Симбиоз: примеры в природе. симбиоз животных: примеры. симбиоз в растительном мире

Эндосимбиотическая теория

Также известен как теория серийного эндосимбиоза (SET), был номинирован американским биологом-эволюционистом Линн Маргулис в 1967 году, чтобы объяснить происхождение эукариотических клеток. Это было нелегко, и ему неоднократно отказывали в его публикации, потому что в то время он доминировал над идеей, что эукариоты были результатом постепенных изменений в составе и природе мембраны, поэтому эта новая теория не соответствовала убеждению преобладающий.

Маргулис искал альтернативную идею о происхождении эукариотических клеток, устанавливая, что это было основано на прогрессивном объединении прокариотических клеток, где одна клетка фагоцит к другим, но вместо того, чтобы переваривать их, делает их частью этого. Это дало бы начало различным органеллам и структурам нынешних эукариот. Другими словами, это говорит об эндосимбиозе, одна клетка вставлена ​​внутрь другой, получение взаимной выгоды через симбиотические отношения.

Теория эндосимбиоза описывает этот постепенный процесс в трех больших последовательных дополнениях.

1. Первое включение

На этом этапе ячейка, которая использует серу и тепло в качестве источника энергии (термоацидофильная дуга), соединяется с плавающей бактерией (Espiroqueta). С этим симбиозом, способность двигаться некоторых эукариотических клеток начнется благодаря жгутику (как сперма) и появление ядерной мембраны, это дало ДНК большую стабильность.

Археи, несмотря на то, что они являются прокариотами, являются доменом, отличным от бактерий, и эволюционно было описано, что они ближе к эукариотическим клеткам.

2. Второе включение

Анаэробная клетка, для которой кислород, все более присутствующий в атмосфере, был токсичным, нуждалась в помощи для адаптации к новой среде. Вторым включением, которое постулируется, является объединение аэробных прокариотических клеток внутри анаэробной клетки., объяснение появления пероксисомальных органелл и митохондрий. Первые обладают способностью нейтрализовать токсическое воздействие кислорода (в основном свободных радикалов), а вторые получают энергию кислорода (дыхательной цепи). На этом этапе животная эукариотическая клетка и грибы (грибы) уже появляются.

3. Третье включение

Новые аэробные клетки по какой-то причине выполняли эндосимбиоз с прокариотической клеткой, которая обладала способностью фотосинтеза (получать энергию от света), давая начало органелле растительных клеток, хлоропласту. С этим последним дополнением есть происхождение растительного царства.

В двух последних добавлениях интродуцированные бактерии будут полезны для защиты и получения питательных веществ, в то время как хозяин (эукариотическая клетка) получит способность использовать кислород и свет соответственно..

Организм

Все действия, производимые живым организмом, являются необходимыми для его существования.
Функции организма связаны друг с другом и вместе образуют живую систему.
Все явления объясняются структурой и формой жизни клетки, поэтому базовой единицей
живого организма выбрана клетка. Свойства клетки регулируются частями,
ответственными за развитие и работу живых существ, среди которых нуклеиновая кислота,
аминокислоты, ферменты, гормоны и мембранные компоненты —
макромолекулы, которые не представлены в неживой природе.

Некоторые существа состоят из одного типа клеток, например, бактерии и называются одноклеточными
организмами. Другие состоят из множества различных клеток, в таких организмах все процессы зависят
от успешной координации входящих в его состав клеток. Такие организмы называются многоклеточными.

Обмен веществ

Любое вещество, попадая в организм, проходит через серию химических реакций, в процессе которых
происходит разложение или создание более комплексных соединений. Все живые существа нуждаются
в питательных веществах и энергии, что бы поддерживать высокий уровень организации, расти и размножаться.
Питательные вещества поступают в организм из воздуха, воды, земли или из других живых организмов,
затем трансормируются в необходимые организму молекулы. Такого рода преобразования называются
метаболизмом.

Метаболические процессы протекают в течение всей жизни организма, если процесс остановился,
то организм считается мёртвым.

Анаболизм

Анаболизм — это множество всех реакций, в процессе которых из более простых веществ синтезируются
более сложные. В анаболических реакциях создаются связи между молекулами, таким образом накапливая
энергию в веществах, заимствуя её из окружающей среды.

Катаболизм

Катаболизм включает в себя реакции разложения сложных веществ на простые, для чего необходим
разрыв связей молекул, что порождает выделение энергии.

Основные направления

Ж. Кювье основал науку палеонтологию и неопровержимыми фактами доказал, что животные Земли неоднократно радикально менялись. Объяснение этим изменениям дала эволюционная теория. Со времён публикации «Происхождение видов» Ч. Дарвина эта теория стала руководящей при изучении животных. Сейчас ни один натуралист не сомневается в основных положениях трансформизма: мир животных развивается и изменяется, и современные животные — потомки организмов прошлых геологических эпох.

В течение последних 50 лет в систематике сформировалось 4 основных направления:

Традиционная или эволюционная систематика. Это гибрид «линнеевской» систематики с синтетической теорией эволюции. Основные постулаты: природная система должна прямо отражать филогению; чем признак давнее, тем он существеннее для классификации; объективно существуют только виды и подвиды; все другие таксоны — чистая условность; ранг таксона определяется степенью его отличия от других таксонов и внутренней гомогенностью. Известные представители: орнитолог Э. Майр, палеонтолог Дж. Симпсон. В рамках этого направления работает много систематиков-практиков.
Кладистика (филогенетическая систематика) В. Хеннига. Основные постулаты: система должна прямо отображать филогению; производные характеристики более существенны для построения классификации, чем исходные; построение системы должно быть строго формализовано (например, считается, что из 1 вида всегда возникает 2 новых вида, а не 1, или 3); ранг таксона определяется исключительно его геологическим возрастом. Основоположник — энтомолог Вилли Хенниг. В рамках этого направления работает большинство западных систематиков (Западная Европа и, особенно, США и Канада), а также все, кто занимается геносистематикой.
Нумерическая таксономия (фенетическая систематика). Главные постулаты: природной системы нет — может быть много равноценных вариантов классификации; все признаки абсолютно равноценны; классификация строится с помощью статистической обработки распределения признаков по таксонам, количеству сходств и различий между ними; ранг таксона устанавливается по степени его отличия от соседних таксонов. Среди систематиков-практиков последователей этого направления немного.
Типология. Постулаты: природная система существует, она может быть объяснена морфологическими закономерностями и законом гомологических рядов Вавилова; классификация должна отображать не гипотетические пути эволюции, а сходства и различия; разные признаки имеют разный вес и должны использоваться для разграничения таксонов разных рангов; объективно существуют не только виды и подвиды, но и таксоны более высоких рангов. Типология основывается на идеях Л. С. Берга, М. В. Беклемишева, А. А. Любищева. В рамках этого направления работает немало отечественных систематиков.

Систематические критерии

В природе существуют виды, которые очень сильно похожи друг на друга. Посмотрите на этих жуков-усачей – они прямо копии друг друга! Но тем не менее, они не могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство… 

Так как учёные определяют, к какому таксону отнести конкретный организм?

Для этого были выведены определенные критерии – признаки, которые характерны только для представителей конкретного таксона.

Современная систематика органического мира базируется на следующих признаках:

1. Морфологические особенности

Внешнее строение организмов играет ключевую роль в соотнесении живых организмов к определенным таксонам, потому что морфологические сходства можно просто обнаружить невооруженным глазом. 

1. Внутреннее строение

Однако, как мы уже выяснили, внешнее сходство может быть обманчивым.

Многие виды мимикрируют под более защищенных особей, при этом относятся к разным родам, а иногда даже классам. Например, муха-журчалка по внешнему строению схожа с осой, однако это представители разных отрядов насекомых. Но “прикид” осы помогает ей избегать лишних конфликтов с окружающими. Эта хитрость в биологии называется мимикрией.

Мимикрия – приспособительная окраска, похожесть менее защищенного вида на более приспособленный.

Внешнее сходство организмов, проживающих в одной среде обитания, также усложняет использование морфологического критерия в систематике. Червяга – безногое пресмыкающееся – на первый взгляд очень похоже на змею, однако они относятся к разным отрядам. Кит напоминает рыбу, но относится к классу Млекопитающие. Оба, и червяга, и кит, используют чит под названием “конвергенция”.

Конвергенция – формирование схожих признаков у разных групп организмов. 

Именно поэтому учёные при описании видов и их таксономии также рассматривают внутреннее строение. Так, у кита можно заметить наличие тазового пояса, характерного для млекопитающих.

Внутреннее строение кита

1. Экологические особенности

К экологическим особенностям относятся способ питания, среда обитания, образ жизни. Однако представители разных видов могут питаться одним и тем же и обитать на одной территории, поэтому опираться на этот критерий нельзя. 

1. Внутреннее строение клетки

Одним из главных критериев выделения таксонов является внутреннее строение клетки и особенности строения органоидов. Так, например, мы можем отличить растительную клетку от животной.

Растительная клетка

1. Генетические данные

Этот критерий вида считается наиболее точным, ведь у каждого вида есть свой индивидуальный кариотип! 

Кариотип – присущий определенному виду набор признаков хромосом (их форма, размер и количество).

Кариотип человека

Почему киты считаются парнокопытными?Долгое время ученые гадали, откуда взялись китообразные. Понятно, что они относятся к млекопитающим и являются вторичноводными животными, но вот загадка – от кого они произошли?Именно новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности гиппопотамов. Да-да, получается, кит – это нечто вроде “морской коровы”.

Вторичноводные животные – живущие в воде организмы, которые имеют наземного предка.

Важно запомнить!Только с помощью комплекса всех перечисленных признаков можно установить возникновение нового вида или отнести его к какому-то таксону. 

Понятие вида

Вид — основная систематическая категория. Это единственная таксономическая категория, объективное существование которой не поддаётся сомнению и подвергается экспериментальной проверке. Именно вид является исходной единицей систематики организмов.

Считается, что самостоятельные виды должны быть генетически изолированы. Особи, репродуктивно изолированные друг от друга, относятся к разным видам. Способные скрещиваться между собой должны быть отнесены к одному виду. Если генетическая изоляция доказана, то доказана и самостоятельность вида.

Однако репродуктивный критерий сложно использовать на практике при обработке коллекционных материалов. В практической работе для разграничения близких видов используется тройной критерий. Его применение позволяет надёжно определить, когда имеется дело с самостоятельными видами, а когда — с внутренне видовой изменчивостью (географической, гостальной, индивидуальной).

Морфологический критерий

Этот критерий позволяет, не проводя экспериментов по скрещиванию, оценить, являются ли две формы репродуктивно изолированными в природе.

Хиатус — выразительный разрыв в морфологических признаках, то есть отсутствие промежуточных вариантов между двумя формами. Противоположное понятие — трансгрессия: это перекрытие морфологических признаков, то есть наличие промежуточных вариантов.

Если две формы имеют хиатус в каких-нибудь морфологических характеристиках, то они, скорее всего, репродуктивно изолированы, а, значит, должны быть отнесены к разным видам. Если виды действительно самостоятельные, хиатус определяется даже между видами-двойниками.

Географический параметр

Если две близкие формы, разделённые хиатусом, имеют самостоятельные ареалы (расположение), которые не перекрываются, скорее всего, они являются самостоятельными видами. Если же две очень близкие формы, разделённые морфологическим хиатусом, встречаются совместно, то не исключено, что в иерархии они должны быть отнесены к одному виду.

Экологический признак

Каждый вид владеет большей или меньшей экологической специфичностью. Только в сказке К. Чуковского «рыбы по полю гуляют, жабы по небу летают». Очень маленькая вероятность, что один вид будет существовать и в пустыне, и на болоте. Птицы, которые гнездятся в дуплах, не могут гнездиться в песчаной пустыне.

Типы взаимодействия

Прежде чем углубляться в проблемы, связанные с коэволюцией, необходимо упомянуть типы взаимодействий, которые происходят между видами, поскольку они имеют очень важные эволюционные последствия.

конкуренция

Виды могут конкурировать, и это взаимодействие приводит к негативным последствиям для роста или размножения вовлеченных людей. Конкуренция может быть внутривидовой, если она происходит между представителями одного и того же вида, или межвидовой, когда особи принадлежат к разным видам..

В экологии применяется принцип конкурентного исключения. Эта концепция предполагает, что виды, которые конкурируют за одни и те же ресурсы, не могут конкурировать стабильно, если остальные экологические факторы остаются постоянными. Другими словами, два вида не занимают одну и ту же нишу.

В этом типе взаимодействия один вид всегда заканчивался, исключая другой. Или они разделены на некоторые измерения ниши. Например, если два вида птиц питаются одним и тем же и имеют одинаковые зоны отдыха, для продолжения сосуществования они могут иметь пики активности в разное время дня..

эксплуатация

Второй тип взаимодействия между видами — эксплуатация. Здесь вид X стимулирует развитие вида Y, но этот Y препятствует развитию X. Типичными примерами являются взаимодействия между хищником и его добычей, паразиты с хозяевами и растения с травоядными животными.

В случае травоядных животных происходит постоянная эволюция механизмов детоксикации против вторичных метаболитов, которые производит растение. Таким же образом, растение превращается в более эффективные токсины, чтобы убрать их.

То же самое происходит во взаимодействии с добычей хищников, когда жертва постоянно улучшает свои способности к бегству, а хищники повышают свои навыки атаки.

мютюэлизм

Последний тип отношений предполагает пользу или позитивные отношения для обоих видов, которые участвуют во взаимодействии. Говорят о «взаимной эксплуатации» между видами.

Например, взаимность, существующая между насекомыми и их опылителями, приводит к выгодам для обоих: насекомые (или любой другой опылитель) извлекают выгоду из питательных веществ растений, в то время как растения получают рассеивание своих гамет. Симбиотические отношения — еще один известный пример взаимности.

Биологические системы

Биологические системы– это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. 

Биосистема — это форма жизни, обусловленная взаимодействием живых компонентов. Растительный организм как биосистема — совокупность взаимодействующих органов , тканей и клеток. 

К данной категории относят:

• органические макромолекулы;
• органеллы субклеточного типа;
• клеточные структуры;
• органы;
• организмы;
• популяции.
• виды
• биоценозы
• экосистемы
• биосфера

Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула:

• ДНК;
• белок;
• углевод;
• АТФ.

В роли наибольшей биологической системы выступает популяция,  совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.  

Трехдоменная классификация

Классификация организмов, предложенная Карлом Везе, отличалась от общепринятой, таких таксонов, как царство, семейство, вид, введенным наивысшим рангом — доменом.

Все царства органического мира объединены в 3 домена. Их разделение основано на генетическом сходстве и различии.

• Домен археи. Включает архебактерий.
• Домен прокариоты. Включает настоящих бактерий.
• Домен эукариоты. Включает 4 из 5 типов царств животных, растений, грибов и протистов. Причем, царство протистов включает и некоторые одноклеточные грибы. Иногда термин домен заменяют на царство эукариот, что является неверным.

Трёхдоменная классификация К. Везе

В настоящее время трехдоменная классификация находится в стадии разработки. Она постоянно уточняется и перерабатывается. Одним из ее достижений (в отличие от традиционных классификаций) считается то, что деление на прокариоты и эукариоты является не полным.

Основные типы отношений между организмами

Симбиотические отношения

Симбиоз (+ / +) описывает тесное и постоянное (долгосрочное) взаимодействие между двумя видами.

Симбиотические отношения подразделяются на облигатные (нужны для выживания) или факультативные (выгодные, но не строго необходимые).

Симбиотические отношения могут быть полезны как для одного, так и для обоих организмов в партнерстве:

• Мутуализм (+ / +) – оба вида извлекают выгоду от взаимодействия (анемон защищает рыбу-клоуна, рыба-клоун обеспечивает анемон питательными фекалиями);
• Комменсализм (0 / +) – один вид получает выгоду, а другой остается невредим (ракообразные прикрепляются к китам, чтобы добраться до мест богатых планктоном);
• Паразитизм (– / +) – один из видов получает выгоду в ущерб другому (например, клещи и блохи питаются кровью своего хозяина).

Хищник-Жертва

Хищничество (– / +) – это биологическое взаимодействие, при котором один организм (хищник) охотится и питается другим организмом (добычей).

Поскольку хищник полагается на добычу как на источник пищи, численность их популяций неразрывно связана между собой:

• Если численность популяции добычи сокращается (например, из-за чрезмерной охоты), численность хищников будет сокращаться по мере усиления внутривидовой конкуренции;
• Если численность популяция добычи растет, численность хищников будет увеличиваться в результате изобилия источника пищи.

Нейтрализм

Нейтрализм (0 / 0) описывает взаимосвязь между двумя видами , которые взаимодействуют, но никак не влияют друг на друга. Примеры истинного нейтрализму практически невозможно доказать. На практике термин используется для описания ситуаций, где взаимодействия пренебрежимо малы или незначительны.

Аменсализм

Аменсализм (– / 0) – межвидовые отношения, при которых одному организму наноситься вред, а другой остается невредимым. Хорошим примером аменсализма является крупный рогатый скот, который во время передвижения затаптывает копытами траву.

Конкуренция

Конкуренция (– / –) описывает взаимодействие между двумя организмами, при котором приспособленность одного снижается из-за присутствия другого.

Конкуренция может быть внутривидовой (между представителями одного вида) или межвидовой (между представителями разных видов).

Нехватка ресурсов (например, еды, воды или территории) обычно вызывают один из двух типов конкуренции:

• Конкурентное исключение – один вид использует ресурсы более эффективно, приводя к сокращению популяции других видов;
• Разделение ресурсов – оба вида разделяют ресурсы в общей среде обитания, при этом не нанося существенного вреда друг другу.

тип

Удельная коэволюция

Термин «коэволюция» включает три основных типа. Самая простая форма называется «специфическая коэволюция», когда два вида эволюционируют в ответ друг на друга и наоборот. Например, одна жертва и один хищник.

Этот тип взаимодействия приводит к эволюционной гонке вооружений, которая приводит к расхождению в определенных чертах или может также привести к сближению во взаимных разновидностях.

Эта конкретная модель, в которой участвуют немногие виды, является наиболее подходящей для демонстрации существования эволюции. Если избирательное давление было достаточно сильным, следует ожидать появления адаптаций и контрадаптаций у видов.

Диффузная коэволюция

Второй тип называется «диффузной коэволюцией» и возникает, когда во взаимодействии участвуют несколько видов, а эффекты каждого вида не являются независимыми. Например, генетические различия в устойчивости хозяина к двум различным видам паразитов могут быть связаны.

Этот случай гораздо чаще встречается в природе. Тем не менее, это гораздо сложнее для изучения, чем конкретная коэволюция, так как существование нескольких видов делает экспериментальные проекты очень трудными..

Побег и радиация

Наконец, у нас есть случай «побега и радиации», когда вид развивает тип защиты от врага, в случае успеха это может распространиться, и происхождение может быть диверсифицировано, поскольку давление видов противника не такой сильный.

Например, когда вид растения выделяет определенное химическое соединение, которое оказывается очень успешным, оно может быть освобождено от потребления различными травоядными животными. Следовательно, родословная завода может стать разнообразной.

История систематики

Настоящее представление о классификации живых организмов появилось не сразу; история систематики уходит своими «корнями» в древний мир. Первыми о разделении всего живого на группы задумались философы Древней Греции: Гептадор, Аристотель и Теофраст.

Аристотель, как ученый представил систематику следующим образом:

• Растения:
  1. деревья;
  2. травы.
• Животные:
  1. с «холодной» кровью. Сюда были отнесены холоднокровные животные (ученые называют их пойкилотермными). Это все рыбы, лягушки, ящерицы, змеи и черепахи.
  2. с «горячей» кровью. Группа объединяла теплокровных животных (ученые называют их гомойотермными), известных во времена Аристотеля.

Данная классификация с небольшими изменениями (в основном дополнениями и некоторыми уточнениями) дошла до XVIII века.

В 1735 Шведский ученый Карл Линней, проанализировав все достижения и накопленные знания о мире, выпустил в свет свой труд «Система природы». В нем он подробно изложил свои взгляды на систематику живых организмов всего материального на Земле. Конечно, с позиции современности они были поверхностными и носили по большей части описательный характер. Но взгляды Линнея заложили основы для современной систематики живых существ.

Карлу Линнею принадлежит заслуга в создании такого понятия, как язык систематики. Это образное понятие, означающее правила, используемые при названии того или иного организма. Все известные (на то время) живые существа он разделил на несколько групп. Линней назвал их “рангами”. Например, всех животных он поместил в ранг “животных”, а растения – в ранг “растения”. Наивысшие ранги ученый назвал царствами.

В каждом ранге он выделил еще несколько более мелких групп. Например, хищные включали ранги поменьше: волчьи, кошачьи, медвежьи и енотовые. Данная градация (деление на ранги) сохраняется не только для систематики растений и животных. Эти группы сейчас называются таксонами.

Вся систематика ученого Карла Линнея подразумевала деление всего материального на 3 царства.

• Царство минералов. Сюда Линней отнес все неживые материальные предметы. Он описал их так: «минералы не живут и не чувствуют, но могут расти».
• Царство растений. В него ученый поместил все известные на тот момент растительные формы жизни. По мнению Линнея: «растения живут и растут, но не могут чувствовать».
• Царство животных. Они «живут, чувствуют и растут».

Деление рангов по Линнею

По Линнею царство включало несколько классов, каждый из которых состоял из отрядов. Он же включал несколько родов. В состав рода входило несколько видов. Каждый вид имел двойное название, которое состояло из двух латинских слов. Первое означало род, а второе — вид. Данная тенденция сохраняется и поныне. Она называется бинарной номенклатурой и широко используется в современной классификации. Например: HomoSapiens (Гомо сапиенс – человек разумны). Гомо — род, а слово «разумный» означает вид.

После Карла Линнея вопросами классификации и систематики занималось немалое количество ученых. Каждый из них внес определенный вклад (ввел новые «ранги», расширил понимание прежних и пересмотрел их суть), постепенно поспособствовав становлению систематики наукой о классификации.

Среди таких ученых наиболее значительный вклад внесли: Жан Батист Ламарк, Чарльз Дарвин (наиболее известен как ученый, разрабатывающий в первую очередь систематику животных), Эрнст Геккель и Карл Везе. Последний является основателем так называемой трехдоменной системы классификации живых существ (смотрите ниже). Она создана в 1977 и на сегодняшний день все больше завоевывает популярность сред ученых в разных странах.

Таксономический анализ

Учёный Карл Линней предложил иерархическую схему из пяти категорий: класс, ряд, род, вид и вариетет. Например, человек расположился в классификации К. Линнея в такой последовательности:

1. Класс: Mammalia.
2. Отряд: Primates.
3. Род: Homo.
4. Виды: sapiens, troglodytes.
5. Вариететы: ferus, americanus, europaeus, afer.

Таксономический анализ представляет собой распределение признаков между таксонами, на основании которого таксоны группируются в надтаксоны. Фактически, это анализ таксонов и их выдающихся признаков.

Первый этап — составление таблицы таксон/признак. Такую таблицу приходится делать всем практикующим систематикам, будь то кладисты, или типологи, или представители других направлений.

Способы, которыми такая таблица превращается в классификацию, сильно отличается в разных школах. Таксоны группируются по два или более на основании подобия и различия. Равноценные признаки можно подсчитывать с помощью формул и сравнивать количество общих признаков и отличительных черт у разных таксонов. Если признаки считаются неравноценными, то больший вес может предоставляться или более давним примитивным, или более молодым и производным. Корреляция между признаками может учитываться или не учитываться.

Группировкам таксонов, которые вышли, предоставляется ранг соответственно с традициями, разветвлениями эволюционных линий, геологическим возрастом, соотношением между величиной хиатуса и числом представителей.

Принципы систематики

Основы современной систематики были заложены французским учёным Ж.-Б. Ламарком и шведским ученым К. Линнеем.

Ламарк предложил принцип родственности как основание для отнесения животных к той или иной группе. Линней ввёл бинарную номенклатуру, т. е. двойное название вида.

Каждый вид в названии имеет две части:

• название рода;
• видовое название.

Например, куница лесная. Куница – название рода, в который может входить множество видов (куница каменная и др.).

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

Также Линней предложил основные таксоны, или группы, которыми мы пользуемся и теперь.