Как приспособлены внутренние паразиты к жизни в организме хозяина
Обновлено: 18.04.2024
Живой организм для паразитов представляет очень своеобразную среду обитания. Здесь паразиты находят более чем достаточное количество пищи и относительно постоянные температурные условия. У них нет необходимости отыскивать убежища от естественных врагов, передвигаться, расселяться на новых, еще не заселенных территориях. Организм хозяина полностью берет на себя функции обеспечения паразитов продуктами питания и защиты от неблагоприятных внешних воздействий. Расселение паразитов также часто осуществляется их хозяевами.
В процессе приспособления к своеобразному образу жизни паразиты претерпели значительные изменения. У многих паразитов недоразвиты органы чувств, нервная система, аппарат движения. Некоторые паразиты, обитая постоянно в среде, богатой переваренными питательными веществами, вообще утратили пищеварительную систему. С другой стороны, у паразитов обычно появляются органы прикрепления (присоски, крючья) и плотные защитные покровы, предохраняющие их от действия пищеварительных ферментов и других биологически активных веществ, присутствующих во внутренней среде хозяина.
В условиях паразитического образа жизни размножение паразитов и заражение ими других хозяев сильно осложнены. Действительно, вероятность попадания яиц или личинок паразитов в благоприятные для развития условия и затем в организм восприимчивого хозяина невелика. Большинство яиц и личинок погибает. Поэтому все паразиты обладают очень сильно развитой половой системой и высокой плодовитостью. Так, кривоголовка двенадцатиперстной кишки откладывает ежедневно до 16 000 яиц. Плодовитость многих гельминтов еще более высокая.
У человека благоприятные условия обитания разные паразиты находят практически в любом органе (рис. 5.8). На коже могут обитать вши, внутри эпидермиса — чесоточный зудень, в подкожной клетчатке, мышцах, мозге и даже костях — финны свиного цепня. В крови обитают возбудители малярии, в легких — эхинококк, альвеококк, легочный сосальщик, в мочеполовой системе — трихомонады. Особенно много паразитов в органах пищеварительной системы. В ротовой полости живут амебы, в двенадцатиперстной кишке — Днкилостомиды и лямблии, в тонкой кишке — аскариды, острицы, половозрелые ленточные черви; в толстой кишке встречаются дизентерийная амеба, балантидий и другие паразиты.
Рис. 5.8. Локализация паразитов в организме человека:
- 1 — головной мозг (эхинококк, цистицерки свиного цепня, токсоплазма);
- 2 — кровь (малярийный плазмодий); 3 — легкие (эхинококк, цистицерки свиного цепня, легочный сосальщик); 4 — печень (печеночный, ланцетовидный
и кошачий сосальщики, эхинококк, цистицерки свиного цепня, токсоплазма, малярийный плазмодий, лейшмания); 5 — скелетные мышцы (токсоплазма, эхинококк, цистицерки свиного цепня, трихинелла); 6 — подкожная клетчатка конечностей (ришта); 7 — мочеполовая система (трихомонада влагалищная);
8 — кожа открытых участков тела (лейшмания, чесоточный зудень); 9 — толстая кишка (дизентерийная амеба, балантидий, власоглав); 10 — тонкая кишка (лямблия, трихомонада кишечная, бычий, свиной и карликовый цепни, широкий лентец, аскарида, острица, анкилостомиды)
Многие паразиты, мигрируя в организме человека, меняют местопребывание, обитая на различных этапах своего развития в разных органах и тканях. Наиболее часто паразиты перемещаются по кровеносным и лимфатическим сосудам. Так, личинки аскариды на разных стадиях жизненного цикла обнаруживаются в кишечнике, печени, сердце, легких, трахее, глотке, желудке и кровеносных сосудах. Трихинеллы размножаются в кишечнике у человека, а их личинки обитают в поперечно-полосатой мускулатуре.
Любой живой организм неотделим от среды своего обитания, испытывает на себе ее многообразное действие и сам воздействует на нее. Хозяин по отношению к паразиту представляет собой среду обитания и источник питания. При этом он испытывает на себе постоянные и многообразные воздействия со стороны паразита. Паразит же существует только благодаря существованию своего хозяина. Таким образом, хозяин и паразит представляют собой единую систему, существование которой определяется всей совокупностью сложных взаимоотношений их друг с другом.
Характерные особенности организма как среды обитания
Относительное постоянство внутренней среды одного организма — хозяина — дает возможность использовать его тело другим организмом — сожителем — в качестве среды жизни. Хозяин — организм, являющийся средой жизни для других организмов. Сожитель — организм, поселяющийся на поверхности или внутри тела другого организма. Сожитель может быть для хозяина нейтральным (мальки рыб в кишечной полости морских кишечнополостных животных). Он может приносить ему пользу, снабжая питательными веществами (азотфиксирующие клубеньковые бактерии и бобовые растения). Но он может причинять хозяину вред, используя его питательные вещества (аскарида человеческая и человек).
Сожителей больше всего среди микроорганизмов (все вирусы, некоторые представители бактерий и грибов), протистов (амеба дизентерийная, трихомонада) и многоклеточных организмов, имеющих упрощенное строение (плоские и круглые черви, некоторые насекомые).
Попав во внутреннюю среду хозяина, паразит получает ряд преимуществ:
1) обилие легкодоступной для усвоения пищи, не требующей перестройки процессов пищеварения. Например, клеточный сок растений, кровь животных, содержимое их пищеварительного тракта, уже подвергнутое ферментативной обработке;
2) защищенность от непосредственного воздействия абиотических и биотических факторов внешней среды. Все взаимодействия со сложными и изменяющимися окружающими условиями и врагами берет на себя организм хозяина;
3) относительная стабильность условий существования. Внутренняя среда организма по ряду физико-химических факторов имеет высокую степень постоянства.
В то же время организм как среда жизни создает для паразитов некоторые экологические трудности:
1) ограниченность среды во времени и пространстве;
2) трудность распространения от одной особи хозяина к другой;
3) сложности в обеспечении кислородом;
4) защитные реакции организма хозяина.
Как преимущества, так и экологические трудности жизни в другом организме явились причиной формирования у паразитов разнообразных адаптаций. Они позволяют им эффективно размножаться и процветать, живя в другом организме.
Адаптации к жизни в другом организме — паразитизм
Паразиты могут поселяться на поверхности тела хозяина (эктопаразиты — вши, блохи, клещи, клопы) или внутри него (эндопаразиты — плазмодий малярийный, аскарида, власоглав, цепень бычий). У эктопаразитов большая часть тела находится вне хозяина (в контакте с окружающей средой) и лишь органы питания внедряются в его живые ткани. У эндопаразитов в процессе эволюции выработался ряд приспособлений к жизни в теле другого организма.
1. Малые размеры тела. Ограниченность размеров среды обитания паразитов компенсируется малыми размерами их тела. Паразит всегда меньше хозяина (аскарида и человек, сосальщик печеночный и корова, трихомонада и человек). Исключение составляет цепень бычий, длина которого составляет от 4 до 10 м, а основным хозяином является человек. Малые размеры тела паразита позволяют ему поселиться в организме хозяина и питаться за его счет, не вызывая быстрой гибели.
2. Упрощение внешнего и внутреннего строения. Так как условия обитания паразитов постоянны и оптимальны, у них нет необходимости иметь сложное строение и вырабатывать сложные механизмы адаптации. В связи с этим происходит упрощение или редукция отдельных систем органов.
Ограниченность размеров среды обитания паразитов явилась причиной упрощения их внешнего строения. Например, на теле паразитических червей отсутствуют органы передвижения. Они малоподвижны. У отдельных представителей имеются лишь органы фиксации, позволяющие им закрепиться в организме хозяина (кутикулярные крючки, присоски).
Обилие легкодоступной пищи привело к упрощению системы пищеварения. Например, у сосальщика печеночного пищеварительная система упрощена, а у ленточных червей и вовсе утрачена. Всасывание питательных веществ у последних происходит всей поверхностью тела.
У паразитических растений питание соками хозяина привело к редукции системы фотосинтеза и утрате хлорофилла. Среди растений встречаются полные паразиты и полупаразиты. Паразиты не содержат хлорофилла, например повилика, заразиха, раффлезия, Петров крест. Полупаразиты (омела) имеют хлоропласты и берут от растения-хозяина только минеральные вещества и воду.
Сложности в обеспечении кислородом привели у паразитов к редукции дыхательной системы и переходу к анаэробному дыханию. Так как их энергетические затраты невелики, а запасы пищи неиссякаемы, то такой способ дыхания оправдан.
3. Защитные покровы тела. Большинство паразитов обитает в пищеварительном тракте и подвержено воздействию ферментов пищеварительных соков. Для защиты от переваривания у них сформировались специфические покровы тела. Например, у сосальщиков тело покрыто слоем слизи, а у аскариды человеческой на поверхности тела имеется многослойная кутикула.
Прогрессивное развитие половой системы обеспечивает высокие репродуктивные возможности вида. Этому также способствуют партеногенез (размножение без оплодотворения) и чередование полового и бесполого поколений. Возникновение гермафродитизма (совмещение в одном организме мужской и женской половых систем) является своего рода двойной гарантией успешного оплодотворения и получения потомства.
Защита оплодотворенных яиц многослойными оболочками и обеспечение зародыша питанием повышают выживаемость потомства. Развитие приспособлений для выхода личинок из яйца и тела хозяина во внешнюю среду и их проникновение в организм нового хозяина способствуют расселению.
5. Смена хозяев в жизненном цикле. У паразитов, как правило, в жизненном цикле наблюдается смена хозяев. В основном хозяине живет половозрелая особь, а в промежуточном — личиночная стадия. Например, личинки бычьего цепня развиваются в теле коровы, а взрослые особи паразитируют в теле человека. Благодаря этому не допускается скопление в одном организме-хозяине большого количества паразитов, что могло бы привести к быстрой гибели хозяина, а также отсутствует конкуренция между личинками паразита и взрослой особью, что повышает их жизнеспособность.
Повторим главное. Взаимоотношения, когда один организм (паразит) живет за счет другого (хозяина), называются паразитизмом. Паразит, использующий хозяина как среду жизни, получает ряд преимуществ, но при этом испытывает определенные экологические трудности. Основные адаптации к паразитизму: малые размеры тела, упрощение внешнего и внутреннего строения, защитные покровы тела, высокая плодовитость, смена хозяев в жизненном цикле.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Какие взаимоотношения между организмами называются паразитизмом?
2. Перечислите преимущества организма как среды жизни по сравнению с другими средами жизни.
3. Какие экологические трудности для обитателей создает организм как среда жизни? Приведите примеры и дайте аргументированный ответ.
Сложные вопросы
1. Для каждой группы паразитов укажите их представителей.
Группы паразитов: 1 — паразиты растений; 2 — паразиты животных.
Представители: повилика, власоглав, цепень бычий, заразиха, раффлезия, аскарида, Петров крест, плазмодий малярийный.
2. Всегда ли организм, живущий в другом организме, негативно влияет на его жизнедеятельность? Дайте аргументированный ответ.
* 3. Установите соответствие между средами жизни и их характеристиками.
Среды жизни: 1) организм как среда обитания; 2) наземно-воздушная среда.
Характеристики: а) постоянство температурного, солевого и осмотического режимов; б) нехватка кислорода и света; в) является самой сложной по экологическим условиям средой; г) ограниченность жизненного пространства; д) резкие колебания температуры, влажности и освещения.
*Индивидуальное домашнее задание. В последнее время в кронах тополей, берез и других древесных растений наблюдается ежегодное увеличение количества сильно ветвящихся кустистых образований. Они становятся зелеными до распускания листьев на деревьях. Как вы можете объяснить это явление? Сравните состояние деревьев одного вида, имеющих разное количество кустистых образований. Сделайте вывод, влияют ли эти образования на жизнедеятельность деревьев. Составьте прогноз на будущее и предложите пути решения данной проблемы.
Переход к паразитическому образу жизни сопровождается появлением у паразитов ряда адаптаций, облегчающих их существование, развитие и размножение в специфических условиях организма хозяина. Разнообразие форм паразитизма, различное систематическое положение паразитов (их принадлежность к разным отрядам, классам и типам), а также обитание их в разных органах и системах хозяина обусловливают и многообразие этих адаптаций. Однако некоторые приспособления являются абсолютно универсальными. К ним в первую очередь относятся высокая плодовитость и особенности половой системы. Действительно, возможность оставления потомства и попадания его в благоприятную среду — организм хозяина — у паразитов часто ничтожна. В связи с этим интенсивность размножения паразитов по сравнению со свободноживущими формами гораздо более велика. Достигается это разными способами. У многоклеточных — это сильная степень развития половой системы и образование огромного количества половых продуктов. Этому способствуют первичный гермафродитизм плоских червей, изначально высокая плодовитость круглых червей и основной массы членистоногих. Нередко высокая интенсивность полового размножения дополняется размножением личиночных стадий. Особенно это характерно для сосальщиков, личинки которых размножаются партеногенети- чески, а у некоторых ленточных червей — внутренним или наружным почкованием.
Некоторые паразиты из типа простейших приобретают способность к множественному делению — шизогонии, когда из одного паразита может образоваться более 1000 дочерних особей, или к спорогонии, в результате которой из одной особи могут образоваться десятки тысяч организмов следующего поколения. Практически у всех эктопаразитов и паразитов, обитающих в полостных органах, имеются адаптации для прикрепления к телу хозяина. Они встречаются у простейших (присасывательные диски лямблий), у гельминтов (присоски, шипики, крючья плоских червей, хитинизированный ротовой аппарат ряда круглых червей) и паразитических членистоногих (своеобразные конечности) (рис. 19.4).
Эндопаразиты, обитающие в полостных органах, имеют покровы, обладающие антиферментными свойствами, быстро регенерирующие либо вообще непроницаемые для ферментов хозяина. Паразиты, живущие в тканях, часто там инкапсулируются (рис. 19.5).
Эктопаразиты, питающиеся кровью, имеют колюще-сосущий ротовой аппарат, а также сильно растяжимый хитиновый покров, а часто и разветвленную пищеварительную трубку (рис. 19.6), антикоагулянтные свойства слюны и консервантные свойства ферментов пищеварительной системы.
Передний конец тела паразитов, внедряющихся в организм хозяина, снабжен органами проникновения — специализированными железами, колющими стилетами и т.д. Это касается даже некоторых простейших, способных проникать в ткани хозяина через неповрежденные покровы.
Рис. 19.4. Органы прикрепления паразитов.
Присасывательные диски у инфузории (А) и лямблии (Б), (указаны стрелками), сложная присоска (В) и кутикулярные шипики на коже (Г) у сосальщиков, крючья и сложные присоски на головках ленточных червей (Д,Е, Ж), конечности, служащие для прикрепления, у ракообразного (3) и насекомого (И)
Глава 19. Медицинская паразитология. Общие вопросы
Рис. 19.5. Личинка трихинеллы, инкапсулированная в мышце
Пищеварительная система пиявки.
Рис. 19.7. Приспособления, служащие для проникновения в организм хозяина.
1 — слепые выросты кишечника
А — простейшее токсоплазма; Б — церкарий — личинка кровяного сосальщика.
1 — коноид, 2 — колющие стилеты, 3 — хвостовой отдел тела — орган активного перемещения в поисках хозяина
Эндопаразиты, активно отыскивающие хозяина, обладают органами ориентации в среде, используемыми для поисков хозяина (светочувствительные глазки, термо- и хеморецепторы), и органами передвижения (рис. 19.7).
Все паразиты, развивающиеся со сменой хозяев, используют в качестве таковых виды, связанные между собой непосредственными пищевыми взаимоотношениями или обитающие с ними в одной среде. Большинство промежуточных хозяев являются источником питания для основных. Другой распространенный путь попадания паразита в организм хозяина — это использование многочисленных переносчиков, которые обеспечивают не только постоянную циркуляцию паразитов в экологических системах, но и их широкое расселение.
Высшей степенью адаптаций паразитов к хозяевам является наблюдаемая часто полная зависимость паразита от жизнедеятельности хозяев. При этом паразит нередко вызывает такие реакции хозяина, которые обеспечивают максимальную вероятность заражения последнего. Так, самки остриц, откладывая яйца в области анального отверстия, вызывают зуд. Расчесывание зудящих мест способствует распространению яиц этого паразита руками по окружающим предметам. Таким же образом обеспечивается расселение чесоточного клеща. Зуд в пораженной конечности, прекращающийся от соприкосновения с водой, способствует циркуляции в природе такого паразита, как ришта. Высокая температура больных паразитарными заболеваниями, распространяющимися с помощью кровососущих членистоногих, привлекает переносчиков нередко с больших расстояний и также оказывается полезной для паразитов.
Часто жизнедеятельность паразитов оказывается синхронизированной с образом жизни хозяев. Так, откладка яиц шистосомами происходит обычно в самое жаркое время суток, когда наиболее вероятным оказывается контакт хозяев с водой, куда для развития должны попасть яйца этих паразитов. В это же время в поверхностных слоях воды скапливаются в поисках хозяев церкарии этих шистосом. Таким образом облегчается циркуляция паразита сразу на двух стадиях его жизненного цикла (см. разд. 21.1.1.2). Если в циркуляцию паразита включены несколько хозяев, то наблюдаются их взаимные адаптации, оказывающиеся выгодными паразитам и обеспечивающие его эффективное развитие. Так, выход микрофилярий в кровеносные сосуды человека происходит в часы суток, соответствующие периоду максимальной активности кровососущих насекомых, являющихся их переносчиками (см. разд. 21.2.1.2).
Нередко паразиты даже модифицируют поведение одних хозяев таким образом, что в результате облегчается их попадание к другим. Так, рыбы, пораженные личинками ленточных червей, плавают в основном у поверхности воды и чаще вылавливаются рыбаками и хищными животными. Ленточные черви, использующие в качестве промежуточных хозяев копытных животных, снижают их жизнеспособность, и, таким образом, хищники поедают их в первую очередь.
Сосальщики, заражающие травоядных животных и человека через случайное проглатывание насекомых, вызывают обездвиживание последних, облегчающее им попадание в пищеварительный тракт хозяина (см. раздел 21.1.1.3. с. 683).
Одновременно с перечисленными признаками свойства паразитов переживать неблагоприятные условия внешней среды являются также несомненными адаптациями к паразитизму. Большинство простейших, заражение которыми происходит без участия переносчиков, во внешней среде способны инцистироваться. Яйца большинства гельминтов обладают феноменальной устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Капсулы с личинками трихинелл переносят не только промораживание, кипячение, но и многократное прохождение через пищеварительную систему рыб, земноводных, птиц, насекомых и ракообразных, не теряя жизнеспособности.
Для большинства паразитов, переживших нахождение во внешней среде или в промежуточном хозяине в покоящихся стадиях и попавших в организм окончательного хозяина, существует комплекс условий, являющийся сигналом к началу активной жизнедеятельности. У млекопитающих он часто неспецифичен: это температура тела около 37 °С, водная среда и высокая ее кислотность, а также наличие ферментов желудочного сока. Такие условия характерны для желудка любого млекопитающего, поэтому цисты, яйца и другие инвазионные стадии паразитов, обитающие у разных млекопитающих, могут, попадая в желудок человека, начинать развитие. Некоторые из них проходят лишь часть цикла и, не находя специфических условий, гибнут, успевая, однако, привести к тяжелым последствиям (см. разд. 21.2.1.3).
Указанные особенности паразитов, общие для многих из них, не состоящих в родстве, возникли в разных их группах независимо друг от друга, иллюстрируя конвергентный характер эволюции организмов разных видов, классов и типов, адаптирующихся к сходным условиям.
По определению, паразит приносит вред хозяину. Но иногда они приносят не только вред. В чем может состоять польза от паразитов для хозяев?
Подсказка 1
Подсказка 2
Подсказка 3
Решение
Но оказывается, что это, видимо, далеко не самый распространенный вариант пользы от паразитов. В статье P. Horwitz, B. A. Wilcox, 2005. Parasites, ecosystems and sustainability: An ecological and complex systems perspective авторы перечисляют другие случаи, когда зараженность паразитами может оказаться полезной для особи или популяции. Во-первых, зараженную особь могут распознавать хищники и не связываться с нею. Тогда зараженность при обилии хищников может давать преимущества в выживании.
Во-вторых, заражение менее опасным паразитом может предохранять от заражения более опасным (или даже избавлять от него, см. Послесловие). В-третьих, при заселении новых районов захваченные с собой паразиты могут оказаться более патогенными для конкурентов вселенца, чем для него самого, и тем самым способствовать успеху вселения. Далее, перенесенная паразитарная болезнь (и приобретенная к ней устойчивость) могут сделать хозяина более желанным половым партнером. Наконец, паразит может накапливать какие-то вредные вещества, избавляя от них хозяина, или обеспечивать устойчивость к каким-то неблагоприятным внешним факторам.
Избегание хищниками зараженных особей встречается, как ни странно, не так уж часто. Модели показывают, что цена привередливости может оказаться слишком высокой для хищника, если ущерб от заражения не очень велик. И все-таки такие случаи известны: например, кулики-сороки чаще отказываются от зараженных трематодами ракушек-маком (и это уже после того, как кулик вытащил из грунта и вскрыл ракушку!).
Широко известный случай помощи паразитов при вселении на новые территории — распространение по Европе американского сигнального рака (Pacifastacus leniusculus). Этот вид оказался носителем рачьей чумы (ее возбудитель — оомицет Aphanomyces astaci). Для европейских видов речных раков она летальна. Вскоре после вселения сигнального рака местные виды были на огромных территориях истреблены эпизоотией рачьей чумы, и вселенец стремительно расширил свой ареал, занимая освободившуюся экологическую нишу.
Некоторые паразитические черви, видимо, могут повышать устойчивость хозяев к тяжелым металлам. В теле ленточных червей Anthobothrium sp. и Paraorigmatobothrium sp. из кишечника акулы Carcharhinus dussumieri концентрация кадмия и свинца оказалась в сотни раз выше, чем в тканях хозяина. Не исключено, что во многих других случаях паразиты тоже могут повышать устойчивость к стрессорным факторам среды или придавать хозяину другие полезные способности. Здесь отдельного разговора заслуживали бы случаи, когда паразит (например, вирус) передает хозяину свои гены. Известно множество таких примеров — так, фаги могут передавать бактериям гены устойчивости к антибиотикам (см. S. R. Modi et al., 2013. Antibiotic treatment expands the resistance reservoir and ecological network of the phage metagenome).
Рис.1. Гельминты могут влиять на поведение хозяев
Послесловие
Эта задача показывает, насколько сложны взаимодействия в экосистеме. Даже если мы рассматриваем два вида — паразита и хозяина, — их взаимодействие зависит от множества привходящих обстоятельств (возраста, пола, абиотических факторов и т. п.). Что характерно, заражение токсоплазмозом повышает рискованность поведения наряду с экстравертностью — например, зараженные люди чаще попадают в ДТП. Так что итоговое положительное влияние этого паразита на репродуктивный успех — под большим вопросом. Но в живой природе никакие два вида не существуют изолированно — они связаны с тысячами и десятками тысяч других видов. И человек, живущий в городской квартире, в том числе — достаточно вспомнить о всех бактериях, археях, грибках и фагах нашего микробиома. Влияние на хозяина сильно зависит и от взаимоотношений этих видов между собой, а об их взаимодействиях мы знаем очень мало.
Но некоторые особенности у человека всё же есть. Люди стали сознательно избавляться от паразитов и столь же сознательно их использовать. В первой половине ХХ века пиротерапия с помощью заражения малярией широко использовалась для лечения прогрессивного паралича — терминальной стадии сифилиса. И около трети больных (при комбинированной терапии с использованием сальварсана) выздоравливали. Правда, еще около трети погибали, но они в любом случае были обречены.
До сих пор можно купить в аптеке медицинскую пиявку. Этого эктопаразита люди используют в медицинских целях с глубокой древности.
Рис. 2. Утраченные черви вернутся и спасут человечество?
В пользу этой гипотезы (теперь уже скорее теории) говорят первые успехи гельминтотерапии (см. Helminthic therapy) — см., например, статью о впечатляющих успехах в лечении болезни Крона (R. W. Summers et al., 2005. Trichuris suis therapy in Crohn's disease). Конечно, на первый взгляд заражаться гельминтами не только неприятно, но и опасно. На самом деле чаще всего используемый для гельминтотерапии свиной власоглав Trichuris suis живет в организме человека всего несколько дней. А от человеческой анкилостомы легко можно избавиться, вылечившись от более серьезной болезни.
Рис. 3. Скоро препараты из гельминтов, возможно, появятся в каждой аптеке
Читайте также: