Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 49. Формування коадаптацій у симбіотичних організмів

Поміркуйте

  • Взаємодію паразитів та їхніх жертв інколи називають «гонкою озброєнь».
  • Що цим хочуть сказати?

Згадайте

  • Симбіоз
  • Паразитизм
  • Мутуалізм
  • Хижацтво

У процесі спільної еволюції — коеволюції — різні види рослин і тварин виробили пристосування один до одного — коадаптації. Ці коадаптації можуть бути настільки тісними, що жити окремо один від одного види вже не можуть.

Коадаптація в системі «хижак — жертва»

Пристосування, які жертви виробляють для того, щоб протидіяти хижакам, сприяють формуванню в хижаків механізмів, які дозволяють долати ці пристосування.

У хижаків виникають пристосування до пошуку, переслідування та вбивства здобичі. Їм властиві розвинені органи чуття, більш складна поведінка, інколи колективна (вовчі зграї, лев'ячі прайди тощо). Для них характерні певні фізіологічні особливості, зокрема невелика довжина травного тракту і наявність у ньому протеолітичних ферментів із дуже високою активністю.

Мал. 49.1. Медична п'явка

У потенційних жертв розвиваються механізми протидії. Малорухливі тварини мають морфологічні засоби пасивного захисту (панцири черепах, мушлі молюсків). Дуже ефективними засобами захисту є фізіологічні механізми (отруйні залози, виділення рідини з неприємним запахом). Поведінкові механізми захисту спрямовані на втечу, активну оборону, відлякування або завмирання.

Між хижаками і жертвами формується система взаємодій, за якої обидві групи стабільно існують на певній території. Порушення такої системи призводить до катастрофічних екологічних наслідків. Наприклад, надмірний відстріл вовків стає причиною поширення захворювань серед їхніх жертв, наслідком чого є вимирання популяцій через перенаселення, ослаблення інфекціями тощо.

Коадаптація в системі «паразит — хазяїн»

У паразитів існує комплекс адаптацій, які забезпечують пристосування біології паразита до особливостей морфології, фізіології та екології їхніх хазяїв.

За класичною схемою «паразит — хазяїн» відбувається взаємодія вірусів або бактерій з організмами. Захворювання, що викликаються новими інфекціями, зазвичай перебігають у тяжкій формі, але в процесі еволюції хвороби переносяться легше: види-хазяї набувають імунітету, тоді як інфекційні агенти знижують агресивність.

У кишечних паразитів утворюються пристосування для прикріплення до тіла хазяїна та всисання поживних речовин, а також відбувається спрощення організації: втрачаються кінцівки й органи чуття, редукується травний канал. Організм-хазяїн підвищує свою стійкість до дії негативних факторів (зокрема, токсичності), джерелом яких є паразит.

Мал. 49.2. Запилення

Інколи коадаптація паразитів і хазяїв перетворюється на вигідну взаємодію. Приклад — медичні п'явки (мал. 49.1) та ссавці. Присисаючись до тіла тварини, п'явка вводить у її організм знеболювальні речовини, а також речовини, які перешкоджають зсіданню крові та розчиняють тромби. Тобто після цього стан здоров'я жертви навіть покращується. Саме цей ефект і використовує медицина, застосовуючи п'явок із лікувальною метою.

Коадаптації під час мутуалізму

Мутуалізм — це взаємовигідна форма співіснування організмів. Мутуалістичні взаємовідносини відіграють важливу роль у сучасній біосфері. Так, украй важливими для рослин є мутуалістичні відносини з деякими грибами, які утворюють мікоризу, комахами-запилювачами і ссавцями, які поширюють їхнє насіння. Рослиноїдні тварини не можуть перетравлювати рослинну їжу без допомоги симбіотичних бактерій. Коралові рифи не можуть існувати без взаємодії коралових поліпів з одноклітинними водоростями — зооксантелами.

Мал. 49.3. Ендосимбіоз інфузорії Paramecium bursaria із зеленими водоростями

Яскравим прикладом тривалих і взаємовигідних відносин є спільна еволюція рослин і комах-запилювачів. Рослини приваблюють комах пахучими речовинами і яскравими квітами, їхній пилок липкий і легко пристає до тіла комахи. У комах розвиваються морфологічні пристосування до запилення: укрите волосками тіло, до якого добре прилипає пилок; пристосований до морфології квітки ротовий апарат, такий як хоботок у метеликів (мал. 49.2).

Внутрішньоклітинний ендосимбіоз

Такий тип мутуалістичних відносин, як внутрішньоклітинний ендосимбіоз (один з організмів живе всередині іншого) (мал. 49.3), спричинив виникнення еукаріотичної клітини. Деякі стародавні бактерії настільки пристосувалися до життя в цитоплазмі інших клітин, що почали діяти з ними як єдиний організм. Згодом із клітин-ендосимбіонтів утворилися мітохондрії і хлоропласти. Мітохондрії утворилися з аеробних бактерій, здатних ефективно використовувати кисень, пластиди — з різних груп бактерій, здатних до оксигенного фотосинтезу, або одноклітинних фотосинтезуючих еукаріотів.

У процесі тривалої коеволюції клітини-хазяї та ендосимбіонти пристосувались один до одного та синхронізували процеси метаболізму. Глибину коадаптації добре видно з того, що, наприклад, для роботи мітохондрії потрібно приблизно 700 різних білків, але тільки 5 % із них закодовані в геномі мітохондрій. Усі інші білки кодуються ядерними генами і транспортуються в мітохондрії з цитоплазми клітини.

Ключова ідея

У процесі коеволюції в різних видів рослин і тварин виробилися взаємні пристосування один до одного — коадаптації. Вони можуть бути настільки тісними, що окреме існування таких видів стає неможливим.

Запитання та завдання

1. Поясніть, як коадаптовані між собою вовки і зайці. 2. Чому в ендопаразитів спрощується організація? 3. Які механізми задіяні у взаємоадаптації анаеробних кишкових бактерій і ссавців? 4. Поясніть, як рослини використовують тварин для власного розмноження. 5. Які властивості, на вашу думку, повинні були мати стародавні бактерії — предки мітохондрій? пластид?