жизнь организма за счет другого организма

Биология. 10 класс

§ 13. Живой организм как среда обитания. Адаптации к жизни в другом организме — паразитизм

Характерные особенности организма как среды обитания

Относительное постоянство внутренней среды одного организма — хозяина — дает возможность использовать его тело другим организмом — сожителем — в качестве среды жизни. Хозяин — организм, являющийся средой жизни для других организмов. Сожитель — организм, поселяющийся на поверхности или внутри тела другого организма. Сожитель может быть для хозяина нейтральным (мальки рыб в кишечной полости морских кишечнополостных животных). Он может приносить ему пользу, снабжая питательными веществами (азотфиксирующие клубеньковые бактерии и бобовые растения). Но он может причинять хозяину вред, используя его питательные вещества (аскарида человеческая и человек).

Сожителей больше всего среди микроорганизмов (все вирусы, некоторые представители бактерий и грибов), протистов (амеба дизентерийная, трихомонада) и многоклеточных организмов, имеющих упрощенное строение (плоские и круглые черви, некоторые насекомые).

Наиболее часто в природе встречаются взаимоотношения, когда сожитель живет за счет хозяина и угнетает его жизнедеятельность. Эти взаимоотношения называются паразитизмом (от греч. parásitos — нахлебник), а сожители — паразитами. Е. Н. Павловский дал им следующее определение: «Паразитами называют животных, которые живут за счет особей другого вида, будучи тесно связаны с ними в своем жизненном цикле на большем или меньшем его протяжении».

Попав во внутреннюю среду хозяина, паразит получает ряд преимуществ:

1) обилие легкодоступной для усвоения пищи, не требующей перестройки процессов пищеварения. Например, клеточный сок растений, кровь животных, содержимое их пищеварительного тракта, уже подвергнутое ферментативной обработке;

2) защищенность от непосредственного воздействия абиотических и биотических факторов внешней среды. Все взаимодействия со сложными и изменяющимися окружающими условиями и врагами берет на себя организм хозяина;

3) относительная стабильность условий существования. Внутренняя среда организма по ряду физико-химических факторов имеет высокую степень постоянства.

В то же время организм как среда жизни создает для паразитов некоторые экологические трудности:

1) ограниченность среды во времени и пространстве;

2) трудность распространения от одной особи хозяина к другой;

3) сложности в обеспечении кислородом;

4) защитные реакции организма хозяина.

Как преимущества, так и экологические трудности жизни в другом организме явились причиной формирования у паразитов разнообразных адаптаций. Они позволяют им эффективно размножаться и процветать, живя в другом организме.

Источник

§ 13. Живой организм как среда обитания. Адаптации к жизни в другом организме — паразитизм

Оглавление

Характерные особенности организма как среды обитания

Относительное постоянство внутренней среды одного организма — хозяина — дает возможность использовать его тело другим организмом — сожителем — в качестве среды жизни. Хозяин — организм, являющийся средой жизни для других организмов. Сожитель — организм, поселяющийся на поверхности или внутри тела другого организма. Сожитель может быть для хозяина нейтральным (мальки рыб в кишечной полости морских кишечнополостных животных). Он может приносить ему пользу, снабжая питательными веществами (азотфиксирующие клубеньковые бактерии и бобовые растения). Но он может причинять хозяину вред, используя его питательные вещества (аскарида человеческая и человек).

Сожителей больше всего среди микроорганизмов (все вирусы, некоторые представители бактерий и грибов), протистов (амеба дизентерийная, трихомонада) и многоклеточных организмов, имеющих упрощенное строение (плоские и круглые черви, некоторые насекомые).

Наиболее часто в природе встречаются взаимоотношения, когда сожитель живет за счет хозяина и угнетает его жизнедеятельность. Эти взаимоотношения называются паразитизмом (от греч. parásitos — нахлебник), а сожители — паразитами. Е. Н. Павловский дал им следующее определение: «Паразитами называют животных, которые живут за счет особей другого вида, будучи тесно связаны с ними в своем жизненном цикле на большем или меньшем его протяжении».

Попав во внутреннюю среду хозяина, паразит получает ряд преимуществ:

1) обилие легкодоступной для усвоения пищи, не требующей перестройки процессов пищеварения. Например, клеточный сок растений, кровь животных, содержимое их пищеварительного тракта, уже подвергнутое ферментативной обработке;

2) защищенность от непосредственного воздействия абиотических и биотических факторов внешней среды. Все взаимодействия со сложными и изменяющимися окружающими условиями и врагами берет на себя организм хозяина;

3) относительная стабильность условий существования. Внутренняя среда организма по ряду физико-химических факторов имеет высокую степень постоянства.

В то же время организм как среда жизни создает для паразитов некоторые экологические трудности:

1) ограниченность среды во времени и пространстве;

2) трудность распространения от одной особи хозяина к другой;

3) сложности в обеспечении кислородом;

4) защитные реакции организма хозяина.

Как преимущества, так и экологические трудности жизни в другом организме явились причиной формирования у паразитов разнообразных адаптаций. Они позволяют им эффективно размножаться и процветать, живя в другом организме.

Адаптации к жизни в другом организме — паразитизм

Паразиты могут поселяться на поверхности тела хозяина (эктопаразиты — вши, блохи, клещи, клопы) или внутри него (эндопаразиты — плазмодий малярийный, аскарида, власоглав, цепень бычий). У эктопаразитов большая часть тела находится вне хозяина (в контакте с окружающей средой) и лишь органы питания внедряются в его живые ткани. У эндопаразитов в процессе эволюции выработался ряд приспособлений к жизни в теле другого организма.

1. Малые размеры тела. Ограниченность размеров среды обитания паразитов компенсируется малыми размерами их тела. Паразит всегда меньше хозяина (аскарида и человек, сосальщик печеночный и корова, трихомонада и человек). Исключение составляет цепень бычий, длина которого составляет от 4 до 10 м, а основным хозяином является человек. Малые размеры тела паразита позволяют ему поселиться в организме хозяина и питаться за его счет, не вызывая быстрой гибели.

2. Упрощение внешнего и внутреннего строения. Так как условия обитания паразитов постоянны и оптимальны, у них нет необходимости иметь сложное строение и вырабатывать сложные механизмы адаптации. В связи с этим происходит упрощение или редукция отдельных систем органов.

Ограниченность размеров среды обитания паразитов явилась причиной упрощения их внешнего строения. Например, на теле паразитических червей отсутствуют органы передвижения. Они малоподвижны. У отдельных представителей имеются лишь органы фиксации, позволяющие им закрепиться в организме хозяина (кутикулярные крючки, присоски).

Обилие легкодоступной пищи привело к упрощению системы пищеварения. Например, у сосальщика печеночного пищеварительная система упрощена, а у ленточных червей и вовсе утрачена. Всасывание питательных веществ у последних происходит всей поверхностью тела.

У паразитических растений питание соками хозяина привело к редукции системы фотосинтеза и утрате хлорофилла. Среди растений встречаются полные паразиты и полупаразиты. Паразиты не содержат хлорофилла, например повилика, заразиха, раффлезия, Петров крест. Полупаразиты (омела) имеют хлоропласты и берут от растения-хозяина только минеральные вещества и воду.

Сложности в обеспечении кислородом привели у паразитов к редукции дыхательной системы и переходу к анаэробному дыханию. Так как их энергетические затраты невелики, а запасы пищи неиссякаемы, то такой способ дыхания оправдан.

В отличие от свободноживущих организмов, взаимодействующих с окружающей средой, паразиты «переложили» тяжесть регуляции отношений со средой на хозяина. Это привело к упрощению строения их нервной системы и редукции органов чувств. Отпала и необходимость выработки приспособлений для активной и пассивной защиты от врагов.

3. Защитные покровы тела. Большинство паразитов обитает в пищеварительном тракте и подвержено воздействию ферментов пищеварительных соков. Для защиты от переваривания у них сформировались специфические покровы тела. Например, у сосальщиков тело покрыто слоем слизи, а у аскариды человеческой на поверхности тела имеется многослойная кутикула.

4. Высокая плодовитость. Трудности в распространении у паразитов компенсируются повышением способности к размножению. Высокая плодовитость у паразитов получила название «закона большого числа яиц».

Прогрессивное развитие половой системы обеспечивает высокие репродуктивные возможности вида. Этому также способствуют партеногенез (размножение без оплодотворения) и чередование полового и бесполого поколений. Возникновение гермафродитизма (совмещение в одном организме мужской и женской половых систем) является своего рода двойной гарантией успешного оплодотворения и получения потомства.

Защита оплодотворенных яиц многослойными оболочками и обеспечение зародыша питанием повышают выживаемость потомства. Развитие приспособлений для выхода личинок из яйца и тела хозяина во внешнюю среду и их проникновение в организм нового хозяина способствуют расселению.

5. Смена хозяев в жизненном цикле. У паразитов, как правило, в жизненном цикле наблюдается смена хозяев. В основном хозяине живет половозрелая особь, а в промежуточном — личиночная стадия. Например, личинки бычьего цепня развиваются в теле коровы, а взрослые особи паразитируют в теле человека. Благодаря этому не допускается скопление в одном организме-хозяине большого количества паразитов, что могло бы привести к быстрой гибели хозяина, а также отсутствует конкуренция между личинками паразита и взрослой особью, что повышает их жизнеспособность.

Повторим главное. Взаимоотношения, когда один организм (паразит) живет за счет другого (хозяина), называются паразитизмом. Паразит, использующий хозяина как среду жизни, получает ряд преимуществ, но при этом испытывает определенные экологические трудности. Основные адаптации к паразитизму: малые размеры тела, упрощение внешнего и внутреннего строения, защитные покровы тела, высокая плодовитость, смена хозяев в жизненном цикле.

Проверим знания

1. Какие взаимоотношения между организмами называются паразитизмом?
2. Перечислите преимущества организма как среды жизни по сравнению с другими средами жизни.
3. Какие экологические трудности для обитателей создает организм как среда жизни? Приведите примеры и дайте аргументированный ответ.

1. Для каждой группы паразитов укажите их представителей.
Группы паразитов: 1 — паразиты растений; 2 — паразиты животных.
Представители: повилика, власоглав, цепень бычий, заразиха, раффлезия, аскарида, Петров крест, плазмодий малярийный.
2. Всегда ли организм, живущий в другом организме, негативно влияет на его жизнедеятельность? Дайте аргументированный ответ.
* 3. Установите соответствие между средами жизни и их характеристиками.
Среды жизни: 1) организм как среда обитания; 2) наземно-воздушная среда.
Характеристики: а) постоянство температурного, солевого и осмотического режимов; б) нехватка кислорода и света; в) является самой сложной по экологическим условиям средой; г) ограниченность жизненного пространства; д) резкие колебания температуры, влажности и освещения.

*Индивидуальное домашнее задание. В последнее время в кронах тополей, берез и других древесных растений наблюдается ежегодное увеличение количества сильно ветвящихся кустистых образований. Они становятся зелеными до распускания листьев на деревьях. Как вы можете объяснить это явление? Сравните состояние деревьев одного вида, имеющих разное количество кустистых образований. Сделайте вывод, влияют ли эти образования на жизнедеятельность деревьев. Составьте прогноз на будущее и предложите пути решения данной проблемы.

Источник

Манипулирование. I. Паразитное манипулирование

Манипулирование. I. Паразитное манипулирование

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Биологией накоплено большое количество фактов скрытного удовлетворения потребностей одного организма за счет других и им во вред. Похоже, что манипулирование является фундаментальным механизмом сопряжения разных уровней организации живого в единую эволюционирующую систему.

Обратите внимание!

Работа опубликована в номинации «лучшая обзорная статья» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Рисунок 1. Именно рука была изображена на штандартах манипул — основных тактических подразделений армии Древнего Рима. Рисунок из «Википедии».

В Большой советской энциклопедии слово «манипуляция» определяется как «ловкая проделка, ухищрение, подтасовка фактов для достижения неблаговидной цели; то же, что махинация». Однако сам термин «манипуляция» происходит от латинского manus — рука (рис. 1).

Рисунок 2. Формы межвидовых взаимоотношений организмов в природе. 1. Организмы не влияют друг на друга (статус «00»). 2. Один организм влияет на другой (статусы «0+» и «0−»). 3. Организмы влияют друг на друга (статусы «++» и «—»).

Живые организмы находятся в сложных межвидовых и внутривидовых взаимоотношениях. Формально, а значит, довольно грубо, влияние одного организма на другой можно описать следующими состояниями или статусами:

1. Организм приносит пользу другому организму (статус «+»).
2. Организм причиняет вред другому организму (статус «−»).
3. Организм не влияет на другой организм (статус «0»).

Многообразие взаимоотношений двух организмов можно аналогично описать сочетаниями статусов (рис. 2).

С научной точки зрения хищничество и паразитизм — две весьма схожие формы межвидовых отношений, между которыми порой трудно провести четкую границу. В обоих случаях представитель одного вида (хищник или паразит) ищет встречи с представителем другого вида (жертвой или хозяином соответственно). Последний, в свою очередь, всячески избегает этой встречи. Длительная и непрекращающаяся эволюция этих отношений сформировала сбалансированные живые системы «хищник—жертва» и «паразит—хозяин», в которых хищники и паразиты полностью не истребляют жертв и хозяев.

Однако обыденное отношение человека к паразитизму и хищничеству полярное. Хищничество ассоциируется с суровым романтизмом рассказов Джека Лондона, когда внутреннему взору открывается противостояние сил дикой природы, воплощенной в стае волков, и человека, олицетворяющего саму цивилизацию. Образ хищника прочно связан с инстинктом первобытного охотника, который рискует получить смертельную рану в схватке с жертвой. Осознание этого еще больше романтизирует образ хищника. Поэтому во все времена и во многих культурах человек часто отождествлял себя с хищником родных краев.

С паразитами всё иначе. У большинства людей эти живые доказательства дегенерации и регресса вызывают чувство омерзения (рис. 3). Паразиты — армия примитивно устроенных и отвратительно выглядящих существ, выбравших «нечестную» жизнь за счет других. Но возмутительнее всего то, что нередко они в конечном счете убивают своего кормильца. Паразиты — воплощение всего ленного, примитивного и подлого, что есть в живых существах и их сообществах.

Это очень распространенный взгляд на хищников и паразитов: хищник — просто убийца, для которого жертва — просто еда; паразит же является ловким манипулятором в отношении хозяина, выступающего в роли «умного дома» с возобновляемым пищевым запасом.

Рисунок 3. Хищник и паразит. Слева — волк (до 1,6 м без учета длины хвоста). Справа — ремнец (до 1 м). Несмотря на свой отталкивающий облик, ремнец для нас безопасен, тогда как волк редко, но всё же нападает на человека. У ремнеца (Ligula intestinalis) довольно сложный жизненный цикл. С птичьим пометом его яйца попадают в воду, где превращаются в свободно плавающую личинку. Ее поедает веслоногий рачок (первый промежуточный хозяин), а его самогό — рыба (второй промежуточный хозяин). В зараженной рыбе ремнец более года интенсивно растет, что вызывает ее раздувание и потерю управления телом. Рыба всплывает и становится легкой добычей хищной птицы (окончательный хозяин). Через несколько часов после заражения, не успев нанести вреда птице, ремнец выделяет яйца вместе с ее пометом. Так яйца попадают в воду, а взрослый червь погибает.

Рисунок 4. Выдающиеся русские зоологи Е.Н. Павловский (слева) и В.А. Догель (справа). Согласно представлениям Павловского (1884–1965) и Догеля (1882–1955), среда обитания паразита проявляет двойственность: непосредственно воздействуя на хозяина (точнее, манипулируя им), паразит косвенно влияет на внешний мир. Фото из «Википедии».

Как правило, за свою жизнь паразит меняет несколько таких домов, так как его жизненный цикл включает нескольких связанных пищевой цепью промежуточных и одного окончательного хозяина (см. подпись к рисунку 3). Когда паразит созревает для переселения, то, ловко манипулируя поведением промежуточного хозяина, «загоняет» его в рот хозяина окончательного [1]. Так система «хищник—жертва» выступает в качестве системы хозяев для паразита!

В отличие от хищника, вступающего в явное противоборство с жертвой, паразит стремится скрыть свое присутствие от иммунной системы хозяина. Особенно четко манипулирование проявляется при смене хозяев: паразит завуалированно, скрытно удовлетворяет свою потребность в новом хозяине за счет (и во вред!) старого хозяина.

Для паразита организм хозяина — это среда обитания, которую он обустраивает на свой лад (рис. 4)*. Он воздействует на отношения хозяина с внешней средой (т.е. на его поведение) так, что это выгодно ему как паразиту, но не его хозяину.

Рисунок 5. Паразитический рачок Cymothoa exigua «в роли» языка пятнистого розового люциана (Lutjanus guttatus). Фото с сайтов inokean.ru и ianimal.ru.

Некоторые паразиты настолько сильно манипулируют поведением своих хозяев, что буквально превращают их в подобие зомби [2]. Таким «зомбирующим паразитам» был посвящен отдельный номер The Journal of Experimental Biology, в котором собрали подходящие статьи паразитологов, нейропсихологов, этологов, экологов и эволюционистов. В одном из обзоров этого журнала рассмотрены основные механизмы изменения поведения хозяина зомбирующим паразитом. Их всего три: 1) влияние на выработку нейромедиаторов через активацию иммунной системы; 2) воздействие на гены, определяющие поведение хозяина; 3) согласованное управление отдельными участками головного мозга [3]. Некоторые паразиты атакуют наряду с нервной системой эндокринный аппарат и мускулатуру хозяина [4].

Гены не детерминируют поведение, но именно от них зависит архитектура нейронных сетей, ответственных за обработку поступающих извне сведений и принятие решений. Поэтому каждый поведенческий акт определяется не одним геном, а множеством согласованно функционирующих генов. Например, регуляторный ген egr1 после активации кратковременным стимулом немедленно влияет на активность множества других генов. «Включают» этот ген социально значимые сигналы. У аквариумной рыбки астатотиляпии (Astatotilapia burtoni) социально значимым стимулом является отсутствие самца-доминанта. Даже закоренелый самец-неудачник начинает выглядеть и вести себя как доминант, потому что в нейронах гипоталамуса включается egr1, и они начинают синтезировать половые гормоны [5, 6].

Уже доказано то, что у разных животных (от насекомых до млекопитающих) существуют весьма сложные, но очень схожие системы межгенных взаимодействий, определяющих функционирование нервной системы, поведение и общественные отношения [7]. Например, упомянутый ген egr1 найден и у птиц (рис. 6).

Рисунок 6. Астатотиляпия Бартона (слева) и зебровый амадин (справа). Этих непохожих друг на друга существ объединяет наличие в нейронах головного мозга регуляторного гена egr1, активирующегося в ответ на социально значимые стимулы.

Бывает так, что паразит заражает организм, не являющийся его хозяином (рис. 7а). Для паразита — это тупик, о котором он не догадывается. Однако упомянутая выше схожесть систем генетической регуляции поведения способствует изменению паразитом поведения «ошибочного» хозяина. Паразит старается манипулировать даже им [8].

Рисунок 7. Паразиты, повреждающие мозг хозяина. а — Toxocara canis, круглый паразитический червь. Иногда вместо своего естественного хозяина — собаки — он поражает человека. При токсокарозе личинка паразита обосновывается в головном мозге, что нередко приводит к полной потере зрения, расстройству памяти и слабоумию [8]. б — Невзрачный, но знаменитый микроскопический паразит — токсоплазма (Toxoplasma gondii). Повреждая ткани мозга хозяина, провоцирует усиленный синтез нейромедиатора дофамина.

Например, споровик Toxoplasma gondii определенным образом меняет поведение своего промежуточного хозяина — крысы (рис. 7б). Во-первых, паразит стремительно распространяется среди крыс половым путем, так как в зараженных самцах синтезируется больше тестостерона, что привлекает самок. Во-вторых, инфицированных крыс влечет запах кошачьей мочи, а реакция на опасность снижается. Манипулирование токсоплазмы резко повышает вероятность встречи зараженной крысы с окончательным хозяином — кошкой [9].

У «ошибочного» промежуточного хозяина — человека — отмечаются те же признаки поражения токсоплазмой, что и у крыс: им нравится кошачий запах! Кроме того, некоторые исследователи отмечают, что усиленный синтез дофамина проявляется у человека в виде психозов, весьма схожих с шизофренией [10, 11], мужчины — носители токсоплазм более рослые и мускулистые, а их реакции, связанные с принятием решений, — заторможенные [12, 13].

Поведение представляет собой цепь, звеньями которой являются элементарные поведенческие реакции. Паразит способен разрывать эту цепь на отдельные звенья, а потом собирать их в нужном ему порядке, изменяя тем самым поведение хозяина [14]. Таким образом паразиты весьма гибко подстраивают поведение своего хозяина под собственные изменчивые нужды.

Например, паразитам выгодна гибель зомбированного промежуточного хозяина только тогда, когда паразит «созрел» для заражения окончательного хозяина. Именно в этот период жизненного цикла становится заметным паразитное манипулирование, загоняющее инфицированную жертву в пасть хищника. Напротив, недоразвитому паразиту выгодно оберегать жизнь и здоровье промежуточного хозяина, делая его излишне осторожным и пугливым. «Незрелый» паразит сохраняет до поры до времени жизнь хозяина, уменьшая вероятность встречи с хищником. Однако трусливый хозяин в конечном счете всё равно в накладе, поскольку меньше ест и не участвует в рискованных брачных играх (рис. 8) [15]. Выживая как индивидуум, он теряет шансы на размножение [16, 17, 18].

Геномы зомбирующих паразитов и манипулируемых ими хозяев тесно взаимодействуют и эволюционируют как одно целое, воплощая собой понятие «расширенного фенотипа» Р. Докинза [19]. Такой взгляд на эволюцию паразитизма перекликается с хологеномной теорией эволюции, согласно которой единицей естественного отбора является так называемый холобионт — симбиотический комплекс, включающий организм хозяина и всех (!) его микроскопических сожителей [20, 21, 22].

Источник