28.Взаимоотношения паразитов и их хозяев. Законы а.Лотки и в.Вольтерры.

Паразит- это организм, который питается за счет другого организма, называемого хозяином. Это очень разнообразная группа организмов (животные, растения, грибы, бактерии), которую изучает специальная наука - паразитология.

Влияние паразитов на хозяев. Паразиты не убивают хозяев, а длительное время используют их как пищевой ресурс и убежище, лишь сокращая длительность жизни и плодовитость «организма- дома». Паразиты, как правило, снижают устойчивость хозяев к стрессу холода, дефицита ресурсов и др.

Паразиты близки к хищникам-пастбищникам, но в отличие от последних, которые используют несколько жертв, паразит связан с одним организмом-хозяином (а если с несколькими, то меняет их в ходе жизненного цикла).

В естественных экосистемах взаимоотношения «паразит - хозяин» являются одним из важных факторов поддержания экологического равновесия. Особенно велика их роль при контроле плотности популяций крупных животных, у которых нет естественных врагов-хищников (слон, бегемот, крокодил, лев и др.). При отсутствии паразитов их отношения с жертвами могли бы быть нарушены. Велика роль паразитов в регулировании плотности популяций деревьев тропического леса. В этом случае у каждого вида дерева контролирующую роль играет своя группа патогенов. Особо важную роль играют паразиты, которые контролируют рост популяций деревьев-доминантов (их называют генералистами) и не позволяют им вытеснять из сообщества менее обильные виды. Таким образом, деятельность паразитов оказывается важнейшим условием повышения биологического разнообразия и устойчивости этих экосистем. Повышается видовое богатство луговых сообществ под влиянием полупаразитов, которые сдерживают численность популяций доминантов с высокой конкурентной способностью.

В процессе длительной коэволюции (взаимоприспособления) паразитов и хозяев вырабатываются специальные механизмы, которые позволяют им устойчиво сосуществовать.

Защитные реакции хозяев. Для защиты от паразитов у хозяев вырабатываются следующие адаптации:

- иммунный ответ организма, т.е. возникновение биохимических реакций, которые сдерживают массовое развитие паразитов;

- сбрасывание зараженных частей (это особенно характерно для растений-хозяев, которые сбрасывают сильно зараженные листья). В этом случае паразиты продолжают жить уже как детритофаги;

- выработка устойчивости к влиянию паразитов за счет быстрого роста здоровых тканей взамен пораженных (это имеет место при паразитировании тли);

- изоляция органов поражения как «зеленых островов» (формирование галлов у дуба, орешника и других растений после того, как насекомое-паразитоид отложит в ткани листа яйцо);

- уменьшение плотности популяций хозяев, что снижает вероятность распространения паразита и заражения им. Зараженные животные менее подвижны и становятся более легкой добычей хищников, которые таким образом снижают долю зараженных особей в популяции;

- формирование гетерогенных популяций хозяев, в составе которых есть экотипы (см. 9.3.4), устойчивые к паразитам. Эти экотипы являются основой адаптивной селекции на повышение устойчивости культурных растений к патогенам. В естественных экосистемах формирование экологического равновесия между популяциями паразитов и их хозяев - нормальное явление. При этом в отличие от отношений «фитофаг - растение» или «хищник - жертва», оно возможно без третьего участника. В силу того, что паразиты связаны с ограниченным кругом хозяев, эта связь математически описывается проще, чем связь между хищниками и их жертвами. Во многих случаях проявляется модель Лотки - Вольтерры: плотность популяций обоих видов изменяется циклически, но пики плотности паразитов запаздывают по отношению к пикам плотности хозяев.

Моделируют различные по характеру процессы, происходящие в реальной среде, как, например, отдельные типы экологических взаимодействий хищник – жертва, паразит – хозяин, конкурентные отношения, мутуализм и др. Математическими моделями описываются и проверяются разные варианты динамики численности, популяций, продукционные процессы в экосистемах, условия стабилизации сообществ, ход восстановления систем при разных формах нарушений и многие другие явления. Сами методы математического моделирования биологических систем развиваются, совершенствуются и разнообразятся.

Например, одну из простейших математических моделей для системы паразит – хозяин в динамике численности насекомых разработал в 1925 г. статистик А. Лотка, который вывел следующие уравнения:

где N1 – численность популяции хозяина; N2 – численность популяции паразита; r1 – удельная скорость увеличения популяции хозяина; d2 – удельная скорость гибели популяции паразита; p1 и р2 – константы. График процесса паразитической инвазии, построенный по таким уравнениям, обнаруживает, что в результате взаимодействия двух видов должны возникать осцилляции (колебания) с постоянной амплитудой, которая зависит от соотношения между скоростями увеличения численности двух видов.

В это же время математик В. Вольтерра выявил сходные закономерности для системы хищник – жертва, обрабатывая статистические данные рыбного промысла. Один из выведенных им законов – «закон периодического цикла» – гласит, что процесс уничтожения одного вида другим может привести к периодическим колебаниям численности популяций обоих видов, зависящих только от коэффициентов роста популяций хищника и жертвы и от исходной относительной численности.