Паразиты живя с хозяином приносят ему пользу
Обновлено: 24.04.2024
§ 13. Живой организм как среда обитания. Адаптации к жизни в другом организме — паразитизм
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.
Что бы там ни говорили ксенофобы, даже такие нежелательные гости человеческого организма, как паразиты, живущие в кишечнике, могут приносить своим невольным хозяевам существенную пользу. Например, защищать их от проявлений астмы и разнообразных аллергических состояний.
К такому выводу пришли исследователи из Эдинбургского университета, занявшиеся выяснением тонкостей взаимоотношений между разными видами глистов и зараженными ими людьми (а таких по всему миру сегодня насчитывается примерно два миллиарда человек). Несмотря на то что присутствие паразитов зачастую приводит к возникновению расстройств пищеварительной системы, дизентерии, замедлению физического развития зараженного и постоянному недоеданию, в некоторых случаях кишечные черви могут приносить и пользу, расплачиваясь, так сказать, за стол и ночлег. Тоже, впрочем, невольно.
Первые подозрения на этот счет появились у западных биологов еще в минувшем году по итогам исследования, проведенного на территории Габона. Тогда, как пишет журнал Nature, было обнаружено, что зараженные глистами дети демонстрируют пониженный уровень аллергических реакций. Автор исследования предположил, что этот неожиданный эффект как-то связан с усилением работы иммунной системы, пытающейся избавиться от агрессора и выделяющей повышенный объем T-клеток, регулирующих синтез иммуноглобулинов. Эти клетки не только заставляют B-клетки атаковать патогены, но и подавляют их ненужную активность, когда они пытаются атаковать безвредные вещества, вызывая аллергическую реакцию.
И вот недавно британским ученым удалось найти этому предположению экспериментальное подтверждение. Аргументы в пользу этой гипотезы были найдены в ходе обследования нескольких лабораторных мышей, зараженных паразитом Heligmosomoides polygyrus — круглым червем из класса нематод, достигающим пяти миллиметров в длину. Черви этого вида обитают в кишечнике носителя, цепляясь к ворсинкам, которыми покрыт кишечник.
Предварительное обследование показало, что иммунная система зараженных мышей выделяет значительно больше регулирующих T-клеток. Когда часть T-клеток была изъята у зараженных мышей и введена в кровь здоровых грызунов, клетки немедленно мигрировали в легкие своих новых хозяев и подавили астматическую реакцию, возникающую при вдыхании пыли, в которой обитают микроскопические клещи — обычный источник аллергии как у людей, так и у животных.
Авторы исследования, опубликованного в издании The Journal of Experimental Medicine, надеются, что полученные ими результаты приведут к созданию новых видов противоаллергенных препаратов, позволяющих добиться схожего эффекта, но более гуманным способом, не требующим заражения астматиков глистами.
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.
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
Мутализм. Паразитизм. Комменсализм.
Травоядные жвачные животные содержат в пищеварительном тракте великое множество бактерий и ресничных инфузорий, переваривающих целлюлозу. Эти микроскопические организмы способны выживать только в анаэробных условиях пищеварительного тракта жвачных животных. Злесь бактерии и инфузории питаются целлюлозой, в большом количестве содержащейся в пище хозяина, превращая ее в более простые соединения, которые жвачные уже способны переварить дальше и усвоить.
В качестве важного примера мутуализма можно привести образование корневых клубеньков бактерией Rhizobium. Другими примерами служат микориза и эндосимбиоз.
Паразитизм (pari - около; sitos - пища)
Паразитизм представляет собой тесное взаимодействие между двумя живыми организмами различных видов, которое выгодно одному из них (паразиту), но при этом наносит вред другому (хозяину). От хозяина паразит получает не только пищу, но и убежище. Удачливый паразит способен жить с хозяином, не нанося ему большого вреда. Иногда бывает трудно установить степень приносимых пользы или вреда.
Паразиты, живущие на наружной поверхности хозяина, называются эктопаразитами (например, клеши, блохи, пиявки). Они не всегда ведут исключительно паразитический образ жизни. Паразиты, обитающие внутри хозяина, получили название эндопаразитов, например Plasmodium (простейшее, вызывающее малярию), свиной цепень Taenia и печеночная двуустка Fascioia. Если организм постоянно ведет паразитический образ жизни, то его называют облигатным паразитом, например Phytophthora, вызывающая раннюю гниль картофеля. К факультативным паразитам относятся грибы, которые, помимо паразитического способа питания, используют и сапротрофный. Примерами таких организмов могут служить гриб Candida, вызывающий молочницу у человека, и Pythium, вызывающий выпревание рассады. В некоторых случаях факультативные паразиты (например, Pythium) убивают слоих хозяев, а затем живут сапротрофно на мертвых остатках.
Паразиты являются высокоспециализированными и обладающими многочисленными адаптациями организмами, многие из которых связаны со своими хозяевами и их образом жизни. Это особенно хорошо видно на примере свиного цепня Taenia, который адаптирован к жизни в кишечнике, а также печеночной двуустки Fasciola, живущей в желчных протоках. Жизненный цикл печеночной двуустки описан в соответствующей статье.
Как и печеночная двуустка свиной цепень Taenia принадлежит к типу плоских червей. В отличие от свобод ножи вущих планарий у этих животных имеется множество адаптации к их паразитическому образу жизни. Некоторые из этих адаптации представлены на рис. 8.4, а особенности питания обсуждаются ниже.
В отличие от свободноживуших плоских червей цепни не имеют собсгвенного кишечника или каких-либо других пищеварительных структур, поскольку они поглощают предварительно переваренную пищу через кутикулу. (Высокое отношение площади поверхности к объему у плоских червей означает отсутствие необходимости в специальной внутренней транспортной системе, например кровеносной, так как питательные вещества могут быстро доставляться ко всем частям тела.) Ленточным червям не нужны специальные органы чувств, такие как глаза, потому что они живут в темноте, в неизменном окружении и им не нужно перемещаться в поисках пищи, поэтому у них отсутствуют локомоторные органы. (Свободноживущие плоские черви имеют простые глаза и способны перемещаться, совершая скользящие движения за счет работы ресничек.) Этими различиями обусловлено более слабое развитие нервной системы ленточных червей по сравнению с нервной системой свободноживуших плоских червей. Кроме того, цепни могут выдерживать низкие концентрации кислорода в кишечнике и дышать анаэробно.
В таблице приведены некоторые структурные, физиологические и репродуктивные особенности, встречающиеся у различных паразитов. Микроорганизмы, которые вызывают различные болезни, также можно рассматривать как паразитов.
Комменсализм (com - вместе; mensa - стол)
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Читайте также: