Spis treści

Współpraca między gatunkami

W świecie przyrody walka nie zawsze popłaca. Czasem warto nawiązać współpracę z innym gatunkiem w taki sposób, by zapewniło to obopólne korzyści.

Przykład protokooperacji między krokodylem a ptakiem czyścicielem

Źródło: Bernard DUPONT, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

- na czym polegają oddziaływania antagonistyczne i nieantagonistyczne;

- na czym polega konkurencja międzygatunkowa i wewnątrzgatunkowa;

- o jakie zasoby środowiska konkurują ze sobą rośliny i zwierzęta;

- że porosty zbudowane są z grzybów i glonów współpracujących ze sobą.

Twoje cele

- Wyjaśnisz, na czym polegają symbioza, mutualizm, komensalizm i protokooperacja oraz podasz ich przykłady.

- Wyjaśnisz, że symbioza jest wynikiem adaptacji do środowiska.

- Odróżnisz symbiozę od protokooperacji.

- Określisz na wybranych przykładach, które z poznanych zależności są korzystne dla obu stron.

1. Mutualizm

Wiele gatunków zwierząt, roślin oraz grzybów pozostaje z innymi gatunkami w relacji polegającej na współpracy i z reguły przynoszącej korzyści każdej ze stron. Ten rodzaj zależności nosi nazwę symbiozy i należy do stosunków nieantagonistycznych.

Rodzaj symbiozy, która nie tylko przynosi korzyści obu organizmom, lecz przede wszystkim jest koniecznym warunkiem ich przetrwania (ponieważ nie są zdolne do samodzielnego życia), określa się jako mutualizm, czyli symbiozę obowiązkową (obligatoryjną).

- Ten rodzaj symbiozy występuje m.in. u większości porostów – organizmów, których plechy zbudowane są z komórek glonu (najczęściej sinicy lub zielenicy) oraz strzępków grzyba. Porosty są spotykane w skrajnie niekorzystnych środowiskach, w jakich żyjące samodzielnie elementy porostu nie mogłyby przetrwać. Grzyb chroni komórki glonu przed wpływem środowiska i chłonie wodę z otoczenia, a glon przeprowadza fotosyntezę, dzięki której produkuje pokarm dla siebie i partnera. Organizmy te nawet rozmnażają się wspólnie. Tworzą łatwo odrywające się skupienia strzępków grzyba i komórek glonu, które wspólnie zasiedlają nowe środowiska.

- Bardzo ciekawym przypadkiem symbiozy jest związek między żyjącymi w Ameryce Środkowej i Ameryce Południowej mrówkami grzybiarkami a grzybami. Mrówki te nie są w stanie żywić się liśćmi, gdyż nie trawią zawartej w nich celulozy. Dlatego przygotowują z nich podłoże, zaszczepiają na nim grzyby i pielęgnują je: nawożą odchodami, zapewniają im stałą wilgotność i temperaturę, a także usuwają inne gatunki grzybów. Hodowane grzyby na końcach strzępków wytwarzają wypełnione łatwo strawnymi substancjami kuliste twory, które mrówki zrywają i wykorzystują jako pokarm dla dorosłych owadów i larw. W naturze nie spotyka się grzybiarek w gniazdach pozbawionych grzybów, zaś grzyby tych gatunków spotkać można tylko w gniazdach mrówek.

Mrówki grzybiarki

Źródło: Antti T. Nissinen, Flickr, licencja: CC BY 2.0.

Polecenie 1

Ustal i zapisz, czy związek między grzybem hodowanym przez mrówki a mrówkami grzybiarkami to mutualizm. Uzasadnij odpowiedź.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

- Szczególnym przypadkiem mutualizmu jest symbiotyczna zależność między przeżuwaczami, takimi jak krowy czy jelenie, a żyjącymi w ich układach pokarmowych mikroorganizmami. Ponieważ roślinożercy żywią się trudnym do strawienia pokarmem, w jednej z części ich wielokomorowego żołądka, zwanej żwaczem, stale żyją bakterie i pierwotniaki zdolne do trawienia celulozy. Mikroorganizmy w żołądku krowy zajmują objętość kilkunastu litrów. Co jakiś czas zawartość żwacza, częściowo rozłożona przez symbionty, wraca do jamy gębowej zwierzęcia, gdzie jest przeżuwana. Po ponownym połknięciu trawa i część mikroorganizmów jest trawiona za pomocą enzymów układu pokarmowego roślinożercy. W ten sposób przeżuwacze oprócz cukrów zdobywają białko i witaminy (głównie z grupy B i witaminy K) wytwarzane przez bakterie. Krowy pasą się ok. 8 godzin dziennie i tyle samo czasu poświęcają na przeżuwanie pokarmu.

Przeżuwanie pokarmu przez żyrafę

Źródło: William Warby, Flickr, licencja: CC BY 2.0.

- Innym przykładem symbiozy jest relacja między kwiatami a ich zapylaczami. Dzięki niej kwiaty zyskują możliwość przeniesienia gamet męskich z jednych kwiatów (osobników) na inne. W efekcie dochodzi do zapłodnienia i wytworzenia nasion. W zamian zapylacze korzystają z wytwarzanego przez kwiaty nektaru i pyłku. W przypadku niektórych gatunków roślin zapylenia może dokonać tylko jeden, specjalnie przystosowany gatunek. Tak jest u koniczyny łąkowej (czerwonej). Ma ona szczególnie długie i wąskie kwiaty, do dna których sięga tylko aparat gębowy trzmiela. Koniczyna nie może się obejść bez tego owada, ale trzmiel może żywić się również nektarem innych kwiatów. Specjalistami w zapylaniu określonych gatunków są też kolibry. Odwiedzają one jedynie te kwiaty, których kształt odpowiada idealnie kształtowi ich dziobów.

Symbioza między trzmielem i koniczyną łąkową

Źródło: Turtlefest, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.

- Mikoryza, czyli współpraca grzybów z roślinami, jest również rodzajem mutualizmu. Polega ona na oplataniu korzeni rośliny przez strzępki grzybni. Grzybnia zwiększa powierzchnię chłonną korzenia. W ten sposób grzyby pobierają i dostarczają roślinom wodę, związki fosforu i azotu. W zamian za to mogą się odżywiać pokarmem wytworzonym przez rośliny w procesie fotosyntezy. Gdy nasiona modrzewia padną na glebę przerośniętą grzybnią maślaka, szybko kiełkują i rozwijają się z nich zdrowe rośliny. Rozwój modrzewia w miejscach pozbawionych grzybni jest znacznie słabszy. Kolejne pary gatunków świadczących sobie usługi tworzą koźlarze i brzozy, borowiki i dęby, rydze i świerki.

Przykład mikoryzy między grzybem koźlarzem babką a brzozą brodawkowatą

Źródło: Anita Mowczan, licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Ogrodnicy mogą obecnie skorzystać ze szczepionek mikoryzowych – preparatów zawierających odpowiednią grzybnię. Napisz, gdzie należy ją umieścić w celu poprawy kondycji trzydziestoletniego świerka: rozpylić na igły, zakopać tuż przy pniu czy podać do gleby w odległości kilku metrów od drzewa. Uzasadnij odpowiedź.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Warto wiedzieć

Ponieważ grzyb wchodzący w skład porostu odnosi niewspółmiernie większe korzyści niż glon, wielu naukowców sądzi, że grzyb „hoduje” go dla własnych korzyści, podobnie jak ludzie uprawiają rośliny. Taka odmiana mutualizmu to helotyzm, który bardziej przypomina niewolnictwo niż współpracę. Inni naukowcy uważają nawet, że dominacja grzyba nad glonem w poroście jest tak silna, że relację między tymi partnerami należy uznać za pasożytnictwo.

2. Protokooperacja

Innym rodzajem nieantagonistycznej interakcji między osobnikami różnych gatunków jest protokooperacja. Przynosi ona duże korzyści organizmom, które jednak potrafią radzić sobie samodzielnie.

- Protokooperacja łączy np. kraby pustelniki, wyjątkowe skorupiaki pozbawione pancerza na odwłoku, z ukwiałami. Pustelniki chronią swój miękki odwłok w muszlach martwych mięczaków. Niektóre z nich, w celu dodatkowej ochrony i kamuflażu, przytwierdzają do tych muszli również ukwiały. W zamian jamochłony korzystają z darmowego transportu oraz resztek pokarmu kraba. Zdarza się, że rosnący krab zmienia muszlę na większą i niezwykle ostrożnie przenosi jamochłona na nową skorupę.

Przykład protokooperacji między krabem pustelnikiem a ukwiałem

Źródło: H. Zell, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

- Wzajemne usługi świadczą sobie też ptaki czyściciele i duże ssaki, takie jak bawoły, antylopy czy nosorożce. Roślinożercy sawanny cierpią z powodu żerujących na ich skórze i pod nią pasożytów. Same nie potrafią się ich skutecznie pozbyć. Bąkojady wydziobują je i przynoszą ulgę ssakom, w zamian uzyskując wartościowy pokarm.

Przykład protokooperacji między nosorożcem a bąkojadem

Źródło: Harvey Barrison from Massapequa, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.0.

- Podobna zależność występuje w środowisku raf koralowych. Żyją tam małe rybki – wargatki. Te zwinne zwierzęta wpływają do jam skrzelowych i gębowych dużych ryb, usuwając z trudno dostępnych miejsc pasożyty, zalegające resztki pokarmu i obumarłe tkanki. Ryby korzystające z usług wargatków często są groźnymi drapieżnikami, ale nie próbują zjeść ryb pływających w ich paszczach. Otwierają je szeroko i rozchylają skrzela, by ułatwić czyścicielom dostęp do nich.

Polecenie 3

Wyjaśnij i napisz na wybranym przykładzie, jakie znaczenie adaptacyjne ma symbioza lub protokooperacja dla uczestniczących w niej organizmów.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

3. Komensalizm

Najmniej zobowiązującą nieantagonistyczną współzależnością między organizmami jest komensalizm, zwany także współbiesiadnictwem. Pojawia się wtedy, gdy jeden z organizmów odnosi korzyści z obecności drugiego, natomiast drugi nie odnosi ani korzyści, ani strat.

- Komensalami są głównie padlinożercy żywiący się resztkami pozostawionymi przez drapieżniki, a także zwierzęta korzystające z odchodów innych gatunków. Tak jest w przypadku żuka gnojowego, który składa jaja w końskich odchodach. Żuk odnosi korzyść z obecności koni, gdyż bez ich odchodów jego larwy nie miałyby pokarmu. Z kolei dla koni obecność żuków jest całkowicie obojętna.

Żuk gnojowy

Źródło: Andi Gentsch, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.

- Innym przykładem komensalizmu w świecie zwierząt są lwy, które udostępniają resztki pożywienia hienom, sępom lub marabutom. Lwy nie ponoszą z tego powodu strat, ponieważ upolowane zwierzę jest zazwyczaj za duże, aby mogły je zjeść same.

- Podnawka (Echeneis naucrates) przyczepia się do dużych kręgowców morskich, m.in. rekinów, za pomocą przyssawki na szczycie głowy. Dzięki temu szybciej się przemieszcza, a przy okazji korzysta z resztek pożywienia tego drapieżnika. Jej obecność jest zupełnie obojętna dla rekina.

Polecenie 4

Nazwij i opisz relacje biologiczne między psem domowym a człowiekiem.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podsumowanie

- Zależności nieantagonistyczne przynoszą korzyści przynajmniej jednej ze stron.

- Symbioza jest sposobem przystosowania do środowiska, to ścisły związek dwóch gatunków, przynoszący im obustronne korzyści i konieczny do ich przetrwania.

- Gatunki żyjące ze sobą w symbiozie zwykle mają przystosowania umożliwiające im pozostawanie w tej zależności, przejawiające się np. w budowie ciała.

- Protokooperacja to współzależność między dwoma gatunkami przynosząca korzyści obu stronom, która nie jest konieczna do przeżycia.

- Komensalizm to zależność, w której jeden gatunek czerpie korzyści z obecności drugiego, nie wyrządzając mu szkody ani nie przynosząc korzyści.

Praca domowa

Polecenie 1

Podaj i zapisz przykład relacji symbiotycznej między człowiekiem a innym gatunkiem i omów ją.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

komensalizm

nieantagonistyczna forma współżycia między organizmami należącymi do różnych gatunków, w której jeden z organizmów odnosi korzyść, drugi natomiast nie ponosi ani strat, ani korzyści

mikoryza

mutualistyczna zależność między grzybami a roślinami naczyniowymi; grzyb dostarcza wodę i związki mineralne, a rośliny pokarm

mutualizm

nieantagonistyczna forma współżycia między organizmami należącymi do różnych gatunków, przynosząca korzyści każdemu z tych gatunków i konieczna dla ich przetrwania

protokooperacja

nieantagonistyczna forma relacji między organizmami należącymi do różnych gatunków, w której oba organizmy odnoszą korzyści; protokooperacja nie jest konieczna do przeżycia uczestniczących w niej osobników

przeżuwacze

ssaki parzystokopytne, roślinożerne, o czterokomorowym żołądku, w którym odbywa się trawienie celulozy z wykorzystaniem symbiotycznych mikroorganizmów

stosunki nieantagonistyczne

rodzaj zależności międzygatunkowych, które są korzystne dla obu populacji lub jednej z nich; zaliczamy do nich mutualizm, protokooperację i komensalizm

symbioza

nieantagonistyczna forma współżycia między organizmami należącymi do różnych gatunków, korzystna przynajmniej dla jednej strony i nieszkodząca innej

Zadania

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Wskaż korzyści odnoszone przez organizmy uczestniczące w mikoryzie.

Zaznacz prawidłowe odpowiedzi.

- ochrona grzybów przed patogenami przez rośliny

- dostarczanie grzybom soli azotu i fosforu przez rośliny

- dostarczanie grzybom wody przez rośliny

- ochrona roślin przed mikroorganizmami chorobotwórczymi przez grzyby

- odżywianie się grzyba związkami organicznymi produkowanymi przez rośliny

- dostarczanie soli mineralnych roślinom przez grzyby

- odżywianie się roślin związkami organicznymi produkowanymi przez grzyby

Źródło: Barbara Szydzik <Barbara.szydzik@up.wroc.pl>, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Połącz w pary ilustracje i nazwy zależności.

protokooperacja

komensalizm

mutualizm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 3

Wskaż organizmy, które łączy zależność symbiotyczna.

Zaznacz prawidłowe odpowiedzi.

- liany i drzewa, po których liany wspinają się do góry

- ludzie i myszy, które żywią się zapasami w kuchni

- drzewa czereśni i szpaki, które zjadają ich owoce

- gąsienice i ptaki

- bakterie jelitowe i człowiek

Źródło: Barbara Szydzik <Barbara.szydzik@up.wroc.pl>, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 4

Uzupełnij poniższy tekst, przeciągając w puste miejsca właściwe określenia.

Symbioza grzybów z korzeniami roślin to    .

Oplatając korzenie drzew, grzyby     im pobieranie wody i składników mineralnych. W zamian otrzymują wytworzony przez rośliny    . Zależność ta sprawia, że rośliny są     odżywione.

ułatwiają     pokarm     gorzej     tlen     lepiej     pasożytnictwo     mikoryza     utrudniają

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 5

„Środkowoamerykański gatunek mrówek wędrownych żyje w mrowisku z innym gatunkiem owada – rybikami. Organizmy te żyją wśród mrówek, korzystając z pożywienia zdobywanego przez armię mrówek. Same mrówki nie ponoszą żadnych strat z ich obecności, ale też nie odnoszą korzyści”.

Indeks górny Źródło: P. Solomon Eldra, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Biologia, wyd. Multico, Warszawa 2013. Indeks górny koniecŹródło: P. Solomon Eldra, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Biologia, wyd. Multico, Warszawa 2013.

Wybierz rodzaj oddziaływania, jaki zachodzi między tymi organizmami.

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- protokooperacja

- mutualizm

- symbioza

- komensalizm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 6

Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe.

Stwierdzenie

Prawda

Fałsz

Relacja między człowiekiem a hodowanym przez niego bydłem mlecznym to przykład protokooperacji.

Komensalizm jest zależnością istniejącą wyłącznie między drapieżnikami a padlinożercami.

Najmniej zobowiązującą nieantagonistyczną zależnością między organizmami jest komensalizm.

Przykładem gatunków żyjących w protokooperacji są bąkojad i słoń.

Zależność symbiotyczną między grzybami i drzewami można nazwać mutualizmem.

Porosty można rozdzielić na dwa niezależnie funkcjonujące organizmy.

Źródło: Barbara Szydzik <Barbara.szydzik@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 7

Ustal, jakie zależności łączą pary organizmów. Przyporządkuj organizmy do rodzaju zależności, która je łączy.

mutualizm

protokooperacja

komensalizm

Przenieś element.mrówki grzybiarki i grzyby w ich mrowiskach

Przenieś element.żuk gnojowy korzystający z odchodów konia

Przenieś element.grzyby i glony tworzące porost

Przenieś element.sęp pożywiający się padliną pozostawioną przez lwa

Przenieś element.krab pustelnik i żyjący na jego skorupie ukwiał

Przenieś element.mrówki broniące mszyc przed biedronkami i pijące słodką wydzielinę mszyc

Źródło: Barbara Szydzik <Barbara.szydzik@up.wroc.pl>, licencja: CC BY-SA 3.0.

Notatnik

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.