ТЕМА. ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА НИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ

ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ - наука о взаимоотношениях микробов друг с другом и с окружающей средой.

В природе микроорганизмы заселяют практически любую среду (почва, вода, воздух) и распространены гораздо шире, чем другие живые существа.

Естественные среды обитания большей части микроорганизмов - ВОДА, ПОЧВА и ВОЗДУХ.

В зонах обитания микроорганизмы образуют БИОЦЕНОЗ (от греч. bios – жизнь, koinos – сообщество) – сложные ассоциации со специфическими и часто необычными взаимоотношениями.

Каждое микробное сообщество в конкретном биоценозе образуют:

1. АВТОХТОННЫЕ (АУТОХТОННЫЕ) МИКРООРГАНИЗМЫ - микробы, присущие конкретной области (водоёма, почвы).

2. АЛЛОХТОННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ - попадающие в конкретную область (водоём, почву) извне и обычно в ней не встречающиеся.

В природных биоценозах (почва, вода, воздух) выживают и размножаются лишь те микроорганизмы, которым благоприятствует окружающая среда; их рост прекращается, как только меняются условия окружающей среды.

Размеры микробных экосистем очень разнообразны. Это может быть, например, пруд, озеро или корневая система дерева. Возможны и такие маленькие экосистемы, как ротовая полость, рубец жвачного животного или участок кишечника. В пределах экосистемы для каждого вида можно описать его место обитания.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША - функция какого-либо вида или популяции в сообществе организмов. Каждый вид (или популяция) выполняет определённую функцию, которая обусловлена его (её) потребностями в пище, подвижностью, способом размножения, биохимическими, структурными особенностями, пределами толерантности (терпимости) к условиям среды.

Например, в рубце жвачных животных могут расти и выполнять функцию расщепления целлюлозы только те целлюлозолитические бактерии, которые способны осуществлять это в анаэробных условиях и получать энергию в результате брожения. Далее, они должны быть толерантны к температуре внутри желудка, к присутствию жирных кислот, ферментов, аммиака, газов и других продуктов. И, наконец, должно быть обеспечено непрерывное удаление определённых продуктов брожения, например водорода Н₂.

Типы взаимооотноешений микроорганизмов в биоценозе

В естественных субстратах (почвы, водоёмы, растительные и животные остатки, пищевые продукты) микроорганизмы существуют как СЛОЖНЫЕ АССОЦИАЦИИ, внутри которых складываются разнообразные взаимоотношения. Каждый микроорганизм приспосабливается не только к неживым субстратам, но и к другим окружающим его организмам.

Значительная часть бактерий участвует в конкурентной борьбе, адаптируясь к сосуществованию с другими формами жизни либо вступая с ними в противодействие.

1. СИМБИОЗ (от греч. symbiosis — совместное проживание) – совместное длительное существование микроорганизмов в долгоживущих сообществах.

Симбиотические отношения разделяют по выгоден, получаемой каждым из партнёров:

МУТУАЛИЗМ (от лат. mutuus - взаимный) – взаимовыгодные симбиотические отношения.

Примером может служить совместное развитие молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают условия, благоприятные для роста дрожжей, а продукты жизнедеятельности дрожжей (например, витамины) используются молочнокислыми бактериями. Дрожжи, кроме того, потребляют кислоту, а снижение кислотности среды благоприятствует росту молочнокислых бактерий.

Симбиотические взаимоотношения этих микроорганизмов используются в процессе изготовления некоторых кисломолочных продуктов (кефира, кумыса).

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.

КОММЕНСАЛИЗМ (от лат. сот - вместе и mensa - стол, трапеза) – форма сожительства микробов (комменсалов) с другими организмами, при этом организм использует пищу или выделения другого организма, не принося ему вреда.

Микроорганизмы-комменсалы колонизируют растения, кожные коровы и полости организма человека и животных – входят в состав нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека (например, кишечная палочка, бифидобактерии, стафилококки, лактобациллы).

2. ПАРАЗИТИЗМ (от греч. parasites – нахлебник) – отношения, при которых пользу получает только один из партнёров, принося вред, вплоть до гибели, своему сожителю.

Бактерии-паразиты в своем эволюционном развитии утратили способность синтезировать многие вещества; они получают их в готовом виде за счет своего «хозяина».

Паразитами являются возбудители инфекционных заболеваний людей и животных - хозяин постепенно ослабевает и, в конце концов, может погибнуть.

ВНЕКЛЕТОЧНЫМИ ПАРАЗИТАМИ являются бактерии, а ВНУТРИКЛЕТОЧНЫМИ ПАРАЗИТАМИ – вирусы, риккетсии и хламидии.

На некоторых формах одноклеточной водоросли Chlorella паразитирует мелкий вибрион Vampirovibrio chlorellavorus - прикрепляется к оболочке водоросли и существует за счет поступающих из её клетки веществ.

Факультативные паразиты – в зависимости от условий могут вести себя как паразиты, либо как сапрофиты. Это большинство условно-патогенных бактерий.

Облигатные паразиты – полностью утратили собственные метаболические возможности и живут, разрушая ткани хозяина.

3. МЕТАБИОЗ – форма взаимоотношений, при которой один вид микробов использует продукты жизнедеятельности других микробов.

Например, сожительство нитрифицирующих бактерий с аммонифицирующими: нитрификаторы используют (окисляют) аммиак, который образуют аммонифицирующие бактерии.

4. САТЕЛЛИЗМ (от лат. satelles – сопровождающий) – выделение микроорганизмами метаболитов, стимулирующих рост других микробов. Например, выделяемые дрожжами витамины группы В стимулируют рост других микробов.

5. АНТАГОНИЗМ (от греч. antagonismai - соперничество) - один вид микробов угнетает или приостанавливает развитие другого, либо даже вызывает его гибель.

Антагонистические взаимоотношения в мире микробов являются одним из важных факторов, обусловливающих состав микрофлоры природных субстратов. Во многих случаях антагонистические взаимоотношения определяются неблагоприятным воздействием продуктов жизнедеятельности одного вида на другой.

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.

Например, молочнокислые бактерии являются антагонистами гнилостных бактерий, так как продукт энергетического обмена первых - молочная кислота - тормозит развитие вторых. Антагонистические взаимоотношения между этими группами микроорганизмов используют при переработке ряда пищевых продуктов (квашении овощей, изготовлении кисломолочных продуктов).

6. ХИЩНИЧЕСТВО - одна группа микроорганизмов использует другую в качестве пищи.

Примером хищника служит бактерии Bdellovibrio bacieriovorus (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. Преимущественно эти организмы питаются грамотрицательными бактериями, в частности псевдомонадами и энтеробактериями. Виды рода Bdellovibrio встречаются в почве и воде.

Отдельные миксобактерии способны растворять (лизировать) клетки бактерий и питаться их содержимым. Некоторые бактерии и грибы образуют специальные приспособления для захвата микроорганизмов и мелких животных, например, так называемые «ловчие сети». Запутавшиеся в них существа погибают и лизируются, после чего служат источником пищи. Ряд видов грибов живёт за счет грибов других видов. Мицелий грибов, в свою очередь, часто разрушается актиномицетами.

Бактерии служат пищей для основной массы простейших, причем набор используемых для питания бактерий у различных простейших варьирует.