороненной в почве органики в доступную для растений форму (аммоний, NH 4 +). Основная часть биосферного азота содержится в атмосфере в химически инертной молекулярной форме (N 2). Восстановление (фиксация) этого азота требует огромного количества энергии. На это способны лишь некоторые бактерии и археи, у которых есть специальные ферменты – нитрогеназы. Дополнительная сложность состоит в том, что нитрогеназы работают только в анаэробных (бескислородных) условиях. Все высшие (эукариотические) организмы, в том числе растения – по определению аэробны, и в этом, возможно, главная причина того, что у высших организмов способность к фиксации азота не встречается. Много азота содержится также в почве в составе органических веществ, но и этот азот для растений недоступен, поскольку у них нет пищеварительных ферментов, необходимых для деструкции этой органики.

Азотфиксирующие симбиозы образуют представители всех типов наземных растений с альфапротеобактериями (ризобиями), цианобактериями и актинобактериями. Наиболее изучен симбиоз бобовых с клубеньковыми бактериями – ризобиями. Ризобии, живущие в специализированных органах (клубеньках), снабжают растение аммонием, взамен получая весь комплекс элементов питания, в первую очередь – углеводы, образуемые в ходе фотосинтеза. Между растительным и бактериальным компонентами симбиотического комплекса сложилась эффективная и гибкая система взаимной координации и регуляции. Например, специальные ферменты растений, работающие только в клубеньках, «заботятся» о том, чтобы концентрация кислорода в центральной части клубенька, где живут ризобии, была как можно ниже (и она там действительно ниже, чем в атмосфере, на 5-6 порядков). Биохимическая и генетическая интеграция симбиотического комплекса доходит даже до того, что активность некоторых растительных генов регулируется бактериальными белками-регуляторами!

Важную экологическую роль играет также симбиоз различных растений с азотфиксирующими цианобактериями. В отличие от ризобий, цианобактерии сами способны к фотосинтезу, что несколько упрощает задачу снабжения азотфиксирующих симбионтов необходимой энергией. Симбиотический комплекс водного папоротника Azolla и цианобактерии Anabaena имеет большое сельскохозяйственное значение: заселение рисовых плантаций этим папоротником резко повышает урожайность риса. Не случайно в некоторых районах Юго-Восточной Азии азоллу обожествляют.

Авторы указывают, что эффективность азотфиксации подобных сибмиотических комплексов невысока по сравнению со свободноживущими цианобактериями, и в принципе может быть повышена искусственными методами. Теоретически возможно «научить» фиксировать атмосферный азот даже сами растительные клетки, точнее их органеллы – пластиды, служащие для фотосинтеза и ведущие свое происхождение от симбиотических цианобактерий. Наверное, можно генно-инженерными методами создать пластиды с генами нитрогеназ, которые могли бы работать в темновых условиях (например, в корнях). Конечно, будет очень сложно добиться достаточно низкой концентрации кислорода в растительных клетках, но перспектива выглядит весьма заманчивой, ведь недостаток доступного азота – главный лимитирующий фактор, ограничивающий рост растений. Сняв это ограничение, теоретически можно добиться колоссального увеличения урожайности.

2. Симбиозы автотрофов с гетеротрофами – это кооперация организмов, синтезирующих органику из углекислого газа, с потребителями готовой органики. В роли первых выступают фотосинтезирующие организмы (растения, одноклеточные эукариоты, цианобактерии) или бактерии-хемосинтетики, использующие для фиксации CO 2 энергию окисления неорганических веществ (например, сероводорода или метана). В роли вторых выступают животные или грибы. Широко распространены симбиозы с участием грибов – микоризы и лишайники. В случае микоризы грибной компонент получает от растения-хозяина углеводы (глюкозу, фруктозу), а сам берет на себя функцию корневых волосков (которые на микоризных корнях часто не развиваются) и вдобавок снабжает хозяина соединениями азота (аммонием и аминокислотами), которые гриб добывает, разлагая почвенную органику. Лишайники иногда называют «микоризой наоборот», поскольку в этих симбиотических комплексах гриб выступает в роли «хозяина», а фотоситезирующие организмы (одноклеточные водоросли или цианобактерии) – в роли «симбионта». Однако система биохимической интергации у лишайников и микориз во многом сходна. Наибольшего совершенства эта система достигает у трехкомпонентных лишайников, в состав которых входят, помимо гриба-хозяина, специализирующиеся на фотосинтезе зеленые водоросли и специализирующиеся на азотфиксации цианобактерии.

Симбиоз с автотрофами открывает большие возможности для многих водных животных, особенно малоподвижных (кишечнополостных, губок, асцидий, некоторых червей и моллюсков). Такие симбиотические комплексы представляют собой «сверхорганизмы», сочетающие признаки растений и животных (яркий пример – коралловые полипы). Автотрофы не только снабжают хозяина органикой, полученной в результате фото- или хемосинтеза, но и в ряде случаев помогают ему избавляться от конечных продуктов азотного обмена (например, мочевой кислоты или мочевины), которые служат для симбионтов ценным источником азота.

3. Симбиозы животных с микробами, помогающими усваивать растительную пищу . Потребление органики, производимой растениями в ходе фотосинтеза – главная «экологическая роль» животных в биосфере, однако, как это ни парадоксально, сами по себе животные практически не способны справляться с этой задачей. Подавляющее большинство растительноядных животных попросту лишены ферментов для расщепления растительных полимеров (главным из которых является целлюлоза). Поэтому практически все животные-фитофаги – это на самом деле симбиотические комплексы из животного-хозяина и разнообразных бактерий, грибов или простейших (причем в последнем случае симбиотические простейшие зачастую сами имеют бактериальных симбионтов). По мнению авторов, растительноядность изначально была симбиотическим феноменом. Роль симбионтов не сводится к расщеплению растительных полимеров: они могут также утилизировать азотные шлаки хозяина, и синтезировать многие вещества, необходимые хозяину, но отсутствующие в растительной пище. Микробное сообщество, обитающее в пищеварительном тракте термитов, обладает даже способностью к азотфиксации, что позволяет этим насекомым питаться такими несъедобными вещами, как химически чистая целлюлоза. Некоторые биохимические процессы в таких симбиотических системах оказываются весьма причудливым образом распределены между хозяином и симбионтом. Например, комплекс «тли – бактерия Buchnera » синтезирует важнейшее вещество кофермент А совместными усилиями: сначала бактерия синтезирует из пирувата пантотенат (чего не может насекомое), а затем тля синтезирует из пантотената кофермент А (чего не может бактерия). Конечным продуктом пользуются они вместе.