Știința biologiei, care studiază viața pe Pământ, nu încetează să-i uimească pe adepții săi. Se dezvăluie din ce în ce mai mult nivelurile structurale complexe ale relației dintre diferitele manifestări ale vieții între ele și cu mediul. Una dintre direcțiile promițătoare în înțelegerea rolului jucat de prokariote (bacterii) în viața macroorganismelor este de a studia prezența bacteriilor în viața celulară a plantelor.
Stabilirea prezenței
În ciuda vârstei venerabile a științei biologiei în sine, microbiologii au reușit să identifice anumite caracteristici ale vieții comune a bacteriilor și plantelor abia la sfârșitul secolului al XIX-lea. Abia atunci, odată cu apariția microscoapelor electronice, s-au stabilit mecanisme pentru acele legături ale căror existențe au fost constatate numai atunci când se studiau organisme prin instrumente mai primitive.
Astăzi, biologia are informații despre următoarele tipuri de interacțiuni între bacterii și plante:
- mutualismul (rolul atribuit bacteriilor și plantelor în această simbioză reciproc avantajoasă este acela de a se ajuta reciproc);
- parazitismul (semnificația și rolul simbiotanelor într-o astfel de asociere este negativă: parazitul symbiont dăunează symbiontului gazdă, în marea majoritate a cazurilor cunoscute paraziți sunt bacterii);
- Commensalism (bacterii sau ciuperci sunt hrănite din plante gazdă, în timp ce proprietarul însuși nu provoacă daune ca urmare a unei astfel de alimentații).
În detaliu, puteți vedea clasificarea în tabel.
Pe lângă separarea în funcție de natura utilității, simbioza plantelor cu procariote poate fi în afara celulelor de plante (exosimbioză) sau cu deteriorarea celulelor vegetale eucariote (endosimmioză).
Primele descrieri ale biologiei reciproce au fost obținute ca urmare a cercetărilor făcute de botanistul olandez Beyerinck, desfășurată în 1888. El a studiat nodulii de plante leguminoase, natura cărora biologia era interesată, încă din secolul al XVII-lea. În timpul studiului, s-au luat semințe sterile de leguminoase și au fost germinate în condiții controlate. Unele semințe în procesul de viață au fost tratate cu culturi pure de bacterii (special diluate în condiții de laborator cu tulpini) izolate din noduli, altele nu au fost prelucrate.
Utilizarea simbiozelor a fost stabilită mult mai mult, iar până în prezent, biologia are următoarea descriere a procesului acestei interacțiuni utile:
- Fiecare specie de plante leguminoase are propriile symbionte personale (trifoiul are propriile sale, mazărea are propriile sale, fasolea are propriile sale). O astfel de personificare este importantă în interacțiunea proteinelor (lectinelor) părului rădăcinii plantei cu carbohidrații membranei celulare bacteriene. Proteinele din fiecare tip de leguminoase au propriile caracteristici distincte. De aceea, în membranele celulare bacteriene sunt necesare diferite carbohidrați pentru o viață de succes în comun.
- În procesul de germinare a semințelor de plante, nutrienții organici se acumulează în rizosferă (regiunea solului din apropierea rădăcinilor), care secretă rădăcini în sol în timpul creșterii lor. Atrași de această bacterie organică interacționează cu firele de păr ale plantelor și prin ele pătrunde în celulele eucariote ale rădăcinilor de leguminoase.
- Deoarece penetrarea bacteriilor în țesuturile rădăcinilor, au fost dezvoltate proteine speciale - flavonoide - în celulele radiculare (oamenii de știință au determinat rolul predominant al flavonoidelor în formarea culorii plantelor). Ca răspuns la o creștere a numărului de flavonoide, bacteria începe să producă proteine care sunt responsabile pentru consistența acțiunilor celulelor bacteriene și a celulelor rădăcinii.
- Acționând în celule concertate, procariote și eucariote formează un tub de legume în cavitatea rădăcinii, în care crește colonia bacteriană.
- În procesul de simbioză, bacteriile scot celulele eucariote din oxigen în exces și fixează azotul din atmosferă în nodulii sistemului radicular. Atmosferic azot este fixat numai în aceste formațiuni simbiotice datorită sintezei proteinelor protectoare, legemoglobin, în ele.
O astfel de viață comună joacă un rol important în agricultură ca singura modalitate naturală de a îmbogăți terenul agricol cu azot.
Într-o cooperare utilă cu plantele nu sunt implicate doar bacterii, ci și eucariote - ciuperci. Și mecanismul de interacțiune este foarte asemănător. Ciupercile în procesul de viață formează în rădăcinile plantelor miceliu (miceliu), care joacă un rol activ în asigurarea plantelor și a ciupercilor cu fosfor și organice din sol. O astfel de simbioză a ciupercilor și a plantelor se numește mycorrhiza.
parazitism
Biologia cunoaște tipurile de organisme care duc o viață parazită în astfel de regate ca împărăția ciupercilor, împărăția plantelor, împărăția animalelor și, desigur, împărăția bacteriilor.
Parazitul folosește gazda ca sursă de hrană, provocându-i astfel rău grav, chiar până la moarte. Procesele care însoțesc interacțiunea parazitului cu gazda sunt numite patogene. Gradul de pericol al acestor procese pentru organismul gazdă este indicat de cuvântul virulență (este ridicat, mediu și scăzut) și depinde de numărul de bacterii-agenți patogeni care pot pune în pericol viața organismului gazdă. Cu cât sunt mai puțini dintre ei, cu atât mai mare este virulența.
În stabilirea interacțiunii bacteriilor-fitoparazite cu celulele vegetale, rolul principal este jucat de doi factori:
- aderența (proprietăți specifice ale bacteriilor, care permit aderarea la celulele plantelor);
- acțiunea enzimelor hidrolaze (proteine, reacții chimice de accelerare), care distrug pereții celulelor eucariote.
Aceste două proprietăți sunt posedate de paraziți care trăiesc nu numai în detrimentul plantelor, ci și în detrimentul fungiilor și animalelor.
Conform efectului asupra organismelor gazdă, atât plantelor cât și animalelor și ciupercilor, activitatea paraziților bacterieni se caracterizează prin dezvoltarea de toxine (otrăvuri). Bacteriile pot produce toxine în mediu (exotoxine) sau pot acumula otrăvuri în interiorul celulelor lor, otrăvind organismul gazdă numai după moartea lor.
Biologia a furnizat materiale pentru studierea toxinelor care afectează viața și sănătatea plantelor. În biologie, efectul toxinelor bacteriene asupra plantelor este cunoscut. Ele provoacă:
- înflorirea ca rezultat al ocluziunii vaselor de conducere;
- distrugerea țesuturilor (putregai);
- necroza (deteriorarea frunzelor);
- tumorilor (hipertrofiilor) ca rezultat al formării necorespunzătoare a țesuturilor vegetale.
comensualitate
Biologia cunoaște suficiente exemple de comensalism. Practic, aceasta este utilizarea organismelor commensale de către suprafețele altor organisme pentru adăpost sau pentru mișcarea în spațiu. În cazul comensalismului, o astfel de relație este benefică pentru un participant, iar cealaltă este indiferentă.
Commensals-ciupercile sunt larg răspândite în natură. În general, ciupercile cooperează cu insecte, care au capacitatea de a răspândi pe sporii lor ciuperci. Sunt cunoscute și ciupercile, care acționează ca o parte care creează condițiile pentru existența cu succes a organismului-comens. Astfel, ciupercile care distrug lemnul creează condiții (gunoaie) pentru dezvoltarea larvelor anumitor specii de insecte.
Interacțiunea dintre plante și bacterii nu este foarte bogată în cazurile de comensalism. Chiar dacă apar, ele sunt episodice și nu sunt o strategie de supraviețuire.