Съжителство в природата: Симбиозата не е само взаимно полезна
„В дългосрочен план симбиозата е по-полезна от паразитизма. И също така по-забавно. Попитайте всички митохондрии. “- Лари Уол, програмист
Тесните взаимодействия между различните форми на живот са изключително разпространени в природата. Дори собствените ни клетки са резултат от симбиотична връзка *. Клетките на всички еукариотни организми са създадени в резултат на съвместното съществуване и сътрудничеството между бактериите, които за стотици милиони години еволюция се трансформират в митохондрии, хлоропласти и други клетъчни органели.
Симбиозата не е като симбиоза
Под термина симбиоза разбираме всяка трайна и тясна връзка между два различни вида организми. В речта на неспециалистите обаче терминът „симбиоза“ често се произволно бърка със специфична форма на симбиоза, която ние наричаме мутуализъм. Всъщност симбиозата е широк термин, който включва паразитизъм.
В зависимост от това как двамата партньори са във физически контакт, можем да разделим симбиотичните взаимоотношения на ендосимбиотичен (единият партньор е вътре в тялото на другия) a ектосимбиотична (на повърхността или извън тялото). Степента на зависимост от симбиотичната връзка също варира. Ако организмите не могат да оцелеят един без друг, говорим за това задължително (задължителна) симбиоза. Ако връзката не е задължителна, това е симбиоза по избор.
За да изясним естеството на връзката при различни форми на биологични взаимодействия, ще използваме знаците плюс (+) и минус (-). Знак плюс ще показва благоприятна връзка, знак минус - неблагоприятна. Обозначаваме неутралната връзка със символа нула (0). В една мутуалистична връзка и двете страни се възползват, така че това е взаимно (взаимно) полезно съжителство (+, +). На практика всеки организъм на Земята е в някаква мутуалистична връзка с друг организъм. Има безброй примери в дивата природа. Цяла група организми, наречени лишеи е резултат от сътрудничеството между двама партньори - гъбички и водорасли, или цианобактерии.
Лишеите са учебнически пример за мутуализъм. Това са съставни организми, съставени от гъбичен (микобионт) и водорасли или цианобактериален компонент (фотобионт). Докато фотобионтът осигурява енергия чрез фотосинтеза, микобионтът го защитава и набавя вода и хранителни вещества от околната среда. Благодарение на сътрудничеството, лишеите са повече от просто сумата от двата им компонента. Много от тях могат да оцелеят в екстремната среда на пустините и полярните региони. Те също се прикрепват към голи скали, което ги прави пионери в процесите на първична сукцесия. **
Тези берачи на гъби, които се интересуват от обекта на своя „лов“ от негастрономическа гледна точка, вече са чували за микориза - мутуалистична връзка между гъбички и корени на растенията. Докато гъбичният (гъбичен) симбиот получава неограничено количество енергийно богати въглеводороди от растението, той от своя страна се възползва от факта, че гъбата значително увеличава повърхността на кореновата система, което улеснява усвояването на растението вода и хранителни вещества от почвата. Могат да се намерят и взаимни взаимодействия между гъбички и животни. Няколко групи насекоми - термити, широколистни мравки или бръмбари амброзия - растат гъбични симбионти в неговите термити, мравуняци и камери. За гъбата се грижат добре и тя служи на своите „градинари“ като постоянен източник на храна. Между другото, термити. И всъщност всички тревопасни животни, които смилат целулоза или лигнин, съдържащи се в дървесината, могат да направят това само благодарение на симбиотични микроорганизми в храносмилателния си тракт. Собствената ни храносмилателна система също е домакин на невероятно разнообразна чревна микрофлора.
Бръмбарите амброзия включват няколко еволюционни линии на подложки (бръмбари, включително известния смърч лишей-ядец) и ядрени гризачи, чиито ларви и възрастни се хранят изключително с амброзия, отглеждана в изкопани дървени коридори. Гъбичните спори се предават от бръмбари в специални образувания на повърхността на тялото. Благодарение на съвместното си съществуване с гъби от амброзия, тези бръмбари са изключително широко разпространени и успешни, а някои от тях са се превърнали в инвазивни вредители по дървесни растения в САЩ и Европа.
За сухоземните екосистеми една от най-важните мутуалистични взаимоотношения е между животните опрашители (насекоми, птици, прилепи) и цъфтящи растения. Тесните връзки между симбиотичните партньори означават, че организмите си влияят еволюционно развитие. Говорим за този еволюционен феномен коеволюция. Например диверсификацията (цъфтежът) на цъфтящите растения в края на мезозоя предизвика огромен еволюционен бум и при техните опрашители на насекоми. Насекомите реагираха на нарастващото разнообразие от цъфтящи насекоми, като се диверсифицираха в безброй форми, пригодени да опрашват различни растителни видове. Днес насекомите са най-голямата група животни с очакван брой видове, преброени в милиони.
Бихме намерили и много примери за мутуализъм в океаните. За екосистемите на кораловите рифове най-важната връзка е между корали а ендосимбиотични водорасли. Коралите съдържат в телата си водорасли от групата Zooxanthellae, които са способни на фотосинтеза. Някога коралите се смятаха за растения, но тези добавени колониални животни съдържат растителен компонент. По тази причина коралите могат да съществуват само в плитки, чисти води. Зооксантели живеят не само в симбиоза с корали, но и с други морски безгръбначни - анемони, медузи, гигантски охлюви или гигантски двучерупчести мекотели (род Tridacna).
Гигантското разпространение (Tridacna gigas) има смесена диета (така наречената миксотрофия). Възрастните живеят на повърхността и получават 70-100% хранителни вещества чрез симбиотични водорасли от рода Symbiodinium, които задържат в мантията. Останалият процент храна се осигурява чрез филтриране.
Коменсализъм - ако другият няма нищо против.
Друга форма на биологично взаимодействие е коменсализъм. Показва ситуация, при която само един от партньорите се възползва от връзката, докато другият не е засегнат (+, 0). Коменсализмът е по-малко изследван от мутуализма и паразитизма, което може да се дължи на факта, че в коменсализма не се случва нищо „допълнително”. Този външен вид обаче е грешен. Освен това коменсализмът е много широко разпространен в природата.
Може би най-известният пример за коменсализъм е форезия - явлението, когато едно животно се транспортира до друго. Фотичното поведение е често срещано особено сред членестоногите. Тази форма на „транспорт“ е широко използвана, например, от ларвите на бръмбарите от майски род (род Meloe), които се улавят върху телата на пчелите в цветята на растенията и се „транспортират“ до кошерите. Foresia също е стандартен вид транспорт за много акари, които обикновено използват значително повече подвижни насекоми и гръбначни за транспорт на дълги разстояния. Добре известни морски животни в моретата са щитовете (род Remora). Тяхната гръбна перка се трансформира в засмукващ орган, чрез който те се залавят върху гостоприемник, като акула или рай. Въпреки това, щитоносите не само използват по-големи морски гръбначни като транспортно средство, но също така ядат остатъци от храна, паразити или дори изпражненията на своя гостоприемник. По този начин естеството на това биологично взаимодействие е по-скоро подобно на мутуализма, отколкото на коменсализма, поради "хигиенното обслужване" от страна на щитоносния червей.
Remora безстрашно се „заби“ в хищния си домакин - лимоновата акула (Negaprion brevirostris).
Бихме намерили много коменсали между тях бактериални организми във връзка с еукариотни гостоприемници. Това явление се проявява главно чрез създаването на т.нар биофилми - бактериални съобщества по телесните повърхности на животни и растения. Изглежда почти невероятно, но общото тегло на всички микроби в човешкото тяло е около 1,25 килограма! Някои от тези микроби са мутуалисти, но по-голямата част от тях могат да бъдат описани като коменсали. Можем да ги открием практически навсякъде - на повърхността на кожата, в устната кухина, дихателната, храносмилателната и отделителната система. Когато стабилността на микробната общност е нарушена, някои (например бактерии Staphylococcus) преминават от коменсали в агресивни патогени.
Други видове биологични взаимодействия
Специфичен тип взаимодействие между два вида е аменсуализъм, което е много по-рядко от предишните явления. В този случай единият организъм е незасегнат, докато другият губи (0, -). Пример за това са гнездещите колонии на два вида морски птици в Галапагос. Според едно проучване, индивидите на синьото крале (Sula nebouxii) са изтласкани от гнездата си от по-агресивните си роднини - сула от Галапагос (Sula granti), докато агресорите очевидно не страдат от присъствието на синьо- крака Ако случаят беше такъв, щеше да е връзка конкуренция (-, -), т.е. конкуренция между видовете.
Паразити и хищници
Може да бъдете изненадани от тази информация, но паразитизъм е най-често срещаният начин на живот на Земята. Приблизително половината от всички растения и животни са паразити в поне един етап от развитието на своя жизнен цикъл. На практика всички видове са паразитирани от някой друг, дори паразитите имат свои собствени паразити! Човешкото тяло е домакин на повече от 350 вида паразити, да не говорим за вируси и бактерии. Сред животните бихме открили 9 отделни щама, които са изключително паразитни.
Принципът на паразитизма е прост - паразитът се храни за сметка на своя гостоприемник, така че връзката е полезна за едната страна, но отрицателна за другата (+, -). Формите на паразитиране са много разнообразни и ще ви предоставим много по-подробна информация за тях в следваща статия. На този етап добавяме, че е друга, много разпространена форма на биологично взаимодействие хищничество, по този начин, консумацията на един организъм от друг. За тази връзка се прилага същата комбинация от символи, както за паразитизма (+, -).
* Ендосимбиотичната теория или симбиогенеза казва, че клетките с дясното ядро (еукариотни) са възникнали от комбинация от по-прости, прокариотни бактериални клетки. Има достатъчно доказателства за симбиогенеза, от съществуването на собствена генетична информация в митохондриите и пластидите до неспособността на клетката да образува нови органели, различни от бинарното разделяне на съществуващите.
** Сукцесията е процес, при който видовата структура на общност от организми в дадена екосистема се променя. Кулминацията на приемствеността е т.нар кулминация, т.е. общността, която е най-екологично стабилна при дадените условия (в Словакия те са предимно дъб, бук, смесени и в по-високите планини смърчови гори). Основна последователност е тази, в която, така да се каже, „започва от нулата“. Пример за това е постепенната колонизация на новообразуван вулканичен остров от живи организми.
Източници:
Begon M, Townsend CR, Harper JL (2009) Екология. Хобокен, Ню Джърси, Уайли-Блекуел.
Hirsch AM, Fujishige NA (2008) Коменсализми. В: Йоргенсен SE (изд.) Енциклопедия по екология том 1, стр. 679-683. Амстердам, Elsevier.
Holland JN, Bronstein JL (2008) Мутуализъм. В: Йоргенсен SE (изд.) Енциклопедия по екология том 3, стр. 2485-2491. Амстердам, Elsevier.
Kitching RL, Harmsen R (2008) Аменсализъм. В: Йоргенсен SE (изд.) Енциклопедия по екология том 1, стр. 160-162. Амстердам, Elsevier.
Lafferty KD (2008) Паразити. В: Йоргенсен SE (изд.) Енциклопедия по екология том 4, стр. 2641-2650. Амстердам, Elsevier.
Снимки: Christoph Specjalski, Jiří Hulcr, Albert kok