Примеры и описание симбиоза в живой природе. Симбиоз: примеры в природе

Взаимоотношения между организмами.

Пчелы и цветы

Опыление .Самым ярким и общеизвестным примером симбиоза, знакомого нам с детских учебников по природоведению и которого можем наблюдать в нашей с вами повседневной жизни - как на примере комнатных растений, так и в природе - является содружество пчел и цветов. Этот вид симбиоза служит для продолжения жизни, как растений, так и самих насекомых. Пчела берет у цветков нектар и пыльцу и, перелетая с цветка на цветок, доставляет другим цветкам необходимую для опыления пыльцу. Благодаря такой совместной работе растения размножаются. Сама же пчела благодаря цветам питается сладким нектаром и производит полезный мед.

Для привлечения насекомых у цветов имеются специальные механизмы - некоторые виды выделяют ароматы и запахи, которые притягивают насекомых со значительных расстояний, другие принимают яркую нарядную окраску. Но после опыления в цветках не остается нектара. И, чтобы пчела лишний раз не подходила к опустевшему растению, у цветов есть много способов сообщить об этом пчелам: они теряют аромат, сбрасывают лепестки, отворачивают свои головки в другую сторону или меняют цвет и блекнут.

Кроме пчел в опылении растений участвует еще огромное количество других насекомых - среди знакомых нам насекомых нашей полосы - это осы, шмели, всевозможные жуки и др. Ученые утверждают, что 70 процентов цветущих растений существуют благодаря именно насекомым. Кроме того, 30 процентов пищевых продуктов составляют культуры, опыляемые пчелами (В. Покидько)

Живые организмы поселяются друг с другом не случайно, а образуют определенные сообщества, приспособленные к совместному обитанию. Среди огромного разнообразия взаимосвязей живых существ выделяют определенные типы отношений, имеющие много общего у организмов разных систематических групп. По направлению действия на организм все они подразделяются на позитивные, негативные и нейтральные .

Позитивные отношения - симбиоз.

Симбиоз - сожительство (от греч. sym - вместе, bios - жизнь), форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекает пользу от другого. Различают несколько форм взаимополезного сожительства живых организмов.

Общеизвестно сожительство раков-отшельников с мягкими коралловыми полипами - актиниями. Рак поселяется в пустой раковине моллюска и возит ее на себе вместе с полипом. Такое сожительство взаимовыгодно: перемещаясь по дну, рак увеличивает пространство, используемое актинией для ловли добычи, часть которой, пораженная стрекательными клетками актинии, падает на дно и поедается раком.

Мутуализм.(от лат. mutuus - взаимный)

Широко распространена форма взаимополезного сожительства, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Один из самых известных примеров таких отношений - лишайники, представляющие собой сожительства гриба и водоросли. В лишайнике гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей, образуют специальные всасывающие отростки, проникающие в клетки. Через них гриб получает продукты фотосинтеза, образованные водорослями. Водоросль же из гиф гриба извлекает воду и минеральные соли.

Мутуализм широко распространен и в растительном мире. Примером взаимовыгодных отношений служит сожительство так называемых клубеньковых бактерий и бобовых растений (гороха, фасоли, сои, клевера, люцерны, вики, белой акации, земляного ореха, или арахиса). Эти бактерии, способные усваивать азот воздуха и превращать его в аммиак, а затем в аминокислоты, поселяются в корнях растений. Присутствие бактерий вызывает разрастание тканей корня и образование утолщений - клубеньков.

Комменсализм (от, com - вместе, mensa - пеза)Одна из широко распространенных форм симбиоза - взаимоотношении; при которых один вид полу, чает пользу от сожительства, а другому это безразлично. В открытом океане крупных морских животных (акул, дельфинов, черепах) часто сопровождают рыбы лоцманы. Очевидно, что пользу от совместного обитания получают главным образом лоцманы. Такие отношения между видами называются нахлебничеством. Оно может принимать разные формы. Например, гиены подбирают остатки недоеденной львами добычи.

Примером перехода нахлебничества в более тесные отношения между видами служат рыбы-прилипалы, обитающие в тропических и субтропических морях. Их передний спинной плавник преобразовался в присоску. Биологический смысл прикрепления прилипал заключается в облегчении передвижения и расселения этих рыб.

Аменсализм - это такой тип взаимодействия, когда один из видов, взаимодействующих, подавляется другим, тогда как второй вид от такого совместной жизни не получает ни вреда, ни пользы. Такая форма взаимодействия чаще встречается у растений. Например, светолюбивые травянистые виды, растущие под елью, испытывают угнетение вследствие сильного затенения их кроной, тогда как для самого дерева их соседство может быть безразличным. Или гриб-пеницил негативно воздействует на бактерии в чашке Петри, тогда как бактерии на гриб не влияют. Аменсализм широко распространен в водной среде. Так, сине-зеленые водоросли, размножаясь, приводят к отравлению водной фауны.

Антибиотические отношения .

Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывав ют отрицательное влияние. Неблагоприятное влияние одних видов на другие может проявляться в разных формах.

Хищничество. Это одна из самых распространенных форм, имеющих большое значение в саморегуляции биоценозов. Хищниками называют животных (а также некоторые растения), питающихся другими животными, которых они ловят и умерщвляют. Объекты охоты хищников! чрезвычайно разнообразны. Отсутствие специализаций позволяет хищникам использовать самую разную пищу. Например, лисы поедают плоды; медведи собирают ягоды и любят лакомиться медом лесных пчел. Хотя у всех хищников есть предпочитаемые виды жертв, массовое размножение непривычных объектов охоты заставляет переключаться именно на них. Так, соколы-сапсаны добывают пищу в воздухе. Но при массовом размножении леммингов соколы начинают охотиться на них, схватывая добычу с земли.

Хищничество является одной из основных форм борьбы за существование и встречается во всех крупных группах эукариотических организмов

Частным случаем хищничества служит каннибализм - поедание особей своего вида, чаще всего молоди. Каннибализм часто встречается у пауков (самки нередко съедают самцов), у рыб (поедание мальков). Самки млекопитающих также иногда съедают своих детенышей.

Хищничество связано с овладением сопротивляющейся и убегающей добычей. При нападении на птиц сокола-сапсана большинство жертв погибает мгновенно от внезапного удара когтей сокола.

Поэтому естественный отбор, действующий в популяции хищников, будет увеличивать эффективность средств поиска и ловли добычи.

Сходное поведение выработалось и у приматов. При угрозе нападения хищника самки с детенышами оказываются в плотном кольце самцов.

В эволюции связи хищник-жертва происходит постоянное совершенствование и хищников, и их жертв.

Потребность в азоте у растений, произрастающих на бедных питательными веществами почвах, промываемый водой, привела к возникновению у них очень интересного явления. Эти растения обладают приспособлениями для ловли насекомых. У встречающейся в России венериной мухоловки листья собраны в прикорневую розетку. Вся верхняя сторона и края каждого листа усажены железистыми волосками. В центре листа железистые волоски короткие, по краям - длинные. Головку волоска окружает прозрачная капелька густой липкой тягучей слизи. Мелкие мухи или муравьи садятся или вползают на лист и прилипают к нему.

Питание животными - хищничество - встречается также у грибов. Хищные грибы образуют ловчие аппараты в виде маленьких овальных или шаровидных головок, расположенных на! коротких веточках мицелия. Однако самый распространенный тип лейвушки - клейкие трехмерные сети, состоящие из большого числа колец, образующихся в результате ветвления гиф. Часто хищные грибы ловят животных, превосходящих их по размерам, например круглых червей. Процесс улавливания напоминает ловлю мух на липкую бумагу. Вскоре после запутывания червя гифы гриба прорастают внутрь и быстро заполняют все тело. , Весь процесс продолжается около суток. В отсутствие нематод грибы не образуют ловушек. Возникновение сложно! ловчего аппарата стимулируется химически, продукта жизнедеятельности червей.

Кооперация, или сотрудничество, между животными обычно включает какую-то форму альтруизма. При кооперации между представителями разных видов, называемой симбиозом, взаимоотношения строятся на взаимной основе. Например, многие виды тли обеспечивают себе защиту, кооперируясь с муравьями; муравьи в этом случае получают от тлей пищу. Так, когда черный садовый муравей (Lasita niger) встречается с бобовой тлей (Aphis fabae), он щекочет тлю усиками, что заставляет ее выделять медвяную росу - сахаристую жидкость (побочный продует пищеварения), которую муравей съедает.

Амфиприон (небольшая рыбка) прячется от хищников, плавая без всякого для себя вреда между щупальцами актиний. У этой рыбки выработалась устойчивость к стрекательным нитям актиний, и нет никакого сомнения, что актинии могли бы в процессе эволюции выработать эффективное средство против амфиприонов. Однако эти рыбы не причиняют актиниям вреда, а некоторые даже защищают своих актиний от хищников, таких, как рыбы-бабочки (Chaetodon), откусывающие у них кончики щупалец. Актинии также извлекают пользу из такого сожительства, питаясь остатками пищи этих рыбок. Таким образом, мы видим, что взаимоотношения между этими животными основаны на взаимной выгоде: актиния извлекает пользу, получая пищу и некоторую защиту от хищников, а амфиприон, его икра и мальки защищены от хищников и могут без помех развиваться между щупальцами актинии.

Кооперация между особями одного вида часто включает некоторые формы альтруизма. Совместная охота у гиеновых собак, львов и гиен обычно проводится родственниками. Гиеновые собаки (Lycaon pictus) обычно избирают в жертву животных, гораздо более крупных, чем они сами, таких, как зебра или гну. Они выбирают отдельное животное и преследуют его в течение долгого времени. Охота включает кооперацию при отборе жертвы и во время преследования ее. Во время погони лидеры могут меняться и таким образом делить тяжесть погони на длинной дистанции. Собаки, бегущие сзади, иногда срезают углы, пытаясь преградить путь жертве. Добычу делят на всех членов группы, а после возвращения домой взрослые часто отрыгивают пищу для щенков. Некоторые взрослые не участвуют в охоте, а охраняют молодых, однако вернувшаяся группа кормит также и этих животных. Таким образом, отдельные собаки проявляют альтруизм по отношению к другим членам группы, а не преследуют только свои собственные интересы.

Альтруистическое поведение при коллективных охотах ничем не замаскировано, и его нетрудно объяснить в понятиях отбора родичей. Однако совместное выведение потомства ставит перед эволюционистом более сложные проблемы. Например, мексиканская сойка выводит птенцов коллективно и живет стаями от 4 до 15 особей. Это оседлый вид, и каждая стая совместно защищает свою территорию в дубовом или сосновом лесу. Размножающаяся пара строит гнездо, и самка откладывает яйца только в свое гнездо. В каждой стае может быть от одного до четырех гнезд. Вылупившихся птенцов выкармливают не только родители, но и другие члены стаи. Около 50% пищи, получаемой птенцами, приносят им не родители, а другие птицы стаи. Эти помощники при гнезде проявляют очевидные признаки альтруизма - ценою собственных больших затрат они помогают выращивать чужое потомство.

Необходимо объяснить, почему мутация, которая приводит к неспособности помочь в выращивании потомства других особей, не должна распространяться в популяции и в конечном счете разрушить основу кооперативного поведения. Во-первых, помощники состоят в достаточно близком родстве с потомством других членов стаи, и поэтому альтруистические черты поддерживаются в популяции отбором родичей. Во-вторых, помощники при гнезде извлекают пользу из своего кажущегося альтруистическим поведения. Возможно, они пользуются покровительством гнездящейся пары или получают ценный опыт. В-третьих, здесь вовлечены некоторые формы взаимного альтруизма. Быть может, гнездящаяся пара терпит на своей территории других птиц и некоторое истощение ресурсов в обмен на помощь, получаемую при выращивании молодых. Прежде чем оценивать эти варианты, полезно выяснить, есть ли у разных видов птиц, выращивающих потомство совместно, какие-либо общие признаки.

Обзор литературы (Emlen, 1978) позволяет предположить, что у большинства видов птиц, выращивающих потомство совместно, некоторые признаки сходны. Например, большинство из них оседлы и населяют тропики или субтропики. Условия обитания там относительно постоянны, а сезонные смены погоды невелики, что приводит к конкуренции за подходящие местообитания и территорию; к тому же в местах, пригодных для устройства гнезда, часто мало пищи. Роберт Селандер (Selander. 1964) предположил, что такие условия приводят к развитию общественной территориальности и совместному выращиванию потомства, и эта точка зрения подтверждается данными ряда этологов, работающих с разными видами (Emlen, 1978). Птицам, совместно выращивающим потомство, обычно присущи признаки, типичные для популяций, живущих в неблагоприятных условиях среды, - это низкая плодовитость, большая продолжительность жизни, позднее половое созревание и низкая расселяемость (Brown, 1970). Обычно молодые держатся на территории родителей и привлекаются в качестве помощников. Может показаться, что молодые, которые остаются недалеко от гнезда, увеличивают вероятность своего выживания и в то же время приобретают ценный опыт. Однако это не объясняет, почему молодые должны нести дополнительные затраты, помогая родителям выращивать следующий выводок. Не очевидно также то, что размножающиеся птицы в действительности получают пользу от таких помощников у гнезда. Эмлен суммировал преимущества и недостатки совместного выращивания потомства следующим образом.

Существуют различные способы извлечения пользы для размножающихся птиц. Они могут получить ценную помощь при уходе и выращивании потомства. Сравнение репродуктивного успеха родителей с помощниками и без них у 12 видов показало, что обычно помощники действительно помогают. Однако у пяти видов размножающиеся пары с помощниками занимали большую и лучшую территорию, чем пары без помощников. Таким образом, больший успех этих пар, возможно, вызван лучшим качеством территории. А быть может, большие группы (т.е. группы с помощниками) могут защищать большую территорию.

Помощники могут служить для страховки, т. е. они могут вырастить птенцов в случае гибели одного из родителей.

Опыт, полученный помощниками, увеличивает их шансы на успешное размножение в будущем. Если помощники состоят в близком родстве с производителями, тогда их будущее успешное размножение увеличит совокупную приспособленность этих производителей.

Привлечение или удержание помощников - важный способ увеличения размеров группы. Конкуренция между группами может означать, что большая группа лучше приспособлена к захвату и защите лучшей территории. Есть и другое преимущество большой группы, как, например, более быстрое обнаружение хищников, что увеличивает вероятность выживания всех членов группы.

Наличие помощников в группе может создавать и некоторое неудобство. Дополнительные птицы могут выбрать запасы пищи до такой степени, что вероятность успешного размножения пары уменьшится. Повышенная активность около гнезда может привлечь внимание хищников.

Неопытность начинающих помощников может оказаться и вредной для потомства. Это справедливо, если опыт важен при проявлении родительской заботы. Исследования южноавстралийской водяной курочки (Tribonyx mortierii) и хохлатой сойки (Aphelocoma coerulescens) показали, что опытные родители достигают большего репродуктивного успеха, чем неопытные (Emlen, 1978).

Как часть стратегии захвата территории помощники могут саботировать усилия размножающейся пары. Имеются данные, свидетельствующие о том, что это действительно происходит у некоторых видов. Многие исследователи описывали серьезные ссоры между производителями и их помощниками; было отмечено, что и арабские кустарницы (Turdoides squamiceps) (Zahavi, 1974), и хохлатые сойки (Woolfenden, 1973) нередко истребляют яйца в гнездах своей собственной группы.

Неразмножающиеся птицы, становясь помощниками, могут извлекать разного рода пользу из своего положения: 1) они приобретают опыт выращивания потомства; 2) получают определенную выгоду от существования в группе; 3) увеличивают совокупную приспособленность, помогая родственникам; 4) наследуют часть территории родителей.

Основной ущерб, который может понести неразмножающаяся птица, присоединившись к размножающейся паре, - это то, что она потеряет возможность или отсрочит собственное размножение. Однако шансы на самостоятельное успешное размножение невелики в связи с трудностями в поисках брачного партнера, основания независимой территории и спаривания в качестве новичка.

Теоретически альтруистическое поведение можно выделить среди других типов социального взаимодействия, если учитывать пропорциональное распределение выгоды между обоими участниками. Гамильтон (Hamilton, 1964) предложил терминологию, приведенную в табл. 9.5, для описания четырех основных типов взаимодействий. Эту классификацию можно с успехом использовать для описания ситуации с помощниками при гнезде. Если отношения между размножающейся птицей и ее помощницей действительно представляют собой отношения сотрудничества, то можно ожидать, что обе птицы выигрывают, увеличивая индивидуальную приспособленность. Это происходит в ситуациях, когда совместная жизнь в группе выгодна как для размножающейся пары, так и для ее помощников. Например, группа может владеть лучшей территорией, чем пара, или успешнее отражать нападения хищников. Помощь, оказываемую неразмножающимися птицами, можно рассматривать и как плату за присоединение к группе (Gaston, 1976), и как форму обучения (Emlen, 1978), поскольку помощница в конце концов принимает на себя роль размножающейся самки.

В случаях, когда поведение помощницы чисто альтруистическое, размножающиеся птицы получают определенный выигрыш, тогда как индивидуальная приспособленность помощницы снижается. Совокупная приспособленность помощницы возрастает в тех случаях, когда она помогает родственникам; такая стратегия могла появиться в процессе отбора родичей. Альтернативная стратегия, при которой молодые птицы спариваются и селятся самостоятельно с самого начала, по-видимому, нежизнеспособна. Помощницам, по-видимому, приходится ждать, когда появится свободная территория.

Помощники, проявляющие эгоизм, выигрывают от присоединения к размножающейся паре, но они снижают репродуктивный успех размножающейся пары. У некоторых дятлов (Skutch, 1969) и белокрылых клушиц (Rowler, 1965) неопытные помощники обычно бесполезны. Лишние птицы на территории могут истощить запасы пищи, а чрезмерная возня у гнезда может привлечь хищников. Почему родители должны терпеть присутствие птиц-помощников, если от них нет никакой пользы? Одна из возможных причин - это заинтересованность в генетическом благосостоянии своего рода; кроме того, это, возможно, форма растянутой заботы о потомстве.

Если ни производители, ни помощники не получают никакой пользы, то такие взаимоотношения можно считать враждебными. Однако родители могут проявлять терпимость к помощникам, даже если их присутствие приносит вред, по причинам, обсуждавшимся в предыдущем абзаце. Помощники могут ничего не выиграть в течение короткого времени, но они в состоянии саботировать усилия размножающейся пары и в конце концов захватить эту территорию (Zahavi, 1974, 1976).

Кооперация.

Комменсализм (от, com - вместе, mensa - пеза)

Если прилипалы используют крупных рыб как "извозчиков", то часто тела животных других видов или их местообитания (постройки) служат убежищами. Эта форма взаимоотношений получила название квартиранства. В полости тела голотурии (тип Иглокожие), называемой также моским огурцом, находят убежище разнообразные мелкие виды животных. Мальки рыб прячутся под зонтиками крупных медуз, где находятся под защитой щупалец, снабженных стрекательными нитями. В гнездах птиц, норах грызунов обитает огромное количество членистоногих, использующих благоприятный микроклимат и находящих там пищу в виде разлагающихся остатков. Особую важность приобретает использование надежных убежищ для сохранения икры или молоди. Морские рыбы карепрокты откладывают икру под панцирь краба, в его жаберную полость. Отложенные на жабра икринки развиваются в условиях идеального снабжения чистой водой, непрерывно пропускаемой через жабры хозяина. Такое приспособление выработалось у пресноводного горчака, откладывающего икру в мантийную полость двустворчатых моллюсков беззубок. Взрослые рыбы также нередко ищут защиты у животных других видов. Мелкие кривохвостки подолгу держатся между длинными иглами морских ежей в полной безопасности от хищников. Растения также используют другие виды как места обитания. Примером могут служить эпифиты. Эпифитами могут быть водоросли, лишайники, мхи, папоротники, цветковые. Древесные растения служат им местом прикрепления, но не источником питательных веществ или минеральных солей. Питаются эпифиты за счет отмирающих тканей, выделений хозяина и путем фотосинтеза. В нашей стране эпифиты представлены главным образом лишайниками и некоторыми мхами. .

Все живые организмы в природе связаны между собой самыми разными связями, называемыми биотическими. Их появление обусловлено необходимостью добыть пропитание, облегчить размножение и распространение, устранить конкурентов. Ни один вид не является бесполезным или бессмысленным, чему есть многочисленные примеры. Протокооперация - один из видов биотического взаимодействия - учеными считается чуть ли не самой любопытной связью между организмами.

Что это такое

Протокооперацией называется биотическая связь, при которой сотрудничество разных видов приносит существенную пользу всем сторонам, но при этом не является обязательным ни для одной из них. То есть участники взаимодействия способны существовать и по-отдельности, однако совместное функционирование сильно повышает качество их жизни. Другое название типа связи - факультативный симбиоз. Примеры протокооперации в природе показывают, что такие связи весьма важны и очень распространены. Они возникают и внутри разных царств живых организмов, и между ними.

Протокооперация: примеры животных

Один из самых известных примеров факультативного симбиоза - связь раков-отшельников и актиний. У самих раков панцирь очень мягкий, и без «соседа» шансов выжить у них меньше. Актиния же имеет небольшое пространство для добычи пропитания. Протокооперация дает раку защиту от хищников, а актинии увеличивает охотничье пространство.

Аналогичные медицинские услуги оказывают носорогам некоторые виды птиц. Мало того, они добровольно выполняют и охранные функции, криком предупреждая носорогов об опасности.

Протокооперация: примеры растений

Ее охотно используют аграрии, высаживая бобы вместе со злаками. Первые поставляют вторым легкоусвояемый азот, вторые предоставляют бобам опору, помогающую противостоять ветрам и получать больше солнечного света.

Факультативный симбиоз между разными царствами

Очень часто между растениями и насекомыми возникает протокооперация. Примеры можно привести самые разные. Наиболее яркой иллюстрацией может служить факультативный симбиоз между муравьями и некоторыми травами, в частности - чабрецом и копытнем европейским. У последнего цветки малозаметные, невзрачные, да еще и расположенные очень близко к грунту. Зато они богаты нектаром, за которым и приходят муравьи, параллельно опыляя цветы. Заметим, что копытень может обойтись при опылении и без этих насекомых, в их отсутствие орудием служит ветер, хотя и с заметно более низкой эффективностью. Способствуют муравьи и распространению семян: они содержат ариллус, ради которого насекомые растаскивают посадочный материал, не повреждая его.

Очень распространена протокооперация между высшими растениями (дуб, сосна, береза и многие многолетние травы) и грибами. Такая связь называется микоризой. При ее установлении грибной мицелий может проникнуть даже внутрь корня, на котором волоски перестают развиваться. Гриб подпитывается от высшего растения, взамен снабжая его водой и минеральными солями. Причем оба участника связи могут обходиться друг без друга, но в совокупности развиваются заметно лучше и быстрее.

Особенности протокооперации

Протокооперация, примеры которой мы привели, характеризуется неспецифичностью видов, вступающих в подобные связи. Это значит, что участники способны объединяться с разными партнерами, зачастую временно, пока нуждаются в каких-то конкретных качествах второй стороны. Например, птицы зимой, находящие пищу на незаснеженных участках, нередко объединяются с копытными. Те обеспечивают доступ к кормежке, разбивая слой снега или льда, а пернатые предупреждают «соратников» о возможных опасностях.

Зыбкая грань

Зачастую биологам сложно определить, где комменсализм, где мутуализм, а где протокооперация. Примеров таких неопределенных связей множество. Можно упомянуть летающими насекомыми. С одной стороны, этот процесс является побочным при питании тех же пчел, так что его можно отнести к протокооперации. С другой - насекомые без пыльцы прожить не могут, так что связь можно счесть и мутуалистической. Для упрощения понимания тонкой грани между этими двумя видами биотических связей принято считать, что если лишь одним видом насекомых или насекомое может питаться только с одного вида растения, то такая взаимосвязь относится к мутуализму. Если же опылители разные, как и типы растительности, то

Это же замечание относится и к комменсализму, при котором сотрудничество выгодно одной стороне и безразлично другой. Например, существование в организме человека непатогенных микроорганизмов. Они питаются за счет носителя, вреда не наносят, но и выгоду человек получает далеко не от всех и неравнозначную: какие-то в определенной мере защищают его от патогенов, какие-то сохраняют нейтралитет.

Биологам известны и промежуточные между мутуализмом и протокооперацией примеры. Один из видов, участвующих в связи, может обходиться и без второго, а вот его «напарник» без другой стороны выжить не в состоянии.