С тех незапамятных времен сложились сложные взаимоотношения между микроорганизмами, с высшими организмами растительного и животного царства, с одной стороны, и окружающей средой – с другой. Тесное сожительство двух различных организмов, в том числе микроорганизма с макроорганизмом, называют симбиозом . Участники симбиоза называются симбионтами. Симбиоз характеризуется различными типами биотических взаимоотношений по отношению к клеткам своего хозяина и друг к другу.

Мутуализм - это такая форма сожительства, когда оба симбионта - хозяин и микроорганизм получают взаимную выгоду. При мутуализме сожительство создает благоприятные условия для обоих партнеров, то есть это взаимовыгодный симбиоз. Некоторые виды бактерий, обитая в кишечнике, продуцируют витамины, которые используются в организме животных для биокаталитических оеакций. Бактерии многих видов продуцируют витамины В6, В12, а также витамин К. Примером мутуализма служит сожительство растений с клубеньковыми бактериями, которые питаются веществами из соков растения (например, бобовых - гороха, вики), а растения, в свою очередь, используют азотистые соединения, синтезированные клубеньковыми бактериями, которые являются фиксаторами азота.

Комменсализм - это такая форма сожительства, когда один из симбионтов (в данном случае микроб) живет за счет хозяина, пользуется его защитой, но не причиняет хозяину никакого вреда. При комменсализме партнерство может быть выгодно одному из организмов без оказания вредного воздействия на другого. Микробы-комменсалы (стафилококки, стрептококки) населяют в качестве нормальной микрофлоры кожные покровы и слизистые оболочки животных. Однако следует признать, что комменсализм в этом случае довольно относительное понятие, потому что среди представителей условно-патогенной микрофлоры имеются такие, которые при определенных условиях могут вызывать тяжелые заболевания.

Антагонизм - это противоположное действие, взаимное противодействие органов, лекарственных средств, микроорганизмов. Антагонизм микробов - это сложное взаимоотношение, когда при совместном развитии популяций бактерии одного вида или внутри одного и того же вида угнетают развитие других, а иногда полностью их уничтожают. Антагонизм микробов широко используют для профилактики и лечения различных болезней, главным образом желудочно-кишечных заболеваний. Например, многие штаммы кишечной палочки способны подавлять развитие и уничтожать стрептококки, стафилококки, сальмонеллы. Антагонистические взаимоотношения между микроорганизмами представляют большой практический интерес. Антагонизм микробов в почве наблюдал еще Л. Пастер (1870 г.), В.А. Манассеин, А.Г. Полотебнов (1871 г.), И.И. Мечников (1905 г.) наблюдал антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями. Заслуга И.И. Мечникова заключается в том, что он заложил основы учения об антагонизме микроорганизмов, которое в настоящее время переросло в учение об антибиотиках.

Синергизм - это одинаковые физиологические процессы различных микробных ассоциаций, в результате которых происходит увеличение конечных продуктов.

Сателлизм - это стимуляция роста одного микроорганизма продуктами жизнедеятельности другого, который затем становится его спутником.

Среди разнообразнейших представителей мира микроорганизмов развились различные формы симбиотических взаимоотношений. Взаимно полезные отношения сложились между аэробными бактериями, обитающими в почве, в отделе толстого кишечника и других субстратах. Аэробные бактерии используют кислород, присутствующий в почве, тем самым создают благоприятные условия для развития анаэробов. В свою очередь, анаэробы разлагают целлюлозу, образуя органические кислоты, которые являются источником энергии для аэробных бактерий. Такие взаимоотношения существуют между простейшими и водорослями, симбиоз азотобактера с бактериями, разлагающими целлюлозу, между многочисленными бактериями и дрожжами в кефирных зернах и др.

Взаимопомощь между организмами проявляется и при различных инфекционных болезнях животных и человека. Так, гемофильные бактерии проявляют свое патогенное действие в организме в сообществе с различными сапрофитами - стафилококками, кишечной палочкой. Это свойство используют в лабораторной практике для культивирования гемофильных бактерий с использованием “баккормилок”.

Из огромного числа микроорганизмов, обитающих в природе, только незначительная часть болезнетворна. В процессе многовековой эволюции одни виды микробов, приспособившись к извлечению пищевых ресурсов из неживой природы, до сего времени остаются свободноживущими, другие виды постепенно адаптировались к сожительству с животными или растениями и за счет их получают питательные вещества.

Различными могут быть и пространственные отношения между симбионтами. Если один симбионт находится вне клеток другого, то говорят об эктосимбиозе , а если внутри клеток - об эндосимбиозе. Более крупного из симбионтов называют хозяином.

При инфекционных заболеваниях взаимодействие различных видов микроорганизмов обусловливает развитие так называемых ассоциированных инфекций. Ассоциированные инфекции вызываются двумя или более возбудителями. Ассоциация микроорганизмов - это сообщество различных их видов, существующее в естественно или искусственно созданных условиях. Например, жизнь анаэробов совместно с аэробами в среде, содержащей свободный кислород. Ассоциация микроорганизмов имеет большое значение при вирусных и микоплазмотических инфекциях респираторных органов, в частности у крупного рогатого скота в условиях промышленных животноводческих комплексов.

Микрофлора почвы

Почва состоит из неорганических веществ и органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых организмов. Почвенные живые организмы в совокупности составляют почвенный биоценоз . Содержащиеся в почве живые организмы (в том числе микроорганизмы) составляютживую фазу почвы . В нее входят макроорганизмы и микроорганизмы, как животного, так и растительного происхождения.

Макроорганизмы живой фазы почвы включают:

- макрофауну (грызуны, насекомые, клещи, брюхоногие моллюски, многоножки, пауки и кольчатые черви);

- макрофлору (корни растений).

Микроорганизмы живой фазы почвы включают:

-микрофауну (нематоды или струнцы, простейшие, коловратки);

- микрофлору (водоросли, грибы, актиномицеты бактерии).

Находящиеся в почве микроорганизмы подразделяются на два вида:

-аутохтонные микроорганизмы (резидентные микроорганизмы, резидентная микрофлора) , то есть микробы, которые присущи только конкретному типу почвы;

- аллохтонные микробы (транзиторная микрофлора) , то есть те микроорганизмы, которые в обычных условиях в почве не встречаются.

Микроорганизмы в почве развиваются в водных и коллоидных пленках, покрывающих твердые частицы, и особенно в капиллярной и гравитационной воде, заполняющей поры между минеральными частицами почвы и содержащей растворенные органические и неорганические вещества.

Микрофлора почвы:

1. Водоросли (зеленые, сине-зеленые и диатомовые). Они распространены повсеместно, особенно в поверхностных слоях почвы. Наиболее важным экологическим фактором, регулирующим распространение водорослей, является влажность, хотя они способны выдерживать длительные периоды засухи. Морфологическое разнообразие водорослей очень велико, но все они имеют микроскопические размеры, нитевидную форму и состоят из одной клетки. Наиболее многочисленные сине-зеленые и зеленые водоросли. Количество их в 1 г почвы может достигать 100 тыс.

2. Грибы. Их можно разделить на три группы: дрожжи и дрожжеподобные, плесени, включая нитевидные грибы, базидиомицеты. Дрожжи и дрожжеподобные грибы мало распространены в обычных почвах, и поэтому роль и значение их в жизни почвы невелики. Плесени и базидиомицеты более многочисленны в почвах, особенно базидиомицеты в лесных почвах, где они вызывают образование микоризы. Грибы могут жить в условиях частичного анаэробиоза, но аэробиоз стимулирует их развитие. Число грибов в поверхностном слое почвы от 8 тыс. до 1 млн. на 1 г, а биомасса - от 1000 до 1500 кг/га. Наиболее благоприятная реакция среды для грибов - кислая (рН 4,0).

3. Акциномицеты. Они образуют разветвленный мицелий и представляют собой одноклеточные организмы. Многие из них размножаются спорами, очень похожими на бактериальные клетки. Акциномицеты очень многочислены. Количество их в 1 г почвы может колебаться от 100 тыс. до 36 млн., а их биомасса может достигать 700кг/га. Акциномицеты хорошо развиваются в не слишком кислых и не слишком влажных почвах, богатых органическим веществом. Большинство их аэробы. Наиболее благоприятная рекция для акциномицетов - нейтральная или слабо щелочная (pH 7,0-7,5).

4. Бактерии (спорообразующие бактерии, спирохеты, микобактерии, псевдомонады, азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии, архебактерии). В окультуренных почвах бактерии превосходят все другие группы микроорганизмов, как по численности, так и по своему разнообразию. Число бактерий в 1 г почвы колеблется от 300 тыс. до 95 млн. и даже до 4 млрд. В плодородной почве общая биомасса бактерий достигает 500 кг/га и более.

Бактерии делятся на гетеротрофы и автотрофы. Гетеротрофы используют энергию и углерод, заключенные в сложных органических веществах. Аутотрофы используют энергию, выделяющуюся при окислении минеральных веществ, добывая углерод из углекислого газа, а азот - из минеральных соединений. Большая часть почвенных бактерий принадлежит к гетеротрофам, то есть требующим для своего существования готовое органическое вещество.

По отношению к кислороду почвенные микроорганизмы разделяются на аэробные (требуют для своего существования свободный кислород) и анаэробные (не требуют для своего существования свободного кислорода).

Наибольшее значение в почве имеют азотфиксирующие бактерии, способные усваивать молекулярный азот (Azotobacter, Nitrobacter, Mycobacterium и другие), и спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium.

Почвенные микроорганизмы принимают участие в процессах почвообразования, самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве имеются все условия для развития микробов: достаточное количество органических и минеральных веществ для их питания, подходящие влажность и реакция среды, защита от прямых солнечных лучей, кислород. Вследствие этого в почве повсюду обитают многочисленные виды микробов - бактерий, акциномицетов, грибов. Почва - живая система, кроме микробов в ней живут многочисленные виды беспозвоночных животных, растений. Однако где больше органических питательных веществ, там и обильнее развиваются микробы.

Микрооганизмы, которые живут и размножаются на наземных частях растений (листьях, стеблях), называют эпифитеыми микроорганизмами, эпифитами или микробами филлосрефы. Такие микроорганизмы изучают для того, чтобы знать ее видовой состав, те процессы, которые они могут вызвать при заготовке и хранении кормов. Поверхность растений для эпифитов является средой обитания. Их количество зависит от стадии развития растений, влажности, температуры и других факторов. При увлажнении численность микроорганизмов возрастает. Чем старше растение, тем больше на нем микробов.

Наибольшее скопление их отмечается в зоне корневой системы растений (ризосферы) . Околокорневая (ризосферная) зона растений особенно насыщена микробами, образующими зону интенсивного размножения и повышенной активности, специфичную для каждого вида растений. При этом происходит непрерывная борьба за источники питания и кислород. Микроорганизмы почвы, внедряясь в корневую систему или даже наземные ткани растений, питаются там органическими соединениями, синтезированными растением - хозяином. В свою очередь, растения получают от микробов-симбионтов ряд необходимых им веществ. Своеобразные отношения в почве складываются между растениями и грибами. Поверхность корневой системы колонизируют преимущественно псевдомонады и грибы. Грибы вступают в симбиотические отношения с растениями и образуют микоризу (грибокорень) ,стимулирующую ростобоих партнеров (название дано немецким исследователем Б. Франком). Наличие или отсутствие микоризы зависит от систематического положения растения-хозяина. Микоризы широко распространены среди разнообразных типов растений. Не имеют микоризы водные растения.

Типы микориз:

1. Эндотрофный тип микоризы (у травянистых растений, деревьев, кустарников) - мицелий гриба распространяется между клетками паренхимы и внедряется в них. Клетки паренхимы растений при этом остаются жизнеспособными и переваривают внедрившийся в них мицелий (по типу фагоцитоза). Под влиянием содержимого клетки внутриклеточный мицелий образует клубки (пелотопы), а нередко древовидные разветвления (арбускулы) или вздутые окончания (спорангиолы и везикулы). Часть мицелиальных окончаний выходит в почву. Такие гифы называются эмиссионными. Корневые волоски у растений с эндотрофной микоризой сохранятюся.
2. Экзотрофный тип микоризы (у хвойных растений и сережкоцветных покрытосеменных растений) - корень окутывается плотным грибным чехлом, от которого во все стороны распространяется густая сеть гиф. При этом грибные гифы проникают в корень на небольшую глубину, где переплетаются и образуют густую сеть (гарниговская сеть - по имени обнаружившего ее ученого Р.Гарнига). При этом типе микоризы плотный грибной чехол окутывает корни так, что корневые волоски исчезают, а вода и питательные вещества из почвы поглощаются мицелием гриба.
3. Перитрофная микориза- грибы не вступают с растениями в тесную связь. Они поселяются в ризосфере, окутывая корень.
4. Переходный тип микоризы совмещает в себе черты, свойственные эктотрофной и эндотрофной микоризам.

Грибы- микоризообразователи усиливают и улучшают развитие корневой и надземной частей растений.

Микоризу у одного и того же растения могут образовывать разные грибы. С другой стороны, один и тот же гриб способен давать микоризу с разными растениями.

Совершенно другие взаимоотношения возникают между микробами и скошенными растениями. Растительная масса служит хорошей питательной средой для микроорганизмов. После скашивания растений исчезают преграды, которые препятствуют проникновению микробов в их ткани. Проявляется деятельность находящихся в анабиотическом состоянии эпифитов, среди которых наибольшее число гнилостных, грибов, маслянокислых и др. При их развитии происходят потери больших количеств питательных веществ и порча корма. Он приобретает гнилостный, затхлый запах, изменяет окраску. Растения легко разрываются, их консистенция становится мажущейся. Такой корм плохо поедается животными и представляет опасность для их здоровья. На поверхности листьев можно встретить представителей разных физиологических групп:

Аммонификаторы

Молочнокислые бактерии

Маслянокислые бактерии

Эшерихии

Нитрификаторы

Денитрификаторы

на поверхности листьев растений содержится большое количество аммонификаторов.

До 80% общего количества эпифитов составляют клетки Erwiniaherbicola (Psedomonas herbicola). Эта неспорообразующая бактерия на МПА образует золотисто-желтые колонии. Этот микроорганизм всегда преобладает в почвах, содержащих свежее органическое вещество. Часто встречается и другой представитель этого рода - Pseudomonas fluorescens. Эта псевдомонада растет на плотных питательных средах в виде флюоресцирующих колоний.

Следующий представитель эпифитов - азотфиксирующие бактерии.

Бацилл и актиноцетов среди эпифитных микроорганизмов мало, чаще встречаются разные грибы (Penicillium, Fusarium, Mucor).

Примерное соотношение наиболее часто встречающихся на поверхности растений групп и видов микроорганизмов следующее:

- Psedomonas herbicola – 30-60%

- Pseudomonas fluorescens – до 40%

Группа Coli – Aerogenes – до 2%

Молочнокислые бактерии - до 5%

Спороносные бактерии - до 2%

Численность эпифитной микрофлоры растений может сильно меняться. Она колеблется от сотен до десятков миллионов КОЕ на 1 г растительной массы. Численность эпифитной микрофлоры значительно возрастает во влажную погоду. В настоящее время (с 1953 г.) эпифиты выращивают на растительных питательных средах: сенном отваре, капустной среде и др. В результате были выделены такие микроорганизмы, которые способны разлагать органические соединения, фиксировать небольшие количества азота и использовать сахара. При изучении эпифитной микрофлоры строгой специфичности к определенным растениям не выявлено.

Для жизни бактерий требуется более высокая влажность, чем для плесневых грибов. Поэтому при относительно одинаковых условиях корма чаще подвергаются плесневению, чем каким-нибудь другим изменениям. Такие корма бывают нередко причиной отравлений.

Микроорганизмы зоны корня.

На поверхность корней и наземных частей растений выделяются органические соединения, синтезированные растениями. Это явление называется экзосмосом. В зависимости от многих причин интенсивность экзосмоса может быть большей или меньшей. Количество выделяемых за период жизни растения соединений составляет до 10% их массы и более.

При корневом экзосмосе образуются различные органические кислоты - яблочная, янтарная, винная, лимонная, щавелевая и др. Обнаружены и сахара, представленные альдозами и кетозами, а также некоторые аминокислоты (аланин, лизин и др.). Состав продуктов экзосмоза отдельных растений в той или иной степени отличается.

В выделениях корней имеются органические соединения большой физиологической активности - витамины, ростовые вещества, иногда алкалоиды и тд. Многие из указанных соединений в некоторых количествах выделяются и наземными органами растений. В связи с этим на корнях и надземных органах растений размножается обильная сапрофитная микрофлора.

Обычно выделяют “корневые” микроорганизмы, поселяющиеся на самой поверхности корня, - микрофлора ризопланы. Выделяют также группу микробов, обитающих в слое почвы, прилегающем к корню, - микрофлора ризосферы. Количество микроорганизмов на поверхности корня (в ризоплане) и в ризосфере в сотни раз больше, чем в остальной массе почвы. В зоне молодого корня в основном размножаются неспорообразующие бактерии. Здесь же встречаются микроскопические грибы, дрожжи, водоросли и другие микроорганизмы.

Состав микрофлоры ризосферы меняется с возрастом растений. Например, бациллы, актиномицеты и целлюлозоразрушающие микроорганизмы, практически отсутствующие в ризосфере молодых растений, появляются при более позднем развитии последних. Очевидно, отмеченная группа микроорганизмов живет не за счет экзосмоса растений, а принимает активное участие в разложении отмирающих корней.

Микрофлора поверхности корня несколько отличается от микробного биоценоза ризосферы. Так, в ризоплане богаче представлен род псевдомонад, здесь слабо размножаются азотобактер, целлюлозоразлагающие и некоторые другие микроорганизмы, которыз много в ризосфере.

Зоне корня каждого вида растений свойственны строго специфичные группы микроорганизмов, практически не размножающиеся в ризосфере других растений. Это определяется составом корневых выделений и органических остатков, которые у отдельнах видов растений имеют некоторые особенности. Например, клубеньковые бактерии обильнее размножаются в ризосфере бобовых растений. Азотобактер лучше развивается в зоне корня одних растений, чем других. В зоне корня отдельных растений размножаются некоторые специфические грибы.

Значение сапрофитных микроорганизмов зоны корня в жизни растений:

Эпифиты - разрушители органических и минеральных соединений, подготавливающие минеральную пищу для растений

Способность эпифитов синтезировать витамины (в частности, тиамин) и ростовые вещества - гиббереллина и гетероауксина

В почве живут и развиваются разнообразные микроорганизмы: амебы, инфузории, грибы, водоросли, актиномицеты и бактерии. Из структурных частей почвы для микробиологии особый интерес представляет ее органическое вещество - гумус, состоящий из остатков животных и растительных организмов и обитающих в почве микробов.

Почва является естественной средой обитания микроорганизмов. В ней имеются все условия благоприятного их развития (достаточное количество влаги, органических и минеральных веществ). Из природных субстратов почва наиболее обильно населена микроорганизмами, которые составляют ее постоянную микрофлору. Санитарно-гигиеническая роль этой микрофлоры огромна. Почвенные микроорганизмы участвуют в минерализации органических отбросов, самоочищении почвы, в круговороте веществ в природе.

На формирование микробных почвенных биоценозов, на их качественный и количественный состав влияют следующие факторы:

- тип(вид) почвы и ее степень окультуренности (способ обработки).

Чем она выше, тем больше общая микробная обсемененность. Соответственно, исходный нормальный показатель ОМЧ (общего микробного числа) для разных почв различен. В песчаных почвах преобладает аэробные микроорганизмы, в глинистых - анаэробы. Насыщенность микробами различных почв варьирует - их значительно больше в почве, богатой органическими веществами и подвергающейся механической аэрации. Наибольшую микробную обсемененность почв регистрируют на полях с фекальным орошением, скалках, местах выпаса скота. Нередко в состав микробных ценозов подобных мест входят и бактерии, патогенные для человека и животных.

- физико-химические свойства почвы: структурированность, содержание органических веществ, аэрация, влажность, водопроницаемость, наличие свободного и связанного кислорода, температура. Большинство почвенных микроорганизмов способны размножаться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, температуре от 25 до 45 о С. Термофильные микроорганизмы (например, бактерии родов Thermomonospora, Thermococcus) разиваются только грибы и актиномицеты. Даже а 1 г песков пустынь имеется до 100тыс. Жизнедеятельных микробов, а в почве полупустынь - 250 тыс. В песчаных почвах, лучше аэрируемых, развиваются аэробные микробы. Влагоемкие почвы, богатые водой, бедные кислородом, благоприятны для размножения анаэробов. Очень много микробов в почвах, богатых перегноем (гумусом).

- возраст, географическое расположение почвы. В направлении с юга на север содержание органических веществ в ней, в соответственно, и микроорганизмов уменьшается.

- климатические условия и сезонность. Весной в почве преобладают аэробные, летом - спорообразующие бактерии. К концу лета увеличивается число акциномицетов, усваивающих органические вещества, не утилизированные бактериями. Биологическая активность всех почвеныых микроорганизмов увеличивается осенью и заметно снижается в зимний период.

- глубина почвенного слоя. В толще почвы выделяют три основных горизонта А (0-10см), В (10-20 см) и С (20-30 см). На поверхности и в горизонте А микроорганизмов мало вследствие низкой влажности и микробицидного действия прямого солнечного света. В необработанной почве горизонта А их содержится наиболее велико на глубине 5-10 см (то есть в зоне, пограничной с горизонтом В). В обработанной почве микроорганизмов особенно много на границе горизонтов В и С. На глубине 1 м выделяют единичные микроорганизмы. Виды, выделяемые на глубине 4 м и более рассматривают не как почвенные, а как имеющие геологическое значение.

Количественный и видовой состав микроорганизмов в почве обусловлен содержанием в ней органических веществ, влаги, рН, температурой, климатическими условиями, способом обработки и т. д.

С увеличением количества органических веществ в почве, как правило, возрастает и количество микроорганизмов. Органические вещества являются питательной средой для большинства почвенных бактерий. Общий запас органических веществ почвы достигает 400 т на 1 га, из них большая часть находится в поверхностном слое (до 30 см) почвы. Главная составная часть органических веществ почвы - останки животных и растительных тканей. Живая масса микроорганизмов в 1 га почвы (удобренной) превышает 5-6 т. Наиболее богаты микроорганизмами черноземные, каштановые почвы, сероземы и специально обработанные почвы. Количество бактерий в 1 г таких почв иногда достигает нескольких десятков миллиардов. Бедны микрофлорой песчаные, горные и лишенные растительности почвы. Но даже в песках пустыни количество бактерий достигает 10-100 тыс. в 1 г.

Наиболее многочисленны микроорганизмы в верхнем 5-15- сантиметровом слое, меньше их на глубине 20-30 см и минимальное количество на глубине 30-40 см. Однако бактерии были найдены в почве даже на глубине 5 м. Почвы, богатые бактериями, биологически более активны. Между плодородием почвы и содержанием в ней микроорганизмов имеется определенная зависимость. Подсчеты показали, что на каждый гектар малоплодородной почвы приходится 2,5-3 т микробной массы, высокоплодородной - до 16 т. Число микроорганизмов в 1 г почвы может колебаться от 1-3·10 6 до 20-25·10 9 .

Максимальное количество микробов в почве содержится на глубине 10-20 см. Начиная с глубины в 1-2 м, количество их резко сокращается. Это объясняется тем, что по мере углубления в почву уменьшается содержание органических веществ, а также кислорода, необходимого для жизнедеятельности аэробных бактерий.

Численность микроорганизмов в почве увеличивается по направлению с севера на юг, причем весной количество их значительно возрастает, достигая максимума к началу лета, осени; зимой - резко уменьшается.

К типичным почвенным бактериям относятся Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Bacillus mesentericus, Bacillus megatherium, а также термофильные бактерии и другие микроорганизмы, составляющие иногда 80-90% всей микрофлоры почвы.

Кроме вышеперечисленных микроорганизмов в почве обитают актиномицеты, плесневые грибы, дрожжи, микроскопические водоросли, простейшие.

Количество микроорганизмов в почве достигает несколько миллиардов на 1 г. больше всего их в унавоженной и подвергнутой обработке (пахоте и аэрации) почве - до 4,8-5,2 млрд. в 1 г. Меньше микробов содержится в лесной почве на 1 га в среднем составляет около 1000 кг. Другие авторы указывают, что на 1 га почвы в среднем имеется до 2-5 т микробной массы и даже до 7 т на 1 га. Наибольшее количество их концентрируется в ризосфере, то есть в прикорневой части почвы.

На состав микрофлоры почвы влияет деятельность человека: в частности, регулярное перекапывание почвы отрицательно сказывается на сложившихся биоценозах, особенно легких почв (за счет гибели анаэробных бактерий). Существенный вред микробным сообществам наносят загрязнение почвы отходами, содержащими токсические продукты. На состав микрофлоры неблагоприятно влияет регулярное попадание в почву выделений человека и животных, способствующих избыточному размножению отдельных групп микроорганизмов.

Превращение органических остатков в почве происходит путем их разложения до углекислого газа и воды, а также путем синтеза более сложных органических соединений из более простых. Кроме того, в почве продукты разложения подвергаются частичному окислению, полимеризации, уплотнению, соединению друг с другом. В итоге образуются совершенно новые вещества, не содержащиеся ни в исходных органических остатках, ни в продуктах микробного синтеза. Совокупность процессов разложения и синтеза новых соединений в почве называется гумификацией.

В анаэробных условиях может развиваться процесс, близкий к процессу гумификации. Он приводит к образованию битумов и называется битумизацией.

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.

В последние десятилетия пристальное внимание исследователей привлекают симбиозы микроорганизмов и морских животных, хотя первый из них, со светящимися бактериями, был описан Р. Пьерантони еще в 1918 г. Сейчас известно, что в кишечнике многих морских животных (рыб, моллюсков и др.) развиваются светящиеся бактерии - представители родов Photobacterium, Vibrio, которые обладают хитиназной активностью, необходимой для гидролиза оболочек планктона - главной пиши большинства морских относительно крупных животных. Свечение (биолюминесценция) происходит благодаря ферменту люциферазе и регулируется системой кворума: свечение отсутствует при малых концентрациях микробных клеток, живущих в морской воде, и резко усиливается при достижении популяцией критической плотности (кворума) в организмах животных. Светящиеся бактерии могут входить и в высокоспециализированные симбиотические системы, не связанные с перевариванием пищи. При этом они населяют, достигая плотности 10 м клеток/мл, особые полые органы эктодермального происхождения - бактериофотофоры, которые соединены выводным протоком с внешней средой. Потому такие связи являются эктосимбиозами.

Некоторые головоногие моллюски имеют вспомогательные органы, напоминающие рефлекторы и линзы, которые усиливают мощность свечения. Светящиеся органы выполняют различные функции в половом размножении, во взаимоотношениях организмов в популяции, важны при отпугивании врагов. Например, свечение головоногих моллюсков Euphymna scolopes, резко возрастающее ночью благодаря эффекту кворума, обеспечивает им сравнительную безопасность, предохраняя от атаки хищников снизу, так как из глубин океана свечение сходно с лунным светом, и тело моллюска теряет тень. Плотность популяции бактерий, а следовательно, и эффект свечения регулируются самим моллюском в течение суток.

Для губок главным источником питания служит бактериальная часть планктона. Эндобионты губок (представители около 20 родов гетеротрофных бактерий, а также цианобактерии-фототрофы) поддерживают фильтрационную активность животных благодаря очищению бактериальными гидролазами каналов внутри тела губок, а также снабжают своих хозяев комплексом витаминов и других биологически активных соединений. Симбионты живут преимущественно в бактериоцитах, достигая 40 % от всей массы клеток губок.

Симбиотическая кишечная микрофлора рыб также участвует в деструкции пищевого материала (планктона, водорослей), защищает хозяев от вирулентных морских микроорганизмов. Например, в кишечнике нескольких видов рыб-хирургов обнаружены гигантские (длиной до 600 мкм) грамположительные прокарио- ты-эндобионты, которых выделили в особое семейство Epulopiscia- сеае. Их покрытые толстой кутикулой клетки со жгутиками способны к зеленой флуоресценции. Некоторые черты этих прокариот сходны с чертами протистов, например электронноплотная трубчатая сеть мембран в цитоплазме, способность поделившихся клеток находиться в общей оболочке. По результатами анализа 16S рРНК представитель этого семейства Epulopiscium fishelsoni - эндобионт живущей в Красном море рыбы Acanthurus nigrofuscus , близок к Metabacterium polyspora. Полагают, что в результате коэволюции рыб - акантурид и их микробионтов, начавшейся более 60 млн лет назад, свободноживущие формы этих уникальных прокариот не сохранились. По этой же причине в настоящее время известны только как облигатные эндобионты цилиаты из кишечника термитов и многие другие микробионты.

Бактерии-симбионты кишечника морских животных участвуют не только в полостном или внеклеточном пищеварении. Резидентная микрофлора морских животных, например губок и моллюсков, также экскретирует много ферментов, гидролизующих пищу, используемую преимущественно организмом хозяина. Так осуществляется симбионтное пищеварение. При этом решающей является способность гидролаз разрушать клеточные оболочки бактерий - существенной части планктонной пищи многих животных. В данном процессе большую роль играют лизоцимы - ферменты, гидролизующие пептидогликаны. В свою очередь, многие бактерии, например кишечная палочка, выделяют ингибиторы лизоцима.

Лизоцим-антилизоцимные взаимодействия играют большую роль в поддержании устойчивости водных биоценозов.

Обитатель северных морей моллюск-гребешок Clamys islandica запасает в своем ЖКТ лизоцимподобный фермент хламизин в виде кристаллических включений, накапливая его для интенсивного гидролиза бактерий планктона. Этот лизоцим не только лизирует клеточные стенки бактерий по известному механизму, но и проявляет антимикробный эффект даже после потери ферментативной активности, разрушая бактериальную цитоплазматическую мембрану. Это дает возможность эффективно преодолевать анти- лизоцимную активность бактерий.

Неферментативная антимикробная активность, показанная и для нескольких других лизоцимов, - один из примеров полифункциональности белков. В соответствии с принципом экономии генома некоторые белки способны проявлять не одну, а две отличающиеся активности, осуществляемые обычно различными участками своих молекул по разным механизмам. Полифункциональность особенно важна при вступлении микроорганизмов в различные биотические связи. Так, лектины Bacillus polymyxa не только связываются с углеводными остатками на поверхности клеток, но и обладают протеолитической активностью; некоторые высокоспецифичные белковые токсины, убивающие животных (например, Cry- белки Bacillus thuringiensis ), проявляют наряду с этим и менее специфический антимикробный эффект.

Роль прокариот в глубоководных симбиозах является определяющей. Один из ярких примеров морских симбиозов - особые экосистемы на дне океана на глубинах в несколько километров, в градиентных условиях между анаэробными и аэробными. Впервые жизнь в таких условиях была выявлена в 1977 г. вокруг гидротермальных источников. Среда обитания вблизи гидротермальных выходов отличается не только наличием высокой температуры, но и обогащением восстановленными соединениями - сероводородом, метаном, водородом, двухвалентными ионами железа, марганца, сульфита и др. Подобные условия очень благоприятны для бактериального хемосинтеза и/или окисления метана.

В других биотопах в океане также встречается повышенная концентрация восстановленных соединений. Все такие биотопы были названы восстановительными - это помимо гидротермальных источников холодные метановые высачивания (сипы), зоны кислородного минимума, изолированные или полуизолированные водоемы типа фьордов, места захоронения органики (например, трупы китов) и др. Наиболее интенсивное развитие жизни встречается в восстановительных биотопах, связанных с глубинными источниками тепла. Полагают, что области, где сконцентрированы гидротермальные системы, занимают до "/ 3 площади Мирового океана. Часто в этих местах образуются вертикально стоящие геологические структуры из сульфидов и серного ангидрида до 25 м высотой - «черные курильщики». Сроки их жизни - несколько сотен тысяч лет. У жерла «курильщика» температура может достигать 400 °С и выше, но она быстро падает. Встречаются и менее разогретые «белые курильщики». Из верхней части «черных курильщиков» выходит черный «дым» с очень высоким содержанием сероводорода. В этом «дыме» и на поверхности труб курильщиков, где температура составляет 10-25 °С, обнаружены высокоспецифичные представители 20 типов животных: инфузорий, саркомастигофор, турбеллярий, нематод, олигохет, всстименти- фср, коловраток и др. Эти сообщества животных занимают относительно небольшие площади дна, но достигают значительной биомассы. Многие из них имеют значительно большие размеры, чем у их «сородичей», живущих на небольших глубинах (например, вестиментиферы - до 15 м в длину при ширине несколько миллиметров, моллюски - до 30 см в длину). Потребляемая этими животными первичная продукция базируется прежде всего на энергии хемосинтеза.

Многоклеточные животные смогли освоить новое жизненное пространство на больших глубинах Мирового океана благодаря вступлению в симбиоз с прокариотами-хсмосинтстиками, а часто еще и с метанотрофами. Это дало возможность многоклеточным животным не только перейти на новые источники питания, но и освоить новый способ питания - симбиотрофное питание за счет биомассы прокариот, образующейся в результате хемосинтеза и/или метанотрофии. При этом прокариотами используются в качестве источников энергии реакции окисления серы, метана, других восстановленных соединений, а необходимые кислород и углекислый газ поставляют микробионтам их хозяева-животные. Кроме того, благодаря подобным симбиозам животные смогли приспособиться к присутствию смертоносного сероводорода, а также выживанию при частой гипоксии и значительном перепаде температур в течение нескольких минут.

Для обеспечения симбиоза между многоклеточными животными и хемоавтотрофными и/или метанотрофными бактериями необходимо одновременное соблюдение двух условий: наличие кислорода для организма-хозяина и восстановленных соединений для бактерий-симбионтов (для реакций хемосинтеза также необходим кислород). Обеспечить такие условия возможно лишь на границе окислительных и восстановительных зон, поэтому фауна восстановительных условий приурочена к зоне смешения восстановленного раствора с морской водой. Для одновременного использования кислорода и сероводорода, которые разнесены в пространстве, животные вынуждены зарываться в грунт, так что выступающая над осадком часть тела оказывается в окисленной зоне, а нога проникает глубоко в грунт, обогащенный сероводородом. Свободноплавающие организмы, например коловратки и инфузории, используют разнесение процессов усвоения кислорода и сероводорода во времени благодаря поочередному перемещению то в окисленные, то в восстановленные условия.

Первым изученным животным, во взрослом состоянии практически всецело зависящим от симбиотрофного питания, была вестиментифера Riftia pachyphita. Пищеварительный тракт у нее отсутствует, обмен веществами с внешней средой осуществляется через эпидермис. Питание обеспечивается процессами, происходящими в трофосомах - специализированных участках ткани животного, включающих клетки-бактериоциты. Новые бак- териоциты возникают за счет деления неспециализированных клеток вблизи кровеносных сосудов рифтии и заражаются бактериями от ближайших инфицированных клеток. Постепенно бак- териоциты перемещаются в периферическую зону, где начинается лизис бактерий, использующихся хозяином в качестве пищи. Серобактерии, населяющие трофосому, окисляют сероводород до SO4". В качестве источника углерода они используют углекислый газ, поступающий в бактериоциты через кровеносную систему хозяина.

Содержание ферментов цикла Кальвина-Бенсона, зарегистрированное в трофосоме вестиментифер, наиболее высокое среди всех известных случаев симбиоза беспозвоночных с хемоавто- трофными бактериями. Микробионты занимают до 35 % всего объема трофосомы, их плотность достигает 10 млрд клеток на 1 г сырой биомассы этого органа, причем только сульфиды стимулируют поглощение кислорода эндобионтами. Благодаря способности последних к образованию серосодержащих аминокислот (таурина и его аналогов, которые могут служить ловушкой для сульфидов), клетки животного защищены от токсического действия высоких концентраций сульфидов. Накапливающийся при этом тиотаурин является резервом для дальнейшей утилизации симбионтами. Исследования последовательности нуклеотидов в 16S рРНК показали, что симбионты одного хозяина представлены одним видом бактерий. Сульфидокисляющих эндобионтов вестиментифер относят к подгруппе протеобактерий. Они напоминают представителей тиобацилл или Thiomicrospira.

Наличие хемоавтотрофных микробионтов показано и в жабрах брюхоногих моллюсков гастропод. В этом случае выявлены тионо- вые бактерии-эндобионты: длинные палочковидные и короткие толстые вибрионы. Они также располагаются в бактериоцитах и занимают не менее 60-70 % пространства последних. Другая картина наблюдается у двустворчатых моллюсков, в жабрах которых выявлено окисление метана, практически не наблюдаемое у риф- тий. Этот процесс проводится грамотрицательными метанотро- фами. Морфологически они близки к представителям рода Met- hylobacter. М. vinelandii, М. whiltenburyi. В жаберных тканях моллюска Ifremeria nautilei обнаружены и хемоавтотрофные, и метанот- рофные эндобионты, позволяющие моллюску использовать энергетический потенциал как неорганических восстановленных соединений серы, так и метана. У моллюсков и их эндобионтов настолько тесная связь, что наблюдается их параллельное видообразование. Имеется тенденция к частичной редукции пищеварительной системы у моллюсков (у вестиментифер она отсутствует полностью), однако в определенных условиях они питаются и сап- ротрофно.

Для симбиотрофного питания морские животные могут использовать и автотрофных эпибионтов. Ими являются чаще всего бесцветные сероокисляющие хемоавтотрофы. Покрывают кутикулу морских нематод Euboslrichus parasitiferus, Laxus onieslus, а также других нематод из субсемейства Stibonematinae у-протеобактерии, родственные эндемичным эндобионтам животных из гидротерм. Эти сероокисляющие автотрофы чаще живут в виде монокультуры на теле хозяина, что подтверждается анализом их 16S рРНК. Они имеют форму нитей или палочек и покрывают в виде монослоя все тело нематод. Встречаются и коккообразные формы, образующие множественные слои над монослоем из нитчатых форм. Преимущественно питаются эпибионтами и колониальные нитчатые цилиаты Zoothamnium niveum, а также креветки - представители рода Rimicaris, например Rimicaris exoculata. Их эпибионтов относят к е-протеобактериям, включая представителей рода Thiovulum.

Морские животные и их автотрофные эпибионты, как и эндо- бионты, коэволюционируют. Например, у креветок эпибионты живут на специальных ветвящихся придатках - бактериофорах. Частота деления эпибионтов коррелирует со сменой кутикулы их хозяев. Для развития всех этих прокариот необходимы условия, где сульфатредукторы разлагают органический материал и образуется сульфид, причем их развитие наиболее интенсивно в градиентах сульфида и кислорода. Углерод эпибионты поглощают автотрофно, а энергию получают при окислении серы.

Известно и о субкутикулярных (живущих между эктодермой и кутикулой) бактериях, коэволюционирующих в симбиозе с различными эхинодерматами. Например, полагают, что симбиоз офиурид Ophiactis balli (Echinodermata : Ophiuroidea) с субкутикулярными сс- протеобактериями сложился в палеозое. Члены этого симбиоза имеют общий метаболизм азота. Микробионты явно отличаются от уже описанных главных групп морских симбиотических бактерий, так как они родственны представителям рода Rhizobium.

До недавнего времени считали, что жизнь глубоководных восстановленных биотопов полностью зависит от хемосинтеза, что она возможна исключительно благодаря геотермальной энергии и не зависит от энергии Солнца. Однако теперь ученые считают такое мнение некорректным. Во-первых, уникальные глубоководные организмы нуждаются в кислороде - продукте фотосинтеза. Кроме того, личинки многих беспозвоночных животных плавают и питаются растительными остатками. Затем накопленные благодаря такому питанию липиды используются в период симбиот- рофного питания. Это явление показано даже для вестиментифер, во взрослом состоянии не имеющих пищеварительной системы.

Мутуалистические симбиозы с микроорганизмами играют очень важную роль в эволюции биосистем. Именно благодаря им возникли и эволюционно развиваются, успешно выдерживая борьбу за существование, одноклеточные, а затем и многоклеточные эукариоты, значительно увеличившие разнообразие и красоту биосферы Земли. Животные приспособились эффективно использовать растительную пищу с богатым содержанием целлюлозы, в том числе грубую клетчатку стволов трав и деревьев. Благодаря этому значительно увеличилось количество потребляемого первичного органического вещества. Это дало возможность животным более интенсивно размножаться в разных экологических нишах и значительно расширило число этих ниш. Пищеварение с участием микроценозов сыграло решающую роль в повышении интенсивности метаболических процессов у животных, особенно у млекопитающих, что явилось одним из факторов, способствующих установлению их теплокровности. Симбиозы с прокариотами позволили значительной части беспозвоночных животных широко расселиться и интенсивно размножаться благодаря симбио- трофному пищеварению даже в таких «непригодных» для жизни местах, как дно Мирового океана. Отметим также, что микроби- онты выделяют множество уникальных токсинов, антибиотиков, ферментов, их ингибиторов, жирных кислот (типа экзопентаено- вой), противовирусных веществ, часть которых может быть использована человеком.

Что такое симбиоз в биологии: определение

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 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

Что такое симбиоз в биологии (5 класс)? Симбиоз - это отношения между двумя или более организмами, живущими в тесном контакте друг с другом. Взаимодействие происходит, когда два вида живут в одном месте и один или оба получают выгоду от другого. Под это определение косвенно подпадает хищничество, так как оно может также рассматриваться как разновидность симбиоза.

Мутуализм

Мутуализм - это один из самых известных и наиболее экологически значимых видов симбиоза. В таких отношениях состоят, например, насекомые и Такое сотрудничество является благоприятным и взаимовыгодным для обеих сторон. Насекомые, птицы и даже некоторые млекопитающие в виде нектара добывают себе пропитание. Растение, с другой стороны, получает большое репродуктивное преимущество, а именно - у них появляется возможность переносить свою пыльцу на другие растения.

Поскольку растения не часто оказываются вместе, то им достаточно проблематично совершать репродуктивную функцию без посредников. В данном случае симбиоз им просто жизненно необходим, причем в полном смысле этого слова. Без опылителей, многие растения могли бы просто постепенно исчезнуть. С другой стороны, не опыляя растения, многие насекомые сами бы оказались в большой беде. Это действительно взаимовыгодный союз.

В биологии на этом не ограничиваются. Еще один увлекательный вариант благотворного сотрудничества можно увидеть в отношениях некоторых и тлей. Тля - это крошечные, мягкие насекомые, которые питаются соком растений, и в качестве отходов они выделяют определенную часть сахара и воды. Это и становится пригодной пищей для некоторых видов муравьев. В свою очередь, муравьи частенько переносят их на новое место, обеспечивая, таким образом, дополнительные источники питания.

Комменсализм

Что такое симбиоз в биологии? В первую очередь, это сотрудничество. Одним из самых редко встречающихся в природе видов симбиоза является комменсализм. В данном случае, выгоду получает лишь одна сторона. Второму от такой договоренности ни жарко, ни холодно. Обнаружить его примеры является довольно трудной задачей. Однако несколько примеров привести можно.

Пример комменсализма могут продемонстрировать некоторые пустынные ящерицы, которые находят себе место жительства в заброшенных крысиных или змеиных норах. Ящерицы получают кров, в то время, как другое животное не получает ничего взамен.

Что такое симбиоз в биологии? Простыми словами можно сказать, что это положительное, отрицательное или нейтральное сотрудничество между различными видами организмов.

Фото симбиоза грибов с корнями

Ярким примером симбиоза грибов является микориза - содружество грибов и высших растений (различных деревьев). При таком «сотрудничестве» выигрывает и дерево, и гриб. Поселяясь на корнях дерева, гриб выполнят функцию всасывающих волосков корня, и помогает дереву усваивать питательные вещества из почвы. При таком симбиозе от дерева гриб получает готовые органические вещества (сахара), которые синтезируются в листьях растения при помощи хлорофилла.

Кроме того, при симбиозе грибов и растений грибница вырабатывает вещества типа антибиотиков, которые защищают дерево от различных болезнетворных бактерий и патогенных грибов, а также стимуляторы роста типа гиббереллина. Отмечено, что деревья, под которыми растут шляпочные грибы, практически, не болеют. Кроме того, дерево и гриб активно обмениваются витаминами (в основном, группы В и РР).

Многие шляпочные грибы образуют симбиоз с корнями различных видов растений. Причем установлено, что каждый вид дерева способен образовать микоризу не с одним видом гриба, а с десятками разных видов.

На фото Лишайник

Другим примером симбиоза низших грибов с организмами других видов являются лишайники, которые представляют собой союз грибов (в основном аскомицетов) с микроскопическими водорослями. В чем же проявляется симбиоз грибов и водорослей, и как происходит такое «сотрудничество»?

До середины XIX века считалось, что лишайники являются отдельными организмами, но в 1867 году русские ученые-ботаники А. С. Фаминцын и О. В. Баранецкий установили, что лишайники - не отдельные организмы, а содружество грибов и водорослей. От этого союза выигрывают оба симбионта. Водоросли с помощью хлорофилла синтезируют органические вещества (сахара), которыми питается и грибница, а грибница снабжает водоросли водой и минеральными веществами, которые она высасывает из субстрата, а также защищает их от высыхания.

Благодаря симбиозу гриба и водоросли лишайники живут в таких местах, где не могут отдельно существовать ни грибы, ни водоросли. Они заселяют знойные пустыни, высокогорные районы и суровые северные регионы.

Лишайники являются еще более загадочными созданиями природы, чем грибы. В них меняются все функции, которые присущи отдельно живущим грибам и водорослям. Все процессы жизнедеятельности в них протекают очень медленно, они медленно растут (от 0,0004 до нескольких мм в год), и так же медленно старятся. Эти необычные создания отличаются очень большой продолжительностью жизни - ученые предполагают, это возраст одного из лишайников в Антарктиде превышает 10 тысяч лет, а возраст самых обычных лишайников, которые встречаются везде, не менее 50-100 лет.

Лишайники благодаря содружеству грибов и водорослей намного выносливее мхов. Они могут жить на таких субстратах, на которых не могут существовать ни один другой организм нашей планеты. Их находят на камне, металле, костях, стекле и многих других субстратах.

Лишайники до сих пор продолжают удивлять ученых. В них обнаружены вещества, которых больше нет в природе и которые стали известны людям только благодаря лишайникам (некоторые органические кислоты и спирты, углеводы, антибиотики и др.). В состав лишайников, образованных симбиозом грибов и водорослей, также входят дубильные вещества, пектины, аминокислоты, ферменты, витамины и многие другие соединения. Они накапливают различные металлы. Из более 300 соединений, содержащихся в лишайниках, не менее 80 из них нигде больше в живом мире Земли не встречаются. Каждый год ученые находят в них все новые вещества, не встречающиеся больше ни в каких других живых организмах. В настоящее время уже известно более 20 тысяч видов лишайников, и ежегодно ученые открывают еще по несколько десятков новых видов этих организмов.

Из этого примера видно, что симбиоз не всегда является простым сожительством, а иногда рождает новые свойства, которых не было ни у одного из симбионтов в отдельности.

В природе таких симбиозов великое множество. При таком содружестве выигрывают оба симбионта.

Установлено, что стремление к объединению больше всего развито у грибов.

Вступают грибы в симбиоз и с насекомыми. Интересным содружеством является связь некоторых видов плесневых грибов с муравьями-листорезами. Эти муравьи специально разводят грибы в своих жилищах. В отдельных камерах муравейника эти насекомые создают целые плантации этих грибов. Они специально готовят почву на этой плантации: заносят кусочки листьев, измельчают их, «удобряют» своими испражнениями и испражнениями гусениц, которых они специально содержат в соседних камерах муравейника, и только потом вносят в этот субстрат мельчайшие гифы грибов. Установлено, что муравьи разводят только грибы определенных родов и видов, которые нигде в природе, кроме муравейников, не встречаются (в основном, грибы родов фузариум и гипомицес), причем, каждый вид муравьев разводит определенные виды грибов.

Муравьи не только создают грибную плантацию, но и активно ухаживают за ней: удобряют, подрезают и пропалывают. Они обрезают появившиеся плодовые тела, не давая им развиться. Кроме того, муравьи откусывают концы грибных гиф, в результате чего на концах откусанных гиф скапливаются белки, образуются наплывы, напоминающие плодовые тела, которыми муравьи затем питаются и кормят своих деток. Кроме того, при подрезании гиф мицелий грибов начинает быстрее расти.

«Прополка» заключается в следующем: если на плантации появляются грибы других видов, муравьи их сразу удаляют.

Интересно, что при создании нового муравейника будущая матка после брачного полета перелетает на новое место, начинает копать ходы для жилища будущей своей семьи и в одной из камер создает грибную плантацию. Гифы грибов она берет из старого муравейника перед полетом, помещая их в специальную подротовую сумку.

Подобные плантации разводят и термиты. Кроме муравьев и термитов, «грибоводством» занимаются жуки-короеды, насекомые-сверлильщики, некоторые виды мух и ос, и даже комары.

Немецкий ученый Фриц Шаудин обнаружил интересный симбиоз наших обычных комаров-кровососов с дрожжевыми грибками актиномицетами, которые помогают им в процессе сосания крови.