В 1877 году, Альберт Бернхард Франк использовал термин «симбиоз», который ранее использовался для обозначения людей, живущих вместе в сообществе, для описания взаимных отношений в лишайниках. Определение варьировалось среди учёных в пользу того, что оно должно относиться только к постоянной взаимности, в то время, как другие учёные полагали, применять определение к любому типу устойчивого биологического взаимодействия.
После 130 лет дебатов современные учебники по биологии и экологии используют более широкое определение, в котором симбиоз означает все виды взаимодействий.
Некоторые учёные утверждают, что симбиоз является главной движущей силой эволюции. Они считают, что дарвиновское понятие эволюции, обусловленное конкуренцией, является неполным. А также они и утверждают, что эволюция основана на сотрудничестве, взаимодействии и взаимной зависимости между организмами.
Что такое симбиоз
Симбиоз — это любой тип тесного и долгосрочного биологического взаимодействия между различными биологическими организмами, будь то взаимным, комменсалистическим или паразитическим взаимодействием. Организмы, участвующие в симбиозе, могут быть одного или разных видов.
Симбиоз может быть обязательным, то есть один или оба симбионта полностью зависят друг от друга или факультативным (необязательным), когда организмы могут жить независимо.
Симбиоз также классифицируется по физической привязанности; симбиоз, где организмы имеют телесный союз, называется конъюнктивным симбиозом, а симбиоз, в котором они не находятся в союзе, называется дизъюнктивным симбиозом. Когда один организм живёт на другом, это называется эктосимбиозом, а если один из партнёров живёт внутри тканей другого это эндосимбиоз.
Обязательный и факультативный симбиозы
Отношения могут быть обязательными, когда один или оба симбионта полностью зависят друг от друга. Например, у лишайников, которые состоят из грибковых и фотосинтетических симбионтов, грибковые партнёры не могут жить самостоятельно. Ростки водорослей или циан бактерии в лишайниках, таких как Trentepohlia, обычно могут жить независимо друг от друга, и поэтому их симбиоз является факультативным (необязательным).
Физическое взаимодействие
Эндосимбиоз — это любая симбиотическая связь, в которой один симбионт живёт в тканях другого либо внутри клеток, либо вне клеток. Примеры включают:
- азотфиксирующие бактерии, которые обитают в корневых узлах на корнях бобовых;
- актиномицеты — азотфиксирующие бактерии, называемые Frankia, живут в узлах корня ольхи;
- одноцепочечные водоросли, живущие внутри рифообразующих кораллов;
- бактериальные эндосимбионты, обеспечивающие необходимые питательные вещества примерно 10–15% насекомых.
Эктосимбиоз также называемый экзосимбиозом, представляет собой любую симбиотическую связь, в которой симбионт живёт на поверхности тела хозяина, включая внутреннюю поверхность пищеварительного тракта или протоки экзокринных желёз. Примеры этого включают эктопаразиты, такие как вши, комменсальные экзосимбионты, такие как ракушки, которые прикрепляются к челюсти усатых китов.
Мутуализм
Мутуализм или межвидовой взаимный альтруизм — это взаимосвязь между разными видами. В целом только пожизненные взаимодействия, связанные с близким физическим и биохимическим контактом, могут считаться симбиотическими. Мутуализм может быть либо обязательными для обоих видов, обязательными для одного, либо факультативными для другого, либо факультативными для обоих.
У большого процента травоядных животных, есть мутативная кишечная флора, которая помогает им переваривать растительное вещество. Эта кишечная флора простейших или бактерий. Коралловые рифы являются результатом взаимности между коралловыми организмами и различными водорослями, живущими внутри их. Большинство наземных растений и наземных экосистем основаны на взаимности между растениями, поглощающими углерод из воздуха, и микоризными грибами, которые помогают в извлечении воды и минералов из почвы.
Примером взаимного симбиоза является взаимосвязь между рыбами — клоунами и морскими актиниями. Рыба — клоун вентилирует воду, в свою очередь, язвительные щупальца анемона защищают клоуна от хищников. Специальная слизь на клоуне защищает её от жалящих щупалец.
Захватывающие примеры обязательного взаимообмена существуют между трубчатыми червями и симбиотическими бактериями, которые живут в гидротермальных вентиляционных отверстиях. Червь не имеет пищеварительного тракта и полностью зависит от его внутренних симбионтов для питания. Бактерии окисляют либо сероводород, либо метан, который им приносит червь.
Существует также много видов тропических и субтропических муравьёв, которые развили очень сложные отношения с определёнными видами деревьев.
Комменсализм
В комменсализме описывается взаимосвязь между двумя живыми организмами, в которых один имеет преимущество, а другой не оказывает существенного ущерба или помощи. Этот термин происходит от английского слова commensal, который используется для человеческого социального взаимодействия.
Комменсальные отношения могут включать в себя один организм, использующий другой для транспортировки или для жилья, или он может также включать один организм, используя что-то другое, созданное после его смерти (метабиоз). Примерами метабиоза являются:
- раки-отшельники;
- использующие раковины брюхоногие моллюски;
- пауки, строящие паутины на растениях.
Паразитизм
Паразитарные отношения — это те, в которых один член для другого вреден. Это явление также известно как антагонистический или антипатический симбиоз. Паразитические симбиозы принимают много форм, от эндопаразитов, живущих внутри тела хозяина до эктопаразитов, которые живут на его поверхности. Кроме того, паразиты могут быть некротропными, то есть убивают их хозяина или биотрофными, означающее, что они паразитируют на живых хозяев.
Биотрофный паразитизм — чрезвычайно успешный образ жизни. В зависимости от используемого определения до половины всех животных имеют, по крайней мере, одну паразитную фазу в своих жизненных циклах. Более того, почти все животные, имеют один или несколько таксонов паразита. Примером таких отношений может быть клещ, питающийся кровью его хозяина.
Аменсализм
Аменсализм — это тип отношения, который существует там, где один вид угнетает или полностью уничтожает другой. Примером является выращивание саженца под тенью зрелого дерева. Зрелое дерево может лишить сажень необходимого солнечного света, и, если зрелое дерево очень велико, оно может поглощать дождевую воду и истощать питательные вещества почвы.
На протяжении всего процесса зрелое дерево не подвержено влиянию саженца. Но если саженец умирает, зрелое дерево получает питательные вещества из распадающегося саженца. Обратите внимание, эти питательные вещества становятся доступными из-за разложения саженца, а не из живого саженца, что было бы паразитизмом. Примером является грецкий орех, секретирующий вещество, которое разрушает многие травянистые растения в пределах его корневой зоны.
Синнекроз
Синнекроз — это редкий тип симбиоза, при нём взаимодействие между видами вредно для обоих вовлечённых организмов. Это недолговечное условие, так как взаимодействие, в конце концов, приводит к гибели. Этот термин редко используется.
Коэволюция
Симбиоз все чаще признаётся важной селективной силой эволюции, причём многие виды имеют долгую историю взаимозависимой коэволюции. По мнению эндосимбиотической теории, эволюция является результатом симбиоза между различными видами бактерий. Эта теория поддерживается некоторыми органеллами, делящимися независимо от клетки, и наблюдением, что некоторые органеллы, похоже, имеют собственный геном.
Симбиоз сыграл важную роль в коэволюции цветущих растений и животных, которые опыляют их. Многие растения, опылённые насекомыми, летучими мышами или птицами, имеют высокоспециализированные цветы, модифицированные для стимулирования опыления определённым опылителем, который также соответствующим образом адаптирован.
Первые цветковые растения в летописи окаменелостей имели относительно простые цветы. Адаптивное видообразование быстро породило множество разнообразных групп растений, и в то же время соответствующее видообразование произошло в некоторых группах насекомых. Некоторые группы растений развивали нектар и большую липкую пыльцу, в то время как насекомые развивали более специализированные морфологии для доступа и сбора этих богатых источников пищи. В некоторых таксонах растений и насекомых связь стала зависимой, где виды растений могут быть опылены только одним видом насекомых.
