Явление антибиоза в биологии

Что такое антибиоз

В этом процессе может участвовать широкий спектр химических соединений, включая антимикробные вещества, бактериоцины, фунгистатические соединения, поверхностно-активные вещества, ферменты (например, хитинолитические и т.д.). Бактерии и грибы являются основными действующими лицами, ответственными за производство антибиотических и антагонистических соединений, и этот процесс в основном активен против других микроорганизмов.

Антибиоз может быть прямым или непрямым. Прямой антибиоз возникает, когда один организм производит вещество, которое непосредственно убивает или подавляет рост другого организма. Косвенный бывает, когда организм производит вещество, стимулирующее рост или активность другого организма, который затем вытесняет целевой организм.

1. В природе многие организмы используют его как механизм защиты от потенциальных конкурентов или хищников. Например, растения производят множество вторичных метаболитов, обладающих антибактериальными, противогрибковыми и инсектицидными свойствами. Некоторые насекомые, такие как муравьи и термиты, вырабатывают антимикробные пептиды, которые защищают их колонии от бактериальных и грибковых инфекций. В почве содержится множество бактерий, которые производят антибиотики. Фактически, почвенные бактерии являются источником многих антибиотиков, используемых сегодня в медицине.
2. В сельском хозяйстве антибиоз является важным инструментом борьбы с вредителями и болезнями. Например, использование антибиотиков в животноводстве помогает предотвращать и лечить бактериальные инфекции, что может снизить риск вспышек заболеваний и повысить эффективность производства мяса. Антибиотики, произведенные микроорганизмами способны контролировать патогены и вредителей растений, а также ущерб, который они могут нанести растениям. 

Устойчивость к антибиотикам становится все более серьезной проблемой во всем мире. Чрезмерное и неправильное их использование привело к появлению устойчивых к антибиотикам бактерий, которые становится все труднее лечить. Некоторые бактерии способны вырабатывать антибиотики, которые токсичны для других бактерий. Считается, что эта способность развилась как способ борьбы за ресурсы в окружающей среде.

Чрезмерное использование антибиотиков в сельском хозяйстве и медицине привело к появлению устойчивых к антибиотикам бактерий, что представляет значительную угрозу для здоровья людей и животных. В связи с этим растет потребность в разработке альтернативных стратегий борьбы с вредителями и болезнями, более устойчивых и экологически безопасных.

Кто и когда установил явление

Явление антибиоза впервые было замечено французским биологом Жаном Полем Вюийеменом в конце 1800-х годов. Однако термин «антибиоз» был введен американским микробиологом Селманом Ваксманом в 1940-х годах для описания воздействия антибиотиков на бактерии. Ваксману также приписывают открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективного против туберкулеза. Его исследования антибиотиков привели к разработке многих других важных препаратов, включая пенициллин, тетрациклин и эритромицин. За свой вклад в развитие микробиологии Ваксман был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1952 году.

Виды

Главные разновидности антибиоза: аменсализм, аллеопатия и конкуренция.

Он может происходить различными способами. Например, растение может вырабатывать токсин, который подавляет рост близлежащих растений, при этом само оно не страдает. Аналогичным образом, некоторые грибы могут вырабатывать соединения, которые подавляют рост бактерий или других грибов, находящихся поблизости.

В некоторых случаях аменсализм может быть непреднамеренным. Например, крупное животное может случайно раздавить более мелкие организмы или растения, перемещаясь по окружающей среде, не получая взамен ни пользы, ни вреда.

В целом, является относительно редкой формой биологического взаимодействия и обычно рассматривается как тип асимметричной конкуренции, при которой один организм получает выгоду, а другой испытывает негативные последствия. Важно отметить, что аменсализм отличается от других форм взаимодействия, таких как мутуализм (при котором оба организма получают выгоду) и хищничество (при котором один организм получает выгоду, а другому наносится ущерб).

Аллелопатические соединения могут вырабатываться растениями в различных формах, включая корни, листья, цветы, плоды и семена. Эти соединения могут попадать в почву, воздух или воду и воздействовать на другие растения путем контакта или диффузии.

Эти соединения, вырабатываемые растениями, могут оказывать различное воздействие на рост и развитие других растений. Некоторые соединения действуют как гербициды, подавляя прорастание семян, рост корней или фотосинтез у растений-мишеней. Другие могут влиять на гормональный баланс целевых растений, что приводит к замедлению роста, увяданию или гибели.

Аллелопатия оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на растительные сообщества. С одной стороны, она может помочь растениям защититься от конкурентов, вредителей и болезней. С другой стороны, может ограничивать разнообразие видов растений на территории, приводя к доминированию нескольких аллелопатических видов.

В сельском хозяйстве используется как естественный метод борьбы с сорняками, поскольку некоторые растения могут использоваться в качестве покровных культур для подавления роста сорняков. Однако важно тщательно контролировать использование аллелопатических культур, чтобы избежать непреднамеренных негативных последствий для других культур или окружающей среды.

Конкуренция может стимулировать эволюцию специализированных признаков и сосуществование нескольких видов в экосистеме. Это важный фактор в борьбе с вредителями и болезнями в сельскохозяйственных и экологических системах.

Существуют различные типы антибиоза, основанные на вовлеченных организмах и механизме действия. Некоторые из распространенных типов таковы:

1. Антибиотики: природные или синтетические вещества, вырабатываемые одним организмом для подавления или уничтожения другого организма, обычно бактерии или грибка. Примерами являются пенициллин, стрептомицин, тетрациклин и эритромицин.
2. Антимикробные пептиды: небольшие белки или пептиды, которые вырабатываются многими организмами, включая растения, насекомых и животных, для защиты от микробных инфекций. Примерами противомикробных пептидов являются дефенсины и кателицидины.
3. Вторичные метаболиты: химические соединения, которые производятся растениями, грибами и бактериями в качестве побочных продуктов их первичных метаболических процессов. Многие из этих соединений обладают антимикробными свойствами и используются для защиты от конкурентов или хищников. Примерами вторичных метаболитов являются алкалоиды, терпеноиды и фенольные вещества.
4. Бактериоцины: антимикробные пептиды, которые вырабатываются бактериями для уничтожения или подавления роста других бактерий. Бактериоцины, как правило, видоспецифичны, то есть действуют только на близкородственные штаммы бактерий.
5. Фитохимические вещества: химические соединения, которые вырабатываются растениями и отвечают за их цвет, вкус и аромат. Многие фитохимические вещества обладают антимикробными свойствами и используются для защиты от вредителей и болезней. Примерами фитохимических веществ являются флавоноиды, каротиноиды и алкалоиды.

Примеры

1. Некоторые животные, например, муравьи, используют антибиотики для защиты от инфекций. Муравьи производят вещество под названием муравьиная кислота, которое обладает противомикробными свойствами и используется для дезинфекции их гнезд.
2. Пенициллин — это тип антибиотика, производимый грибами Penicillium, который подавляет рост бактерий, разрушая их клеточные стенки. Он был открыт шотландским биологом Александром Флемингом в 1928 году и с тех пор широко используется в медицине для лечения бактериальных инфекций.
3. Бактерии Streptomyces — это род бактерий, который производит широкий спектр антибиотиков, включая стрептомицин, тетрациклин и эритромицин. Эти антибиотики подавляют рост бактерий, воздействуя на различные клеточные процессы.
4. Чеснок содержит соединение под названием аллицин, которое обладает антибактериальными и противогрибковыми свойствами. Аллицин разрушает клеточные мембраны бактерий и грибков, делая их менее способными к росту и размножению.
5. Взаимодействие хищник-жертва: Многие хищники вырабатывают вещества, которые подавляют рост или размножение их жертвы. Например, пауки вырабатывают яд, который может убить или обездвижить их жертву-насекомое, а некоторые рыбы вырабатывают слизь, содержащую антибактериальные и противогрибковые соединения, чтобы защитить себя от инфекции.
6. Морские организмы: губки, туникаты и мягкие кораллы вырабатывают химические вещества, обладающие антибактериальными и противогрибковыми свойствами. Эти химические вещества могут помочь защитить организмы от инфекций в их иногда суровой морской среде.
7. Бактериоцины — это небольшие пептиды или белки, вырабатываемые бактериями, которые могут подавлять рост близкородственных бактерий. Считается, что они играют определенную роль в конкуренции за ресурсы в окружающей среде.
8. Соединения растительного происхождения: обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами. Например, масло чайного дерева, которое получают из листьев чайного дерева, веками использовалось в качестве натурального средства для лечения инфекций.
9. В дополнение к природным соединениям за многие годы было разработано множество синтетических антибиотиков. Эти антибиотики предназначены для борьбы с конкретными видами бактерий и зачастую более эффективны, чем природные соединения.
10. Пробиотики — это живые микроорганизмы, которые, как считается, приносят пользу здоровью при употреблении. Одним из способов их действия является выработка антибактериальных соединений, которые помогают контролировать рост вредных бактерий в кишечнике.