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.
При взаимовыгодном эндосимбиозе микробные симбионты живут внутри клеток своих хозяев. Во многих ассоциациях микроорганизмы переходят к постоянному внутриклеточному существованию и передаются по наследству. В других ассоциациях микроорганизмы сохраняются внутри клеток хозяина некоторое время, а затем выходят, чтобы инфицировать следующую генерацию клеток–хозяев.
При мутуалистическом эктосимбиозе возможны ситуации: 1) когда симбионт микробного происхождения живет на внешней поверхности хозяина (фото- и нефотосинтезирующие бактерии) и 2) микроорганизмы обитают в полости тела своего хозяина.
Функции симбиоза
Среди бесчисленных типов симбиоза, возникающих в процессе эволюции, симбионты могут выполнять ряд функций:
1. Защита . Эндосимбионты, а также экзосимбионты, которые живут в полостях тела, защищены от неблагоприятных условий среды. Или нормальная микрофлора кишечника предохраняет от внедрения и развития в нем патогенных микроорганизмов.
2. Предоставление благоприятного положения . Чаще всего предоставляется партнеру в отношении снабжения питанием. Многие морские инфузории находят ся на поверхности тела ракообразных, где потоки веществ, создаваемые в результате дыхания и питания хозяина, обеспечивают им постоянное снабжение пищей.
3. Сигнальная функция . Это происходит например, в случае биолюминесценции. У определенных видов кальмаров (каракатицы) и некоторых рыб ее осуществляют светящиеся бактерии, живущие как эктосимбионты в особых органах хозяина. Излучение света этими животными служит приспособлением для распознавания, способствуя собиранию их в стаю, спариванию и привлечению добычи.
4. Питание. Это наиболее общая функция симбионтов. Косвенное – микориза (грибы увеличивают поглотительную способность корневой системы) и прямое – рубец. Целлюлоза, которая является главным компонентом растений, не перевариваются животными. Ее расщепление осуществляют симбиотические бактерии и простейшие, которые обитают в рубце. В данном случае пищей снабжаются оба симбионта.
Симбиоз микроорганизмов с высшими растениями
Ризосфера
Участки почвы, непосредственно окружающие корни растения вместе с поверхностью корней составляют ризосферу растения. В ризосфере растения количество бактерий превышает их число в окружающей почве в несколько сотен раз. Корни растений выделяют органические вещества, которые избирательно стимулируют рост бактерий с особыми типами питания. При этом, почвенные бактерии приносят растениям пользу, фиксируя молекулярный азот и переводя его в минеральные и органические соединения, обогащающие почву.
Микориза
Это симбиоз корней высших растений со многими видами почвенных грибов. Гриб получает от высшего растения углеводы, аминокислоты, и другие органические вещества, а растение из почвы посредством гриба – воду, минеральные вещества. Кроме того, микоризный гриб снабжает корневую систему зеленого растения витамином В 1 , влияющим на рост корневой системы. Микориза может быть наружной и внутренней. При наружной микоризе гифы гриба оплетают корни растений, образуя чехлы. Корневые волоски при этом отмирают. Наружная микориза характерна для многих деревьев (дуб, береза, ива). При внутренней микоризе гифы гриба проникают глубоко в ткани корня и внедряются в клетки корневой паренхимы, грибной чехол не образуется и корневые волоски не отмирают (яблоня, груша, земляника).
За немногими исключениями микоризы не является видоспецифичными. Данный гриб может быть связан с любым из нескольких растений хозяев, а данное растение в большинстве случаев вступает в ассоциацию с любым из целого ряда (40) почвенных грибов.
Клубеньковые бактерии и бобовые растения
Плодородие сельскохозяйственных угодий поддерживается путем севооборота. Если один и тот же участок почвы засевать из года в год только злаками, то его продуктивность начинает снижаться. Однако, если посеять на этом участке бобовое растение (клевер, люцерну), плодородие восстанавливается. Эти растения увеличивают азотное питание почвы. Фиксация азота происходит эндогенными партнерами бобовых – клубеньковыми бактериями. Они живут в особых выростах на корнях, называемых клубеньками. Эти бактерии относятся к роду, Rhizobium. При свободном существовании в почве эти микроорганизмы растут как сапрофиты за счет органических соединений. Заражение растения происходит только через молодые корневые волоски, а затем происходит разрастание паренхимной ткани корня, вызванное проникновением бактерий. Бактерии, проникнув в корень первоначально питаются за счет растения –хозяина. В дальнейшем они начинают вырабатывать органические вещества, фиксируя молекулярный азот воздуха. В конце периода роста растения бактерии отмирают, а вещества их клеток поглощает растение хозяин.
В процессе роста бактерии используют питательные вещества, синтезируемые хозяином. Растение получает выгоду от такого симбиоза, благодаря фиксации бактериями атмосферного азота.
Симбиоз между микроорганизмами и многоклеточными
Рубец жвачных животных
Ниболее ярким примером является симбиоз микроорганизмов и жвачных травоядных млекопитающих (коровы, овцы, козы, верблюды). Жвачные животные не могут синтезировать целлюлазы – ферменты, ответственные за расщепление целлюлозы, основы пищи животных. Симбиоз с микроорганизмами позволяет им это делать. Пищеварительный тракт жвачных животных состоит из 4-х последовательных желудков (камер). Два первых называют рубцом – это обширные камеры, заполненные микроорганизмами и простейшими. В результате их биохимической активности, целлюлоза и другие сложные углеводы расщепляются на простые. Образующиеся жирные кислоты всасываются через стенки рубца, поступают в кровоток и, циркулируя с кровью, достигают различных тканей тела.
У кроликов такие бактерии живут в слепой кишке и червеобразном отростке.
Человек
Микрофлора кишечника. В кишечнике человека живут многие бактерии, при этом некоторые из них (Е.со11), синтезируют витамины группы Б и К.
Некоторые бактерии, живущие на коже человека, предохраняют его от заражения патогенными организмами.
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.
По способу питания бактерии можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофами называют бактерии, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических.
Если для синтеза используется солнечная энергия, то бактерии называют фотосинтетиками, а если энергия, выделяющаяся при различных химических реакциях, - хемосинтетиками.
Все автотрофы имеют две большие группы ферментов. Одни обеспечивают синтез простых органических веществ из неорганических, а другие, используя эти вещества (глюкозу и др.), синтезируют сложные органические соединения (крахмал, муреин, белки и др.).
К бактериям-фотосинтетикам относятся Пурпурные и Зеленые бактерии. В отличие от растений они получают водород (Н) не из воды (Н 2 0), а из сероводорода (Н 2 S). Химическими символами реакцию бактериального фотосинтеза можно записать следующим образом:
СО 2 + Н 2 S С n Н 2 n О n + Н 2 0 +S
При этой форме фотосинтеза кислород не выделяется, а в клетках бактерий накапливается сера. Такой тип фотосинтеза называют анаэробным.
Бактерии-фотосинтетики обитают чаще всего в водоемах на поверхности ила, а некоторые виды - в горячих источниках.
Иной характер фотосинтеза (аэробный) у цианобактерий. Это древнейшие организмы, появившиеся на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Обитают преимущественно в пресных водоемах, вызывая иногда «цветение воды». Некоторые виды живут в морях и океанах, а также на суше, образуя на почве, камнях и коре деревьев зеленые налеты.
Фотосинтез цианобактерий подобен этому процессу у растений, и, используя химические символы, его можно выразить таким уравнением:
СO 2 + H 2 O C n H 2 n O n + O 2
Именно цианобактерии 800 млн. лет были единственными поставщиками кислорода в атмосферу.
Бактерии-хемосинтетики были впервые обнаружены русским ученым С. Н. Виноградским в 1890 году. Эти бактерии используют энергию, выделяющуюся при окислении соединений аммиака, азота, железа, серы.
Бактерии-гетеротрофы используют для питания готовые органические вещества, вырабатываемые организмами, либо остатками мертвых тел.
Способов получения необходимой энергии у этих бактерий два: брожение и гниение.
Гниением называют анаэробное ферментативное расщепление белков и жиров.
Если бактерии для жизнедеятельности используют остатки мертвых тел, то их называют сапротрофами. Знаменитый французский микробиолог Луи Пастер еще в конце XIX века указал на исключительно важную роль бактерий-сапротрофов в природе. Эти бактерии совместно с плесневыми грибами являются редуцентами (от лат. Reduce - возвращать). Расщепляя органические остатки до минеральных солей, они очищают нашу планету от трупов животных и остатков растений, обеспечивая живые организмы минеральными солями, и замыкают круговорот веществ в природе.
В то же время бактерии гниения, попадая на продукты питания, вызывают их порчу. Для защиты продуктов питания от редуцентов их подвергают сушке, маринованию, копчению, засолке, замораживанию, квашению или специальным методам консервирования - пастеризации или стерилизации.
Луи Пастер разработал метод сохранения жидких пищевых продуктов (молока, вина, пива и др.), который назвали пастеризацией. Для уничтожения бактерий жидкость нагревают до температуры 65 - 70°С и выдерживают 15 - 30 минут.
Полное уничтожение бактерий достигается путем стерилизации. При этом продукты выдерживают при 140°С около 3 часов, либо обрабатывают их газами, жестким излучением и т. д.
Патогенные бактерии вызывают такие заболевания, как холера, чума, туберкулез, воспаление легких, сальмонеллез, возвратный тиф, ангина, дифтерия, столбняк и многие другие болезни человека, а также различные заболевания животных и растений.
Изучение патогенных бактерий было начато еще Л. Пастером и получило развитие в работах Роберта Коха, Е. Смита, Данилы Самойловича, Ш. Китасато.
Издавна было известно, что бобовые растения повышают плодородие почвы. Об этом писали еще Теофраст и римский ученый Гай Плиний Старший.
В 1866 году известный русский ботаник и почвовед М. С. Воронин обратил внимание, что на корнях бобовых растений имеются ха
рактерные вздутия - клубеньки, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий.
Лишь 20 лет спустя голландский микробиолог Мартин Бейеринк сумел доказать, что бактерии поселяются на корнях бобовых растений, получая от них готовые органические вещества, а взамен дают растению столь необходимый для них азот, который усваивают из воздуха.
Так был открыт симбиоз бактерий с растениями. Дальнейшие исследования показали, что не только с растениями, но и с животными и даже с человеком. В кишечнике человека поселяется несколько видов бактерий, которые питаются остатками непереварившейся пищи, давая взамен витамины и некоторые другие вещества, необходимые для жизнедеятельности человека.
Значение бактерий
1. Участвуют в экосистемах в разрушении мертвого органического материала и тем самым принимают непосредственное участие в круговороте углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.
2. С активностью бактерий связаны многие процессы в природе, как симбиотическая (клубеньковые бактерии), так и несимбиотическая (азотобактерии) фиксация молекулярного азота.
Многие виды бактерий человек использует в народном хозяйстве: получение органических продуктов в результате брожения (уксуснокислые, лактобактерии).
3. Служат источником для получения антибиотиков (грамицидин, стрептомицин).
4. Бактерии используются для создания новых способов получения важнейших для промышленности веществ, в том числе спиртов, органических кислот, Сахаров, полимеров, аминокислот и ряда ферментов.
5. Симбиотические бактерии кишечника млекопитающих (микрофлора) участвуют в синтезе ряда витаминов группы В и витамина К, а также расщепляют клетчатку.
6. Благодаря генной инженерии в настоящее время удалось успешно перенести гены человеческого инсулина в геном кишечной палочки, и уже началось промышленное получение этого гормона.
7. Многие виды бактерий служат причиной болезни растений, животных и человека.
Глава 11
ЦАРСТВО ВИРУСЫ (VIRA)
История открытия вирусов
В конце XIX века странная болезнь поражала в Крыму плантации табака. Листья заболевших растений покрывались ржавыми пятнами, сморщивались и засыхали.
Этой болезнью заинтересовался выпускник Петербургского университета Д. И. Ивановский. Чтобы выделить возбудителя заболевания, он растер листья больных растений, а полученный сок профильтровал через полотно. Однако ни в процеженном соке, ни в остатке на полотне болезнетворных бактерий Д. И. Ивановский не обнаружил. В то же время процеженный сок, наносимый на листья здоровых растений, в 80% случаев вызывал характерное заболевание. Может быть, бактерии, вызывающие заболевания, слишком малы? Ивановский процеживает сок через фарфоровый фильтр, который, как известно, не пропускает даже самых мелких бактерий. И опять безрезультатно. Д. И. Ивановский делает вывод, что болезнь табака вызывают мельчайшие фильтрующиеся бактерии, которые невозможно увидеть в оптический микроскоп.
Через несколько лет причины заболевания табака исследует голландский микробиолог Мартин Бейеринк и приходит к выводу, что растения поражает... ядовитая жидкость, которую он назвал «вирусом» (от лат. вирус - яд). Но яд оказался весьма странным: сила любого яда зависит от его концентрации, а вот вирус Бейеринка в любом разбавлении давал одинаковый результат. Да и источник яда оставался неизвестным.
В 1932 году профессор Уиндел Стенли (США) сумел из тонны пораженных листьев получить чайную ложку кристаллов. Натирая растворами этих кристаллов листья здоровых растений, он вызвал у них характерные заболевания. Но разве живые существа могут превращаться в кристаллы? Стенли делает вывод, что вирусы - это не живые существа, а белковые молекулы.
Лишь спустя семь лет с помощью электронного микроскопа удалось увидеть неуловимый вирус.
Строение вирусов
Все вирусы можно рассматривать как генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую.
Отдельные вирусные частицы - вирионы - представляют симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. В сердцевине каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК и РНК. Велико разнообразие форм этих молекул: есть вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК в кольцевой или линейной форме; вирусы с одноцепочечной кольцевой ДНК; одноцепочечной или двухцепочечной РНК; содержащие две идентичные одноцепочечные РНК.
Генетический материал у вируса (геном) окружен капсидом - белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз - ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения.
Вирусы - инфекционные агенты
Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Лишь попав в клетку, генетический материал вируса воспроизводится, переключая работу клеточных биохимических конвейеров на производство вирусных белков: как ферментов, необходимых для репликации вирусного гниения - всей совокупности его генов, так и белков оболочки вируса. В клетке же происходит сборка из нуклеиновых кислот и белков многочисленных потомков одного попавшего в нее вируса.
Изучение вирусов позволило не только установить причины многих заболеваний, известных с глубокой древности, но и найти способы борьбы с ними.
Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают многие опасные заболевания растений (мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов; скручивание листьев и др.) и домашних животных (ящур, чума свиней и птиц и т. д.), что резко снижает урожайность культур и приводит к массовой гибели животных.
Вирусы вызывают опасные заболевания у человека (корь, оспа, полиомиелит и др.). В последние годы к ним прибавилось еще одно заболевание - СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита).
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.
