Сообщества микроорганизмов в естественной среде

     Бактерии – удивительные мастера выживания. Вот лишь некоторые открытия, сделанные в последние годы и приведённые в журнале «Знание – сила» (2005г., №4)

*Во время  международной экспедиции в Саргассовом море было обнаружено около 1800 неизвестных прежде микробов. Генетики выявили у них более 600 генов, отвечающих за работу фоторецепторов. Возможно, солнечный свет играет в экосистеме морей куда более важную роль, чем считалось прежде.

*Американские  исследователи отыскали в одном из горячих источников на дне океана микробы, которые могут выдержать температуру до 130 С. До сих пор не был известен ни один организм, способный выдержать такую жару.

*Микробы готовы  жить в щелочах. Так, американские  учёные выявили колонию бактерий, угнездившуюся в среде с водородным показателем 12,8.

*Среди кислотолюбивых  микробов долго первенствовала  Thermoplasma acidophilum – она выдерживала при кислотности, равной 0,4. В середине 1990-х годов было установлено, что бактерии рода Picrophilus могут размножаться в среде с водородным показателем, равным 0, то есть при максимально возможной кислотности.

*Американские  исследователи обнаружили в пробах  льда, взятых в Гренландии на  глубине 3000 метров, - там, где лёд  частично смешался с вечной мерзлотой, - многочисленные колонии микробов: всего около 40 видов. Поражал их возраст – не менее 120 тысяч лет. Некоторые из них, попав в лабораторию, стали размножаться; только делали это раз в пять медленнее, чем обычные микробы. Возможно, они размножались даже в толще льда, но очень медленно.

   «Учёные обратили внимание на то, что почти все найденные бактерии гораздо меньше обычного: их длина не превышает 0,2 микрометра. Некоторые представляют собой аномальные образцы обычных микробов, и аномальность их вызвана теми суровыми условиями, в которых они оказались,» - пишет А.Волков в статье «Таинственный космос бактерий». 
 
 
 
 

  3. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

     Микроорганизмы  в природной обстановке живут  в тесной взаимосвязи друг  с другом и прочим населением окружающей среды. Взаимоотношения между микроорганизмами могут приносить им как пользу, так и вред, а также быть антагонистическими. Существуют взаимоотношения, при которых микроорганизмы, развиваясь в составе одного ценоза, не оказывают друг на друга ни положительного, ни отрицательного влияния. Такие отношения квалифицируют как нейтрализм (от лат. neutralis – не принадлежащий ни тому, ни другому).

     Микроорганизмам,  развивающимся в тех или иных  природных средах (почвы, водоёмы и т.д.), приходится выдерживать борьбу за существование с видами, с которыми у них складываются конкурентные отношения. Конкуренция (от лат. concurrere –сталкиваться) – это взаимоотношения между видами, которые соревнуются за питание на одних и тех же субстратах. Различают конкуренцию пассивную, проявляющуюся в потреблении субстратов, равно необходимых обоим микроорганизмам, или активную, если продукты обмена веществ одного из конкурентов подавляют жизнедеятельность другого.

     Большое значение в конкурентной борьбе организмов имеет их способность использовать большее или меньшее разнообразие субстратов. Поэтому выделяют две стратегии приспособления: «генералисты», использующие для питания разнообразные вещества, и «специалисты», способные использовать только один или несколько определённых субстратов. «Генералисты» легче находят питательный субстрат, однако «специалисты» растут быстрее и получают преимущество при избытке имеющегося субстрата значительно быстрее, чем «генералисты», его потребляя.

    В  ряде случаев наблюдаются ассоциативные взаимоотношения между микроорганизмами. Последовательно изменяя компоненты среды, микроорганизмы создают благоприятные условия для существования других микроскопических существ. Например, аэробы, поглощая кислород, благоприятствуют развитию анаэробов.

     Продукты  жизнедеятельности одних видов  микробов могут служить источником  энергии, питательных или ростовых  веществ для других. Нитрифицирующие  бактерии получают необходимую  им энергию при окислении аммиака,  образующегося в результате жизнедеятельности аммонифицирующих бактерий. Для других микроорганизмов аммиак служит источником азота. Продукты обмена веществ бактерий, расщепляющих целлюлозу, используются фиксаторами азота и т.д.

      Широко распространён и такой  тип взаимоотношений микроорганизмов, как синтрофия (от греч. syn – вместе, trophe – пища, питание). Указанные взаимоотношения наблюдаются в тех случаях, когда два или более вида бактерий способны осуществлять совместно процесс, который ни один из них не в состоянии выполнить в отдельности.

     Существуют  сообщества разноимённых микроорганизмов  или микро- и макроорганизмов  в условиях тесного и длительного  пространственного контакта, когда  партнёры взаимно приспосабливаются  к совместному существованию.  Такие взаимоотношения между организмами называют симбиозом (от греч. symbiosis –совместная жизнь).

     По  характеру взаимоотношений между  партнёрами различают несколько  типов симбиоза: комменсализм, мутуализм  и паразитизм.

     Комменсализм (от лат. соm –вместе и mensa –стол, трапеза) – тип симбиоза, когда один из партнёров симбиотической системы (комменсал) возлагает на другого партнёра (хозяина) регуляцию своих взаимоотношений с окружающей средой, однако при этом не вступает с ним в тесный контакт. Базой для подобного симбиоза могут быть общее пространство, пища, кров и т.п. Комменсалы – это микроорганизмы, которые живут на внешних покровах и во внутренних органах высших животных и растений. Например, эпифиты, колонизующие надземные части растений (листья, стебли), живут как комменсалы.

     Отдельные  типы симбиоза существенно различаются  и относительной выгодой, которую  получает каждый из партнёров  сообщества. При мутуалистическом (от лат. mutuus – взаимный) симбиозе оба партнёра извлекают пользу от взаимосуществования, при этом ни один из них не может существовать без другого. Паразитический (от греч. Parasitos –нахлебник) симбиоз полезен только одному из партнёров (паразиту), в то время как второй (хозяин) не получает ничего, а часто даже приобретает различной степени повреждения. Обычно паразит использует тело хозяина как среду обитания либо источник пищи.

     Тип  симбиоза может изменяться при  смене условий окружающей среды,  и взаимоотношения, бывшие ранее  взаимовыгодными, могут стать  паразитическими, и наоборот.

     Примерами  мутуалистического симбиоза служат  случаи развития или полового  размножения некоторых дрожжей  и грибов лишь в присутствии  других микроорганизмов. Взаимоотношения  подобного рода обусловливаются,  по всей вероятности, образованием  микробами-спутниками веществ типа ауксинов или других факторов роста, которые нужны другому микроорганизму для прохождения определённых фаз развития. Широко известны такие взаимоотношения, как симбиоз гриба с растением при образовании микориз, симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями, симбиоз целлюлозоразлагающих бактерий, обитающих в рубце крупного рогатого скота, с животным и др.

     Паразитический  симбиоз широко распространён  в мире микроорганизмов. Известны  микоплазмоподобные организмы, паразитирующие  на колониях водорослей, грибов, бактерий. На некоторых формах одноклеточной водоросли Chlorella паразитирует мелкий вибрион Vampirovibrio chlorellavorus. Этот облигатный паразит прикрепляется к оболочке водоросли и существует за счёт поступающих из её клетки веществ. Примером паразитического симбиоза может служить и инфекционная болезнь, при которой хозяин постепенно ослабевает и в конце концов может погибнуть.

     В  микробных сообществах наблюдается  и такой тип взаимоотношений,  который рассматривается как хищничество, когда одна группа микроорганизмов использует другую в качестве пищи. Примером хищника служит Bdellovibrio bacteriovorus (в переводе – пиявковибрион, пожирающий бактерии). Паразит прикрепляется к клеточной стенке бактерии-жертвы, проникает внутрь, начинает питаться, быстро увеличивается в размерах и размножается. Когда содержимое клетки переварено, клеточная стенка поражённой бактерии разрушается, молодые вибрионы выходят наружу и заражают новые бактериальные клетки. Каждый вид рода Bdellovibrio поражает свой вид бактерий. Виды рода Bdellovibrio встречаются в почве и воде.

      Антагонизм (от греч. antagonisma –спор, борьба) – тип взаимоотношений, когда один вид микроорганизма задерживает или подавляет развитие другого. В тех случаях, когда оба микроорганизма взаимно угнетают друг друга, тип взаимоотношений называется аменсализмом (от лат. а – удаление, отказ и mensa –стол, кушанье).

     Подавление  конкурентов может быть обусловлено  накоплением продуктов обмена  веществ бактериальной клетки, особенно таких, как кислоты или щелочи. Например, в процессе развития уксуснокислых бактерий в среде накапливается значительное количество уксусной кислоты, что исключает возможность роста многих других микроорганизмов. Клетки некоторых бактерий выделяют экзоферменты (протеазы, лизоцимы), стимулирующие разрушение клеток других организмов. Определённым видам бактерий, актиномицетов, грибов и других свойствен синтез весьма специфических продуктов обмена, угнетающих или полностью подавляющих рост других видов – антибиотиков.

     Антибиотики  – химические вещества, образующиеся  в процессе жизнедеятельности  микроорганизмов, способные подавлять  рост микробов и даже убивать  их. В некоторых случаях антибиотики  способствуют выживанию микроорганизмов  в естественной среде обитания (почва, водоёмы и др.). Например, они служат защитой микроорганизма от других микроорганизмов. Известны антибиотики, вырабатываемые грибами (пенициллин), актиномицетами (стрептомицин) и бактериями (грамицидин С). Антибиотики, как известно, широко применяют в медицине и сельском хозяйстве.

            4. ЗНАЧЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

     Велико и разнообразно практическое значение микроорганизмов. Бактерии первыми заселили землю, были первыми невидимыми пассажирами космических ракет, первыми были отправлены в космос для изучения влияния космических лучей на организмы ). Они используются в разных отраслях промышленности (производстве кормового белка, виноделии, хлебопечении, получении молочнокислых продуктов, антибиотиков, витаминов, аминокислот, ряда ферментов и др.), в сельском хозяйстве (при производстве силоса, в качестве азотфиксаторов, для биологической защиты растений). Целые отрасли промышленности, такие как сыроварение, хлебопечение, виноделие, производство кефира и йогурта, выпуск антибиотиков и витаминов, существуют только благодаря использованию бактерий. Огромна роль бактерий в поддержании жизни на земле. Они основные поставщики углекислого газа, фиксаторы и преобразователи азота, а также соединений серы, фосфора, железа и большинства других соединений, необходимых для жизни растений.

     Микроорганизмы играют существенную роль в разрушении горных пород, поэтому их используют для добычи ценных цветных металлов, таких как медь, золото и даже уран, в почвообразовательных процессах, в формировании месторождений некоторых полезных ископаемых (например, сульфидов и серы. Микроорганизмы применяются для выщелачивания некоторых металлов из бедных руд (например, меди, урана), для очистки сточных вод, образования метана как горючего газа.

     Образование залежей нефти во многом обязано деятельности бактерий в далёком доисторическом прошлом. Некоторые виды бактерий помогают геологам и при поисках нефтяных месторождений, так как чутко реагируют даже на слабые «следы» газов, выделяемых нефтью, - такие слабые, что они не улавливаются ни одним полевым прибором. Однако есть и бактерии – разрушители нефти, но и их учёные приспособили к полезному делу, предложив использовать для очистки поверхности моря от нефтяных плёнок – результата крушений нефтяных танкеров. Предложены и другие, ещё более экзотические, способы использования бактерий, например, защищать растения от заморозков, нанося на листья особые бактерии, способные стать ядрами кристаллизации льда.

     Но  всё же главное, бактерии – великие творцы и санитары природы, очищающие землю от мёртвого ради живого. И если бы они вдруг перестали существовать, земля быстро бы покрылась горами трупов и всякого мусора. С помощью колоссальной армии бактерий происходит переработка в почве отмерших остатков растений, экскрементов животных до минерального состояния. Весомо и их непосредственное участие в процессе пищеварения, особенно у жвачных животных.