Микробное сообщество кооперация и конкуренция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микробное сообщество кооперация и конкуренция

Микробное сообщество почвы - это динамичная, хорошо согласованная система со сложной пространственной и трофической организацией и разнообразными функциями, поддерживающими метаболическое равновесие в природе. Изучение структуры микробных сообществ, механизмов взаимодействия между микроорганизмами и направлений сукцессионного развития, обеспечивающих устойчивое существование экосистемы в целом, - одна из важнейших задач экологии. Микробные сообщества, а также их роль в разных природных и искусственных местообитаниях занимались ученые: М.В. Иванов, Г.А. Заварзиным, Н.Д. Иерусалимским, И.Л. Работновой Г.К. Скрябиным.

Способы взаимодействия микроорганизмов между собой различны.

В основном эти взаимоотношения можно условно подразделить на две большие группы: благоприятные - синергизм и неблагоприятные -- антагонизм. Изменения во взаимоотношениях происходят вследствие изменений окружающих условий существования или в результате перехода микробов из одной стадии развития в другую. Можно отметить следующие формы взаимоотношений между микроорганизмами: сосуществование, метабиоз, симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм, антагонизм.

Для всех организмов первоочередное значение имеет питание. Взаимодействующие микроорганизмы связаны между собой либо конкуренцией за общие субстраты, либо кооперацией в их использовании. В микробном сообществе, в связи со специализацией функций, кооперация имеет гораздо большее значение, чем, например, в сообществе растений, принадлежащих к одной физиологической группе и конкурирующих за свет, воду, биогены. Конкуренция у бактерий проявляется в пределах одной функциональной группы, например, при колонизации общего субстрата, скажем, молока молочнокислыми бактериями.

Кооперация нагляднее всего проявляется в последовательном разложении сложного субстрата, где каждый компонент используется своим специалистом, а продукты его обмена, в свою очередь, используются другими специалистами. Химические взаимодействия настолько доминируют в микробном сообществе, что его можно представить как гомогенную систему, бактериальную взвесь или суспензию.

Взаимоотношения между микроорганизмами могут быть разделены на симбиотические и конкурентные (антибиоз). Симбиотические взаимоотношения, возникающие между микроорганизмами, и в которых хотя бы один из них извлекает выгоду, иногда называют кооперацией. Это более редкая форма взаимоотношений, чем конкуренция. При наибольшей степени связей (кооперации) говорят о формировании консорциума - структурированной симбиотической ассоциации двух или более видов, предполагающей их метаболизм.

В результате симбиотических связей приобретается возможность выигрыша в борьбе за существование у одного или всех его членов. Основой для возникновения симбиозов могут быть трофические, пространственные, защитные или другие типы связей. Границы между различными типами симбиозов часто трудно различимы, а разные формы симбиотических взаимоотношений могут переходить друг в друга.

Типы симбиозов классифицируют по нескольким признакам:

* по обязательности симбиотической связи выделяют факультативный (каждый организм может существовать самостоятельно) и облигатный (один или оба партнера крайне зависимы друг от друга и не могут развиваться отдельно);

* по расположению партнеров различают экзосимбиозы и эндосимбиозы;

* по характеру образующихся взаимоотношений выделяют собственно симбиоз, метабиоз, сателлитизм и синергизм.

Собственно симбиоз - такой тип взаимоотношений между микроорганизмами, когда два или более их вида при совместном развитии создают взаимовыгодные условия для развития друг друга. Примером собственно симбиоза являются взаимоотношения цианобактерий и микроскопических грибов, наблюдающиеся в лишайнике. Оба организма - и цианобактерии, и грибы - способны к самостоятельному существованию, но только в условиях чрезвычайного дефицита питательных веществ и крайних пределах увлажнения или высыхания формирующаяся их ассоциация приводит к взаимному выигрышу. Польза, получаемая грибом от симбиоза в таких условиях, очевидна: он использует продукты метаболизма цианобактерий как источник органических питательных веществ. Кроме того, цианобактерии способны фиксировать атмосферный азот, который используется и грибом. Вклад гриба в ассоциацию состоит в том, что он облегчает поглощение воды и минеральных веществ, а также защищает фотосинтезирующего партнера от высыхания и избыточной интенсивности света. трофический метаболический микробный

Метабиоз - тип взаимоотношений, при котором пользу из них извлекает только один партнер, не причиняя вреда другому; чаще всего один организм развивается за счет продуктов жизнедеятельности другого, как бы продолжая начатый им процесс. Например, аммонифицирующие бактерии разлагают органические азотсодержащие соединения с образованием аммиака, который является субстратом для развития нитрификатов. Последние окисляют аммиак до нитритов и нитратов, выступающих акцепторами электронов при нитратном дыхании денитрифицирующих бактерий. Аналогичные взаимоотношения возникают между группой целлюлозоразрушающих бактерий и азотобактером, который не обладает способностью использовать клетчатку, но прекрасно развивается за счет глюкозы и органических кислот, образующихся при ее разложении целлюлозоразрушающими бактериями. Таким образом, часто метабиотические отношения микроорганизмов лежат в основе круговорота биогенных элементов в природе.

Сателлитизм является разновидностью метабиоза, при которой развитие одного микроорганизма стимулируется другим за счет выделения последним факторов роста (витамины, аминокислоты, азотистые вещества). Так, сарцины, продуцирующие различные витамины и аминокислоты, способствуют росту и размножению уксуснокислых бактерий, которые более требовательны к содержанию и составу субстрата.

При синергизме члены ассоциации стимулируют развитие друг друга за счет выделения продуктов жизнедеятельности. Примером синергизма могут служить взаимоотношения между молочнокислыми бактериями и дрожжами в кумысе, хлебном квасе, кислом ржаном тесте. Бактерии образуют молочную кислоту, которая создает кислую среду, благоприятную для развития дрожжей. Кроме того, молочная кислота служит хорошим источником углеродного питания. В свою очередь дрожжи стимулируют развитие молочнокислых бактерий, устраняя избыток молочной кислоты и обогащая субстрат витаминами. Отмирающие клетки дрожжей содержат много белков, являющихся хорошим источником азота для бактерий. Сходные взаимоотношения можно наблюдать в чайном грибе, состоящем из уксуснокислых бактерий и дрожжей: образуемый дрожжами спирт бактерии используют в качестве энергетического субстрата, окисляя его до уксусной кислоты и создавая тем самым благоприятную для дрожжей кислую среду.

Конкурентные взаимоотношения предполагают невозможность сосуществования двух видов микроорганизмов, обусловленную борьбой за источники питания или другие факторы среды. Если организмам необходимы одинаковые ресурсы или другие факторы среды, их конкуренция называется пассивной. В том случае, когда один из микроорганизмов подавляет развитие другого за счет образования продуктов обмена, говорят об активной конкуренции. Среди конкурентных взаимоотношений выделяют антагонизм, хищничество и паразитизм.

Антагонизм как форма конкурентных взаимоотношений может возникать:

* при совместном развитии микроорганизмов разных видов, нуждающихся в одних и тех же питательных веществах. Активно размножающиеся клетки первыми поглощают питательные вещества и занимают пространство. Например, флуоресцирующие псевдомонады за счет синтеза сидерофоров поглощают ионы железа, тем самым ограничивая рост других бактерий;

* образовании микроорганизмами веществ (органические кислоты, спирты и др.), которые изменяют среду, делая ее непригодной для развития других микроорганизмов. Характерным примером являются взаимоотношения между молочнокислыми и гнилостными бактериями в молоке. Парное молоко содержит 94-96 % гнилостных бактерий и только 4-6 % молочнокислых. Однако через 24-26 ч картина изменяется. Молочнокислые бактерии, продуцирующие молочную кислоту, подавляют развитие гнилостной микрофлоры и сводят ее содержание до минимума; продуцировании веществ, обладающих бактерицидным или бактериостатическим действием по отношению к другим микроорганизмам (антибиотики, бактериоцины).

Хищничество - форма взаимоотношений, при которых одна группа микроорганизмов использует клетки других в качестве питательного субстрата. Это редко встречающийся тип взаимоотношений у микроорганизмов. Между хищником и жертвой существуют только пищевые, но не пространственные отношения. Примером могут служить миксобактерии, лизирующие с помощью выделяемых ими экзоферментов бактерии других видов. Образующиеся при этом питательные вещества используются ими для жизнедеятельности. Примеры хищничества наиболее часто наблюдаются между протистами и бактериями, например, амебы поедают бактерии E. coli.

Паразитизм как форма взаимоотношений предполагает существование одного вида (паразита) в клетках другого (хозяина) и использование его как источника питания и среды обитания. Хозяин для паразита является средой обитания первого порядка, именно через хозяина происходит регуляция взаимоотношений паразита с внешней средой. Отсюда следует основное отличие паразитизма от других типов биотических связей: опосредованное влияние на состояние экосистем не за счет трофических, а за счет патогенных их воздействий на популяции хозяина. Примером таких взаимоотношений в мире микроорганизмов могут служить бактериофаги, не способные к активному существованию вне бактерии-хозяина.(бактерий-паразитов Bdellovibrio bacteriovorus)

Размещено на Allbest.ru