Биологические факторы

Все живые существа, включая микроорганизмы, обитают в природе не изолированно, а в биоценозах, где представители раз­личных видов оказывают значительное влияние друг на друга. Возникающие при этом положительные или отрицательные взаимоотношения называют биологическими факторами.

В процессе эволюции каждая группа организмов вынужде­на была адаптироваться к окружающим ее особям. Лишь немно­гие из них приобрели способность развиваться в химико-физических нишах, т.е. там, где не могут существовать другие.

Между живыми существами вырабатывались отношения зависимости адаптации к существованию с другой формой жиз­ни. После того как прокариоты и эукариоты поднялись на совре­менным уровень развития, появились более совершенные формы жизни животные и растения, представляющие собой возмож­ные места обитания для микробов. Таким образом, создалось множество взаимных или односторонних отношений между организмами.

При одновременном попадании в субстрат двух или не­скольких микроорганизмов, принадлежащих к разным видам, между ними устанавливаются следующие типы взаимоотноше­ний:

1. Индифферентные отношения - независимое развитие
двух видов. В этом случае микроорганизмы не оказывают влия­ния друг на друга, но имея сходные потребности в питательных
веществах, со временем они становятся конкурентами за суб­страт, что неизбежно приводит к преобразованию одного орга­низма над другим.

2. Симбиоз - (от греч. symbiosis - сожительство) тесное со­вместное существование разных видов, оказывающих друг на
друга благоприятное воздействие (мутуалистический симбиоз).

Симбиотическое отношения широко варьируют по степени их взаимной близости. Их можно условно разделить на две кате­гории в зависимости от пространственных отношений: эктосимбиоз (внешнее положение микроорганизма по отношению к хо­зяину) и эндосимбиоз (микроорганизм развивается внутри клеток хозяина). Особый случай симбиоза - синантропные организмы: животные, растения, грибы и микроорганизмы, которые приспо­собились к существованию рядом с человеком. Синантропизация микроорганизмов привела к возникновению микробов - возбуди­телей различных болезней, характерных лишь для человека, а также бактерий, которые приспособились к новой среде обита­ния, связанной с индустриализацией. Например, появились бак­терии, способные усваивать искусственные полимеры.

Различают следующие виды симбиоза.

Метабиоз - форма взаимоотношений, когда продукты об­мена одного вида микроорганизма служат питательным материалом для другого. Например, дрожжи, развиваясь в сахаристых субстратах, образуют спирт. После этого в культуральной среде, со­держащей спирт, могут развиваться уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт в уксусную кислоту, а последняя использует­ся микроскопическими грибами, которые утилизуют ее до диок­сида углерода и воды. Гнилостные бактерии разлагают орга­нические субстраты до аммиака, который впоследствии окисля­ется бактериям нитрофикаторами. Таким образом, при метабиозе один вид микроорганизмов создаёт в процессе жизнедея­тельности благоприятные условия для развития другого вида, обусловливая тем самым этапность процессов и смену одних форм микроорганизмов другими. Следовательно, метабиоз основа круговорота веществ в природе.

Комменсализм неярко выраженная форма мутуалистического (взаимовыгодного) симбиоза, когда пользу из совместного существования из­влекает только один партнер. Примером может служить ассоциа­ция аэробных и анаэробных бактерий: аэробы быстро восстанав­ливают кислород и делают среду, благоприятной для анаэробов. К комменсализму следует отнести и симбиотические отношения между представителями нормальной микрофлоры кишечника че­ловека и животных с организмом хозяина. В частности, целлю­лозные компоненты кормов (до 90%) подвергаются в рубце жвачных разложению бактериями до жирных кислот и спиртов, которые всасываются здесь же в рубце. Сами бактерии при пере­ходе содержимого рубца в кишечник перевариваются так, что вещество их клеток тоже подвергается разложению и усваивается животным. Таким образом, благодаря бактериям-комменсалам жвачные животные усваивают целлюлозу. Кроме того, симбиотическая микрофлора рубца обеспечивает синтез белка. Это объ­ясняется тем, что мочевина, образующаяся в печени в процессе обезвреживания аммиака, частично выводится с мочой, а основ­ная ее масса поступает через слюнные железы и стенку рубца жвачных в первые отделы желудка, где может использоваться микроорганизмами рубца для синтеза белка.

Синергизм - форма симбиотических отношений, при кото­рых разные особи микробной ассоциации имеют одинаковые фи­зиологические процессы, в результате, чего увеличивается выход конечных продуктов. Так, при совместном культивировании Azotobacter и Bacillus mycoides увеличивается выход стимулятора роста гетероауксина.

Сателлизм - это стимуляция роста одного микроба продук­тами жизнедеятельности другого, который затем становится его спутником. Например, дрожжи Saccharomyces cerevisiae проду­цируют витамины группы В, которые благоприятно влияют на других микробов.

Антагонизм - это форма конкурентных взаимоотношений, когда один микроорганизм угнетает или вызывает гибель друго­го. Открытие его принадлежит Л.Пастеру (1877), который на­блюдал подавление роста сибиреязвенной палочки под влиянием синегнойной бактерии, случайно попавшей в среду. Антагонизм обусловлен, во-первых, более быстрым ис­пользованием питательных веществ среды одним из партнеров, имеющих сходные потребности. Подобная конкуренция возника­ет при увеличении численности популяции вида, обладающего более быстрым обменом веществ по сравнению с партнером. Во-вторых, пассивный антагонизм может быть связан с использова­нием в качестве питания клеток своею конкурента (насильствен­ный антагонизм, т.е. паразитизм или хищничество). Например, при совместном культивировании стрептококков и ацидофильной палочки в условиях недостатка питательных веществ, последняя выделяет протеазы и лизирует бактерии, всасывая образовавшие­ся продукты ферментативного распада. Яркий пример паразитиз­ма - это бактерия Bdellovibrio bacteriovorus, которая проникает через клеточную стенку в периплазматическое пространство грамотрицательных бактерий, делится и «растворяет» клетку-хозяина. Хищничество состоит в том, что паразит (хищник) умерщвляет жертву в течение короткого времени и пи­тается только свежеубитыми организмами.

Активный антагонизм (антибиоз) связан с образованием продуктов обмена, вызывающих подавление развития и полное отмирание микроорганизмов под влиянием веществ, вырабаты­ваемых конкурентами. Например, молочнокислые бактерии вы­рабатывают молочную кислоту, исключающую развитие гнилостной микрофлоры; дрожжи продуцируют спирт, микромицеты - лимонную кислоту, уробактерии аммиак и т.д., метаболиты, ос­танавливающие развитие других микроорганизмов. В большой мере антибиоз обусловлен образованием антибиотиков.