Жизнь червей паразитов подчинена принципу не убивай своего хозяина
Обновлено: 26.04.2024
Наиболее важные преимущества живого организма как среды обитания схематически можно выразить четырьмя позициями.
У паразитических растений питание соками хозяина часто связано с редукцией системы фотосинтеза и утратой хлорофилла.
В целом наиболее общее биологическое преимущество, заложившее основы эволюции паразитизма, заключается в возможности более экономного расхода энергии на различные (в первую очередь адаптивные) процессы, не связанные с прямой функцией поддержания жизни. Эволюционное становление такого образа жизни — хороший пример правила, сформулированного известным экофизиологом Н. И. Калабухо- вым: любое приспособление, дающее возможность решать жизненные задачи с меньшими затратами энергии, подхватывается естественным отбором и закрепляется в эволюции (Н. И. Калабухов, 1946).
Понятно, что чем сложнее устроен организм, чем выше эффективность его гомеостазирующих систем, тем больше благоприятных возможностей он предоставляет в качестве среды обитания. С другой стороны, чем организм совершеннее, тем меньшей становится для него потребность использовать благоприятные условия в другом организме. Поэтому явление паразитизма, весьма широко распространенное в органическом мире, наиболее богато представлено среди микроорганизмов и примитивных многоклеточных; число видов, ведущих паразитический образ жизни, резко падает у высокоорганизованных растений и животных. Напротив, именно в организмах цветковых растений и высших животных встречается наиболее обильное и разнообразное население паразитов.
По степени тесноты связей паразита и хозяина выделяют две формы паразитизма: облигатный и факультативный. В первом случае вид ведет только паразитический образ жизни и не выживает без обязательной связи с хозяином. Примером могут быть представители паразитических червей или вши. Облигатные паразиты характеризуются наиболее полным комплексом приспособлений к использованию организма хозяина как среды жизни. Особенно это выражено у облигатных эндопаразитов.
Факультативные паразиты, как правило, ведут свободный образ жизни и лишь при особых условиях переходят к паразитическому существованию. Связь их с хозяином почти исключительно трофическая; морфофизиологические и биологические приспособления к паразитизму выражены слабо.
По продолжительности связи с хозяином отличаются друг от друга постоянные и временные паразиты. Как показывает само название, постоянные паразиты связаны с хозяином долговременным использованием его в качестве среды обитания по крайней мере в имагиналь- ной стадии развития; лишь яйца могут выделяться в окружающую среду, а преимагинальные стадии обитать в ней или в промежуточных хозяевах.
Временные паразиты вступают в контакт с хозяином только на время питания на нем (комары, слепни, вампиры и др.). Соответственно они практически не обладают признаками, связанными с использованием хозяина как среды. Многие ученые вообще не относят эту категорию взаимоотношений к паразитизму, как явлению, а видят в ней лишь плотоядный тип питания, не связанный (в отличие от хищничества) с умерщвлением жертвы.
Наконец, существует форма периодического паразитизма, при которой на протяжении жизненного цикла стадии паразитического существования периодически сменяются. Так, у таежных клещей личинки паразитируют на мелких грызунах и насекомоядных, нимфы — на зайцах, рябчиках и т. п., а имаго — на крупных млекопитающих (медведь, лось и др.). У некоторых видов паразитирует лишь определенная стадия развития.
Паразитический образ жизни связан с необходимостью приспосабливаться к специфическим условиям обитания. Среда в виде живого (а в случае животных — еще и подвижного) организма требует формирования каких-либо способов фиксации в ней. Возникают приспособления в виде зацепок, крючьев, присосок; образуются капсулы типа финок и т. п.
Хозяева не индифферентны к процессу инвазирования; у них формируется система активной или пассивной защиты. У растений, например, в качестве пассивной защиты выступает выделение смолы или галлообразование. У животных нередко происходит инкапсулирование внедрившихся в ткани хозяина организмов. Галлы и капсулы изолируют паразита и пространственно локализуют его вредное влияние на организм.
Описана специфическая форма защиты растений от галлообразующих тлей в виде преждевременного (весеннего) сбрасывания листьев, зараженных галлами. Показано, что пораженные листья сбрасываются чаще других. Подсчитано, что сбрасывание листвы ведет к гибели галлов у 25 % Populus angustifolia и 53 % — у Р. fremontii. На сброшенных листьях погибает 98 % тлей (A. Williams, Т. Whitham, 1986).
Активные пути защиты от инвазирования свойственны животным и выражаются в различных формах иммунитета. Первым звеном иммунных реакций оказываются покровы, препятствующие внедрению паразита в организм хозяина. Эта функция у ряда форм усиливается выделением ядовитой или (и) бактерицидной слизи. Второе звено иммунитета представлено фагоцитозной активностью специфических клеток крови и ретикулоэндотелиальной системы, пожирающих или разрушающих клетки болезнетворных бактерий. Третье звено — биохимические иммунные реакции организма хозяина в виде выработки антител, антитоксинов и аглютининов.
Животным свойственны разные способы самоочищения. Паразиты противопоставляют этому формирование адаптивной формы тела (уплощенной у эктопаразитов, округло-удлиненной у паразитических червей), твердых и упругих покровов (блохи, вши и др.), прочной кутикулы (черви) и т. п.
Если в цикле паразита имеется свободная стадия, она тоже часто характеризуется появлением структур, увеличивающих пассивную устойчивость к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Это различного рода цисты и подобные им образования у простейших, прочные оболочки яиц червей и некоторых насекомых и др.
Наличие свободной стадии свойственно многим паразитам из разных таксонов. Появление ее эволюционно связано, видимо, с тем, что бесконечное размножение в одном организме хозяина невозможно уже в силу его смертности. Задача смены хозяина вызвала появление подчас довольно сложных циклов развития с включением в них одного или более промежуточных хозяев. Резко снижающаяся в таких случаях вероятность благополучного прохождения полного цикла компенсируется повышением плодовитости, масштабы которой у паразитов достигают рекордных в животном мире величин. Так, например, солитер Taenia saginata продуцирует до 600 млн. яиц в год. Аскарида Ascaris lumbricoides за 5—6 месяцев половой зрелости образует 50—60 млн. яиц. Их вес в 1700 раз превосходит массу самки. Заполненная яйцами матка паразитирующей в полости тела шмелей нематоды Sphaerularia ЪотЫ в 12—15 тысяч раз превышает объем тела самого животного. Заметим, что свободноживущие нематоды продуцируют сотни, а иногда даже десятки яиц.
Успех в осуществлении сложных циклов развития паразитов определяется тем, насколько они соответствуют особенностям биологии их хозяев. Для многих паразитов характерна четкая синхронизация годовых циклов с аналогичными ритмами жизнедеятельности их хозяев. Например, паразитирующие в мочевом пузыре лягушек сосальщики Pojystomun intergerrimum начинают продуцировать яйца одновременно с началом икрометания у хозяев. Яйца выводятся наружу вместе с половыми продуктами лягушек. Личинки живут некоторое время свободно, а затем прикрепляются к наружным жабрам головастиков. По мере редукции жабр они попадают в глотку, а оттуда по пищеварительному тракту (по пути превращаясь во взрослое животное) проникают в клоаку и затем в мочевой пузырь.
Физиологические механизмы, синхронизирующие деятельность паразита и хозяина в каждом конкретном случае, не всегда изучены достаточно хорошо. На примере кроличьей блохи экспериментально показано, что в этом процессе большое значение имеют химические формы связи, при которых организм хозяина регулирует деятельность паразита. Самцы и самки этих блох кормятся только на беременных крольчихах, привлекаемые циркулирующими в их крови половыми гормонами. Уровень этих гормонов резко возрастает после овуляции (у кроликов она провоцированная, т. е. происходит не спонтанно, а под влиянием спаривания и оплодотворения). В этот период блохи сосут, кровь, но не размножаются. В последней трети беременности у крольчих повышается содержание в крови кортикостероидов; попадая в организм блохи, эти гормоны обусловливают развитие у них гонад и созревание половых продуктов. Комплекс гормонов, связанных с родами, стимулирует переход блох на новорожденных крольчат, а высокий уровень гормона роста и кортикоидов в их крови индуцирует у блох оплодотворение и откладку яиц. Через две недели количество гормонов роста и особенно кориткостероидов в крови крольчат снижается, и блохи опять переходят на взрослых крольчих. При этом гормоны желтого тела, содержащиеся в крови крольчих, вызывают дегенерацию гонад у блох [2] .
Вылупившиеся из яиц личинки блох живут в почве норы, а вышедшие из куколок молодые блохи поселяются на крольчатах, у которых к этому времени уже сформировался шерстный покров.
Так, в природных очагах чумы возбудитель хранится в теплокровных носителях (различные грызуны: сурки, суслики, песчанки и др.). Паразиты-членистоногие (блохи), питаясь на грызунах, передают возбудителя от одного животного к другому, поддерживая таким образом постоянную циркуляцию его в популяциях грызунов.
По составу видов, обеспечивающих циркуляцию инфекции в природном очаге, заболевания подразделяются на трансмиссивные и нетрансмиссивные. Первые включают полный набор компонентов, описанных выше; передача возбудителя от одного теплокровного хозяина к другому идет через эктопаразитов-переносчиков. Таковы чума, туляремия, сезонные энцефалиты и др. Нетрансмиссивные заболевания передаются при непосредственном контакте носителей или через среду; звено переносчиков в этом случае выпадет (лептоспирозы, листериоз и др.).
Следует подчеркнуть, что тонкие взаимные приспособления паразитов и хозяев могли сформироваться только в результате длительного совместного существования видов в составе биоценоза. То же относится и к другим рассмотренным выше формам связей смежных трофических уровней. Вне исторического, эволюционного подхода невозможно решение проблемы биоценотических взаимоотношений.
Паразитов часто обвиняют в пассивности. Дескать, они ничего не делают сами, а только все забирают у своих несчастных хозяев. Но это большое и неверное упрощение. На деле избравшему скользкую дорожку тотальной зависимости от другого приходится постоянно напрягаться, чтобы держать партнера под контролем. Управление жизнедеятельностью организма, как известно, осуществляет нервная система. Поэтому любой паразит стремится в первую очередь захватить власть над ней. Даже если у него самого нет ни малейшего намека на мозг.
Паразитам, как и всем остальным живым организмам, в первую очередь требуется энергия. Она приходит в виде пищи. А ее источником для паразита, даже если он растение, по определению служат другие организмы. Истинный (на языке науки — облигатный) паразит не может отделиться от своего хозяина без потери жизнеспособности, а если уж делает это, то обычно в особо устойчивой форме для расселения, имеющей крайне заторможенный метаболизм и не нуждающейся в пище.
Короче говоря, единственный источник еды для паразита — его хозяин. По этой причине убивать его быстро крайне нежелательно: во-первых, это автоматически делает запас ресурсов конечным, а во-вторых, умерший и гниющий хозяин отравляет самого паразита. Зато имеет смысл делать так, чтобы хозяин наращивал массу, звал знакомых, дабы они тоже (ничего такого не подозревая) инфицировались, и размножался с условием, что потомки паразита заселятся в его детей.
Медлительные и недовольные
Один из наиболее известных, распространенных и относительно безобидных паразитов, тесно связанных с человеком, — одноклеточное Toxoplasma gondii. Вызываемая им инфекция называется токсоплазмоз. T. gondii поражает мышей, съевших их кошек, а заодно и людей, у которых эти кошки живут. Людям с нормально работающей иммунной системой токсоплазма не страшна, однако ВИЧ-инфицированным и беременным с ней лучше не сталкиваться: для них паразит может быть весьма опасен.
Шесть изображений кошек, нарисованных Луисом Уэйном. На рисунках видно увеличение степени абстракции, что некоторые психиатры связывают с прогрессированием его шизофрении. Изображение: Louis Wain / Wikimedia Commons
В 2017 году сотрудники Первого МГМУ им. И.М. Сеченова и Московского городского НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского обследовали 252 водителей, 100 из которых по собственной вине попали в ДТП. Из этой сотни токсоплазму нашли в крови 45 человек, то есть почти половины обследованных, а среди тех 152, кто просто пришел на плановый медосмотр, — только у четверти. Это говорит о том, что наличие Toxoplasma gondii в организме отрицательно сказывается на внимании и скорости реакции человека. Сами авторы работы связывают ее влияние с тем, что токсоплазма способна менять интенсивность выделения дофамина — нейромедиатора, регулирующего как движения, так и положительные эмоции.
Грибы-кукловоды
Мертвая муха, пораженная грибом энтомофторой в характерной позе. Фото: Jaco Visser / Фотодом / Shutterstock
От заражения дрозофилы грибом до гибели мухи проходило обычно четверо суток. На половине этого срока гифы (нити, из которых состоит тело гриба) энтомофтор начинали появляться в нервной системе насекомых, а вырабатываемые ими белки — и того раньше. Тем не менее различия в работе генов в нейронах инфицированных и здоровых мух ярко проявлялись только в самом конце, когда насекомое выбирало травинку или палочку повыше, забиралось на нее, сгибало брюшко, расправляло крылья и замирало.
Такая поза дает спорам энтомофторы наилучшие возможности для распространения. Гифы гриба прорастают через сегменты брюшка дрозофилы и продолжают вытягиваться даже после ее смерти. Жуткое зрелище. Но еще страшнее, что исследователи так и не поняли, на что конкретно в нервной системе влияет энтомофтора. Возможно, ее мишень — это какая-то группа нейронов, управляющих движениями мухи.
Похожим образом меняют поведение насекомых и более известные грибы-паразиты — кордицепсы. Их существует множество видов, но один из наиболее изученных — кордицепс однобокий Ophiocordyceps unilateralis. Он избрал себе жертвой тропического муравья-древоточца Camponotus leonardi. Как и энтомофтора, кордицепс заставляет насекомое перед смертью залезать на самую высокую доступную растительность и там застыть в сгорбленной позе, благоприятствующей разбрасыванию спор. Чтобы сделать это, муравью необходимо покинуть свою колонию. В этом для самих насекомых, впрочем, есть плюс: споры кордицепса не рассыплются по рабочим в самом муравейнике, а значит, число жертв не достигнет максимально возможного.
Вирусные многоходовки
Вирусы влияют и на нервную систему человека, хотя, к счастью, не через грибы и не через насекомых. Самый известный и самый опасный такой паразит вызывает бешенство. От многих других вирусов он отличается тем, что беспрепятственно проходит через барьеры, отделяющие спинной и головной мозг от остальных частей тела, и перемещается от периферических отростков нервных клеток все ближе к центральной нервной системе. Поэтому укусы бешеных животных за лицо наиболее опасны: оттуда ближе всего до головного мозга. Ну а агрессия, желание укусить — проявление манипуляции со стороны паразита. Чем чаще и дальше жертва распространяет свои биологические жидкости (главным образом слюну), тем больше у вируса возможностей для расселения.
Противостояние
Эволюция слепа и во многом случайна, поэтому даже самым глупым хозяевам она может нечаянно подарить защиту от паразитов. Иногда благодаря им даже можно поумнеть. Хотя, конечно, лучше бы делать это без толчка со стороны подобных помощников.
Например, прибавление интеллекта наблюдается у форелей Salmo trutta trutta. Их глаза способен поражать плоский червь Diplostomum pseudospathaceum. Рыбам можно показать, что некоторые предметы связаны с данными червями, и так заставить этих предметов избегать. Это показали ученые из Университета Ювяскюля (Финляндия). Они в течение двух недель периодически помещали рыбок на час в поделенный на две части аквариум. Одна его половина была красной, а другая — желтой. В одном из отсеков находились личинки Diplostomum pseudospathaceum, а во втором их не было.
Шкафчик с курьезами
Светлана Ястребова
Алессандро Пароди — биолог и медицинский исследователь. Он работал в Италии и США, а теперь переехал на федеральную территорию Сириус, чтобы вести свои научные исследования — ученый разрабатывает препараты, которые были бы эффективны в лечении онкологических заболеваний
Подробный решебник (ГДЗ) по Биологии за 8 (восьмой) класс - готовый ответ § - § 8. Круглые черви — паразиты человека, животных и растений. Авторы учебника: Камлюк, Шалапенок. Издательство: Народная асвета 2010.
1. Какие виды круглых червей могут паразитировать у человека? Как ими можно заразиться?
Кроме аскариды в организме человека могут паразитировать острица детская, власоглав, трихина. Заболеть аскаридозом можно, употребляя сырые, недостаточно промытые овощи и фрукты, на которых могут быть яйца аскариды. Яйца острицы детской могут распространяться с постельным бельем, игрушками больного ребенка, через его немытые руки. Трихинеллезом можно заболеть, если съесть непроверенное ветеринарной службой мясо животных, содержащее личинки паразита.
2. Опишите цикл развития детской острицы.
Детская острица — наиболее широко распространенный паразит человека, встречающийся во всех районах планеты. Чаще болеют дети. Живет около 1—1,5 месяца в нижних отделах кишечника. После оплодотворения самка ночью выползает из анального отверстия и откладывает липкие яйца на кожу, вызывая зуд. При расчесывании кожи яйца попадают под ногти, а с рук — в рот. Так происходит повторное заражение человека.
3. Как человек может избежать заражения паразитическими червями?
Чтобы избежать заражения паразитическими червями, необходимо: соблюдать правила личной гигиены (перед едой мыть руки, овощи, фрукты); пить кипяченую воду; использовать для приготовления пищи только проверенное санитарно-ветеринар-ной службой мясо; применять навоз как удобрение только после его компостирования, в ходе которого длительное по времени воздействие высоких температур созревающего компоста губит яйца паразитических червей.
4. Какие нематоды паразитируют у растений?
Кроме нематод — паразитов человека и животных, многие виды круглых червей являются паразитами растений. Некоторые из них причиняют серьезный вред сельскохозяйственным культурам. Широко распространенными паразитами растений, в том числе и в Беларуси, являются картофельная, земляничная, пшеничная, свекловичная нематоды. Все они — мелкие черви. Размножаясь в тканях растений, они дают ряд поколений, увеличивая свою численность. Растения слабеют, их рост и продуктивность резко снижаются, нередко растения погибают. Борьба с нематодами сложная и дорогая. Наибольший эффект дает смена культур в севообороте.
5. Где обитают свободноживущие круглые черви? Какова их роль в природе?
Около половины известных науке видов нематод ведут свободный образ жизни как обитатели пресных вод, почвы и отчасти морей. Чаще всего они живут на дне, питаясь мелкими водорослями, бактериями и разлагающимися растительными остатками. Редкие виды нематод — хищники. Многочисленные микроскопических размеров почвенные нематоды играют большую и полезную роль в процессах почвообразования.
Действительно, черви-паразиты живут по этому принципу и понятно почему. Только живой организм хозяина дает возможность использовать его пищу, живое тело как источник жизни паразита. Чтобы излишне не заразить хозяина, яйца паразита для развития в них личинки нуждаются в кислородной среде, поэтому удаляются из организма хозяина (аскарида). У многих паразитических плоских червей часть жизненного цикла проходит в промежуточном хозяине, облегчая жизнь основного хозяина (бычий и свиной цепни) и расселяясь при этом.
7. Какие приспособления к паразитическому образу жизни характерны для червей-паразитов?
Приспособлениями паразитических червей к паразитизму являются: наружный покров тела, представленный кутикулой, защищающей паразита от переваривающего действия соков хозяина; большая плодовитость самок, увеличивающая возможность продолжения рода; защита выводимых наружу яиц прочными оболочками, повышающими их устойчивость к действию неблагоприятных факторов среды; у паразитических плоских червей наличие органов прикрепления к телу хозяина, смена хозяев в жизненном цикле паразита.
В.Н. Михеев из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН на основе уже известного материала и собственных новых данных наглядно демонстрирует различие между стратегиями гетероксенных и моноксенных паразитов в манипулировании поведением своих хозяев – рыб. Автор напоминает, что манипулирующий хозяином паразит, по определению Ричарда Докинза, расширяет границы своего фенотипа, т.е. воздействие генов паразита не ограничивается организмом собственно паразитической особи, но и простирается на организм его хозяина.
Однако манипуляции могут принимать различные формы в зависимости от конкретных нужд паразита и образа жизни хозяина. В.Н. Михеев приводит результаты трех собственных экспериментов с молодью микижи Oncorhynchus mykiss (камчатской сёмги). Молодые лососевые рыбы способны переключаться со стайного поведения (в толще воды) на территориальное (на мелководье). Стайное поведение более слажено и кооперативно, а территориальное – конкурентно и агрессивно.
В следующем сценарии участвовали те же герои: O. Mykiss и D. Spathaceum, но молодь микижи могла вести территориальный образ жизни. В аквариуме с темными и светлыми участками дна и зараженные, и здоровые рыбы стремились занять темные участки, на фоне которых они менее были бы заметны для хищных птиц. Зараженные рыбы, как и в первом случае, сначала имели низкую подвижность и держались более компактно, чем контрольные. Далее стаи распадались, а агрессивность усиливалась и к моменту полной зрелости паразита более чем в два раза превышала агрессивность здоровых особей. Казалось бы, инфицированные рыбы с таким поведением должны успешно отвоевывать безопасные участки дна, но при ссаживании со здоровыми собратьями они показали почти полную неконкурентоспособность. Таким образом, из-за некооперативного и неадаптивного поведения территориальные рыбы лишаются своих убежищ и, аналогично стайным, становятся более доступными для хищных птиц.
В каждом из описанных случаев наблюдалась согласованность модифицированного поведения хозяина с потребностями паразита. Гетероксенный паразит делал промежуточного хозяина доступным для хищника – в нужное для паразита время и адекватным экологической ситуации способом; моноксенный – уплотнял стаи рыб, что облегчало ему поиск как нового хозяина, так и брачных партнеров. Эти факты свидетельствуют о том, что мы имеем дело с адаптивными манипуляциями поведением рыб, возникшими в результате совместной эволюции паразита и хозяина.
Читайте также: