Симбіоз: послуга за послугу

Симбіоз: послуга за послугу
Солодкий сироп, який виділяється попелицями, становить білядвох третин раціону рудих лісових мурах

Свою вигоду розуміє не лише людина, але і тварини, рослини і навіть бактерії. Вони входять в партнерські відносини з абсолютно неспорідненими видами за принципом «ти - мені, я - тобі» і разом рухаються по щаблях еволюції.

У будь-якому фільмі про дике життя Африки можна побачити, як на спинах великих тварин - носорогів, буйволів, жирафів - метушаться невеликі пташки. Це волоклюї. Вони скльовують кліщів та інших кровососів, які годуються на гіганті. Таким чином птахи отримують рясну і легкодоступну їжу, а копитні позбуваються надокучливих паразитів. Важко, втім, сказати, як при цьому ставляться один до одного учасники цього партнерства. Волоклюї лазять і перепурхують по спинах своїх годувальників, як по валунам або скелях, а ті й зовсім не звертають уваги на пернатих пасажирів.

Гострим дзьобом волоклюй орудує в небезпечній близькості від ока імпали. Але антилопу це анітрохи не турбує: тривала спільна еволюція перетворила волоклюя в спеціалізованого симбіонта копитних, який ніколи не заподіє шкоди своїм годувальникам

Те ж саме можна сказати, наприклад, про парочку, яка живе на мілководді тропічних морів: рак-лускунчик старанно риє або чистить нору, а поруч на ґрунті лежить риба-бичок. При появі хижака пильний бичок миттю кидається до нори, подаючи тим самим сигнал тривоги підсліпуватому раку, і через мить обидва опиняються в безпеці. Партнери корисні один одному, але все-таки кожен з них дбає лише про себе.

Союзи доброї волі

Проте в природі можна знайти й такі співдружності, успіх яких заснований на взаєморозумінні та узгоджених діях партнерів. У тій же Африці, а також в Індії і деяких інших тропічних країнах живуть птахи-медопокажчики. Знайшовши гніздо диких бджіл, така пташка відправляється на пошуки «компаньйона». В Африці цю роль найчастіше грає медоїд (невеликий звір, звичками і статурою схожий на борсука), в Індії - ведмідь і всюди - людина. Помітивши підходящого партнера, птиця підлітає до нього, гучним криком і своєрідними рухами привертає до себе його увагу і буквально веде до своєї знахідки. Людина або звір руйнує бджолине гніздо і з'їдає мед, залишаючи пташці стільники, які її і цікавлять.

Приклади таких взаємовигідних відносин в 1879 році німецький ботанік Антон де Барі вперше назвав словом «симбіоз», по-грецьки - «спільне життя». Термін, строго кажучи, не зовсім вірний: ні медопокажчик з медоїдом, ні волоклюй з буйволами постійно разом не живуть. Але дуже часто буває, що користь отримує тільки одна сторона, наприклад паразит. Тому сьогодні замість слова «симбіоз» нерідко використовують інший термін - мутуалізм («взаємність»). Але це термінологічні тонкощі.

На час появи терміна було відомо вже чимало прикладів симбіозу, але в ту пору на них дивилися скоріше як на якусь примху еволюції. На дворі стояла друга половина XIX століття, і тріумфальний успіх теорії Дарвіна звертав погляди вчених-натуралістів, насамперед, на боротьбу і суперництво, в тому числі і між різними видами. У цій «війні всіх проти всіх» будь-які союзи явно неспоріднених істот виглядали випадковими і тимчасовими, винятком із загального правила.

Лише деякі вчені бачили в них щось корисне. Одним з них був російський ботанік Андрій Фамінцин, який спільно з Осипом Баранецьким ще в 1867 році з'ясував природу лишайників - дивних рослиноподібних організмів, які довгий час не знаходили місця в класифікації живих істот. Під мікроскопом лишайники являють собою не єдиний організм, а симбіоз: їх тіло утворене тканиною гриба, всередині якої живуть мікроскопічні водорості. Як і всі зелені рослини, водорості утворюють органічні речовини, якими живиться гриб, який, в свою чергу, постачає водорість водою і мінеральними солями. Здавалося б, обмін нерівноцінний: водорості в принципі і самі можуть забезпечити собі мінеральне живлення. І дійсно, більшість видів водоростей, які входять до складу лишайників, можуть існувати самостійно, а безліч грибів - ні. Однак лишайники здатні рости там, де не ростуть окремо ні гриби, ні водорості, а часом - взагалі ніщо: від арктичних тундр до безводних пустель, від сутінків нижніх ярусів ялинового лісу до високогір'їв з їх нещадним ультрафіолетом.

Значно пізніше, в перші роки ХХ століття, Фамінцин звернув увагу на схожість хлоропластів (внутрішньоклітинних структур рослин, в яких відбувається фотосинтез) з організмами, які тоді називали синьо-зеленими водоростями (ціанобактеріями). Він припустив, що хлоропласти походять від таких водоростей, які оселились всередині більших клітин (або захоплених, але не перетравлених ними) і вступили з ними в симбіоз.

Подібні ідеї висловлював сучасник і колега Фамінцина Костянтин Мережковський. У 1924 році ще один російський ботанік, Борис Козо-Полянський, розвиваючи їх погляди, прийшов до висновку, що виникнення складних організмів з симбіозу простіших - не виняток, а один з магістральних шляхів еволюції. Проте в ту пору теорія симбіогенезу (тобто переростання симбіозу в єдиний організм) успіху не мала: більшість вчених захоплювалося зовсім іншими ідеями, а лишайники так і залишалися цікавим винятком. Хоча приклади все більш тісних і дивовижних симбіозів виявлялися один за іншим.

Так з'ясувалося, що одноклітинні водорості живуть не лише в лишайниках, а й в тілах безлічі морських тварин: від крихітних коралових поліпів до величезного двостулкового молюска тридакни розміром з хорошу скриню. Присутність таких симбіонтів позбавляє господарів від всяких турбот про їжу. В свою чергу, господарі, незважаючи на сидячий спосіб життя, цілеспрямовано піклуються про годувальників-квартирантів. Та ж тридакна в процесі еволюції здобула ланцюжок простих вічок по краю мантії. Ці простенькі органи, здатні розрізняти лише перепади освітленості, потрібні молюскові тільки для того, щоб пересувати мантію слідом за переміщенням сонячних променів, щоб його симбіонти могли ефективніше використовувати їх.

Дружба на вищому рівні

Схильними до симбіозу виявилися і вищі рослини, в тому числі багато дерев. В тканини їх коренів проникає зростаюча в ґрунті грибниця, утворюючи своєрідне сплетіння - мікоризу. В ній відбувається той же обмін, що і в лишайнику: гриб отримує від дерева органічні речовини, а натомість віддає воду і мінеральні солі. Такі гриби, а до них належать, зокрема, добре всім відомі підосичники, підберезовики, білі гриби, нездатні рости без рослини-партнера. Але й дерева в союзі з грибом ростуть краще. А багато орхідей взагалі нездатні рости без допомоги гриба-симбіонта, причому строго певного виду.

Гострі зуби і злісний характер мурени не лякають смугасту коралову креветку - вона спокійно чистить шкіру хижачки від паразитів

Відомо, що деякі органічні речовини, такі як целюлоза, на частку якої доводиться майже вся біомаса стебел і листя рослин, дуже стійкі до дії будь-яких травних соків. І тим не менш багатьом тваринам вдається нею харчуватися. Як з'ясувалося, вони роблять це за допомогою бактерій-симбіонтів, які живуть в їх травному тракті. Найкращі фахівці з переварювання трави, жуйні, виявились учасниками потрійного симбіозу. Частинки ретельно подрібненої ними трави в особливому відділі шлунка, рубці, захоплюються симбіотичними інфузоріями і вже всередині клітин інфузорій перетравлюються бактеріями, які там живуть. Те ж саме відбувається в кишечнику термітів, тільки замість інфузорій там живуть одноклітинні джгутиконосці.

Безліч прикладів симбіозу дали мурашки. Наші звичайні лісові мурахи виявились справжніми скотарями: вони не лише «доять» попелиць, збираючи солодкуватий секрет, який виділяється ними, але й захищають їх від хижаків, переносять на придатні для випасу частини рослин, будують для них затінення від прямих сонячних променів і навіть забирають на зимівлю. Мурахи-листорізи роблять з листя компост і на ньому в спеціальних камерах всередині мурашника вирощують гриби, плодові тіла яких складають їх основну їжу. Але, мабуть, найдивовижніша співдружність так званих лимонних мурах з деревом дуройя (Duroia hirsuta). Мурашки живуть всередині порожнистих стовбурів та гілок, захищаючи його від будь-яких рослиноїдних тварин (перш за все від комах). Мало того, мурашки цілеспрямовано винищують всі деревні паростки, які пробиваються поблизу їх дерева, впорскуючи в їх тканини мурашину кислоту. Виняток робиться лише для сіянців самої дуройї. В результаті в амазонській сельві виникають «сади диявола» - ділянки, на яких ростуть лише ці дерева. В даному випадку важко сказати, хто кого використовує: мурашки дерево або воно їх? Але важливо те, що дерево і мурахи живуть фактично як єдиний організм.

З часом виявилось, що не так-то просто знайти високорозвинену тварину або рослину, в тілі якої не жили б якісь симбіонти. Ми теж не виняток: всередині нас (переважно в кишечнику) живе безліч бактерій. Їх загальна маса вимірюється кілограмами, а їх число більше, ніж число клітин нашого власного організму. Деякі з наших симбіонтів вкрай необхідні: у людини, яка втратила своїх жильців (наприклад, при інтенсивному лікуванні антибіотиками), розвивається важкий розлад травлення, який триває до тих пір, поки її кишечник знову не заселять мікроскопічні «квартиранти».

Вектор еволюційної стратегії

Згадати про можливу еволюційну роль симбіозу вчених змусило вивчення внутрішньої будови клітини - в середині минулого століття після появи електронного мікроскопа відкриття в цій галузі посипалися одне за іншим. Виявилося, зокрема, що не тільки хлоропласти рослин, але і мітохондрії - «енергетичні установки» будь-яких справжніх клітин - справді схожі на бактерій, причому не лише зовні: у них є власна ДНК (правда, дуже маленька), і вони розмножуються незалежно від поділу клітини-хазяїна.

У 1960-ті роки американська дослідниця Лінн Маргуліс, нічого не знаючи про роботи російських ботаніків, висунула гіпотезу, що мітохондрії і хлоропласти (а можливо, і деякі інші внутрішньоклітинні структури) - це нащадки симбіотичних бактерій, які перейшли колись до життя всередині клітини партнера. Її теорія добре пояснювала, зокрема, чому ці структури оточені подвійною мембраною: внутрішня походить від мембрани самої бактерії, а зовнішня - від вакуолі, утвореної клітиною-господарем.

Минувші з тих пір роки підтвердили теорію. У багатьох тварин з різних груп були відкриті внутрішньоклітинні бактерії-симбіонти, причому з'ясувалося, що в ході спільної еволюції вони поступово «здають» свої гени в хазяйський геном: чим давнішим був той чи інший біоценоз, тим менше генів залишалося у бактерій. Для порівняння: у наших мітохондрій всього 13 генів, тоді як у будь-якої вільноживучої бактерії їх як мінімум багато сотень. Мало того, за особливостями хімічної будови мітохондріальні ДНК виявилися подібними саме до бактеріальних і несхожі з ядерною ДНК тих клітин, яким належать мітохондрії. Нарешті, зовсім недавно з'ясувалося, що при масовому попаданні мітохондрій в плазму крові (при загибелі клітин, при механічній травмі) імунна система пізнає їх як бактерії і реагує відповідним чином.

1. Вишукані форми квітки орхідеї, її колір та аромат адресовані комахам-запилювачам. А воду і мінеральні речовини рослині доставляють інші симбіонти - гриби, які зростаються з тканиною кореня. 2. Зазвичай мангусти самостійно добувають собі їжу і не цікавляться настільки дрібною здобиччю, як кліщі та інші шкірні паразити. Але на прилігшому відпочити бородавочнику можна знайти стільки смачного!

Теорія симбіотичного походження ядерних клітин (тобто всіх організмів складніше бактерії) сьогодні стала загальновизнаною. До честі Лінн Маргуліс, будучи в очах наукової спільноти безперечним автором ідеї симбіогенезу, вона дізналась про своїх забутих попередників і поставилась до них із щирим інтересом і навіть ініціювала переклад і видання робіт Мережковського і Козо-Полянського. Але, мабуть, набагато важливіше те, що з її легкої руки в науці утвердилось уявлення про симбіогенез як про один з найбільш важливих і плідних шляхів еволюції. Це неминуче призвело до більш широкого розуміння симбіотичних відносин: мова йшла вже не про кооперацію окремих видів, а про взаємну підтримку цілих великих груп організмів, що визначає весь їх вигляд і еволюційну стратегію.

Сьогодні, наприклад, ніхто з спеціалістів не сумнівається, що і саме становлення квіткових рослин, і стрімке завоювання ними планети в середині крейдяного періоду мезозойської ери, і їх надзвичайне розмаїття в значній мірі обумовлені союзом з комахами. Приваблюючи літаючих комах нектаром і використовуючи їх як запилювачів, квіткові рослини різко збільшили ефективність запилення. Саме це дозволило їм у короткі терміни стати основою сухопутної флори, витіснивши мезозойську флору. Вірно і зворотне: співпраця з квітковими рослинами сформувала цілі великі групи сучасних комах - метеликів, бджіл, джмелів і т. д. Щоправда, в жодному випадку справа не дійшла до власне симбіогенезу - формування єдиного організму з колись незалежних предків: комаха не може бути тілесно пов'язаною з рослиною, так як сенс наданої нею послуги полягає в партнерському зв'язку. Втім, взаємини інжиру з його обпилювачами - крихітними комахами-горіхотворками - вже недалекі від перетворення на суперорганізм: личинки горіхотворки розвиваються всередині чоловічих суцвіть інжиру, а потім дорослі комахи виходять назовні, несучи на собі пилок, і при спробі відкласти яйця в жіночі суцвіття запилюють їх.

Аналогічним чином у багатьох рослин виникли соковиті цукристі плоди або придатки плодів - пристосування для розповсюдження насіння. Агентом-розповсюджувачем можуть виступати найрізноманітніші тварини, але найбільш звичні в цій ролі птахи. Справа доходить до того, що насіння деяких дерев не проростають, якщо вони попередньо не пройшли через пташиний кишечник. А ось дуб розплачується зі своїм дистриб'ютором-сойкою не оболонкою чи придатком, а цілим плодом - жолудем. Під час масового дозрівання жолудів птах не лише їсть їх, але і ховає про запас, закопуючи в лісову підстилку. Більшу частину цих запасів він потім ніколи не знаходить, і з них проростають молоді дубки, забезпечуючи кормову базу майбутнім поколінням сойок (парадоксальний випадок, коли природний добір підтримують саме забудькуватість і нехлюйство).

Але майже з таким же успіхом можна говорити і про «симбіоз» трав'янистих рослин і поїдаючих їх копитних: тільки постійна «стрижка» забезпечує існування багатьох трав'яним екосистем. Втративши своїх поїдачів, луки середньої смуги швидко заростають дрібноліссям, а африканські савани - чагарником. Деякі екосистеми (зокрема, асканійський степ) за відсутності травоїдних просто гинуть: в якийсь момент трава виявляється нездатною пробитися крізь багаторічний шар власного дрантя.

Однак при такому широкому розумінні симбіозу вже стирається межа між ним та іншими формами стійких екологічних зв'язків. Відомо чимало випадків, коли, наприклад, винищування хижаків згубно позначалося на популяції жертв, але було б дивно на цій підставі називати симбіозом відносини великого яструба і білої куріпки, лисиці і зайця. Так що розумніше буде обмежитись розумінням симбіозу як якогось проміжного явища між цілісним організмом і стійкою екосистемою.

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.

Зображення користувача popovych.
popovych / 14.03.2012, 21:56

Феее...

Зображення користувача Гість.
Гість / 04.02.2012, 23:19

Шкода що людина паразитує, а не шукає взаємовигідних способів існування з іншими мешканцями Землі.

Читайте також

Маленька зграя шимпанзе десятки років живе в ізоляції, з тих пір як їх рідний ліс став островом серед володінь людей

X

Вхід

Завантажую...