168193 (Биотические факторы среды и экосистемы)

Биотические факторы среды и экосистемы

Вертьянов С. Ю.

Позитивные отношения организмов

Состав и характер жизнедеятельности сообществ, их устойчивость и развитие зависят от множества биотических факторов. Связь с другими организмами дает питание и возможность размножения, защиту, смягчает неблагоприятные условия среды, но представляет и немалую опасность. Планету населяют существа, сотворенные для совместного обитания. В их отношениях можно выделить характерные типы взаимосвязей, сходные у существ разных систематических групп. По характеру воздействия на особь взаимоотношения условно делят на позитивные (симбиотические), негативные (антибиотические) и нейтральные. К позитивным относят кооперацию, мутуализм, комменсализм, к негативным — конкуренцию, паразитизм и хищничество.

Позитивные отношения еще называют симбиозом (лат. sym вместе) — таким сосуществованием организмов, которое биологически целесообразно для обоих участников, не являясь при этом пищевым или конкурентным. Рассмотрим характерные типы симбиоза.

Кооперация. Раки-отшельники селятся в пустых раковинах моллюсков и возят их на себе вместе с коралловыми полипами — актиниями. Рак расширяет жизненное пространство актинии, необходимое ей для ловли добычи, и поедает часть жертв, пораженных стрекательными клетками полипа. Актиния защищает рака от хищников. Иногда к этому симбиозу присоединяется еще и многощетинковый червь. Обитая в раковине отшельника, он очищает ее и объедает паразитов с мягкого брюшка рака. Червю достается часть трапезы рака. Многощетинковые черви являются пищей раков, но "своего" червя рак не трогает, а нередко при смене раковины переносит его с собой.

Многие мелкие и крупные рыбы периодически приплывают к местам, где их уже ожидают креветки. Там они принимают характерную позу — ложатся на бок или открывают пасть. Креветки собирают паразитов с поверхности тела и во рту, выстригают омертвевшие ткани. Птицы смело садятся на копытных (оленей, лосей, коров) и питаются их паразитами (клещами) или выщипывают ставшую ненужной и обременительной зимнюю шерсть, используемую птицами при постройке гнезд.

Шляпочные грибы образуют симбиоз с семенными растениями (микоризу), покрывая грибницей их корневую систему. У растения за счет грибницы существенно увеличивается объем корней, грибница поставляет воду и минеральные вещества, получая взамен необходимые грибу как гетеротрофу органические соединения. С помощью грибов растения усваивают питательные вещества из труднодоступных соединений почвы. Микоризные растения содержат больше азота, калия, фосфора, у них увеличивается содержание хлорофилла. На корнях вересковых, брусничных и других многолетних трав микориза образует толстый слой. В кооперации с различными грибами живет большинство высших растений (более 3/4 видов цветковых) и в том числе деревьев — грибница проникает даже внутрь их корней. В симбиозе с грибами деревья растут значительно лучше. Взаимовыгодный симбиоз бобовых растений (гороха, фасоли, сои, клевера, арахиса, земляного ореха, люцерны) с азотфиксирующими клубеньковыми бактериями широко используется в сельском хозяйстве. Бактерии усваивают азот воздуха и переводят его сначала в аммиак, а затем в другие соединения, снабжая ими растение и получая взамен продукты фотосинтеза. Ткани корня интенсивно разрастаются, образуя клубеньки. В севообороте бобовые культуры, обогащающие почву соединениями азота, чередуют обычно с кукурузой и картофелем. Когда отсутствие в почве азота является ограничивающим фактором, симбиоз с азотфиксирующими бактериями позволяет растениям расширить зону обитания.

Другой пример кооперации — взаимоотношения акул и рыб-лоцманов. Лоцманы перемещаются в спутном водном потоке акулы с большими скоростями при минимальных усилиях и питаются остатками трапезы хищников, их паразитами и экскрементами. Лоцманы "наводят" своих слабовидящих хозяев на добычу, и акулы их не трогают.

В перечисленных примерах кооперации полезность сосуществования организмов очевидна, но их связь не обязательна.

Мутуализм (лат. mutuus взаимный) представляет собой тип симбиоза, когда присутствие партнера становится необходимым. Многоклеточные животные неспособны переваривать целлюлозу (клетчатку), им в этом помогают определенные виды микроорганизмов. У насекомых (например, термитов, жуков-точильщиков) и других членистоногих эту функцию выполняют одноклеточные животные из класса жгутиковых. В пищеварительном тракте термитов жгутиконосцы вырабатывают ферменты, расщепляющие клетчатку на простые сахара. Без своих симбионтов термиты погибают от голода. Жгутиковые получают в организмах термитов условия для размножения и питательные вещества. У позвоночных млекопитающих (в том числе грызунов, копытных и других травоядных) целлюлозу расщепляют инфузории и кишечные бактерии. В желудке жвачных животных их обитает до нескольких килограммов. В организме человека симбиотические бактерии не только расщепляют клетчатку, но и синтезируют ряд витаминов.

Некоторые виды муравьев питаются сахаристыми экскрементами тлей и защищают их от хищников, одним словом — "пасут". Многие виды насекомых опыляют цветковые растения и питаются их нектаром.

Лишайники представляют собой мутуализм гриба и водоросли. Грибница, оплетая клетки водорослей специальными всасывающими отростками, проникает в них и извлекает продукты фотосинтеза. Водоросль получает от гриба воду и минеральные вещества.

Комменсализм (лат. cum вместе + mensa стол) — тип симбиоза, когда один вид получает пользу, а другому сожительство безразлично. Так, гиены питаются остатками львиной трапезы, а рыбы-прилипалы южных морей облегчают себе передвижение и расселение, разъезжая на более крупных видах. Вместо переднего верхнего плавника у них присоска. Заодно рыбы-извозчики защищают прилипал от хищников.

Некоторые существа используют другие виды в качестве убежища, являясь их "квартирантами". Мелкие рыбешки скрываются от хищников между иглами морских ежей, прячутся в полости "морских огурцов" голотурий (тип иглокожих) или под зонтиками крупных медуз, стрекательные щупальца которых служат надежной защитой.

Морские рыбки карепрокты мечут икру в жаберную полость краба, а пресноводные горчаки — в полость двустворчатых моллюсков. В норах грызунов и гнездах птиц поселяется огромное количество членистоногих. Там они находят благоприятный микроклимат и остатки хозяйской трапезы. Ящерица туатара — обитательница пустынных островов Новой Зеландии — не утруждает себя устройством норы, как это делают ее сородичи, а пользуется уютным гнездышком буревестника. По строгому "распорядку" птица и ящерица пользуются гнездом в две смены. Птица возвращается домой только к ночи, когда ящерица отправляется на охоту.

Мхи, лишайники, водоросли, папоротники и некоторые цветковые крепятся к древесным растениям. Не являясь паразитами, они самостоятельно производят необходимые вещества посредством фотосинтеза, от хозяина берут на переработку только выделения и отмирающие ткани. Такие растения называют эпифитами, их особенно много в тропиках.

В желудке человека тоже обитают комменсалы — кишечные амебы. Они питаются бактериями кишечной полости и не влияют на жизнедеятельность организма.

Негативные отношения организмов

Отношения могут иметь характер, противоположный симбиозу, когда один из организмов испытывает отрицательное влияние другого.

Паразитизм представляет собой взаимоотношения, при которых одно существо получает пользу от другого, нанося ему ущерб. Паразитизм может быть как внешним, так и внутренним. Существует несколько десятков тысяч паразитических форм, около 500 из них — паразиты человека. Кроме кишечных амеб-комменсалов в организме человека встречается их вид-двойник — амеба дизентерийная. Образ жизни этих видов очень похож. Отрицательные качества дизентерийной амебы проявляются при недостатке железа — она начинает питаться клетками эпителия кишечника, вызывая опасное заболевание — амебную дизентерию. Приспособлены к паразитическому обитанию в организмах млекопитающих и человека плоские черви (цепни, сосальщики), круглые черви (острицы, аскарида, трихина), членистоногие (вошь, чесоточный зудень), а также простейшие (малярийный плазмодий и др.).

Клопы, блохи, комары и некоторые мухи не сочетают паразитизм с квартиранством, являясь временными паразитами. Тропические мухи це-це переносят трипаносом — возбудителей тяжелого недуга сонной болезни. Переносчики этого заболевания тропические домашние "поцелуйные клопы" кусают человека исключительно в губы.

У некоторых видов существует и так называемый суперпаразитизм. Оса-наездница откладывает яйца в тело личинки гусеницы златки. Развивающаяся личинка осы питается плотью гусеницы. Более мелкие осы-суперпаразиты откладывают яйца в личинки осы-наездницы.

Миноги присасываются к телу рыб (трески, лососей, корюшки, осетров) и китов, в течение многих дней и недель питаясь их соками. Секрет клеток щечных желез миноги препятствует свертыванию крови, вызывая разрушение эритроцитов. Иногда рыбы погибают от ран. Подобный паразитизм уже близок к хищничеству.

Паразиты способны и к совместным действиям. Жуки-короеды издают запах, привлекающий других особей. Совместное нападение вызывает быструю гибель дерева, оно перестает выделять ядовитую для жуков смолу. Численность короедов никогда не вырастает слишком сильно, жуки не выносят своего чрезмерного запаха и начинают покидать дерево, поэтому личинкам всегда хватает питания. Бабочки сибирского шелкопряда, гусеницы которых уничтожают хвою, при чрезмерных скоплениях разлетаются на расстояния до 100 км и более.

Паразитические растения и грибы поселяются на вегетативных частях деревьев и трав, нарушая их жизнедеятельность. У древесных пород наблюдается мучнистая роса и пятнистость листьев, пожелтение и увядание листьев и хвои, болезненная ветвистость побегов ("ведьмины метлы"). Низшие грибы питиум вызывают гниение корней многих растений, в том числе сахарной свеклы. Гриб фитофтора паразитирует практически на любых высших растениях. Низшие грибы наносят вред зерновым культурам, паразитируют на насекомых и их личинках. Грибом вызвано заболевание комнатной мухи — микоз. Поражение грибами жуков, бабочек и гусениц может носить массовый характер, в особенности осенью, когда их организмы ослаблены. Путем искусственного заражения грибом удается снижать численность тлей и других вредных насекомых.

На ивах, ольхе, тополе, травах и кустарниках паразитирует вьющееся растение — повилика. Листья и корни у повилики отсутствуют. Обвиваясь вокруг стеблей хозяина, она внедряется в них присосками и поглощает органические и минеральные вещества. На корнях подсолнечника и конопли паразитирует заразиха. У нее мясистый стебель и бесцветные листья — заразиха не имеет хлорофилла и не осуществляет фотосинтез, все необходимые вещества она берет у "хозяина".

Растения-"удушители" из родов Ficus, Closia поселяются в верхних частях кроны дерева-хозяина и вначале ведут эпифитный образ жизни. Затем они укореняются в почве и пышно разрастаются, вызывая отмирание дерева-хозяина.

Другой вид паразитизма — гнездовой. Кукушка не высиживает своих яиц, предоставляя эту возможность другим видам, в основном — мелким воробьиным. Подброшенные в чужое гнездо кукушата, как правило, вылупляются из яиц быстрее и выпихивают хозяйские яйца из гнезда. Та же участь ожидает хозяйских птенцов, если они уже появились на свет. Кукушонок получает всю пищу и быстро растет. Некоторые мухи, выслеживая ос, откладывают яйца в их гнезда, дождавшись, когда хозяйка покинет жилище. Личинки мух питаются парализованными насекомыми, приготовленными осой для своего потомства. Вспышки численности сибирского шелкопряда обычно происходят после холодных и малоснежных зим, когда погибают паразиты-яйцееды, уничтожающие в обычные годы до 90% яиц.

Внутриклеточный паразитизм малярийных плазмодиев, питающихся гемоглобином, вызывает у людей лихорадку. Развитие плазмодиев протекает циклами. Сначала они размножаются внутри эритроцитов, а затем практически одновременно во всем организме разрывают оболочки эритроцитов и попадают в кровь. Продукты их обмена токсичны и вызывают циклические приступы лихорадки с резким повышением температуры.

Существа постепенно вырабатывают устойчивость к паразитам, поэтому особенно опасно заражение нетипичными паразитами. Попытка акклиматизации волжской севрюги в бассейне Аральского моря окончилась массовой гибелью местных осетровых. Их уничтожили паразитические черви, переселившиеся с "гостей". Первые вспышки заболевания, вызванного у людей другим организмом, ведущим паразитический образ жизни, — вирусом гриппа — в конце ХIХ в. окончились крайне тяжелыми последствиями. С течением времени организмы людей вырабатывали устойчивость к заболеванию, а врачи пытались бороться с вирусом. В результате болезнь превратилась в практически безопасное ОРЗ, а паразит успешно приспособился ко всем лекарствам. Приспособленность в данном случае развивалась обеими сторонами: и организмом, и вирусом.

Конкуренция. Если в экосистеме обитают виды с похожими потребностями, то между ними может возникнуть конкуренция. Многие растения для подавления других видов вырабатывают специальные химические соединения. Корневища овса выделяют вещества, задерживающие рост и развитие сорных трав. Грибы борются с конкурирующими видами грибов и бактериями, синтезируя антибиотики. Сосны выделяют фитонциды — вещества, угнетающие неблагоприятные для сосен растения, а также убивающие болезнетворные организмы. Поэтому в сосновом бору воздух особенно чистый. Количество микроорганизмов в нем в 7-10 раз меньше, чем в березовом лесу.