If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Взаимодействия и екология на прокариотите

Сътрудничество и "многоклетъчност" при прокариотите. Мутуализъм, коменсализъм, паразитизъм. Кръговрат на въглерода и кръговрат на азота.

Ключови точки:

  • Бактериите могат да са силно кооперативни. Някои дори образуват организирани структури, много приличащи на многоклетъчна тъкан.
  • Биофилмите са прикрепени към някаква повърхност групи микроорганизми, които са свързани в едно и обменят хранителни вещества.
  • Някои прокариоти образуват близки асоциации с растения, животни или гъбички. Те могат да бъдат мутуализми (+/+), коменсализми (+/0) или паразитизми (+/-).

Бактериите: Учудващо взаимодействащи си!

Ако кажа бактерии, каква е първата дума, която ти идва наум? Вероятно не е кооперативни. Но бактериите и други прокариоти (археи) доказват, че са социални и кооперативни много повече, отколкото биолозите са смятали в началото.
Някои бактерии се обединяват в групи, разделяйки метаболитните задачи и споделяйки продуктите. Други образуват кооперативни връзки с гостоприемнически организъм (като някои също образуват неутрални или вредни връзки).
В тази статия първо ще проучим как бактериите се кооперират едни с други и образуват организирани групи (понякога почти изглеждащи като "многоклетъчни"). После ще разгледаме някои от начините, по които те взаимодействат с други видове.

Кооперация и "многоклетъчност" при бактериите

Бактериите често получават предимства от кооперирането помежду си. Тази кооперация може да е слаба или да е координирана до точка, в която започва да изглежда много като еукариотна многоклетъчност!
Ето някои примери за бактериална кооперация – можеш да прецениш за себе си дали се броят за многоклетъчни, или не (противоречив въпрос в биологията, който все още се проучва).1,2

Миксобактерии

Миксобактериите са почвени бактерии, които си взаимодействат, за да образуват координирани групи (и дори сложни структури със специализирани клетки). Когато има изобилни ресурси, микобактериите образуват групи, наречени рояци. Един рояк се движи по координиран начин и се храни като секретира храносмилателни ензими в почвата и абсорбира храносмления материал.3
Миксобактериите *Myxococcus xanthus** образуват плодотворни телца (жълти торбичкоподобни структури), когато ресурсите са оскъдни. Плодотворните телца съдържат дълготрайни миксоспори, които ще герминират, когато ресурсите отново станат налични, образувайки наново рояк.
_Изображение на: "Myxococcus xanthus" от Michiel Vos (CC BY 2.5)._
Ако ресурсите станат оскъдни, миксобактериите се свързват, за да образуват многоклетъчно-подобни структури, наречени плодни телца (виж изображението по-горе). В плодните телца клетките узряват в спороподобни структури, наречени миксоспори. Всяка миксоспора има дебела клетъчна стена, която ѝ позволява да оцелее дълъг период от време. Когато ресурсите станат налични, миксоспорите герминират и се произвежда нов рояк.3

Цианобактерии, образуващи вериги

Цианобактериите от рода Anabaena не се разделят на отделни клетки, когато бъдат произведени чрез бинарно делене (бактериално клетъчно делене). Вместо това се задържат в едно във вериги свързани клетки, както е показано в изображението по-долу.
Цианобактериите Anabaena образуват взаимносвързани вериги от два клетъчни типа: фотосинтезиращи клетки и хетероцисти. Първите само произвеждат захари, а вторите само фиксират азот. Всички клетки в една верига споделят метаболитните си продукти едни с други.
_Изображение, модифицирано от "Anabaena circinalis" от Imre Oldal (CC BY-SA 4.0). Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 4.0._
Клетките на цианобактериите имат способността и да фотосинтезират, и да фиксират азот. Но отделна клетка не може да извърши и двете едновременно, понеже кислородът, освободен при фотосинтезата, блокира фиксацията на азота (пречи на азот-фиксиращите ензими).4
За да решат този проблем, когато наличието на азот в околната среда е ниско, някои от клетките във веригата ще станат клетки, наречени хетероцисти. Хетероцистите специализират във фиксиране на азот, за разлика от останалите клетки във веригата, които извършват фотосинтеза.5

Биофилми

Биофилм е повърхностно-прикрепена колекция микроорганизми, които се задържат в едно от лепкава субстанция (предимно въглехидрат), която самите те секретират. В много случаи биофилмите се образуват чрез усещане за кворум. При усещането за кворум бактериите непрекъснато обменят сигнали, които им позволяват да засекат плътността на популацията и да променят поведението си, когато плътността надвиши определен праг.
Биофилмите често съдържат множество видове бактерии или други микроорганизми. В някои случаи различните членове на биофилма са метаболитно допълващи се, като едните произвеждат молекули, които другите могат да използват. Биофилмите обикновено имат водопроницаеми канали за обмен на хранителни вещества и отпадъци и някои биолози ги сравняват с "примитивна кръвоносна система."6
Повечето бактерии в природата вероятно живеят на повърхности, вместо да се носят свободно, и биофилмите са буквално навсякъде. Те се образуват по домакинските повърхности като кухненски плотове, дъски за рязане, мивки и тоалетни. Дори плаката, премахната от зъбите ти от зъболекарите, е биофилм!
Биофилм от бактерии Staphylococcus aureus. Биофилмът се състои от клетки, залепени заедно от полизахариден матрикс.
_Изображение на: "Staphylococcus aureus biofilm" от the Centers for Disease Control and Prevention (публичен домейн)._
Биофилмите често получават най-много внимание, когато причиняват проблеми. Патогенни (причиняващи заболяване) биофилми като Staphylococcus биофилма, изобразен по-горе, може да е сериозен проблем в болниците. Те често са трудни за убиване с антибиотици и могат да причинят персистиращи инфекции, ако замърсят медицинско оборудване като катетри. Други биофилми корозират металните тръби и увреждат индустриалната екипировка.
Но някои биофилми имат ползотворни приложения. Например биофилми се използват във водопречиствателните станции, за да премахнат органичната материя от отпадъчните води.

Многоклетъчни или не?

В примерите по-горе бактериите взаимодействат кооперативно. До някаква степен социалното поведение на клетките в един биофилм е аналогично на кооперацията на клетките в един многоклетъчен организъм. Anabaena и миксобактериите са, поне по мое мнение, още по-близки до многоклетъчни.
Някои учени твърдят, че тези кооперативни бактерии се квалифицират за многоклетъчни организми. Но други казват, че прокариотите не могат да са многоклетъчни и че това са само групи отделни индивиди, които си кооперират (например като мравки в мравуняк). Журито все още заседава, така че можеш да си съдия.

Мутуалистични, коменсални и паразитни бактерии

Видяхме някои специални случаи, в които бактериите си взаимодействат, за да образуват организирани (смеем ли да кажем многоклетъчни?) асоциации. Но много видове бактерии също така развиват близки връзки с еукариотни видове като хората, като често живеят вътре в тях.
Три важни вида екологични взаимодействия между видовете са мутуализъм, коменсализъм и паразитизъм. Бактериите могат да участват във всички три вида взаимодействия. Всъщност ние, хората, срещаме много бактерии от всяка категория!

Мутуализъм

Някои бактерии образуват мутуализмивзаимно ползотворни (+/+) връзки между два организма.
Например бактериите Ruminococcus живеят в червата на кравите и разграждат целулозата – въглехидрат в тревата – във форма, която е годна за използване от кравата. Без тези бактерии кравите не биха могли да храносмилат тревата, която ядат! В замяна бактериите получават хранителни вещества и безопасно място за живот (червата на кравата).7

Коменсализъм

Бактериите могат също да образуват коменсализми – връзки, в които единият партньор получава полза, а другият не бива повлиян (+/0).
Например ние, хората, имаме милиони бактерии, които живеят в или върху телата ни, за много от които се смята, че имат коменсална връзка с нас (например хранейки се от мъртви клетки или метаболитни странични продукти). Но често тези коменсални връзки се оказват леко мутуалистични или паразитни (виж по-долу), когато се проучат внимателно.8

Паразитизъм

Паразитизъм е връзка, в която един организъм получава полза, а другият бива увреден (+/-). Паразитните бактерии са тези, с които ние, хората, сме най-запознати, и заради които бактериите имат лошата си репутация на гадни микроби.
Бактериите, които причиняват човешки болести, взимат ресурси от човешкото тяло и също атакуват гостоприемника по други начини, произвеждайки неприятните симптоми на бактериална инфекция.
Паразитите може да навредят на гостоприемника си по различни начини – нахлуване в тъканите, секретиране на токсини или причиняване на директно увреждане на клетките на гостоприемника.9,10 Някои паразити като Toxoplasma gondii, който причинява токсоплазмоза, дори директно влизат вътре в клетките на гостоприемника си.
Делящи се паразити Toxoplasma gondii, отбелязани със светещи маркери. _Изображение на: "Toxoplasma gondii" от Ke Hu and John M. Murray (CC BY 4.0)._11

Провери знанията си!

  1. Миксобактериите са почвени бактерии, които по принцип живеят заедно в кооперативна група, наречена рояк. Когато ресурсите станат оскъдни, индивидуалните миксобактерии се сливат, за да изградят плодно телце, многоклетъчна структура, която позволява на някои клетки да узреят в спори (специализирани структури с дебели клетъчни стени, които могат да издържат на трудни условия). Когато условията отново станат благоприятни, тези спори се развиват, за да образуват нов рояк.
    Как може образуването на плодно телце да помогне на миксобактериалните популации да оцелеят?
    Избери всички правилни отговори:


Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.