Что такое протокооперация в биологии

Что значит протокооперация

Иногда протокооперация может быть нарушена в результате вмешательства человека. Применение пестицидов негативно влияет на насекомых-опылителей и, следовательно, на растительный мир. Но человек также может делать и положительный вклад — например, вручную опыляя растения для повышения урожайности. Однако этот метод неэффективен на больших площадях.

Ранние исследования в этой области были проведены в XIX веке. Ученые начали исследовать процессы опыления у растений. Одними из первых, кто изучал явление, были Грегор Мендель и Чарльз Дарвин. Мендель провел исследования гибридизации растений и выявил законы наследования признаков, а Дарвин предложил теорию естественного отбора.

Характеристика

1. Взаимная выгода: каждый организм предоставляет определенные ресурсы или услуги, которые требуются другому организму, и взамен получает определенные преимущества.
2. Специализация: позволяют выполнять определенные функции или предоставлять необходимые ресурсы. Это может быть связано с морфологическими, физиологическими или поведенческими адаптациями.
3. Взаимозависимость: участники протокооперации становятся взаимозависимыми друг от друга в процессе взаимодействия. Они развиваются вместе и зависят друг от друга для успешного функционирования и выживания.
4. Вариабельность: проявляется в различных формах и механизмах, в зависимости от конкретных видов и условий окружающей среды. Различные виды организмов могут развивать уникальные стратегии сотрудничества для достижения своих целей.
5. Эволюция и адаптация: в процессе естественного отбора и адаптации организмы развивают адаптации, которые улучшают их взаимодействие и повышают эффективность сотрудничества. Это структурные, физиологические или поведенческие изменения.
6. Зависимость и уязвимость: они становятся взаимозависимыми от предоставляемых ресурсов или услуг друг друга. Это делают их уязвимыми, так как нарушение взаимодействия или отсутствие одного из участников негативно влияет на обоих.
7. Распространена в различных экосистемах и среди разных видов организмов. Разнообразие форм протокооперации отражает разнообразие стратегий и механизмов, которые развивают организмы для взаимодействия и обмена ресурсами.
8. Важность для экосистем: играет важную роль в поддержании баланса и стабильности экосистем. Она способствует эффективному использованию ресурсов, улучшению разнообразия и жизнеспособности организмов, а также поддержанию пищевых цепей и взаимосвязей в экосистеме.

Особенности

У растений

1. Взаимодействуют с разными видами опылителей, такими как насекомые, птицы и даже некоторые млекопитающие.
2. Имеют адаптации, чтобы привлечь определенных опылителей или отпугнуть вредителей.
3. Происходит как между индивидуальными растениями, так и между растительными колониями.
4. Развивают адаптации для опыления ветром или для распространения семян через животных.
5. Сотрудничают между собой, обеспечивая друг другу поддержку и доступ к воде и питательным веществам.
6. Специализация ролей: каждый вид выполняет определенные функции или предоставляет определенные ресурсы, которые необходимы для выживания и размножения другого вида. Например, один вид может предоставлять убежище, а другой — питательные вещества или защиту.

У животных

1. Разнообразие опылителей:  от насекомых и птиц до летучих мышей и млекопитающих.
2. Симбиотические отношения: различные виды животных сосуществуют во взаимовыгодной связи. Например, птицы-очистители сидят на спинах крупных животных, питаясь паразитами и вредителями, которые обитают на их коже. В этом случае, птицы получают пищу, а животные получают освобождение от паразитов и вредных организмов.
3. Сигнализация и коммуникация: животные могут использовать звуки, запахи, визуальные сигналы или жесты, чтобы координировать свои действия или предупредить о возможных опасностях. Например, стая ворон может использовать особый крик, чтобы предупредить о наличии хищника в окрестностях.
4. Эволюция и адаптация: в процессе естественного отбора и адаптации животные развивают адаптации, улучшающие их способность взаимодействовать и сотрудничать.
5. Коммуникация: используют разные методы коммуникации, чтобы привлечь опылителей. Некоторые животные производят запахи, звуки или яркие цвета, чтобы привлечь опылителей.
6. Адаптивная мимикрия: имитировать других животных и привлечь опылителей.
7. Взаимодействие с другими видами: взаимодействуют с другими видами животных, чтобы получить доступ к определенным ресурсам, например, к опылителям.
8. Коллективное поведение: некоторые существа сотрудничают между собой, обеспечивая поддержку и защиту друг друга, чтобы обеспечить выживание и размножение.
9. Совместная охота: ловить большую добычу или разделить задачи во время охоты.

Примеры

Источник: vtor-ch.blogspot.com

Растения

Микориза

В природе существует множество примеров протокооперации у растений. Некоторые из них включают взаимодействие между грибами и корнями растений, известной как микориза:

1. Выгода для растений: Грибы микоризы могут значительно улучшать поглощение воды и питательных веществ из почвы. Они образуют симбиотическую ассоциацию с корнями растений, что позволяет им получать минеральные элементы, такие как фосфор и азот, из грунта, которые иногда недоступны для растений в несимбиотических условиях. Кроме того, микоризные грибы могут улучшать устойчивость растений к стрессу, такому как засуха или пагубное воздействие патогенных микроорганизмов.
2. Выгода для грибов: В свою очередь, микоризные грибы получают органические соединения, синтезируемые растениями, в процессе фотосинтеза. Они питаются энергией, получаемой от растений, и используют ее для своего роста и размножения. Микоризные грибы получают доступ к углеводам и другим органическим соединениям, которые иначе были бы недоступны для них в почве.

Существуют два основных типа микоризы: эндомикориза и экзомикориза.

1. В эндомикоризе мицелий грибов проникает внутрь клеток корней растений, образуя арбускулы или гифы, что является характерным для семейства Poaceae (злаки) и многих других растений.
2. В экзомикоризе мицелий грибов образует мантию вокруг внешней части корней растений, не проникая в их клетки. Этот тип микоризы характерен для многих древесных растений.

Микориза является важным аспектом биологической продуктивности почвы и устойчивости экосистем. Она способствует повышению поглощения питательных веществ и воды, улучшению здоровья растений, защите от патогенов, снижению эрозии почвы и повышению устойчивости к стрессовым условиям. Микориза также имеет важное значение в процессах природного восстановления и успехе при проведении растительного разведения.

Еще несколько примеров протокооперации у растений:

1. Мирезия и муравьи: Мирезия — это растение, которое развивает взаимодействие с определенными видами муравьев. Мирезия выделяет сладкий нектар на специальных железах, расположенных на своих листьях. Муравьи питаются этим нектаром, предоставляемым мирезией, и взамен они защищают растение от хищников и конкурентов. Они могут удалять другие растения, конкурирующие с мирезией, и оборонять ее от потенциальных угроз.
2. Союзничество между растениями и грибами: Многие виды растений развивают симбиотические отношения с грибами, известные как микориза. Грибы образуют грибницы вокруг корней растений, что позволяет им увеличить поглощение воды и питательных веществ из почвы. Взамен растения предоставляют грибам углеводы, которые они производят путем фотосинтеза. Это сотрудничество обеспечивает обоюдную выгоду, так как растения получают больше питательных веществ, а грибы получают необходимые углеводы.
3. Растения-ловушки и насекомые: Плотоядные растения (например, пуантиции и просоеды) развили приспособления для ловли и питания насекомыми. Они производят клейкие жидкости, ловушки или другие механизмы, чтобы привлечь, поймать и поглотить насекомых. Взаимодействие состоит в том, что растения получают дополнительные питательные вещества из насекомых, тогда как насекомые привлекаются запахами или заманиваются обещанием нектара.
4. Растения и опылители: между растениями и опылителями, такими как пчелы и другие насекомые, представляет собой взаимодействие, где растения предлагают нектар и пыльцу в обмен на перенос пыльцы с одного растения на другое для опыления. 

• Пчелы и цветки. Многие цветы привлекают пчел своим ярким цветом, запахом и сладким нектаром. Пчелы собирают нектар и переносят пыльцу между цветками, обеспечивая опыление и увеличивая урожай. Некоторые растения, такие как липа и садовая земляника, полностью зависят от пчел для опыления.
• Колибри и цветы. Колибри — опылители растений в тропических и субтропических регионах, где они питаются нектаром и переносят пыльцу между цветками. Некоторые цветы, такие как банановые и абрикосовые, специально развиваются для опыления колибри.
• Ночные бабочки и цветы. Ночные фиалки открывают свои цветки только ночью, чтобы привлечь ночных бабочек, которые собирают нектар и переносят пыльцу между цветками.
• Осы и деревья. Осы играют важную роль в опылении некоторых деревьев, таких как дубы, грецкие орехи и яблони. Они питаются нектаром и переносят пыльцу между цветками, а также помогают защищать деревья от вредителей.
• Жуки и цветы. Крокусы и ландыши привлекают жуков своим ярким цветом и сильным запахом. Жуки собирают нектар и переносят пыльцу между цветками.

5. Анемофилия: Некоторые растения развили адаптации для опыления ветром. Они производят большое количество легкой и пыльцы, которая легко распространяется          ветром. Растения, осуществляющие анемофилию, не зависят от опылителей, таких как насекомые или птицы. Вместо этого они полагаются на случайное перенос пыльцы ветром с одного растения на другое. Такая протокооперация обеспечивает опыление и распространение генетического материала растений без необходимости зависеть от конкретных опылителей.

• Деревья: какие-то виды деревьев используют анемофилию для опыления, например дубы, буки, клены и березы.
• Травы: многие виды трав также используют анемофилию для опыления, включая пшеницу, рожь, кукурузу, овес и ячмень.
• Растения-кустарники: некоторые виды растений-кустарников, такие как орехи, используют анемофилию для опыления.
• Болотные растения: определенные болотные растения, например тростник и камыш, используют анемофилию для опыления.

6. Взаимодействие с животными для распространения семян: Некоторые растения развили адаптации для привлечения животных, которые помогают распространять их семена. Например, некоторые фрукты и ягоды имеют яркую окраску и сладкий вкус, чтобы привлечь птиц, которые поедают плоды и затем распространяют семена через свой кал. Растения могут также иметь шипы или колючки, которые прилипают к шерсти животных или одежде людей, обеспечивая тем самым перенос семян на новые места.

• Энтомофилия: опыление происходит при помощи насекомых. Некоторые растения производят цветы, запахи или нектар, чтобы привлечь насекомых. Пчелы, бабочки, мухи и жуки могут служить опылителями. Это многие виды фруктовых деревьев, цветковые растения и травы.
• Зооптилия: растения используют животных для переноса своих семян. Некоторые растения производят плоды или орехи, которые содержат семена, и используют животных, таких как звери и птицы, чтобы распространять их. Животные могут съедать плоды и орехи, а затем выбрасывать несоженные семена, что может привести к их распространению на новые места. Некоторые растения также производят плоды, которые приставляются к шерсти животных или птиц, что позволяет семенам переноситься на большие расстояния.
• Анемохория: растения используют ветер для переноса своих семян. Растения, использующие анемохорию, производят легкие семена, которые могут быть перенесены ветром на большие расстояния. Примеры: лопухи, осоты, ивы и кипарисы.
• Гидрохория: растения используют воду для переноса своих семян. Некоторые растения производят плоды, которые могут плавать на поверхности воды и переноситься по течению. Этот механизм используют некоторые виды водных растений.

7. Кооперация в колониях растений: индивидуальные растения взаимодействуют и сотрудничают между собой. Клонирующиеся растения, такие как ковыль и клоновая трава, распространяются путем создания горизонтальных стеблей или корневищ, которые дают жизнь новым растениям. В таких колониях растения делятся ресурсами.

Животные

1. Симбиоз между муравьями и бабочками-чернышами: Бабочки-черныши развивают взаимоотношения с некоторыми видами муравьев. Бабочки откладывают свои яйца на растения, а личинки питаются соками растений. Муравьи, в свою очередь, защищают этих бабочек и их личинок от хищников и конкурентов, а также обеспечивают им доступ к пище и убирают отходы. Таким образом, муравьи получают пищу, а бабочки-черныши получают защиту и ресурсы для своего развития.
2. Взаимодействие между хищными искусственно выращенными птицами и гепардами: В некоторых заповедниках в Африке китоглазки сотрудничают с гепардами во время охоты. Китоглазки летают над стадом животных и посылают сигналы гепардам, указывая им местоположение добычи. Гепарды, будучи быстрыми бегунами, эффективно преследуют и схватывают добычу, которую им указывают птицы.
3. Охота львов в стае: Львы охотятся в стаях, где каждый лев выполняет определенную роль. Некоторые занимаются преследованием добычи, другие — отвлекают ее, прячутся или окружают ее. Это позволяет львам сотрудничать и повышает их вероятность успешной охоты. Кроме того, после успешной охоты львы совместно делят добычу.
4. Взаимодействие между грибами и муравьями: Некоторые виды грибов развивают симбиотические отношения с определенными видами муравьев. Грибы создают специальные структуры, называемые грибницами, которые обеспечивают питание муравьям. Взамен муравьи защищают грибницы от конкурентов и хищников, поддерживают их оптимальную влажность и распространяют споры грибов на новые места. Это взаимодействие представляет собой пример протокооперации, где муравьи получают пищу, а грибы обеспечивают среду для своего роста и размножения.
5. Кооперативное строительство гнезд у некоторых птиц: Сороки, косули и вороны сотрудничают при строительстве гнезд. Несколько птиц работают сообща, чтобы собрать материалы и построить гнездо. Они могут также предупреждать друг друга о возможных опасностях и совместно защищать гнездо. Это позволяет им повысить эффективность строительства и обеспечить безопасность будущих птенцов.
6. Социальное уход за потомством у некоторых млекопитающих: Львы, волки и гиены проявляют протокооперацию в уходе за потомством. Различные члены стаи принимают участие в охране, кормлении и воспитании молодых особей. Это позволяет увеличить выживаемость потомства и обеспечить его развитие.