При невероятном множестве и при чрезвычайном разнообразии живых существ, сталкивающихся между собою на поверхности нашей планеты, далеко не все они оказываются вынужденными конкурировать и бороться между собой из-за жизненных благ. Нередко случается, что в тесное соприкосновение приходят живые существа, относящиеся совершенно безразлично одно к другому, не требующие одних и тех же условий существования и не стремящиеся добыть одну и ту же пищу. Они друг другу не мешают, иногда требования, предъявляемые ими к жизни, даже противоположны. В виду этого возникает возможность их совместного существования на узком пространстве, между ними могут установиться даже тесные взаимоотношения, может возникнуть связь.
Наконец, может даже оказаться, что они способны помогать друг другу в борьбе за существование с другими организмами или могут совместными усилиями отвоевывать у окружающей природы право на существование. Именно на этих основах, совершенно не противоречащих общему закону борьбы за существование, возникают различные формы сожительства живых существ, или их симбиоза.
Отношения между живыми существами, жизненные интересы которых не совпадают, могут быть очень различны. Если все дело сводится к совместной жизни на ограниченном пространстве, например, к жизни одного живого существа на теле другого, и при этом не возникает никакого вопроса о пище, то такой простейший тип сожительства называется синойкией, или совместным жительством. Притом, если сожители просто помещаются рядом, то это – синойкия в тесном смысле слова, если меньший помещается на поверхности тела большего, то мы имеем эпойкию, если же он помещается внутри последнего, то такое сожительство называется энтойкией.
Примеры настоящей синойкии наиболее многочисленны в жизни моря. Дно моря обыкновенно перенаселено животными, ведущими сидячий образ жизни и ищущими таких твердых предметов, к которым можно было бы прикрепить свою раковину, свою известковую трубку, или свой стебелек. Очень часто такими предметами оказываются другие, более крупные и тоже сидячие животные с их раковинами и панцирями, дающие приют меньшим и хуже защищенным животным. Нередко такое сожительство из случайного превращается в постоянное.
Среди сухопутных животных примеры синойкии реже, но все же наблюдаются. Так, новозеландская ящерица гаттерия, которая считается одним из древнейших современных позвоночных, живет обыкновенно в норе с двумя отделениями. В одном из них держится сама ящерица, а в другом – поселяется буревестник. Точно также в норе африканского дамана часто поселяются ящерицы, а бразильские попугаи устраивают свои гнезда в гнездах древесных термитов и живут, в окружении этих насекомых.
Еще обыкновеннее среди населения моря примеры эпойкии, т.е. «жительства сверху». Различные мелкие животные из кишечнополостных, червей, мшанок, – чаще всего животные, ведущие сидячий образ жизни, поселяются на раковинах медленно ползающих моллюсков и на панцырях крабов, причем пользуются не только местом, но и передвижением, а иногда еще некоторыми выгодами в смысле дыхания, так как при движении животного, или при привлечении им струи воды в свои жабры, его гости также используют приток кислорода.
Нередко и здесь случайные связи превращаются в постоянные. Так, крупные усоногие раки, коронулы, живут исключительно в коже китов, иногда глубоко врастая в нее, но, по-видимому, не причиняя киту беспокойства. Даже некоторые рыбы обрастают иногда гидроидами, сидящими у них на брюшке. Еще чаще это случается с моллюсками. Например, на Белом море встречается двустворчатка теллина, всегда покрытая особым и исключительно на ней живущим гидроидом монобрахием. Другой пластинчатожаберный моллюск Белого моря – иольдия несет постоянно на своей раковине колонии особого гидроида перигонима.
Более редки случаи энтойкии, т.е. «жительства внутри» другого более крупного животного, при пользовании только помещением и связанной с ним защитой. Еще Плинию был известен краб «сторож пинны», сожительствующий с крупным двустворчатым моллюском, пинною. Он обычно прячется в складках мантии моллюска и выглядывает из раковины, лишь когда она приоткрыта. При малейшей опасности краб моментально прячется в раковину и за ним захлопываются ее створки. Некоторые крабы в качестве местообитания избирают клоакальную полость голотурий. Еще удивительнее, что в клоакальной полости и в водных легких голотурий Средиземного моря живут рыбки фиерасферы. Такая рыбка постоянно держится около голотурии и при малейшей опасности быстро проскальзывает в клоакальное отверстие, выставляющееся наружу из ила. Обычно фиерасфер пользуется голотурией только как убежищем и не причиняет ей никакого вреда. Иногда внутри голотурии поселяется даже по нескольку таких рыбок.
Дальнейшее усложнение симбиотического сожительства заключается в явлении, которое называется комменсализмом, т.е. «сотрапезничеством». В этом случае мелкие сожители устраиваются около или внутри крупных животных и пользуются уже не только местом, но и пищей. Они являются в одних случаях нахлебниками, питающимися крохами, которые падают с богатой трапезы, в других же – превращаются в прихлебателей, которые объедают хозяина и наносят ему уже некоторый ущерб, – здесь мы подходим к условиям, приближающимся к паразитизму.
Наиболее наглядный пример комменсализма дают нам небольшие по размерам рыбы-лоцманы, постоянно сопровождающие в океане акул. Их движения точно урегулированы. Они не отстают ни на шаг от хищника, следят за каждым его поворотом, и при поимке акулою добычи им всегда что-нибудь перепадает. Другой спутник акулы, рыба-прилипало, устраивается еще вернее: она не затрачивает на передвижение энергии, чтобы поспеть за проворным хищником. Спинной плавник этой небольшой рыбки превращен в огромную и сложно устроенную присоску, с помощью которой прилипало присасывается к брюху акулы и передвигается с нею. От богатой трапезы акулы и этому непрошеному гостю всегда достаются некоторые крохи.
По всей вероятности, к случаям комменсализма следует отнести и сожительство различных мелких рыбок из семейства макрелевых с крупными медузами. Они держатся в молодом возрасте между жгучими щупальцами медуз и при малейшей опасности скрываются под колоколом, где до них невозможно добраться. В то же время, однако, очень возможно, что они питаются остатками пищи, захватываемой щупальцами медузы.
При комменсализме услуги, оказываемые одним сожителем другому, односторонние, – сожитель, получающий выгоды, может рассматриваться даже до некоторой степени как паразит, объедающий хозяина, но не причиняющий ему особого вреда. Дальнейшим шагом к усложнению симбиоза являются уже такие соотношения между сожителями, когда они оказывают услуги взаимно, причем эти услуги столь существенны, что нередко жизнь одного сожителя становится невозможной без помощи другого. Такая форма сожительства получила название мутуализма, т.е. «взаимно выгодного сожительства». Наиболее яркими примерами такого тесного сожительства являются отношения между раками-отшельниками и актиниями, которые чаще всего приводятся в качестве примера симбиоза.
Примеры такого взаимно полезного сожительства касаются главным образом морской фауны, представители которой очень разнообразны и могут, как мы видели, иногда дополнять друг друга при удовлетворении своих жизненных потребностей. На суше условия для этого менее благоприятны, так как потребности здесь более или менее одинаковы, и нам известна лишь одна категория явлений, могущая быть поставленной в параллель с только что рассмотренными, – это формы сожительства, наблюдаемые у общественных насекомых, главным образом, – у муравьев и термитов.
Явлением сожительства, приближающимся к хищничеству и паразитизму, надо считать синехтрию, или вторжение в колонию сильных и хорошо защищенных сожителей, устраивающихся в муравейнике, как дома, несмотря на то, что хозяева проявляют к ним явно враждебное отношение. Они наносят колонии вред, уничтожая личинок или взрослых муравьев, но последние не могут от них освободиться. К таким вредным гостям относятся многие коротконадкрылые жуки, или, иначе, жуки-хищники, вооруженные сильными челюстями и толстым хитиновым покровом, защищающим их от укусов муравьев. Сюда же должно отнести маленького клеща антеннофора, который устраивается на самих муравьях, но не высасывает их, как это делают клещи-паразиты, а прицепляется снизу, под головой насекомого, и ударами своих длинных, как сяжки, передних ног раздражает муравья и заставляет его отрыгивать часть пищи. Этим только клещ и питается. Он слеп и обладает клейкими железами, с помощью которых держится на теле муравья.
Совершенно особую категорию сожительства представляют отношения, устанавливающиеся между муравьями и тлями; эти отношения называются трофобиозом. По существу, это – симфилия, доведенная до чрезвычайной степени, при которой тли из свободных сожителей превращаются в полное подобие домашнего скота у человека. Содержание их в муравейнике составляет уже не случайное явление, а входит в хозяйственную жизнь колонии; выделения тлей составляют существенную часть пищи муравьев. Под тропиками у муравьев, кроме тлей, на положении домашних животных содержатся кокциды и цикады, а у термитов такими сожителями являются тли и кокциды.
У позвоночных не наблюдается подобных явлений взаимной помощи, если не считать таких случайных и односторонних услуг, как освобождение некоторыми птицами рогатого скота, антилоп и носорогов от личинок насекомых, откладываемых в кожу этих животных. Но едва ли такого рода действия можно вообще подводить под понятие симбиоза.
У общественных же насекомых с их сложною жизнью мы встречаем явления сожительства совершенно особого порядка, а именно –сожительство с растениями, главным образом с кустарниками и деревьями. В тропических странах известно в настоящее время до 3000 видов растений – мирмекофилов, стоящих в симбиотической связи с муравьями, притом эти растения относятся к самым различным семействам – орхидным, молочайниковым, вербеновым и другим, так что приспособления для сожительства с муравьями выработались у них, без сомнения, совершенно независимо, в каждой группе отдельно.
Основою обоюдополезного сожительства растений с муравьями является, с одной стороны, предоставление растением помещения и пищи насекомым, с другой, – активная защита муравьями своих хозяев-растений от всякого поползновения на них со стороны других растительноядных животных. Такая защита бывает иногда очень деятельной: стоит притронуться к такому растению, как отовсюду высыпают муравьи и с ожесточением набрасываются на нарушителя покоя.
Растения для привлечения муравьев вырабатывают самые различные приспособления: железки и железистые волоски на стеблях и листьях, выделяющие сахаристый сок, особые выросты рыхлой ткани, называемые мюллеровыми тельцами (по имени ученого, который их открыл) и служащие пищей муравьям, наконец, хорошо защищенные убежища для устройства гнезда внутри ствола или стебля растения. Особенно полный ассортимент таких приспособлений находим мы у южноамериканских деревьев-цекропий с тонкими и гладкими стволами и с дланевидными листьями. Вследствие высыхания сердцевины, внутри ствола образуется пустота, перегороженная в междоузлиях поперечными перегородками; получаются камеры, которые муравьи легко приспособляют для жилья, прогрызая отверстия над междоузлиями для входа и выхода. У основания черешков листьев, между волосками, развиваются многочисленные мюллеровы тельца, дающие муравьям большой запас пищи. Муравьи же в благодарность, так сказать, за квартиру и стол защищают приютившее их растение от нападений растительноядных муравьев-листорезов, производящих крупные опустошения среди растительности.
Другая форма сожительства муравьев с растениями выражается в образовании в тропических лесах Южной Америки висячих гнезд из растений-эпифитов, которые во множестве растут на ветвях деревьев. Огромные зеленые шары, висящие между ветвями, состоят из нескольких видов эпифитов, сплетенных вместе, и содержат внутри землю, пронизанную ходами муравейника.
Кроме муравьев, с растениями сожительствуют некоторые клещи. На листьях многих растений в тропических странах можно наблюдать особые кармашки, мешочки или скопления волосков, приспособленные для обитания мелких клещей. Они не возникают под влиянием укуса клещей или какого-нибудь особого раздражения, а являются приспособлениями, прочно выработанными растением и передаваемыми по наследству, как и все прочие признаки. Клещи находят, таким образом, для себя на листьях, большей частью у основания черешка, удобные помещения, растение же в свою очередь получает от них азотистые выделения, которые всасываются волосками, а кроме того клещи очищают растение от паразитных грибков.
Низшие растения, особенно грибы, так широко распространены, так разнообразны условия их существования и в то же время они составляют такую удобную, богатую азотом пищу, что общественные насекомые не могли не прийти с ними в постоянное соприкосновение. Естественно, что между ними и грибами должны были возникнуть симбиотические отношения. В самом деле, не только у муравьев и термитов, но и у некоторых других насекомых создалось довольно тесное сожительство с грибами, напоминающее настоящую полевую культуру полезных растений.
По крайней мере у 30 видов термитов известны настоящие грибные сады. Для создания их насекомые эти прежде всего подготовляют почву, пережевывая и измельчая стебли и листья растений и устраивая в термитнике под землею особое помещение для сада. Затем, благодаря занесенным спорам, на этой почве появляется грибница (мицелий), которая мало-помалу разрастается и начинает давать особые округлые или овальные тельца, так называемые конидии, идущие в пищу термитам и особенно их личинкам. Иногда такая грибница образует и плодовое тело, настоящий шляпный гриб. Он прорастает наружу и показывается на поверхности термитника.
Среди муравьев разведением грибных садов занимаются главным образом муравьи-листорезы, которые целыми полчищами отправляются на деревья и выгрызают из их листьев круглые куски. Иногда они тянутся потом по тропическому лесу длинными вереницами с этими кусками в челюстях, почему получили название «зонтичных муравьев». В муравейнике листья подвергаются сперва грубой переработке со стороны крупных рабочих, затем окончательно пережевываются и превращаются в кашицу мелкими рабочими, – таким способом получается субстрат для культуры грибов. Мицелий этих грибов, разрастаясь, образует на нитях вздутия – «грибные кольраби», которыми и питаются муравьи и особенно их личинки. Наконец, разведение грибков для питания свойственно и некоторым жукам из семейства короедов. Они заносят в свои ходы под корой деревьев споры грибков, которые затем легко разрастаются в пышный мицелий, служащий жукам азотистой пищей, какой они не получают, питаясь корой и древесиной.
Еще интереснее связь с грибком мухи-аспонгилии, самка которой откладывает яйцо в цветок растения и помещает вместе с ним конидию грибка, которую она предварительно захватывает своим яйцекладом. Из этой конидии развивается грибок, который выстилает белыми нитями всю внутреннюю поверхность орешка, производимого личинкой мухи. На концах грибных нитей образуются особые «амброзиальные» клетки, которыми питается личинка, развивающаяся именно за их счет, а не за счет тканей растения. Объясняется это тем, что амброзиальные клетки доставляют азотистую пищу, которой мало в тканях растения.
Если понимать симбиоз несколько шире, чем обыкновенно, то можно включить в это понятие и взаимное приспособление к опылению цветковых растений и летающих насекомых. Для оплодотворения цветковых растений и для созревания семян необходимым условием является перенесение развивающейся на тычинках пыльцы на рыльце плодничка, составляющее воспринимающую часть женского аппарата. У некоторых растений это перенесение пыльцы совершается с помощью ветра, у других, растущих в воде, с помощью воды, у третьих (у большинства) – с помощью летающих насекомых, забирающих пыльцу с одного цветка и переносящих ее на другие. Для привлечения насекомых цветок имеет не только более или менее ярко окрашенный околоцветник, но и железы, вырабатывающие летучие пахучие масла, и, наконец, специальные нектарники, выделяющие медвяный сахаристый сок, особо ценимый насекомыми и часто составляющий если не единственную, то во всяком случае очень важную для них пищу. Кроме того, строение цветка обыкновенно имеет ряд интереснейших приспособлений, обеспечивающих захват насекомым пыльцы и предохраняющих от вторжения в цветок бесполезных в смысле опыления насекомых. При всей сложности и остроумии этих приспособлений, здесь связь насекомого с растением настолько кратковременна, что едва ли можно ее подводить под понятие «сожительства».
Если случаи настоящего сожительства высших растений с высшими животными оказываются столь многочисленными, как показывают приведенные выше примеры, то тем более часты случаи установления тесной связи между одноклеточными растениями и простейшими представителями животного царства, состоящими также из одной клетки. По существу, потребности животного диаметрально противоположны потребностям растения: животное нуждается в кислороде для дыхания и выделяет углекислый газ, зеленое растение потребляет углекислый газ и выделяет на свету кислород; с другой стороны, животное может использовать сахар и другие углеводы, вырабатываемые растением, а последнее может использовать азотистые соединения, которые содержатся в отбросах животного организма. Вполне естественно, что при такой противоположности в потребностях животный и растительный организмы как бы дополняют друг друга. На низких ступенях развития, при простой организации, связь на этих основаниях устанавливается наиболее легко, и имеются примеры такого тесного слияния растительных и животных организмов, что нередко бывает трудно или даже невозможно их разъединить. При этом обыкновенно животный организм является более крупным, дающим приют в своем живом теле мелким растительным одноклеточным организмам – водорослям; таким способом получается внутриклеточный симбиоз. Низшие многоклеточные представители животного царства также нередко соединяются с водорослями, поселяющимися внутри и между клеток их тела, так что возникает внутритканевый симбиоз.
Среди простейших нередко наблюдается тесное сожительство с зелеными одноклеточными водорослями. Так, многие саркодовые – амёбы, диффлюгии и другие – имеют в протоплазме зеленые шарики небольших размеров. При ближайшем исследовании оказывается, что каждый такой шарик – одноклеточное существо, способное размножаться делением, – получает зеленую окраску от присутствия внутри него зеленого тельца – хлоропласта, содержащего обычное зеленое красящее вещество растений – хлорофил. Такие клетки получили название зоохлорелл и причисляются к зеленым водорослям. При делении саркодовых они распределяются между обеими молодыми клетками, и, таким образом, оказываются постоянными спутниками данного одноклеточного существа.
В море наблюдается сожительство одноклеточных животных с желтыми водорослями, называемыми зооксантеллами. Они наблюдаются у широко распространенных в теплых морях радиолярий и у корненожек. При размножении радиолярий зооксантеллы не переходят, однако, в молодые клетки, а поступают уже позднее извне, – они могут существовать и самостоятельно в море. Такие же зоохлореллы и зооксантеллы, какие водятся в одноклеточных животных, свойственны и некоторым более просто организованным многоклеточным. Обыкновенные зеленые гидры наших прудов обязаны своим зеленым цветом сожительству с зоохлореллами, ддоселяющимися в клетках их внутреннего слоя, который выстилает кишечную полость. Морские гидроидные полипы, гидрокораллы, медузы, сифонофоры и особенно актинин часто оказываются желтого цвета вследствие сожительства с зооксантеллами.
Насколько взаимный обмен в данном случае оказывается выгодным, видно из опытов над живучестью кишечнополостных, содержащих зооксантеллы и лишенных их: первые выживают гораздо дольше при неблагоприятных условиях, чем вторые. Преимущества симбиоза с зооксантеллами таковы, что и некоторые из ресничных червей, обитающих в море, вступают в такую же тесную связь с ними и даже заботятся о том, чтобы снабдить ими свое потомство: в кокон с яйцами этих червей помещаются в большом количестве зооксантеллы, которыми заражаются молодые особи при выходе из яйца.
Симбиоз одноклеточных растений с более высокоорганизованными животными проявляется в несколько иной форме, а именно, – во внутрикишечном симбиозе. В данном случае участниками симбиоза являются бактерии, поселяющиеся в кишечнике и принимающие участие (еще не во всех случаях объясненное) в подготовке пищи к перевариванию или в самом процессе переваривания. Такие бактерии известны в кишечнике тлей и растительноядных клопов, постоянно носящих определенные виды бактерий. У некоторых клопов имеются даже специальные расширения кишечника, набитые бактериями, принимающими участие в пищеварении.
Очень своеобразны условия симбиоза грибков с комаром. Исследования Шаудинна показали, что в пищеводе обыкновенного комара имеются особые расширения в виде мешков, которые наполнены особыми грибками из семейства энтомофторовых. В спокойном состоянии у комара этих грибков немного, и мешки наполнены углекислым газом, выделяемым грибками. Когда, однако, комар насосется кровью, грибки сильно размножаются. Грибки эти принимают участие в самом процессе укуса комара. Именно, когда стилет хоботка комара вонзается в кожу человека, комар производит сильное дыхательное движение, увеличивает давление своей крови и вгоняет в образовавшуюся ранку небольшое количество слюны, углекислого газа и некоторое количество грибков.
Углекислый газ препятствует свертыванию крови, а грибки, попав в кровь человека, выделяют фермент, который производит сильное раздражение, повышающее кровяное давление и увеличивающее приток крови к хоботку комара. Эти-то грибки и являются причиной того зудящего волдыря, который образуется на коже после укуса комара. Шаудинн получал такие волдыри искусственно, смачивая эмульсией из грибков тончайшую иголку и вводя ее в кожу. Таким образом, грибки, размножающиеся в мешках пищевода комара, имеют совершенно определенное назначение, – они облегчают ему сосание крови. Этим обстоятельством, надо думать, объясняется заражение этими грибками уже яиц комара, а также присутствие их в кишечнике личинок.
Говоря о внутрикишечном симбиозе с различными грибками, нельзя не напомнить, что у высших позвоночных и у человека в кишечнике развивается обширная флора бактерий, причем опытами установлено, что для хозяев она совершенно необходима. У насекомых наблюдается также и внутриклеточный симбиоз с грибками, причем организм насекомого вырабатывает даже особые приспособления для того, чтобы предоставить удобства существования этим сожителям. Обыкновенно грибки помещаются в определенных местах и образуют особые грибные органы, или мицетомы.
Грибные клетки, битком набитые бактериями, чаще всего находятся в так называемом жировом теле насекомых, расположенном в непосредственной близости к кишечнику. Грибки, получая достаточное количество пищи, доставляют хозяину особые, выделяемые ими, вещества – ферменты, которые облегчают переваривание и усвоение пищи, трудно поддающейся переработке. В более редких случаях бактерии выходят из клеток и непосредственно участвуют в переваривании пищи. Насколько такие сожители необходимы насекомым, доказывает их широкое распространение, а также образование сложных грибных органов, определенным образом развивающихся и передающихся по наследству. У некоторых насекомых, – например, у тлей и кокцид, – удалось доказать, что сожительствующие с ними бактерии относятся к группе азотоусвояющих, т.е. способных непосредственно черпать из воздуха азот и строить за его счет белковое вещество. В этом случае сожительство с такими бактериями оказывается особенно важным для насекомых, так как из своей растительной пищи они почерпают очень мало необходимого им азота, а в своих бактериях-сожителях находят для себя готовую азотистую пищу, добывание которой им ничего не стоит: они просто переваривают бактерии по мере. надобности.
Таким образом, симбиоз насекомых с грибками – явление не только широко распространенное, но и получившее очень важное значение в жизни насекомых. Грибки, сожительствующие с насекомыми, не встречаются в природе свободно, лишь немногие из них удалось заставить жить на искусственной среде. С другой стороны, постоянство нахождения бактерий у насекомых, сложность устройства грибных органов и существующие у насекомых сложные приспособления для передачи их из поколения в поколение свидетельствуют о том, что у насекомых эта симбиотическая связь с грибками образовалась в отдаленнейшие времена и развитие ее шло параллельно развитию самой фауны насекомых. В настоящее время сожительство для грибков является уже непременным условием нормального их существования.
Этими примерами симбиоза не исчерпывается, однако, сложная цепь взаимоотношений между высокоорганизованными животными и грибками. Существует обширная категория явлений, дающая нам образцы еще более тесной и постоянной связи между ними, чем все предыдущие примеры, – это явления свечения. До недавнего времени предполагали, что свечение присуще главным образом животным и редко наблюдается в растительном царстве. Правда, светящиеся бактерии были давно известны, и было описано несколько случаев бактериального свечения животных, вследствие заражения светящимися микроорганизмами (например, свечение комариков-хирономид на озере Иссык-куле и на Аральском море). Но настоящие светящиеся животные, для которых свечение важно в биологическом отношении, всегда считались снабженными специальными светящимися органами, которые выделяют свет, благодаря особым химическим веществам.
Сделанные за последние десятилетия открытия доказали, что если не во всех, то во многих, случаях, когда имеются специальные сложные органы свечения, в них находятся те же грибные органы, мицетомы, какие имеются у насекомых, но приспособленные специально для светящихся бактерий. Такими оказались светящиеся органы жука-светляка, или Иванова червяка; они состоят из клеток, переполненных светящимися бактериями. Среди морских животных особенно яркий свет испускают, так называемые пирозомы, – колониальные животные поверхностных слоев моря из группы оболочников.
У них имеются органы свечения в виде скопления особых клеток над жаберным мешком, и в протоплазме этих клеток, при сильном увеличении под микроскопом, удается открыть нитевидные образования, представляющие собой святящихся бактерий. У глубоководных головоногих моллюсков имеются органы свечения различной сложности: в одних случаях – это простые железы, или мешки, с малым количеством слизи и хо множеством светящихся бактерий, в других – сложные приспособления с прозрачными двояковыпуклыми чечевицами для усиления света и с рефлекторами; но, по существу, свет дается и здесь скоплением клеток, набитых светящимися бактериями.
Переходя к рассмотрению сожительства между растениями, мы заранее можем сказать, что маловероятно встретить тесный, симбиоз между различными видами зеленых растений, так как основные жизненные потребности всех их одинаковы. Точно так же едва ли можно найти и симбиотическую связь между отдельными грибками. Зато вполне правильно предположение возможности симбиоза между грибами и зелеными растениями, так как грибы обнаруживают те же потребности, что и животные: они требуют готовой белковой, азотистой пищи, поглощают кислород и выделяют углекислоту. Их жизнедеятельность оказывается совершенно противоположной жизнедеятельности зеленых растений, и это позволяет тем и другим вступать в тесный симбиоз.
Рассмотрим важнейшие формы симбиоза зеленых растений с грибами. Давно уже было замечено, что корни многих зеленых растений оплетены нитями грибов – гифами, которые приходят с ними в самое тесное соприкосновение и иногда оплетают их концы. Эта грибница получила название микоризы и была подробно исследована ботаниками. Оказалось, что она встречается на корнях растений часто, но не всегда и не у всех видов, причем иногда она принадлежит низшим грибам, а в других случаях – даже шляпным грибам, иногда оплетает корни снаружи, иногда же проникает внутрь их.
Не вызывает сомнений, что микориза играет очень важную роль в питании растений, так как при опытах молодые растения, выращенные в почве, совершенно лишенной грибных нитей, обыкновенно погибали. Нити грибов, проникая в корневые клетки, непосредственно перевариваются и высасываются последними. Некоторые растения образуют на корнях особые вздутия, в которые входят грибные нити, причем связь оказывается особенно тесной и важной, так как эти грибы обладают способностью добывать из воздуха азот и превращать его в такие соединения, которые могут усваиваться зелеными растениями. Впрочем, питание азотистыми веществами происходит еще более усовершенствованным способом при симбиозе зеленых растений с бактериями, обитающими в почве.
Такого рода сожительство наблюдается у представителей семейства мотыльковых; у них на корнях образуются особые клубеньки, сплошь набитые бактериями, получившими название «клубеньковых». Эти бактерии относятся к группе азотусвояющих, – они обладают способностью поглощать из воздуха, проникающего в почву, азот и могут строить из него азотистые соединения, служащие пищей зеленым растениям. Размножаясь в клубеньках, бактерии выделяют слизь, которая облекает их и образует длинные тяжи, проникающие в ткани растения. Сперва бактерии, попадая в клубеньки, ведут себя, как паразиты, и существуй за счет живого вещества растения-хозяина. Когда же количество их увеличится, растение окрепнет, приспособится к ним, роли меняются: растение выделяет соки, которые убивают бактерий и растворяют их, – они всасываются, и таким образом растение получает и использует содержащийся в них азот. Эта способность мотыльковых растений сожительствовать с азотусвояющими бактериями и за их счет питаться и накоплять азот в почве, оказывается чрезвычайно важной для экономики природы, а также и для человека. Она позволяет улучшать истощенную почву и обогащать ее азотистыми соединениями. Именно для этого при полевой культуре так часто применяется чередование зерновых хлебов с мотыльковыми культурными растениями – клевером, люцерной и другими. Эти растения накопляют в почве азот, который нужен для питания злаков.
Примером наиболее сложного и тесного симбиоза между двумя категориями разнородных растений является сожительство водорослей и грибов, дающее в результате растительные организмы, которые мы называем лишайниками. Эти зеленоватые, желтоватые или серые наросты, образующиеся на камнях, на коре деревьев и на старых постройках, считались до 1867 года самостоятельным классом растений, причем никому и в голову не приходило сомневаться в том, что каждый лишайник представляет собой цельный и однородный организм. Большой научной заслугой русского ботаника, акад. А.С. Фаминцына и его ученика Баранецкого было открытие, что на самом деле лишайник состоит из двух тесно соединенных, но по существу различных растительных организмов: гриба, образующего ветвистые нити (гифы), и зеленых одноклеточных водорослей (гонидий), которые этими нитями оплетены. Опыты показали, что зеленые водоросли можно выделить из лишайника, и они способны самостоятельно жить и размножаться. Позднее удавалось даже искусственным путем соединять водоросль с грибом и. создавать лишайник.
В настоящее время никто уже не сомневается в таком двойственном составе и происхождении лишайников, но относительно того, каковы взаимоотношения, устанавливающиеся между грибом и водорослью при их сожительстве, – мнения еще расходятся. Одни исследователи полагают, что здесь налицо взаимное, полезное «мутуалистическое» сожительство, при котором грибы получают выделяемые водорослями кислород и углеводы (крахмал, сахар), в то время как водоросли используют азотистые соли и углекислый газ гриба. По мнению других исследователей, водоросли являются жертвою гриба, который на них паразитирует, иногда запуская прямо в их клетки отростки своих нитей и высасывая их содержимое. Правильнее всего, по-видимому, мнение тех, кто видит в этом сожительстве постоянную борьбу между грибом и водорослью, причем победа клонится то в одну, то в другую сторону, в зависимости от влияния внешних условий. При увеличении влажности и света, – условий, необходимых для развития водорослей, последние одерживают верх и существуют за счет грибных нитей, при недостатке влаги и света, наоборот, водоросли оказываются в менее благоприятных условиях, и грибные нити разрастаются за их счет, подавляют их. Лишь в отдельных частных случаях возможно в лишайнике полное равновесие между грибом и водорослью, обыкновенно же мы наблюдаем преобладание того или другого сожителя и, следовательно, уклонение от чистого мутуализма, – от полной взаимности услуг.
Пчелы и цветы – прекрасное содружество. Уникальное содружество трудолюбивых пчел и цветов – один из примеров симбиоза, служащий для продолжения жизни, как растений, так и самих насекомых. Пчела берет у цветков нектар и пыльцу и, перелетая с цветка на цветок, доставляет другим цветкам необходимую для опыления пыльцу. Благодаря этому содружеству многие растения могут размножаться. Но после опыления в цветках не остается пищи для их трудолюбивых друзей. И, чтобы пчела лишний раз не напрягалась, у цветов есть много способов сообщить об этом пчелам: они теряют аромат, сбрасывают лепестки, отворачивают свои головки в другую сторону или меняют цвет и блекнут. По отношению к пчелам-труженикам это проявления вежливости. «Видя» такие цветки, пчела летит дальше в поисках нектара и пыльцы. Иногда пчелам в поисках пищи приходится преодолевать огромные расстояния. Ученые утверждают, что 70 процентов цветущих растений существуют благодаря именно насекомым. Кроме того, 30 процентов пищевых продуктов составляют культуры, опыляемые пчелами.
Еще тысячелетия назад царь Соломон, наблюдая за природой, писал о маленьких насекомых: «Пойди к муравью, ленивец, посмотри на действия его, и будь мудрым. Нет у него ни начальника, ни приставника, ни повелителя; но он заготовляет летом хлеб свой, собирает во время жатвы пищу свою». Притчи 6:6-8. Жизнь муравьев – прекрасный пример сотрудничества, трудолюбия и стремления к порядку. Если понаблюдать за муравьями, можно заметить, как они дружно тащат себе в дом различные грузы, и часто бывает так, что эти трофеи превышают в несколько раз размеры самих насекомых. Некоторые муравьи даже помогают раненым и уставшим сородичам добраться до дома. Неудивительно, что мудрый царь Соломон привел маленького муравья нам в пример. Муравьи живут в самых разнообразных местах. А некоторые из них даже перебрались в городские квартиры.
Но все же, многие виды муравьев, конечно же, обитают в своих естественных условиях – лесах и садах, где много растений, которые предоставляют им жилище и пропитание. В долгу перед своими благодетелями муравьи не остаются, и в обмен на бытовые услуги насекомые опыляют эти растения, распространяют их семена, помогают растениям добывать питательные вещества, а так же защищают их от насекомых и других травоядных «разбойников». Например, муравьи очень дружат с акацией. Насекомые выбирают себе квартирки в полых шипах дерева, при этом они уничтожают вредные для акации вьющиеся растения, которые попадаются им на пути, когда они занимаются благоустройством своей территории. За качественное обслуживание акация балует своих маленьких постояльцев сладким соком. А кто в детстве не наблюдал, как муравьи занимаются скотоводством, как выпасают и доят своих «коров»? Определенные виды муравьев, оказывается, отличные скотоводы, и предпочитают иметь свои «скотоводческие фермы», где они разводят тлей. Когда эти муравьи хотят пообедать, они слегка щекочут «коров» своими усиками, а те выделяют сладкую медвяную росу, которую так любят муравьи.
В природе встречаются очень удивительные, и, на первый взгляд, небезопасные содружества, но это только так кажется. На самом деле все выглядит намного прозаичней. Например, птичка под названием сенегальская авдотка водит дружбу с самим нильским крокодилом, который наводит ужас на всю местную фауну. Этот фактор в своих целях как раз и использует маленькая находчивая птичка. Она вьет свое гнездо рядом с кладкой ужасного и коварного крокодила, который часто не прочь полакомиться и птицами. Но у крокодила к авдотке особое отношение – она помогает охранять его кладку яиц. И если птичьему или крокодильему гнезду грозит опасность, авдотка подает сигнал, и крокодил, бросая все дела, спешит на защиту своего жилища и потомства, ну, конечно же, и гнезда находчивой птички.
А ушастая сова, так та и сама смело тащит в свое гнездо, где обитают ее маленькие птенцы, хищника – узкоротую змею. Оказывается, сова поселяет у себя дома змею в качестве домохозяйки и «санитара», который поедает муравьев, мух и прочую нечисть, при этом не причиняя никакого вреда птенцам. А по мнению ученых, такое соседство оказывает на птенцов только благоприятное действие – они быстрее растут, меньше болеют, так как змея поедает всех разносчиков инфекции.
Санитары на суше и в воде. Но санитарами могут быть не только змеи, но птицы и даже рыбы. Например, египетских цапель или красноклювых буйволовых скворцов можно часто видеть восседающими на спинах антилоп, зебр, жирафов и буйволов, выклевывающих что-то из их шкур, но это отнюдь не тревожит животных, а напротив, доставляет массу удовольствия.
При проведении подобных процедур птицы оказывают животным большую услугу, поедая различных паразитов, от которых животные сами не могут избавиться. Эти птицы – настоящие косметологи, они постоянно следят за состоянием кожи своих пациентов, выклевывая кусочки отмершей кожи и личинок. А красноклювые скворцы еще выполняют и роль часового, который бдительно следит за врагами своих пациентов, и при первой же опасности подает сигнал, издавая своеобразный свист. Огромные бегемоты окружили себя большим штатом помощников. Поскольку бегемотам большую часть жизни приходится проводить в воде, то чистить шкуру им помогают не только пернатые, но и чешуйчатые друзья. Пока бегемот находится в воде, черные лабео, словно пылесос, тщательно вычищают его шкуру от водорослей, кусочков отмершей ткани и паразитов. Эти рыбки даже чистят бегемоту зубы и десны. Бегемот при этом получает полный и качественный комплекс обслуживания.
Но кожные проблемы есть не только у животных, но и у многих рыб, особенно морских, которые нуждаются в постоянном уходе за своей внешностью. В первую очередь это необходимо крупным рыбам, к телу которых пристают наружные бактерии, различные ракообразные, вши и грибки… Этим процедурами профессионально занимаются яркие, разноцветные бычки и креветки-чистильщики. Маленькие помощники добросовестно и с высоким качеством обслуживают своих клиентов, при этом получая пищу, которая сама пришла к ним в рот. Если рыбе, желающей привести себя в порядок, необходимо воспользоваться услугами «чистильщиков», она подает им различные сигналы, как правило это – необычные позы, демонстрирующие дружелюбие и безопасность. Чистильщики, как истинные врачи, в первую очередь думают о больном, и с готовностью приходят на помощь, даже если их «клиент» — опасный хищник: мурена или акула. Как удивительно просто и гармонично устроен наш мир. Нужно лишь наблюдать за ним, не нарушая законы, по которым он развивается, и тогда на Земле среди всех ее обитателей воцарится мир и гармония.
В Новой Гвинее водятся почти четыре десятка видов жуков, несущих на своих спинах целые сады. Эти жуки-долгоносики длиной от полутора до четырех сантиметров, обитатели тропического леса, питаются листьями деревьев. Спина жука покрыта особыми плоскими чешуйками, липкими от выделений специальных желез. Молодые жуки, недавно вышедшие из куколок, ничем особым не отличаются от распространенных у нас долгоносиков, разве что более крупными размерами. Но вскоре из разносимых ветром спор различных растений, прилипающих к панцирю, на спине жука поднимается буйная поросль. Если и попадется взрослый жук без своего сада, значит, он ободрал его, пробираясь сквозь узкие щелки. Среди растущих на спине представителей тропической флоры – водоросли (в новогвинейском лесу влажно круглый год), грибы, лишайники, печеночники и мхи, всего 13 семейств низших растений. Все эти виды не какие-то специальные, способные выжить только на жучиной спине, а обычные, встречающиеся в лесной подстилке и сами по себе.
На растениях, в свою очередь, селятся простейшие, коловратки, несколько видов клещиков, иногда – щитовки. Вся эта фауна питается растениями, на которых живет. Жуки, покрытые этим симбиозом, малоподвижны, могут оставаться на одной веточке по несколько дней. В солнечную погоду, оберегая обитателей своей спины, жук сидит под листком, а во влажную погоду выползает. Польза жуку от зарослей на спине – маскировка от птиц, принимающих жука просто за лишайник.
Крупные грызуны, которые называются агути, перемещают огромные семена растений на большие расстояния подобно тому, как человек передает олимпийский факел, как показали новые исследования. В американском журнале «Труды Национальной Академии Наук» исследователи описали то, как некоторые агути кооперируются в команды и перемещают крупные семена тропических деревьев, откапывая семена, спрятанные сородичами. Примечателен тот факт, что именно агути помогают этому дереву выжить и прекрасно себя чувствовать последние 10 тысяч лет, хотя главными распределителями семян этих деревьев считались мастодонты и другие ныне вымершие животные. Ученые долго не могли понять, как растение смогло выжить без этих существ, однако сегодня загадку удалось разгадать. Исследование показало, что агути, обитающие в тропических лесах Южной Америки, запасают семена дерева так называемой черной пальмы (Normanbya normanbyi), как белки запасают себе продукты питания на зиму в укромных местах. У пальмы гигантские семена, и они представляют собой большую питательную ценность.Хитрые агути изловчились красть семена из тайных запасов друг друга и переносить их на большие расстояния, закапывая их в других местах. Это приносит дереву немало пользы. Так как семена уносятся далеко от родительского дерева, у них больше шансов прорасти где-то в более благоприятных условиях. Ученые знали, что агути любят лакомиться семенами и часто переносят их в свои запасы, но до сих пор они понятия не имели о том, что эти животные выкапывают зарытые своими сородичами семена, уносят их с собой и зарывают в другом тайном месте, причем это происходит снова и снова, из поколения в поколение.Например, ученые обнаружили, что одно семя было перепрятано 36 раз перед тем, как последний воришка наконец-то съел его! Примерно 14 процентов всех семян не выкапываются и не съедаются, поэтому они сохраняются до следующего года и имеют шанс прорасти.
Дятлы чаще пытаются добыть насекомых из-под коры деревьев, где уже есть продолбленные отверстия, так как видят в этом свидетельство того, что древесина здесь мягче. Такие деревья с большей вероятностью бывают заражены дереворазрушающими грибками, которые образуют своеобразный симбиоз с птицами, переносящими их на новые деревья.
Растения могут «общаться» друг с другом с помощью химических сигналов, однако воздушным путём их возможности коммуникации не ограничиваются. Предупреждения от одного растения к другому, например, о заражении вредителями, могут передаваться через микоризу – симбиотические грибы, структуры которых оплетают корни растений и позволяют им получать гораздо больше питательных веществ и воды из почвы. Когда ещё не заражённое растение принимает сигнал тревоги, оно заранее начинает выделять репелленты против конкретных вредителей или другие вещества, привлекающие врагов этих вредителей.
Муравьи вида Pseudomyrmex ferruginea образуют мутуалистические отношения с акациями Acacia cornigera. Они начинаются, когда растение запахом привлекает матку, которая откладывает яйца в одно из вздутий у оснований массивных шипов. По мере разрастания колонии муравьи заселяют другие шипы, получая от растения ещё и пищу: у оснований листьев выделяется богатый сахарами и аминокислотами нектар, а на самих листьях – содержащие масла и протеины белтовы тельца. Взамен муравьи отгоняют от акации других насекомых, жалят пытающихся есть её листья животных и уничтожают ростки растений-конкурентов вокруг.
Маленькие крабы рода Lybia больше известны как крабы-боксёры. Такое прозвище они получили за мутуалистические отношения с актиниями, которые охотятся с помощью стрекательных клеток. Крабы подбирают актиний и держат их в клешнях с целью защиты. Актинии, в свою очередь, благодаря крабам получают мобильность, ведь самостоятельно передвигаться они не могут. Это даёт им возможность захватывать своими щупальцами большее количество пищи.
В яйца, откладываемые саламандрами, проникают зелёные водоросли. Они снабжают эмбрион кислородом, а взамен получают азот от отходов эмбриона. Недавно было обнаружено, что такой симбиоз передаётся по наследству, так как ДНК водорослей содержится непосредственно в репродуктивных органах взрослых саламандр.
Резюмируя все, сказанное о симбиозе, можно придти к следующим выводам. Симбиоз – явление, достаточно широко распространенное в природе, но свойственное преимущественно существам, стоящим на невысоких ступенях развития, – он сравнительно редок у позвоночных, и среди последних наблюдается только у рыб. Из двух сожителей обыкновенно один более низко организован и значительно меньше по размерам. При этом можно различать симбиоз индивидуальный, возникающий между двумя особями (рак-отшельник и актиния), и симбиоз групповой – объединяющий одну особь со множеством других (актиния и зооксантеллы, мотыльковое растение и клубеньковые бактерии); наконец, возможен симбиоз общественный, при котором одна особь является сожителем целой общины, как это мы видим в сожительстве мирмекофилов и термитофилов.
Возникновение симбиоза основывается на частоте столкновений между разнородными организмами, – чем чаще последнее происходит, тем более возможно возникновение сожительства в той или иной форме. Вместе с тем, для образования симбиоза необходимо противоречие интересов, – нельзя себе представить сожительства между двумя видами актиний или между двумя зелеными растениями. Зато при предъявлении со стороны обоих участников сожительства требований, диаметрально противоположных, возможно образование такого тесного комплекса, который производит впечатление как бы одного организма, имеющего к тому же некоторые преимущества в борьбе за существование.
Как мы видели, симбиоз достигает различной полноты и сложности, и в развитии его можно различить следующие этапы:
1) простое пространственное сближение, связанное с получением одним из сожителей места жительства и защиты – таковы случаи синойкии, эпойкии и эндойкии;
2) участие сожителя, кроме того, в получении пищи, – случаи комменсализма, сотрапезничества (например, рыба-прилипало или молодые макрели и медуза);
3) получение сожителем пищи, защиты и передвижения – сожительство актиний и раков-отшельников;
4) тесная взаимная связь и зависимость в смысле всего обмена веществ, защиты и перемещения – случаи внутриклеточного и внутритканевого симбиоза;
5) полное слияние в одну индивидуальность, как у лишайников.
Само собой разумеется, что между этими категориями границы не являются резкими и имеются переходы.
Из всего сказанного вполне ясно, что сожительство двух дополняющих друг друга организмов является ценным орудием в борьбе за существование. Оно дает ряд преимуществ и возможностей, не свойственных каждому из них в отдельности; при соединении каждый из участников извлекает какую-нибудь пользу: он оказывается или лучше защищенным, или получает пищу, какой иначе не мог бы добыть, или приобретает способность перемещаться за чужой счет, не затрачивая собственной энергии.
Таким образом, явления сожительства свидетельствующие как бы о возникновении содружества между сожителями, в действительности служат тому же основному принципу жизни: стремлению одержать верх в борьбе за существование, отстоять свою индивидуальность и обеспечить свое потомство. Именно, выгода симбиоза в борьбе за существование вызывает его постепенное развитие, совершенствование и делает его одним из важных факторов эволюции.
|
