ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ЭКОЛОГИИ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Лекция

И каких успехов им удалось достичь на этом пути?

Начали с того, что задумались, какие системы клетки, в первую очередь связанные с конструктивным обменом, могли бы откликнуться на энергетический сигнал стресса. Внимание привлек такой класс соединений, как полиамины, которые распространены среди всех форм живых организмов, от вирусов до организма человека и животных. Это универсальные клеточные регуляторы, без которых любой биосинтетический процесс, будь то синтез ДНК, РНК или белка, затруднен или невозможен. Исходя из этого, было решено в первую очередь исследовать, влияет ли повышенный энергетический статус стрессированных клеток на активность системы синтеза полиаминов. Удалось показать, что энергетический сигнал стресса оказывает стимулирующее воздействие на активность ключевого фермента данной системы, орнитин декарбоксилазы. В условиях стресса это приводит к повышенной выработке полиаминов, которые стимулируют конструктивный обмен, восстанавливая нарушенное сопряжение и приспосабливая клетки к новым условиям.

Последующий, наиболее трудоемкий и длительный этап исследований, продолжающийся по настоящее время, связан с выяснением молекулярных механизмов, с помощью которых полиамины стимулируют приспособительные реакции микроорганизмов. Эти соединения участвуют в переносе в клетку тех веществ, которые необходимы ей для защиты от вредных воздействий среды. Они вызывают изменения свойств ДНК в направлении усиления работы генов, чьи продукты (ферменты) приспосабливают клетки микроорганизмов к стрессу. Они защищают ДНК от повреждающего воздействия вредных соединений (свободных радикалов), вызывают снижение частоты мутаций и способствуют выживанию микроорганизмов в неблагоприятных условиях среды.

Исходя из учения о биосфере В. И. Вернадского, академик В. А. Ковда характеризует биосферу Земли как «открытую сложную многокомпонентную саморегулирующуюся, связанную с космосом систему живого вещества и минеральных соединений, образующую внешнюю оболочку планеты».
Изучение столь сложной системы проводится исследователями многих специальностей, в том числе и экологами. Экология — наука о структуре и функциях экологических систем, изучающая закономерности проявления жизнедеятельности на всех уровнях организации жизни, начиная с популяционного и заканчивая биосферным.Основной принцип экологии — системный подход к изучению явлений природы. В экологические системы разного уровня организации могут входить отдельные популяции, группы популяций или целые сообщества.

Популяция— совокупность близких особей (часто членов одного вида) с одной экологической функцией. Группы популяций составляют сообщества. Понятиям «сообщества» и «экосистемы» в определенной мере соответствуют понятия о биоценозе и биогеоценозе. Согласно современному представлению биогеоценоз — сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов (биоценоз) с неживыми компонентами — условиями обитания (биотоп). Границы наземных биогеоценозов определяются растительным компонентом. В целом биогеоценоз пространственно более определен (например, луг, лес, болото и т. п.), чем экосистема (например, капля воды или экосистема открытого водоема). Отдельные популяции характеризуются местообитанием и экологической нишей, последняя, в отличие от первого, не стро-
го хорологическое (пространственное) понятие, а скорее функциональное, так как характеризует ступень экологической специализации в данной популяции, ее положение в биогеоценозе.

Популяционная экология (аутэкология) изучает взаимоотношения отдельных видов со средой обитания. Экология сообщества (синэкология) изучает взаимоотношения членов сообщества (в основном популяций), структуру сообщества, законы гомеостаза и сукцессии, которые будут рассмотрены ниже.

Особенность и сложность изучения экологии микроорганизмов объясняется самой природой этих живых существ: древнее происхождение, малые размеры, высокая скорость размножения, лабильность обменных процессов, горизонтальная передача генов наряду с вертикальной (как у других организмов), наличие защитных структур, высокое значение отношения поверхности клетки к ее объему и т. п.

Понятие вида как совокупности микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по биологическим свойствам, является условным. Как правило, в биоценозе вид представлен штаммом, который в лабораторных условиях выделяется в виде культуры, выращенной на питательной среде.

Клон — культура, полученная из одной клетки. Таким образом, штамм — культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов и отличающаяся незначительными изменениями свойств от других штаммов. Например, разные штаммы одного и того же вида Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) могут отличаться степенью чувствительности к антибиотикам.

Кроме типового вида, встречаются популяции, отличающиеся от типичных видовых характеристик, например, антигенными свойствами (серовары), биохимическими признаками (биовары), отношением к фагам (фаговары), патогенностью (патовары).

Высокой изменчивостью видовых характеристик отличаются наиболее примитивные формы жизни — вирусы, полностью зависимые в репродукционном процессе от хозяина, а значит, и его генетических маркеров, условий обитания, стратегии вирусного генома.

Экология микроорганизмов как синтетическая дисциплина предполагает изучение вопросов общей микробиологии, касающихся морфологии, физиологии, особенностей роста, питательных потребностей, условий обитания микроорганизмов, а также вопросов их распространения, биогеохимической деятельности, взаимодействия друг с другом и макроорганизмами, использования в хозяйственной деятельности человека. Эта дисциплина отличается от экологии растений и животных разнообразием биохимических процессов, осуществляемых микробами, непосредственным взаимодействием их с геосферой и первичностью микроорганизмов в истории нашей планеты.
Прокариоты— первые обитатели Земли, и это обстоятельство объясняет то, что все живое на планете связано с невидимым миром микроорганизмов, с созданной ими за миллиарды лет до появления эукариот биосферой.

У истоков развития экологии микроорганизмов стоят прежде всего исследователи почвенной микробиологии, поскольку почва, согласно высказыванию всемирно известного почвоведа В. В. Докучаева, является матерью микроорганизмов. Основной вклад в изучение биоразнообразия микробного населения почвы внесли российская и голландская (дельфтская) школы микробиологов, разработавших нестандартные подходы к выделению разнообразных эколого-трофических групп микробов. Возглавляли эти школы С. Н. Виноградский и М. Бейеринк.

М. Бейеринку принадлежит заслуга в выделении аэробных свободно живущих (род Azotobacter, 1902) и симбиотических азотфиксаторов (Bacterium radicicola, 1887), известных сейчас как клубеньковые бактерии. Им были разработаны обогатительные среды для выделения сульфатредукторов, денитрификаторов и светящихся бактерий, изучались различные процессы брожения. Выдвинутые этими учеными гипотезы о том, что «все есть всюду» и «среда отбирает», позволили разработать метод накопительных обогатительных культур и выделить из объек-
тов окружающей среды микробные популяции с уникальными свойствами, тем самым расширив представления биологов о механизмах превращения вещества и энергии в природе.

Исследователи в области медицинской, ветеринарной, технической, общей микробиологии, биологии почв и воды в разное время вносили свой вклад и в развитие экологии микроорганизмов. Традиции С. Н. Виноградского и М. Бейеринка были

Термин «экологическая микробиология» был впервые введен в 1945г. С.Н. Виноградским (1856-1953) для объединения разрозненных разделов общей и прикладной микробиологии, занятых изучением взаимосвязей макроорганизмов и микроорганизмов.

Однако экология микробов (микроэкология) как научное направление начала формироваться значительно раньше – еще в конце прошлого века. Ее фундаментом стали труды С.Н. Виноградского, который открыл специализированные формы почвенных бактерий и доказал их причастность к определенным процессам трансформации веществ в почве. Он первый сформулировал положение о постоянной (аутохтонной) и непостоянной (зимогенной или аллохтонной) микрофлоре в конкретной экологической нише. Этот принцип оказался универсальным для микробных сообществ водоемов, растительных и животных организмов.

Глобальная роль микроорганизмов в создании основ живой материи впервые была масштабно показана выдающимся русским натуралистом В.И. Вернадским (1863-1945), создавшем учение о биосфере. Он впервые сформулировал идею о биосфере как наивысшим уровне экологической интеграции.

Экологическая микробиология использует те же термины, что и общая экология, предметом которой является изучение взаимоотношений организмов со средой обитания. При этом следует учитывать как воздействие биотических и абиотических факторов среды на организмы, так и влияние организмов на среду обитания.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 854; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!