Exemplu simbioza: calmarul Euprymna scolopes foloseste bacteriile simbiotice luminoase Vibrio fischeri pentru a descuraja pradatorii. Kalmar este capabil să regleze puterea strălucirii (foto de la www.eurekalert.org)
Sistemele symbiotice, sau "superorganismele", ocupă o poziție intermediară în ierarhia biosistemelor dintre organisme și ecosisteme. Cel mai important rol în funcționarea sistemelor simbiotice îl are intercalarea biochimică - o separare subtilă a etapelor metabolice individuale între componentele complexului. Dezvoltarea progresivă a simbiozelor poate duce la interconectare chiar și la nivelul genomului, la apariția unor sisteme comune de reglementare genetică.
Au trecut mult timp acele momente în care simbioza - coabitare lungă a organismelor fără legătură, utilă cel puțin uneia dintre ele - a fost considerată un fenomen rar. Când în anii 70 ai secolului al XIX-lea sa descoperit că licheniile sunt complexe simbiotice de ciuperci și alge, acest lucru a provocat o uimire considerabilă. De-a lungul timpului, lumea învățată a fost obosită să se minuneze de astfel de lucruri. A devenit clar că simbioza nu este doar un fenomen foarte răspândit. Aceasta este calea principală a evoluției, fără de care dezvoltarea progresivă a vieții pe Pământ ar fi extrem de dificilă, dacă este posibil.
În principiu, acest lucru ar trebui să fie așteptat. Pentru a supraviețui și a părăsi urmașii, fiecare ființă vie trebuie să facă față unei varietăți de probleme diferite. Este necesar ca într-un fel să se obțină din mediu substanțele necesare, iar cele lipsă pot fi sintetizate din materiale improvizate; este necesar să se extragă energia necesară proceselor chimice și fizice mari consumatoare de energie; în timp, scapa de deșeuri; găsirea partenerilor potriviți pentru schimbul de materiale ereditare; aveți grijă de descendenți; să se protejeze de pradă și așa mai departe - și toate acestea într-un mediu extern volatil, departe de totdeauna favorabil. Cerințele vieții pentru fiecare organism individual nu sunt doar numeroase și variate - foarte des ele sunt, de asemenea, contradictorii. Este imposibil să optimizăm simultan un sistem complex în toți parametrii: pentru a realiza perfecțiunea într-un singur lucru, trebuie să sacrificați celălalt. De aceea, evoluția este o căutare eternă a compromisului și, prin urmare, a posibilităților limitate inevitabile ale oricărei ființe vii. Cea mai simplă și mai eficientă modalitate de a depăși această limitare este simbioza, adică cooperarea "specialiștilor de profiluri diferite".
Pe simbioza a fost fondat multe aromorphoses importante (transformare progresivă), dintre care menționăm cele mai semnificative - formarea celulelor eucariote (nucleare) ale fundației din care să se dezvolte în continuare toate formele superioare de viață (animale, plante, fungi). Celulele eucariotice formate ca urmare a mai multor organisme simbioză procariote (non-nucleare) - bacterii si Archaea. Pe simbioză se bazează cele mai importante blocuri funcționale ale biosferei moderne. Astfel, posibilitatea de plante superioare - principalii producători de materii organice și oxigen - ar fi foarte limitată fără simbioză cu bacterii, capabile de azot atmosferic de transfer în formă de plante disponibile, iar unele ciuperci (micoriză), fără cooperarea polenizatori insecte si vertebrate - distribuitori seminte . animale erbivore - principalii consumatori de materii organice produse de plante - nu pot digera eficient alimentele vegetale fără ajutorul unei varietăți de bacterii simbiotice și eucariotele unicelulare. Viața marină cea mai vie și bogată a ecosistemului recif de corali sunt imposibile fără polipi corali simbiotice cu alge unicelulare - zooxanthellae. Comunitățile diverse habitate exotice, arhaice și extreme (cum ar fi arcuri terestre și submarine calde, randamente de metan și hidrogen sulfurat, lagună sare, apa subterană, etc. ..) De asemenea, sunt de foarte multe ori sunt complexe complexe simbiotice microorganisme, care uneori participă, de asemenea, mai mare organgizmy .
Cele mai multe dintre creaturile vii care locuiesc pe planetă sunt de fapt "superorganisme" - complexe complexe simbiotice. În ciuda faptelor bine cunoscute ale acestor fapte, vechea abordare a "organismului-centric" încă mai predomină în biologie. Prin urmare, noile revizuiri și generalizări legate de organizarea, funcționarea, diversitatea și rolul de mediu al sistemelor simbiotice nu își pierd relevanța.
1. Simbiozele de fixare a azotului sunt cooperarea plantelor cu microorganisme capabile să transforme azotul din atmosferă sau organice îngropate în forma accesibilă plantelor (amoniu, NH4 +). Cea mai mare parte a azotului biosferic este conținută în atmosferă într-o formă moleculară inertă chimic (N2). Recuperarea (fixarea) acestui azot necesită o cantitate imensă de energie. Numai unele bacterii și arhaide, care au enzime speciale - azotaze, sunt capabile de acest lucru. O complicație suplimentară este că azotazele funcționează numai în condiții anaerobe (anoxice). Toate organismele eucariote () superioare, incluzând plante - prin definiție, aerobic, iar acest lucru poate fi principalul motiv pentru care capacitatea de a fixa azotul nu are loc în organismele superioare. O mare parte azotul se găsește și în sol a substanțelor organice, dar că azotul este disponibil pentru plante, deoarece acestea nu au enzimele digestive necesare pentru degradarea materiei organice.
symbioses fixatoare de azot formează reprezentanți ai tuturor tipurilor de plante alfaproteobakteriyami terestre (Rhizobium), cianobacterii și Actinobacteria. Cea mai studiată simbioză a leguminoaselor cu bacterii noduli - rizobia. Rizobia care trăiește în organe specializate (nodule) furnizează plantei amoniu, în schimb primind întregul complex de nutrienți, în principal carbohidrații formați în timpul fotosintezei. Între plante și componentele bacteriene ale complexului simbiotic sa dezvoltat un sistem eficient și flexibil de coordonare reciprocă și de reglementare. De exemplu, enzime vegetale specifice, care lucrează numai în noduli, „grijă“, care concentrația de oxigen din partea centrală a nodulului, care Rhizobium trăiesc, cât mai scăzut posibil (și există într-adevăr sunt mai mici decât în atmosferă, la 5-6 ordine de mărime) . Integrarea biochimică și genetică a complexului simbiotic chiar merge până în prezent încât activitatea unor gene de plante este reglementată de proteinele bacteriene de regulator!
Nodulele cu bacterii de fixare a azotului se găsesc nu numai în legume, ci și în multe alte plante. În imagine - noduli pe rădăcinile arinilor (de la plant.geoman.ru)
Un rol ecologic important îl joacă și simbioza diferitelor plante cu cianobacterii de fixare a azotului. Spre deosebire de rhizobia, cianobacteriile în sine sunt capabile de fotosinteză, ceea ce simplifică într-o oarecare măsură sarcina de a alimenta simbioții cu azot cu energia necesară. Complexul simbiotic al fermei de apă Azolla și al cianobacteriilor Anabaena are o mare importanță agricolă: colonizarea plantațiilor de orez de către această ferigră crește semnificativ producția de orez. Nu este întâmplător faptul că, în unele părți ale Asiei de Sud-Est, azolul este divinizat.
2. autotrophs simbioză la heterotrophs - această cooperare organisme care sintetizează materia organică din dioxid de carbon, cu consumatorii gata. Organice Rolul organismelor primul act fotosintetice (plante, Eukariotele unicelulare, cianobacterii) sau bacterii hemosintetiki folosind CO2 pentru fixarea energiei de oxidarea compușilor anorganici (de exemplu, hidrogen sulfurat sau metan). În rolul celui de-al doilea sunt animalele sau ciupercile. symbioses larg răspândite cu ciuperci - ciuperci mycorrhizal și licheni. În cazul componentei fungice mycorrhizal primește din hidrații de carbon de plante gazdă (glucoză, fructoză) și se preia funcția radacina parului (care pe rădăcinile mycorrhizal sunt adesea dezvoltate) și, în plus, se referă la compuși de bază de azot (amoniac și aminoacizi), care sunt extracte de ciuperci, descompunând materia organică din sol. Lichenii sunt uneori numite „mycorrhizal în sens invers“, deoarece aceste complexe acte ciuperca simbiotice ca un „maestru“ și organisme fotositeziruyuschie (alge unicelulare sau cianobacterii) - ca „symbiont“. Cu toate acestea, sistemul intergatsii biochimic în licheni și micoriză în multe privințe similare. Cea mai mare perfecțiune din sistem atinge trei lichen, care includ, în plus față de gazda ciuperca care se specializează în fotosinteză, alge verzi și cianobacterii specializate în fixarea azotului.
Simbioză cu autotrophs deschide posibilități mari pentru multe animale acvatice, în special sedentare (coelenterates, bureți, ascidii, niște viermi și scoici). Astfel de complecși sunt simbiotice „super-organism“ care combină caracteristicile de plante și animale (exemplu luminos - corali). Autotrophs nu furnizat doar cu o gazdă organică obținută prin foto- sau chemosynthesis, dar în unele cazuri, ajuta-l sa scape de produsele finale ale metabolismului azotului (de exemplu, uree sau de acid uric), care servesc pentru simbionți valoroasă sursă de azot.
Unele descoperiri recente în studiul sistemelor simbiotice:
Trimiteți-le prietenilor: