Wykład 9
Interakcje wewnątrz- i międzygatunkowe
Interakcje wewnątrzgatunkowe (w tym kanibalizm)
Interakcje międzygatunkowe (drapieżnictwo i pasożytnictwo)
Interakcje między organizmami żywymi można rozpatrywać w odniesieniu do organizmów należących do jednego gatunku - interakcje wewnątrzgatunkowe - lub jako interakcje między osobnikami reprezentującymi różne gatunki - interakcje międzygatunkowe.
Interakcje które prowadzą do zwiększenia liczebności populacji zalicza się do protekcjonistycznych, a zmniejszające jej liczebność do antagonistycznych.
INTERAKCJE WEWNĄTRZGATUNKOWE
Zasady dotyczące konkurencji pomiędzy osobnikami tej samej populacji:
końcowym wynikiem konkurencji w populacji jest zmniejszenie uczestnictwa osobników w tworzeniu nowego pokolenia (i wszystkich następnych generacji)\
Przedmiotem współzawodnictwa mogą być różnego rodzaju zasoby, ale tylko wówczas gdy ich ilość pozostająca do dyspozycji populacji jest ograniczona (np. pożywienie, dobrej jakościowo wody, dogodne miejsca do zamieszkania, surowce mineralne, w tym energetyczne)
Wpływ konkurencji na osobnika jest tym większy , im większa jest w populacji liczba jego konkurentów. Dlatego ostateczny wynik konkurencyjnego oddziaływania określa się jako zależny od zagęszczenia.
ACHTUNG: nie zawsze jednak zależność naturalnych procesów populacyjnych od zagęszczenia jest wyłącznie wynikiem konkurencji wewnątrzgatunkowej. Inne przyczyny znajdują się w zakresie konkurencji międzygatunkowej (w tym zwłaszcza drapieżnictwa, pasożytnictwa i roślinożerności).
Optymalny poziom liczebności, utrzymywany dzięki mechanizmom regulacyjnym, uważa się za tzw. punkt równowagi. Jeżeli w wyniku konkurencji wewnątrzgatunkowej zachowana jest równowaga w liczebności, to określana jest ona jako gęstość bezpieczna populacji lub pojemność środowiska dla danej populacji.
Przykłady interakcji wewnątrzgatunkowej
Interakcje protekcjonistyczne
ochrona potomstwa - w przypadku człowieka polega na zabezpieczeniu wszystkich potrzeb bytowych i emocjonalnych dzieci.
ochrona członków własnej grupy rodzinnej, społecznej, narodowej, kulturowej, zawodowej…
Interakcje antagonistyczne
Wśród ssaków kanibalizm występuje na przykład u gryzoni, u których bywa on stresową reakcją na przegęszczenie populacji (dorosłe osobniki zjadają swe młode). U naczelnych (langurów) i drapieżnych (lwów) młode samce, które zawładną grupą samic zabijają nie spokrewnione z nim ich młode, tym samym w kolejnych miotach doprowadzą do przewagi swojego potomstwa i swoich genów.
U człowieka oprócz typowego ludożerstwa stwierdzono istnienie kanibalizmu wewnątrzgatunkowego. W jednej na 20 ciąż wykrywa się ślady obecności brata lub siostry którzy zostali później wchłonięci przez większy płód.
Kanibalizm
Termin „kanibalizm” początkowo faktycznie dotyczył tylko ludzi, jednak jego definicja szybko rozprzestrzeniła się na inne żywe stworzenia. Prawdopodobnie po raz pierwszy nazwa ta pojawiła się w dziennikach marynarzy, którzy wraz z Krzysztofem Kolumbem wyprawili się do Wschodnich Indii. Przypuszcza się że ekspedycja miała styczność z plemieniem Karibów - uprawiającym praktyki rytualnego pożywiania ludzkiego mięsa - i omyłkowo przekręciła jego nazwę, określając tym samym jego członków jako „kanibów”, terminem brzmieniowo zbliżonym do hiszpańskiego słowa „canibales” - spragniony, okrutny.
Antropolodzy wyodrębniają kanibalizm religijny lub rytualny (np. wśród starożytnych Azteków) oraz kanibalizm surwiwalowy (lub kanibalizm w celu przetrwania). Oprócz tego wyróżnia się także kanibalizm przestępczy.
W badaniach nad kanibalizmem dotyczącym wyłącznie człowieka stosuje się inny termin: antropofagia ( z gr. Anthropos - człowiek, phagein - pożerać). Odmianą antropofagii jest również nekrofagia (z gr. Necros - martwy), polegająca na zjadaniu przez człowieka ludzkiego mięsa pochodzącego od martwych osób.
W studiach dotyczących antropofagii uprawianej przez plemiona pierwotne stosowane są dwa dodatkowe terminy:
Egzokanibalizm - kanibalizm zewnętrzny, występujący wtedy, gdy dane plemię, kultura czy narodowość spożywa mięso ludzkie pochodzące od osobników pochodzących z innego plemienia, kultury czy narodowości.
Endokanibalizm - kanibalizm wewnętrzny, gdy osobniki pochodzące z danej wspólnoty terytorialnej czy kulturowej, spożywają ludzkie mięso pochodzącej od osobników tej samej grupy. Plemiona Papuasów z Nowej Gwinei praktykowały kanibalizm do lat 60. XX wieku, kiedy to on został prawnie zakazany.
Kanibalizm a choroby prionowe układu nerwowego
Stanley Prusiner (Nagroda Nobla 1997) odkrył czynnik sprawczy zwany prionami odpowiedzialne za neurodegeneracyjne schorzenia mózgu. Priony przenoszą się między gatunkami zwierząt ( np. poprzez domieszki do pasz zmielonych kości pochodzących od chorych zwierząt - owiec, bydła itp.)
- prionowa choroba owiec - scarpie ( trzęsawka)
- choroba prionowa bydła - choroba szalonych krów - encefalopatia gąbczasta bydła (BSE)
- choroba Creutzfelda - Jakoba - choroba prionowa człowieka
- prionowa choroba tubylców (plemię Fore) z Papua Nowa Gwinea - kuru
Podział interakcji między organizmami różnych gatunków
INTERAKCJE MIĘDZYGATUNKOWE
- neutralistyczne ( koegzystencja, saprobioza)
- protekcjonistyczne (forezja, synoikia, komensalizm, mutualizm)
- antagonistyczne
Antagonizm
- antybioza = amensalizm (0, -)
- konkurencja (-, -)
- eksploatacja (+, -) : roślinożerność, drapieżnictwo, pasożytnictwo
Antagonizm - Antybioza
Antybioza - niemożność współżycia osobników dwóch (lub więcej gatunków) obok siebie, w tej samej niszy ekologiczne wskutek wytwarzania przez jedne organizmy substancji szkodliwych dla drugich, hamujących ich procesy biologiczne.
Odmianą antybiozy jest allelopatia - bezpośrednie lub pośrednie oddziaływanie jednych roślin na inne za pośrednictwem substancji chemicznych (zwykle inhibitorów wzrostu) wydzielanych do środowiska. Rolę substancji allelopatycznych pełnią określone metabolity wtórne.
Podział substancji allelopatycznych
antybiotyki - substancje produkowane przez grzyby i działające hamująco na bakterie
koliny - substancje produkowane przez rośliny wyższe i oddziałujące na rośliny wyższe (do tej grupy należą także blastokoliny działające na kiełkowanie nasion i wzrost siewek)
fitoaleksyny (fitoncydy) - substancje produkowane przez rośliny wyższe i hamujące rozwój mikroorganizmów.
fitoksyny - substancje produkowane przez mikroorganizmy i hamujące wzrost roślin wyższych
Antagonizm - eksploatacja: roślinożerność
Hormony roślinne i zwierzęce - porównanie
Hormony zwierząt - są wytwarzane w specjalnych gruczołach dokrewnych i transportowane do miejsca swojego oddziaływania przez układ krwionośny: pod względem chemicznym należą do sterydów lub peptydów
Hormony roślin - są syntetyzowane w komórkach - zatem miejsce ich wytwarzania może zmieniać się wraz z rozwojem rośliny i przemieszczać tylko na niewielkie odległości: pod względem chemicznym są bardzo zróżnicowane i należą do kilku (strukturalnie odmiennych) typów np. purynowe (cytokininy), pochodne aminokwasów (auksyny) lub terpenoidowe (gibereliny)
Fitohormony a zwierzęta stałocieplne
Udowodniono, że w roślinach występują zarówno męskie, jak i żeńskie hormony właściwe stałocieplnym kręgowcom, w tym ludziom. Ich ilości są niejednokrotnie śladowe, ale istnieje duże zróżnicowanie pomiędzy poszczególnymi gatunkami roślin.
Rola tych hormonów jest co najmniej dwojaka:
- stymulują kiełkowanie i wzrost roślin, być może mogą mieć także związek z ekspresją płci u roślin
- zaburzają cykle miesięczne u samic ssaków (kobiet, krów, owiec) oraz ptaków np. u przepiórek
Związki roślinne wykazujące aktywność hormonalną zbliżoną do estrogenów (wytwarzanych przez jajniki) nazywane są fitoestrogenami.
Fitohormony a człowiek
Obecność znacznych ilości fitoestrogenów stwierdzono w następujących roślinach : czosnek, kawa, pietruszka, słonecznik, bulwy ziemniaków, tulipany (rośliny te spożywane w znacznych ilościach zaburzają menstruację u kobiet). Wiele fitoestrogenów znalazło zastosowanie w medycynie i kosmetyce.
W Tajlandii i Birmie kobiety od wieków wywoływały poronienia używając ekstraktu z rośliny motylkowej Pueraria mirifica zawierającej fitoestrogen - miroestrol. Obecnie preparaty z miroestrolem są szeroko stosowane w zastępczych kuracjach hormonalnych i kosmetykach.
Antagonizm - eksploatacja: drapieżnictwo
Z punktu widzenia ekologii człowiek jest wszystkożercą, a w różnych kulturach i subkulturach przeważać może pokarm pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. W diecie mięsnej człowieka (najwartościowszy rodzaj pożywienia) mogą występować różne zwierzęta pozyskiwane ze środowiska naturalnego (np. owoce morza, ryby, ptaki, ssaki, rzadziej płazy i gady) i/lub z chowu fermowego (trzoda chlewna, bydło, ptactwo, ślimaki, itd.)
Antagonizm - eksploatacja: pasożytnictwo
Nauka o pasożytach to parazytologia. Największe bogactwo pasożytów człowieka wśród zwierząt wielokomórkowych występuje w grupie robaków: płaskich (typ Platyhelminthes), obłych (typ Nematoda) i kolcogłowów (typ Acanthocephala) oraz stawonogów (Arthropoda - pajęczaków Acarida oraz owadów - Insecta). Spośród organizmów z królestwa Prostista w grupie pierwotniaków z typów Sarcomastigophora, Apicomplexa, Microsphora, Ciliophora.
Podstawowe terminy w parazytologii
Parazytoza - choroba pasożytnicza - choroba inwazyjna wywoływana przez pasożyty np. schistosomatoza wywoływana przez przywry krwi z rodzaju Schistosoma
Pasożyt - organizm, który wykorzystuje organizm innego gatunku jako środowisko życia i zdobywania pożywienia.
Pasożyt stały - organizm, który prowadzi pasożytniczy tryb życia w ciągu całego okresu rozwoju osobniczego np. świdrowiec, włosień
Pasożyt czasowy - organizm stykający się z żywicielem przez krótki czas np. owady ssące krew żywiciela - pchły, komary
Klasyfikacja pasożytów ze względu na miejsce bytowania:
Pasożyt zewnętrzny - ektopasożyt - występuje na powierzchni ciała, np. wesz ludzka, pchła, komar, pijawka lekarska
Pasożyt wewnętrzny - endopasożyt - występuje wewnątrz organizmu żywiciela (w komórkach, jamie ciała, w miąższu lub świetle narządów wewnętrznych) np. włosień spiralny, glista ludzka, owsik
Pasożyt monokseniczny - p. jednożywicielowy, związany z jednym gatunkiem żywiciela, np. tylko u człowieka występuje rzęsistek pochwowy, owsik ludzi, wesz ludzka
Pasożyt polikseniczny - p. wielożywicielowy, występujący w wielu osobnikach, nawet nie spokrewnionych gatunków żywicieli np. toksoplazma, włosień kręty
Pasożyt heterokseniczny - p. różnożywicielski, którego cykl rozwojowy zamyka się z udziałem co najmniej dwóch żywicieli (ż. pośredniego i ż. ostatecznego) np. tasiemiec nieuzbrojony (człowiek i bydło), tasiemiec uzbrojony (człowiek i świnia)
Pasożyt kosmopolityczny - gatunek pasożyta występujący na całej kuli ziemskiej np. lamblia, glista ludzka
Żywiciel ostateczny - organizm , w którym pasożyt rozmnaża się płciowo lub w którym pasożyt osiąga dojrzałość płciową, np. kotowate dla pasożytniczego pierwotniaka Toxoplasma gonidii
Żywiciel pośredni - organizm w którym występują formy larwalne pasożyta, lub w którym zachodzi rozmnażanie bezpłciowe pasożyta np. człowiek dla T. gonidii
Pasożytnictwo
Rodzaje pasożytnictwa:
Pasożytnictwo fakultatywne ( przygodne, przypadkowe) - pasożyty wykazują mały stopień powiązania z żywicielem, w tym rodzaju pasożytnictwa bytowanie kosztem żywiciela nie jest życiową koniecznością dla osobnika. Nie występuje uzależnienie metabolizmu pasożyta od metabolizmu żywiciela, ani nie występują przystosowania do życia na żywicielu lub w żywicielu.
Pasożytnictwo obligatoryjne (konieczne, bezwarunkowe) - związane jest z koniecznością prowadzenia pasożytniczego trybu życia w jakimś okresie cyklu rozwojowego lub w ciągu całego życia osobnika. Występują różne stopnie uzależnienia pasożyta od gospodarza oraz różnorodne przystosowania pasożytów. Pasożytnictwo konieczne może być : czasowe, okresowe lub stałe.
- czasowe - polega na krótkotrwałym kontakcie z żywicielem w celu pobrania pokarmu
- okresowe - wiąże się z dłuższym kontaktem, powstaniem większych uzależnień niż tylko pobieranie pokarmu, jak np. obrona, czy osłona pasożyta przez gospodarza. Ten rodzaj pasożytnictwa może być larwalny lub imaginalny, zależnie od tego czy pasożytują postacie larwalne czy postacie dojrzałe. Pasożytnictwo występujące w cyklu życiowym może wymagać tylko jednego żywiciela (p. monokseniczne) lub dwu albo kilku żywicieli (p. oligokseniczne)
- stałe (ciągłe, trwałe) - jest najbardziej zaawansowaną formą pasożytnictwa; żywiciel jest źródłem pokarmu i środowiskiem życia dla pasożyta.
Biologia i epidemiologia wybranych grup pasożytów
Typ sporowce Apicomplexa
Sporowce to formy wyłącznie pasożytnicze (ok. 5 tys. gatunków), w stadium dojrzałym nigdy nie posiadają żadnego oraganellum ruchu
Cykl życiowy bardzo skomplikowany - zaczyna się od ruchomej robakowatej formy (sporozoitu) która powstaje w sporze, sporozoit chłonie pokarm z ciała żywiciela i rozrasta się w dużą komórkę - trofozoit. Po tym etapie wchodzi w stadium schizonta; jądro schizonta dzieli się wielokrotnie, cytoplazma rozpada się na wiele fragmentów (tyle ile jąder) - tworzą się nowe komórki schizozoit. Proces schizogonii może powtarzać się wielokrotnie, po pojawieniu się pewnej liczby pokoleń rozmnażających się wegetatywnie tworzą się w końcu gamety (anizogamety). Po kopulacji gamety albo wytwarzają zygoty, które otaczają się grubą błoną (incystują się) i zamieniają się w spory, albo pozostają ruchliwe (ruchoma zygota to ookineta). Pierwszy podział zygoty jest podziałem redukcyjnym. Jądro dzieli się wielokrotnie i jest to proces sporogonii.
Malaria, zimnica (łąc. Malaria, plasmodiosis, dawna nazwa febra z łac. Febris = gorączka, także paludyzm) - ostra lub przewlekła tropikalna choroba pasożytnicza człowieka, której różne postacie wywoływane są przez jeden z pięciu gatunków (czasami kilka) jednokomórkowego pierwotniaka z rodzaju Plasmodium.
- plasmodium vivax - zarodziec ruchliwy
- plasmodium malariae - zarodziec pasmowy
- plasmodium ovale - zarodziec owalny
- plasmodium falciparum - zarodziec sierpowaty
- plasmodium knowlesi - gatunek opisany w 2008 roku
Zarodźce zimnicy (malarii), rodzaj plasmodium ( te wyżej opisane) są przenoszone przez komary z rodzaju Anopheles
Każdego roku 200 - 300 milionów ludzi zachorowuje na malarię, z tego 2 - 3 miliony umiera na tę chorobę.
- P. falciparum - żywicielem jest człowiek, występuje w Afryce, Azji, Południowa/Centralna Ameryka
- P. vivax - człowiek, Afryka, Azja, Południowa/Centralna Ameryka
- P. malariae - jak wyżej
- P. ovale - człowiek, Afryka
- P. knowlesi - małpa (makaki [macaca namestrina] - żywiciele i wektory) , człowiek, południowo-wschodnia Azja
Malaria - obszary ryzyka na świecie znajdują się między 60* szer. geogr. N a 30* S
W XX wieku światowy areał występowania malarii zmniejszył się o połowę
To co odczytałam z tabelki - obszary zagrożenia -
90% południowa Afryka, południe Sahary,
6,7% Brazylia, Kolumbia, Indie, Wyspy Salomona, Sri Lanka i Wietnam,
3,3% inne kraje
Kolejna tabelka dotycząca liczby zgonów z powodu malarii w latach 1990 - 1999
Od największego do najmniejszego:
- Azja
- Afryka
- Centralna i Południowa Ameryka
- Północna Ameryka i Europa
Potem wykres wzrasta w Afryce
Dlaczego P. falciparum jest bardziej agresywny dla człowieka niż inne gatunki zarodźców (p. vivax i p. malariae) ?
Plasmodium falciparum - genom poznano w roku 2002 ( we współpracy wielu laboratoriów, w tym French National Sequenting Centre = Genoscope); budują go 23 miliony par zasad ; ten gatunek pierwotniaka ma 14 chromosomów i około 5300 genów. Obecnie trwają prace nad określeniem funkcji poszczególnych genów.
Za 90% wszystkich przypadków śmiertelnych u ludzi odpowiada Plasmodium falciparum.
Analiza biomolekularna wykazała, że ten gatunek jest bliżej spokrewniony z zarodźcami wywołującymi malarię u ptaków niż u ludzi. Przypuszcza się że ludzie od ptaków zarazili się tym pasożytem około 10 tysięcy lat temu. Dlatego mechanizmy obronne ludzi nie są jeszcze w pełni wykształcone.
W roku 1991 udało się zlokalizować nowe geny chroniące ludzi przed malarią (tzw. geny białka głównego kompleksu zgodności tkankowej MHC - system immunologiczny używa ich do rozpoznawania zakażonych komórek). Geny te są częstsze u ludzi od wieków żyjących na terenach dotkniętych malarią. Na przykład jeden z tych genów występuje u 40% Nigeryjczyków, a tylko 1% u ludności rasy białej i mieszkańców Bliskiego Wschodu. Wielka różnorodność MHC u ludzi wskazuje na odpowiedź organizmów na presję ewolucyjną chorób pasożytniczych.
Innym genem warunkującym oporność na malarię jest gen anemii sierpowatej - często jest on stwierdzany w niektórych populacjach afrykańskich - ma go ¼ mieszkańców Gambii. Geny MHC zapobiegają 15% ciężkich przypadków malarii, a gen anemii sierpowatej w 12%.
Kolejna tabelka - Pt. „malaria - sytuacja w Polsce”
Przedstawia liczbę przypadków „importowanej” malarii
Najwięcej w latach 1996 -1998, potem spadek następnie troszkę więcej w 2001, potem znowu spadek, wzrost w 2004, spadek, w 2006 wzrost.
Światowy program walki z malarią: lata 2009 - 2015
New York, September 25, 2008 : World leaders gathered today at the 2008 Millennium Development Goals Malaria Summit to endorse an ambitious new Global Malaria Action Plan and commit nearly $3 bilion towards reducing the number of malaria deaths to near zero by by 2015 (Nature, September 2008)
Dziękuję za uwagę
By Ewelina