АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Типы взаимоотношений микроорганизмов в биоценозах

Лекция № 2

Тема:

Влияние физических факторов. Температурный оптимум, минимум, максимум. Использование низких и высоких температур в целях консервации и стерилизации. Стерилизация и ее виды. Влияние химических факторов на микроорганизмы. Понятие о дезинфекции. Виды дезинфекции. Основные дезинфектанты, механизм их действия и применение. Выбор дезинфицирующих средств, исходя из свойств микроорганизмов и характера среды, в которой они находятся.

Влияние биологических факторов. Симбиоз и антагонизм в мире микроорганизмов.

Распространение микробов в биосфере

В природе микроорганизмы занимают невообразимо большое количество экологических ниш, участвуя как продуценты и редуценты во всех трофических цепях, что определяется разнообразием их метаболизма, позволяю­щим приспосабливаться к разным условиям среды обита­ния. В частности, группа эубактерии, включающая фото-синтезирующие анаэробные виды зеленых и пурпурных бактерий, цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и хе-мосинтезирующие бактерии, населяет почву, воду и дру­гие обычные объекты окружающей среды, а архебакте­рии, например серные анаэробные бактерии, обитают в го­рячих кислых водоисточниках (гейзерах), крайние гало-филы - в очень соленых морских водах, а метанообразующие бактерии, восстанавливающие диоксид углерода до метана, - в болотных топях.

Численность и видовой состав микробов в разных обо­лочках биосферы. Наиболее богаты микробами 15 см верхнего слоя почвы, поверхностные воды и прибрежные участки дна рек, морей и океанов. Подсчитано, что в верх­нем слое 1 га плодородной почвы в летнее время может со­держаться около 5 т бактерий и грибов, а в одном грамме чернозема - более 5 млрд микробных тел (м. т.). Меньше всего их в глинистом подзоле, сероземе и рыхлых песках (900 тыс. м. т./г). Во всех типах почв особенно высокой на­сыщенностью отличаются околокорневые ризосферные зоны, где всегда происходит интенсивное размножение микрофлоры.

Количественные соотношения собственно водных (аутохтонных) микроорганизмов в открытых водоемах ко­леблются в широких пределах, что зависит от типа водо­ема, сезона и степени его загрязнения. Так, в сильно за­грязненной органическими веществами полисапробной (sapros - гнилой) зоне их, вместе со случайной (аллохтонной) микрофлорой, около 1 млн м. т./мл, в умеренно за­грязненной - 100 тыс. м. т./мл и более, а в олигосапробной зоне чистой воды - от 10 до 1000 м. т./мл.

Количество постоянно находящихся резидентных микроорганизмов атмосферного воздуха сравнительно невелико. Больше всего их содержится в околоземных слоях атмосферы. По мере удаления от земной поверхнос­ти в экологически благоприятных регионах воздух стано­вится чище.

Видовой состав почвенной микрофлоры прежде всего зависит от вида почвы. В песчаных почвах преобладают аэробные микробы, а в глинистых - анаэробные. В их сос­таве, как правило, обнаруживаются сапрофические виды спорообразующих бацилл и клостридий, актиномицеты, грибы, микоплазмы, архебактерии, сине-зеленые водо­росли и простейшие.

Аутохтонная микрофлора воды мало чем отличается от почвенной, разве только тем, что в ее состав входят Bacterium aquatilis communis, Pseudomonas fluorescens и Leptospira.

В атмосферном воздухе видовой состав микрофлоры непрерывно меняется. Более или менее регулярно в нем находится резистентная к инсоляции почвенная микро­флора, в частности пигментообразующие микрококки, спороносные бациллы, сапрофические виды актиномицетов, плесневые грибы и дрожжи.

Экологическая роль микробов. В природных условиях микроорганизмы входят в состав биоценозов и в определен­ном биотопе (участке окружающей среды) вступают с жи­вотными и растениями в такие взаимоотношения, которые поддерживают нормальную жизнедеятельность всех ассоциантов. Растения-продуценты и близкие им по функции некоторые виды бактерий-фототрофов, используя энергию Солнца, синтезируют органические вещества, консументы расходуют их на построение своего тела, а микробы-реду­центы (в основном бактерии и грибы) превращают их после отмирания продуцентов и консументов в неорганические, которые включаются в новый цикл круговорота.

Каталитическая активность микробов-деструкторов чрезвычайно высока. Скорость дыхания аэробных бактерий на 1 г массы тела в сотни раз превышает скорость дыхания человека, а метаболический потенциал их в верхнем 15-сан­тиметровом слое 1 га почвы в любой момент эквивалентен метаболическому потенциалу нескольких десятков тысяч человек. Такая интенсивность обмена субстратов и продук­тов выделения между микроорганизмами и окружающей средой объясняется очень высоким соотношением у них по­верхности и объема, а также большой скоростью размноже­ния. Отличаясь высокой биохимической активностью, микроорганизмы не «атакуют» разные соединения. Каждый от­дельный вид бактерий или грибов разлагает один класс ор­ганических или неорганических соединений, а некоторые -лишь одно из них, например скользящие бактерии группы Cytophaga - целлюлозу. Исключение из этого общего прави­ла составляет род бактерий Pseudomonas, расщепляющий многие органические вещества.

Типы взаимоотношений микроорганизмов в биоценозах

Между различными видами (группами) микроорганиз­мов и другими сочленами биоценозов по характеру и при­роде их взаимодействия сформировались два типа симбиотических (simbiosis — сожительство) взаимоотношений -экто- и эндосимбиоз, а по последствиям партнерских отношений - комменсализм, паразитизм, мутуализм, синер­гизм, сателлизм, антагонизм, метабиоз.

Эктосимбиов - сожительство свободноживущих видов микроорганизмов в автономном состоянии, классическим примером которого может быть ассоциация гриба (обычно аскомицета) с одним, иногда двумя видами цианобакте-рий в лишайнике.

Эндосимбиоз - тип сожительства, при котором один вид микроба локализуется внутриклеточно в другом, как, например, пресноводные цианеллы (зоохлореллы) и морские водоросли (зооксантеллы) в цитоплазме прос­тейших.

Комменсализм - сотрапезничество (сот - вместе и mensa — стол, трапеза), которое обычно устанавливается между организмами, обладающими средствами защиты, и незащищенными, «бесквартирными», паройками (para -вне, oikia - квартира).

Паройками, например, является кишечная микро­флора, усваивающая целлюлозу и принимающая косвен­ное участие в образовании молока у рогатого скота, а у человека - участвующая в обмене веществ и продуциру­ющая антибиотики, подавляющие патогенные энтеро-бактерии.

Более казуистичным является комменсализм «Chlorochromatium», представляющий собой ассоциацию палочковидной бесцветной бактерии с фотосинтезирую-щими зелеными бактериями, пластами, покрывающими ее, и жгутиковыми видами простейших, живущих в ки­шечнике термитов и несущих на своей поверхности ман­тию из спирохет.

Паразитизм (para - возле и sitos - хлеб, пища) - форма антагонистических взаимоотношений двух организмов, принадлежащих к разным видам. При этом один из сим­бионтов (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания или источника пищи, возлагая на него ре­гуляцию своих отношений с внешней средой. Паразитов подразделяют: на облигатных (строго зависимых) и фа­культативных, или частично зависимых; эктопаразитов, обитающих на поверхности тела хозяина, и эндопарази­тов, живущих во внутренних полостях, тканях и клетках хозяина. Их характерной особенностью является возрас­тание специализации, сужение круга хозяев, утрата фер­ментов, редуцирование одних органов (органелл) и услож­нение других.

Паразиты-микробы встречаются во многих классах и семействах про- и эукариот, а царство вирусов представ­лено ими целиком. Здесь уместно будет кратко описать лучше всего изученного паразита бактерий Bdellovibrio bacteriovorus (bdellus - пиявка), представляющего собой группу мелких (0,3-0,45 мкм) грамотрицательных, очень подвижных бактерий, обладающих полярным жгутиком, одетым чехлом. Они атакуют и убивают дру­гие грамотрицательные бактерии. Прикрепляются бдел-ловибрионы к бактериальной клетке в считанные секун­ды и, пробуравливая ее оболочку, через 5-10 мин прони­кают в пространство между ней и мембраной бактерии, где, превратившись в длинную нить, сегментируются на пропорциональное число зрелых особей. Весь период паразитирования занимает около 4 ч и заканчивается лизи­сом бактерии-хозяина с освобождением потомства бделловибрионов.

В антагонистических системах паразиты регулируют численность популяции, очищая ее от генетически непол­ноценных особей. Устойчивая часть организмов выраба­тывает антипаразитарный иммунитет, а это, в свою оче­редь, оттачивает механизмы изменчивости и адаптации антагониста.

Мутуализм - взаимовыгодное сожительство. Как и па­разитизм, он бывает облигатным, без которого два различ­ных в видовом отношении микроорганизма существовать не могут (грибы + водоросли в лишайнике, простейшие + водоросли), и факультативным, что отмечается в ассоциа­циях грибов и бактерий, обитающих в почве, непосред­ственно окружающей корни растений. Так, при достаточном количестве в почве аммиака и нитратов бактерии ро­да Rhizobium перестают усваивать азот, и растения не фор­мируют клубеньков, но союз вновь восстанавливается, когда первые начинают испытывать нужду в азоте, а вто­рые - в органике. В биоценозах мутуализм распространен шире, чем другие формы симбиоза. Предполагается, что взаимовыгодные отношения у растений и микробов воз­никли около 430 млн лет тому назад в силурийский пери­од, когда на Земле начали происходить горообразователь­ные процессы, сопровождающиеся обмелением и пересы­ханием морей, и растения начали переходить на сушу. Выжить на суше им мог помочь лишь симбиоз с азотфиксирующими и нитрифицирующими видами микробов. Когда же Земля обогатилась органическими соединения­ми и на ней сформировался круговорот азота, большин­ство растений утратило сотрудничество с азотфиксаторами, и только около ста их видов по сей день вступают с ни­ми во взаимовыгодный симбиоз.

Синергизм, сателлизм, антагонизм и метабиоз. Во всех биоценозах между различными видами микроорганизмов сложился ряд специфических взаимоотношений, в част­ности: 1) синергизм (syn - вместе, ergon - действие), осно­ванный на взаимном усилении физиологических функций биологически активными продуктами симбионтов, что можно наблюдать, например, в ассоциации молочнокис­лых бактерий и дрожжей; 2) близкий синергизму по при­роде сателлизм с односторонней стимуляцией гемофилов бактериями-кормилками, в роли которых выступают сар-цины и стафилококки, вырабатывающие необходимый им фактор роста (термостабильный кофермент); 3) антаго­низм как соперничество (antagonizmai) в борьбе за источ­ники питания и энергии, в котором микроорганизмы, как инструмент подавления (истребления) конкурентов, ис­пользуют антибиотики и подобные им бактериоцины (см. «Антибиотики» и «Плазмиды бактериоциногении»).

В ряде биотопов установилась общая для трофичес­ких цепей взаимосвязь по эстафетной утилизации про­дуктов жизнедеятельности друг друга, или метабиоз. лучше всего прослеживаемый в хорошо изученной чере­де усвоения азота в процессах аммонификации и нитри­фикации.

Дата добавления: 2016-03-26 | Просмотры: 740 | Нарушение авторских прав