Слово «симбионт» происходит от древнегреческого «совместная жизнь, сожительство» и обозначает различные живые организмы, поддерживающие существование друг друга. Процесс тесного и длительного сожительства разных видов живых организмов называют симбиозом. Такие взаимоотношения между симбионтами успешны в том случае, если они приносят пользу всем участникам процесса и повышают их шансы на выживание. Яркий пример – бактерии-симбионты, живущие в кишечнике человека, без которых процесс пищеварения, а, следовательно, и наша жизнь были бы невозможны.
В качестве бактериоидов они распределены в узлах как сеть или поверхность. Часто анамерное мышление Каммерера видит ее «подобно жабрам рыбы». Таким образом, весь этот процесс имеет две главные стороны: с одной стороны, стимул роста бактериями, перенаправление процесса роста корня к образованию узелок. С другой стороны, путем поглощения в корень сама бактерия трансформируется - в бактериоид. Симбиоз означает здесь: структурные изменения партнеров через симбиоз. Молекулярная биология гласит: фиксация азота «блокируется» в свободной жизни - «ингибирующая» экспрессия генов.
Симбиоз как залог выживания
- двух животных (бегемот и птичка, которая чистит ему зубы);
- растений и насекомых (цветы, опыляемые только одним видом насекомых);
- микроорганизмов и растений ( , участвующие в процессе получения пищи бобовыми);
- человека и бактерий (микроорганизмы, которые обитают в нашем кишечнике, помогают выжить нам и радуются жизни сами);
- даже отдельных клеток друг с другом (симбиоз доядерных клеток-прокариотов породил полноценную клетку-эукариота с четко оформленным ядром, что положило начало процессу эволюции на нашей планете).
А есть еще лишайники как результат симбиоза гриба и водоросли, которые выживают там, где по отдельности ни грибы, ни водоросли жить не смогут. Есть сосуществование краба и актинии, когда первый является средством передвижения, а вторая – оборонительным оружием. И таких примеров не счесть.
Условием в случае бактерий конкреций является симбиотическая среда или в бобовом корне. В конкрециях метаболизм бактериоидов работает с углеводами, то есть: сахара, которые дает растение. Каммерер из исследовательского института в Венском Пратере, экспериментально доказал: бактерии внеклеточно переносятся в среду. Потому что растение нуждается в аммонии для синтеза белков и их аминокислот. Результат: растение процветает, листья становятся больше, происходит больше фотосинтеза, и, наоборот, бактерии получают больше набегов и сахаров и лучше развиваются и поставляют аммоний, и т.д.
Рассмотрим два примера симбиоза микроорганизмов с человеком и растениями – бактерии-симбионты человека и клубеньковые бактерии, участвующие в процессе питания бобовых.
Макроорганизм + микроорганизм = человек
Фермент делает музыку: азотазу. Он состоит из двух частей, димера и очень восприимчив к кислороду; сложные и многочисленные меры предотвращают его слишком быструю связь с кислородом. Так много сахара должно быть гликозилировано для применения энергии, необходимой для фиксации азота.
Затем Пол Синглтон задает вопрос: почему бактерии обладают такой способностью к фиксации азота, но не растениями? Сам ответ интересен с симбиотической точки зрения: клетки растений были созданы эндосимбиозом. Однако азотфиксирующие бактерии являются эволюционными позже, чем эндосимбиоза, и поэтому не могут вступать в эндосимбиоз. Постгейта: Но также может быть «недостаток давления выбора в качестве причины». Симбиоз бобовых и клубеньковых бактерий не одинок. Это часть цикла: азотный цикл. В конце концов, как движется азот по всему миру - в целом?
Бактерии-симбионты живут в нашем кишечнике, на слизистых, на коже и составляют так называемую нормальную микрофлору. Наши родные микроорганизмы:
- Дают защиту всему организму, убивая или лишая пищи «пришлые» бактерии. Они не дают возможности расселиться на коже или слизистых опасным микробам или вирусам, пришедшим извне, тем самым создавая иммунную систему организма.
- Участвуют в пищеварении. Бактерии, живущие в кишечнике человека, вырабатывают пищеварительные ферменты, без которых невозможно усвоение некоторых видов пищи.
В формировании нормальной микрофлоры человека принимают участие около 500 видов различных бактерий. Так, наличие в организме человека кишечной палочки (в определенных количествах) – непременное условие для переваривания лактозы. В свою очередь лактобактерии перерабатывают полученную лактозу и другие углеводы в молочную кислоту, участвуя в процессе получения энергии.
На жаргоне: Каким образом количество азота «биологически фиксировано»? Ответ: Азот вращается вокруг и фиксируется только бактериями. С Вернадским: Биосфера - это система движения на основе бактерий, в данном случае для движения азота. Это происходит от нитритов и нитратов, в почве или воде, благодаря активности денитрифицирующих бактерий. Денитрификация, такая как почвы, обычно очень нежелательна для людей.
Это очень желательно только в процессах очистки сточных вод. Все это создает цикл: просто азотный цикл. Этот цикл был не только эволюционным и частью эволюции. Это также является историческим для того, чтобы таким образом соединиться с кооперативной системой Кропоткинса и Каммерера, является частью истории.
Где и чем живут наши маленькие друзья?
Бактерии есть практически по всей длине желудочно-кишечного тракта, начиная от ротовой полости до прямой кишки. Но самые важные обитают именно в кишечнике. Здесь они вырабатывают ферменты и витамины, без которых процесс пищеварения попросту невозможен.
Он стоит в древней, возможно, самой старой культурной технике, которая в столетии становится химической, физической и промышленной техникой: оплодотворение. В сельском хозяйстве в течение длительного времени бобовые были посажены первыми или посередине на некоторых полях перед посевом, бобовыми, с единственной целью окончательно смешать их обратно в почву как «зеленый навоз», то есть покорить ее. Это предназначено для провоцирования азотной фиксации из воздуха посредством симбиоза бактерий конкреций и бобовых.
Второй метод, уже известный в начале века, состоит в том, чтобы изолировать бактерии и произвести из них вещество, с помощью которого можно их оплодотворять: так называемый «нитрагин». Это происходит не из промышленной химии, а из бактериального коктейля. Единственная проблема заключается в том, что бактерии «очень сильно используются» для конкретных растений, как и обычный язык, что связано не только с ламаркизмом Каммелера. Но этот вопрос все еще взрывоопасен под другим углом. Но когда союзное эмбарго было наложено на Чилесальпетер во время Первой мировой войны, а не на Чилесальпете, то есть аммиака больше нет, это означает, что в условиях войны: либо голодать, либо не стрелять, поэтому прекратите войну.
На каждом участке кишечника живут именно те микроорганизмы, которые приспособлены к определенным условиям обитания и содержанию питательных веществ. Например, в слепой кишке самой многочисленной группой являются бактерии, расщепляющие целлюлозу, что делает возможным переработку клетчатки.
Бактериям тонкого кишечника приходится выживать в довольно жестких условиях. Именно здесь находятся агрессивные вещества, смертельные для многих микроорганизмов. Например, соляная кислота, необходимая для пищеварения, убивает значительное количество микробов. Только несколько видов бактерий и дрожжей способны выжить в такой среде.
Простая формула процедуры физически и исторически находится под самым высоким давлением. После Первой мировой войны он становится ядром целых отраслей. Если вы увеличиваете давление, вы можете снизить температуру, но так, чтобы скорость реакции резко снизилась, длительность реакции слишком велика. Поэтому он ищет катализаторы, которые уменьшают «энергию активации».
Он работает сначала с дорогостоящим осмием и рутением, до тех пор блестящий химик, философ и главный идеолог каталитической монистической науки религии Пол Алвин Митташ вводит железо в качестве катализатора. Но это возможно только потому, что синтез аммиака. Катастрофический результат: чрезмерное удобрение азотом.
Кроме того, именно в тонком кишечнике процесс поглощения питательных веществ идет полным ходом. Это значит, что бактериям приходится сражаться за пищу с самим организмом. А еще сюда попадают не до конца обработанные вещества, не всегда пригодные для питания бактерий.
В тридцатые годы в основном финские исследователи - Артуро Ильмари Виртанен и его лаборатория Валио - делают заявление: чрезмерное удобрение азотом имеет плохие последствия. Зимний корм для коров, силос, который всегда включает бобовые, воняет, молоко также воняет и масло. В корме из силоса слишком много азота, и промышленное минеральное удобрение предотвращает, действительно предотвращает фиксацию симбиотического азота между бактериями и бобовыми. Кроме того, по словам финнов, оплодотворение искусственным азотом будет иметь пагубные последствия для здоровья и вызвать типичные заболевания образа жизни сердца, кровеносных сосудов и даже рака.
Тонкий кишечник связан с кровеносной и лимфатической системами, переносящими полученные питательные вещества. А нервная система по сигналу тонкого кишечника регулирует состав и количество гормонов, необходимых организму. То есть тонкий кишечник, благодаря своим симбионтам, является энергетической станцией и поставщиком питательных веществ.
Выход, как полагают финны, заключается в том, что вы оплодотворяете бактерии. Потому что симбиоз азотфиксирующих бактерий и бобовых делает все более точным, более конкретным, более эффективным и менее энергоемким. Финны называют это в 30-е годы доэкологической, «самодостаточной производственной системой», которая представляет собой: расчетное загрязнение семян клубневыми бактериями, от выращивания азотзависимых трав, таких как пастбищная трава и тростниковая леденец. Арбускулярное микоризное взаимодействие грибковых растений.
Загрязнение грибковых микоризных грибов. Благотворное влияние этого симбиоза происходит в результате сложного молекулярного диалога между симбиотическими партнерами. Идентификация молекул, участвующих в этом процессе, является предпосылкой для лучшего понимания симбиоза. Имеются свидетельства событий распознавания сигналов в разных состояниях растительно-грибковых взаимодействий в арбускулярных микоризах, но природа сигнальных молекул и процессы восприятия-трансдукции неизвестны. Чтобы знать потенциал арбускулярных микоризов в устойчивом сельском хозяйстве, необходимо определить основные молекулы взаимодействия растений и грибов.
В живется значительно привольней, поэтому их количество и видовое разнообразие гораздо больше. В толстый кишечник организм отправляет непереваренные остатки пищи и другие отходы (осколки до размеров молекул) для дальнейшего вывода наружу.
Враги наших друзей
Антибиотики – относительно недавнее изобретение человечества. Сложно подсчитать, сколько жизней было спасено благодаря этому открытию. Однако, как известно, за все нужно платить. Антибиотики , не делая различий на хороших и плохих.
Существует множество методов молекулярного анализа арбускулярных грибов, которые помогают понять динамическое взаимодействие между растениями и этими растениями. Ключевые слова: микориза, эстриголактоны, аппарат для предварительной пропитки. Благотворное влияние этого симбиоза происходит в результате сложного молекулярного диалога между двумя симбиотическими партнерами. Идентификация молекул, участвующих в этом диалоге, является предпосылкой для лучшего понимания симбиоза. Ряд методов доступен для тех исследователей, которые рассматривают возможность добавления молекулярных анализов арбускулярных грибов к своим исследовательским проектам и взвешивания различных подходов, которые они могут принять.
Именно поэтому после приема антибиотиков микрофлора кишечника выглядит весьма печально. Это моментально сказывается не только на нашем пищеварении, но и сильно снижает иммунитет. То есть, получается, опасность подцепить следующее заболевание становится больше после приема лекарств, предназначенных защитить наше здоровье.
Все более мощные молекулярные методы анализа арбускулярных сообществ делают эту область исследований доступной для гораздо более широкого круга исследователей. Ключевые слова: микориза, стриголактоны, аппарат для предварительной пропитки. Растения разработали многочисленные стратегии, поскольку они колонизировали наземные экосистемы, чтобы противостоять различным биотическим и абиотическим проблемам. Одной из наиболее эффективных является способность корневых систем установить взаимовыгодные симбиотические отношения с микроорганизмами.
Ученые пытаются разрушить этот замкнутый круг, разрабатывая все новые, узконаправленные, препараты. Но долгие годы широкого использования антибиотиков привели к тому, что микрофлора человека становится все более слабой. А отсутствие или недостаточное количество бактерий-симбионтов влечет за собой целый букет хронических заболеваний: диабет, рак, ожирение и т.д.
Микоризал, сложная форма ассоциации корней с некоторыми грибковыми группами, является наиболее частым и представляет собой органы абсорбции большинства растений в природе. Эта ассоциация выполняет очень важную функцию в эффективном использовании минеральных ресурсов почвы и в защите корней от ряда патогенов. Таким образом, микоризальный характер необходим для выживания многих таксонов растений в различных экосистемах, включая многие виды сельскохозяйственных культур.
Термин микориза описывает симбиотическую ассоциацию корней растений с гифами специализированных почвенных грибов и считается основным органом, участвующим в поглощении питательных веществ большинством наземных растений. Растения, которые развивают этот тип микоризы, образуют очень тонкие боковые корни, которые не имеют вторичного роста. Каждый корень состоит из тонкого сосудистого цилиндра, одного или двух слоев корковых клеток и слоя эпидермиса. Данные свидетельствуют о том, что грибы, которые образуют этот тип микоризы, также связаны с фотосинтетически активными соседними деревьями и что они разработали механизм для получения своих фотосинтетов.
Симбионты в растительном царстве
Растения в своем стремлении выжить тоже не стесняются использовать симбионты. Например, хорошо известный лишайник, по сути, не является отдельным растением. Это симбиотическая система зеленых водорослей и грибов.
Эта микориза характеризуется наличием внутри - или межклеточных гиф, арбукул, экстра-радикального мицелия, который соединяет корень с почвой и споры, образующиеся в экстра-радикальном мицелии. Некоторые виды образуют структуры, называемые везикулами, которые являются частями гифы, которые заполнены липидными телами, что дает этой группе название везикулярно-арбускулярной микоризы. Самые распространенные микоризы и с широким распространением на планете - эктомикоризы и арбузные. В этом обзоре выделены некоторые знания о процессе колонизации в арбускулярной микоризе; свойства симбиотического интерфейса, гены, участвующие в растении, и список олигонуклеотидов, которые используются в молекулярных исследованиях, для идентификации видов микоризных грибов в этом взаимодействии.
Как известно, водоросли не могут выжить без воды, а грибы не способны самостоятельно синтезировать питательные вещества (они используют то, что произвели другие микроорганизмы). Но эти недостатки взаимно уничтожаются в симбиотической группе. Водоросли с помощью фотосинтеза создают питательные вещества для грибов, а взамен получают комфортную среду обитания: необходимую влажность, кислотность почвы, защиту от ультрафиолета. В результате лишайники умудряются не просто выживать, но весьма уверенно чувствовать себя в довольно суровых условиях, где у них нет конкурентов за место под солнцем.
Совместимость растений с микоризными грибами является широко распространенным и древним явлением. Примерно 80% семейств растений могут установить арбускулярные микоризы. Данные из окаменелостей показывают, что этот тип симбиоза существовал в течение 400 миллионов лет в тканях первых наземных растений.
Споры многих видов не требуют факторов растения-хозяина для прорастания и возникновения гифального роста. Тем не менее, непрерывный рост этого, дифференциация в структурах инфекции и проникновения на хозяина зависит от сигналов от растений. Когда споры микоризного гриба прорастают, он разветвляется во всех направлениях, чтобы увеличить шанс найти корни. После этого промежутка несколько модификаций в морфологии, таких как ретракция цитоплазмы вершин, образование перегородок и развитие боковых ветвей, указывают на прекращение роста гиф.
Еще одним примером симбиоза служат орхидеи, в корневой системе которых живут грибы и микроорганизмы. В этом тройственном союзе бактерии отвечают за тесную взаимосвязь растения-хозяина и гриба-симбионта. Самое поразительное, что не только грибы и микроорганизмы не могут существовать без растения, но и орхидея погибает, если уничтожить ее симбионтов.
Но самым, пожалуй, ярким примером растительной симбиотической системы являются клубеньковые семейства бобовых.
Как вырастить хороший урожай бобовых
В воздухе, которым мы дышим, есть азот (аж 78% от общего объема). Этот химический элемент в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, а значит, жизненно необходим все живым организмам на Земле.
Человек и животные получают азот вместе с пищей, в основном из белков животного и растительного происхождения. Но откуда же берут азот растения?
Получать азот напрямую из атмосферного воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но, во-первых, его очень мало, во-вторых, значительная его часть содержится в органических соединениях, усваивать которые растения не в состоянии.
И вот здесь вступают в игру . Они умеют превращать органические соединения, содержащие азот, в минеральные (нитраты), доступные для питания растений.
Отдельное место в ряду азотфиксирующих бактерий занимают так называемые клубеньковые. Эти микроорганизмы-симбионты образуют клубеньки на корнях бобовых растений (клевера, люпина, гороха, вики). Клубеньковые бактерии связывают свободный атмосферный азот и доставляют его прямо к столу своего растительного хозяина.
Таким образом, с помощью клубеньков-симбионтов растения получают возможность получать азот, а микроорганизмы, в свою очередь, берут от растений питательные вещества (продукты углеводного обмена и минеральные соли) для собственного роста и развития.
Для успешного развития системы симбионтов (растение + микроорганизм) необходимы определенные условия:
- температура;
- влажность;
- реакция почвы;
В природных условиях различных видов, и не все они достаточно эффективны. Поэтому в сельском хозяйстве используют выведенные штаммы микроорганизмов, инфицируя ими бобовые растения, что приводит к увеличению урожая.
Однако в случае с бобовыми симбиоз – вынужденная необходимость. Если в почве будет достаточно азота (например, азотные удобрения), то клубеньковые бактерии потеряют для хозяина свою значимость, и их колонии будут разрушены самим растением.
Итак, симбиоз – вещь важная, нужная и иногда жизненно необходимая. Симбионтные системы есть у высших животных, растений, грибов, бактерий, водорослей… Словом, практически везде. И мы не смогли бы не то что выжить, но даже появиться на свет, не создай природа такого мощного орудия для выживания, как система симбионтов.
Явление симбиоза встречается в очень многих группах растений и животных. Замечательный пример демонстрируют бобовые растения и связанные с ними азотфиксирующие бактерии. Эти бактерии живут в специальных клубеньках, развивающихся на корнях бобовых под действием самих же бактерий; они получают от растения питательные вещества, а сами при этом связывают атмосферный азот, превращая его в такие химические соединения, которые могут использоваться растениями-симбионтами. Бактерии живут в симбиозе и со многими другими организмами. Так, у лошадей , крупного рогатого скота , овец и других жвачных, потребляющих богатые клетчаткой корма, в желудочно-кишечном тракте обитают бактерии, частично переваривающие эту грубую пищу. Взамен бактерии получают от хозяина все необходимое питание.
Другой пример симбиоза - лишайники. Они представляют собой очень тесный союз гриба и одноклеточных зеленых (редко - сине-зеленых) водорослей. Гриб обеспечивает водоросли прикрепление и защиту, а также снабжение водой и неорганическими солями. Водоросль же предоставляет грибу продукты фотосинтеза . При благоприятных обстоятельствах и гриб и водоросль, входящие в состав лишайника, могут жить по отдельности, но только находясь в симбиозе они способны произрастать в таких суровых условиях, в которых многие растения не выживают. Не случайно именно лишайники часто обитают на голых скалах, являясь в таких местах единственными поселенцами.
Одноклеточные зеленые, желто-зеленые и бурые водоросли нередко выступают в качестве симбионтов животных. Водоросль при этом снабжает животное продуктами фотосинтеза, получая, в свою очередь, и убежище, и ряд веществ, необходимых для жизнедеятельности. Зеленые водоросли бывают симбионтами пресноводных простейших, гидры и некоторых пресноводных губок. Бурые водоросли нередко встречаются как симбионты морских простейших (некоторых видов фораминифер и радиолярий). Сходные водоросли живут в симбиозе с кораллами , актиниями и отдельными видами плоских червей.
Различные простейшие являются симбионтами животных, поедающих древесину ; это типичные обитатели кишечника, например, термитов и лесных тараканов, где они выполняют ту же работу, что и перерабатывающие клетчатку бактерии - симбионты жвачных. Союз термитов и живущих в их кишечнике простейших является строго облигатным, т.е. эти организмы не могут существовать друг без друга.
Известный пример симбиоза - сожительство рака-отшельника и актинии. Актиния поселяется на раковине, в которой живет рак-отшельник, и своими снабженными стрекательными клетками щупальцами создает для него дополнительную защиту, а тот, в свою очередь, перетаскивает актинию с места на место, увеличивая тем самым территорию ее охоты; кроме того, актиния может потреблять в пищу и остатки от трапезы рака-отшельника.