Наука біологія, що вивчає життя на Землі, не припиняє дивувати своїх адептів. Вона все детальніше розкриває складні структурні рівні взаємин різних проявів життя один з одним і з навколишнім середовищем. Одним з перспективних напрямків в розумінні того, яку роль відіграють прокаріоти (бактерії) в життя макроорганизмов, є вивчення присутності бактерій в клітинної життя рослин.
встановлення присутності
Незважаючи на поважний вік самої науки біології, мікробіологи тільки в кінці 19-го століття змогли виявити деякі характеристики спільного життя бактерій і рослин. Лише потім, з появою електронних мікроскопів, були встановлені механізми тих зв'язків, існування яких тільки констатувалося при вивченні організмів більш примітивними інструментами.
Сьогодні біологія має відомості про наступні види взаємодії бактерій і рослин:
- мутуалізмом (роль, яка відведена бактеріям і рослинам в цьому взаємовигідному симбіозі - допомагати один одному);
- паразитизм (значення і роль симбіонтів в такому союзі негативна: симбіонт-паразит шкодить симбіонтів-господаря; в переважній більшості відомих випадків паразитами є бактерії);
- комменсализм (бактерії або гриби отримують живлення від господаря-рослини, при цьому самому господареві в результаті такого харчування шкоди не завдається).
Детальніше можна побачити класифікацію в таблиці.
Крім поділу за характером корисності, симбіози рослин з прокариотами можуть перебувати поза клітинами рослин (екзосімбіози) або з ураженням еукаріотичних рослинних клітин (ендосимбіоз).
Перші описи мутуалізму біологія отримала в результаті досліджень голландського ботаніка Бейерінк, проведених в 1888 році. Він вивчав бульби бобових рослин, природою яких біологія цікавилася, починаючи з 17-го століття. У процесі вивчення бралися стерильні насіння бобових рослин і пророщують в контрольованих умовах. Одне насіння в процесі життя оброблялися чистими культурами бактерій (спеціально розведеними в лабораторних умовах штамами), виділених з клубеньков, інші - не оброблялися.
Користь симбіозу встановлювалася набагато довше, і на сьогоднішній день біологія має наступний опис процесу цього корисного взаємодії:
- У кожного виду бобових рослин є свої персональні бактерії-симбіонти (у конюшини - свої, у гороху - свої, у бобів - свої). Така персоніфікація має значення при взаємодії білків (лектинів) кореневих волосків рослини з вуглеводами клітинної мембрани бактерій. Білки кожного виду бобових мають свої відмінні риси. Саме тому потрібні різні вуглеводи в бактеріальних клітинних мембранах для успішної спільної життя.
- В процесі проростання насіння рослин, в ризосфері (область грунту біля коренів) накопичуються органічні поживні речовини, які виділяють коріння в грунт в процесі свого зростання. Залучені цієї органікою бактерії взаємодіють з кореневими волосками рослин і через них проникають в еукаріотичні клітини коренів бобових.
- З моменту проникнення бактерій в тканини кореня, в кореневих клітках починають вироблятися особливі білки - флавоноїди (вченими визначена провідна роль флавоноїдів у формуванні забарвлення рослин). У відповідь на збільшення кількості флавоноїдів бактерія починає виробляти білки, що відповідають за узгодженість дій бактеріальної клітини і кореневої клітини.
- Діючи узгоджено, прокариотические і еукаріотичні клітини утворюють в порожнині кореня бобового трубку, в якій і розростається бактеріальна колонія.
- В процес симбіозу бактерії позбавляють еукаріотичні клітини від надлишку кисню і фіксують азот з атмосфери в бульбах кореневої системи. Атмосферний азот фіксується тільки в цих симбіотичних утвореннях за рахунок синтезу в них захисного білка - леггемоглобін.
Велику роль така спільне життя грає в сільському господарстві як єдиний природний спосіб збагатити сільгоспугіддя азотом.
У корисному співробітництві з рослинами задіяні не тільки бактерії, але і еукаріоти - гриби. Причому механізм взаємодії дуже схожий. Гриби в процесі життя утворюють в коренях рослин міцелій (грибницю), яка відіграє активну роль в забезпеченні і рослини і грибів фосфором і органікою з грунту. Такий симбіоз грибів і рослин називається микориза.
паразитизм
Біологія знає види організмів, які ведуть паразитичний спосіб життя в таких царства, як царство грибів, царство рослин, царство тварин і, звичайно ж, царство бактерій.
Паразит використовує господаря як джерело їжі, тим самим завдаючи йому серйозної шкоди, аж до летального результату. Процеси, які супроводжують взаємодію паразита з хазяїном, називається патогенним. Ступінь небезпеки цих процесів для організму хазяїна позначається словом вірулентність (вона буває висока, середня і низька) і залежить від кількості бактерій-патогенів, здатних викликати небезпеку для життя організму-господаря. Чим їх менше, тим вірулентність вище.
У встановленні взаємодії бактерій-фітопаразітов з клітинами рослин основну роль грають два фактори:
- адгезія (специфічні властивості бактерій, що дозволяють прилипати до клітин рослин);
- дію ферментів гідролаз (білків, прискорює хімічні реакції), які руйнують стінки еукаріотів.
Цими двома властивостями володіють паразити, які живуть не тільки за рахунок рослин, але і за рахунок грибів і тварин.
По впливу на організми господарів, як рослин, так і тварин, і грибів, діяльність бактерій-паразитів характеризується виробленням токсинів (отрут). Бактерії можуть продукувати токсини в навколишнє середовище (екзотоксини) або накопичувати отрути всередині своєї клітки, отруюючи організм господаря тільки після своєї смерті.
Біологія дала матеріал для вивчення токсинів, що впливають на життя і здоров'я рослин. У біології відомо вплив бактеріальних токсинів на рослини. Вони викликають:
- в'янення в результаті закупорки провідних судин;
- руйнування тканини (гниль);
- некрози (псування листя);
- пухлини (гіпертрофії) в результаті неправильного формування тканин рослини.
комменсализм
Біологія знає достатньо прикладів комменсализма. В основному це використання організмами-комменсаламі поверхонь інших організмів для укриття або для переміщення в просторі. При комменсализмом одному учаснику такі взаємини вигідні, а іншому - байдужі.
Широко в природі поширені комменсали-гриби. В основному гриби співпрацюють з комахами, які мають можливість рознести на своїх кінцівках грибні спори. Також відомі гриби, які виступають в якості сторони, що створює умови для успішного існування організму-комменсала. Так, гриби, що руйнують деревину, створюють умови (труху) для розвитку личинок деяких видів комах.
Взаємодія рослин і бактерій не надто багато випадками комменсализма. Навіть якщо вони і відбуваються, то носять епізодичний характер і не є стратегією виживання.