Исследование взаимоотношений между организмами в сообществах является
важнейшим направлением экологии. Период бурного развития бактериологии в
конце 19– начале 20 столетий совпал с периодом формирования основных
направлений дарвинизма и развитием эволюционной теории. Однако в течение
длительного времени бактериологи не уделяли внимания общебиологическим
проблемам, а эволюционисты игнорировали существование царства бактерий.
Это объясняется главным образом тем, что при изучении взаимодействия
популяций организмов необходимо знать их генетические особенности, а
генетика бактерий возникла недавно.
Существенное общебиологическое значение приобрели выполненные в 30 –
е годы прошлого века работы отечественного микробиолога Георгия
Францевича Гаузе (1910 – 1986), опубликовавшего в 1934 г. монографии
«Борьба за существование». Эта книга стала классической. Им же был
сформулирован один из важнейших законов экологии – закон Гаузе, или принцип конкурентного исключения.
Этот закон утверждает, что два вида не могут устойчиво существовать в
ограниченном пространстве, если рост численности обоих лимитирован одним
и тем же жизненно важным ресурсом, количество и (или) доступность
которого ограничены. Впоследствии эта формулировка была несколько
расширена в том отношении, что речь может идти не только о питательных
ресурсах, но и о любых других факторах среды, лимитирующих развитие
организмов. Поэтому принцип Гаузе иногда формулируют следующим образом: два вида не могут сосуществовать, если они занимают одну экологическую нишу.
Г.Ф.Гаузе в опытах с простейшими показал, как происходит конкурентное
исключение одного вида другим и как, изменяя условия опыта, можно
изменить исход этой борьбы. При этом Г.Ф.Гаузе широко использовал
математические модели динамики численности двух популяций, конкурирующих
за один и тот же пищевой ресурс, предложенные в 1926 г. В. Вольтеррой.
Поэтому иногда говорят о принципе Вольтерры – Гаузе.
Как уже говорилось, Г.Ф.Гаузе работал с простейшими. Исследования
конкурентных взаимоотношений бактериальных популяций были начаты
значительно позже. В последние годы регулярно появляются работы на эту
тему как за рубежом, так и в нашей стране. Особенно интенсивно
разрабатываются математические модели конкурентных взаимоотношений
микроорганизмов учеными Института биофизики СО АН в Красноярске.
Еще начиная с работ Л. Пастера, внимание бактериологов привлекали
явления активного угнетения одних микроорганизмов другими – процессы
микробного антагонизма.
В 1877 г., работая со своим учеником Ж. Жубером, Л. Пастер
обнаружил, что сибиреязвенные бациллы развивались только в стерильной
моче, в моче, зараженной другими бактериями, они не могли расти; кроме
того, сибиреязвенные бациллы, привитые чувствительному животному вместе с
посторонней бактерией, уже не вызывали инфекцию. В. Бабеш в 1885 г.
сообщал о существовании молочнокислых бактерий, выделяющих вещества,
ингибирующие развитие других бактерий. Позже Илья Ильич Мечников
подчеркивал, что болгарская палочка действует антагонистически на другие
микробы не только путем образования молочной кислоты, но также в
результате выделения ею специальных веществ. В 1899 г. Р. Эммерих и Д.
Лоу сообщили о способности Pseudomonas pyocyanea образовать
антибиотическое вещество, они называли его пиоцианазой. Пиоцианазу
использовали как местный антисептик. Позже стали появляться сообщения об
антибиотических веществах, продуцируемых различными бактериями. Однако в
течение многих лет эти работы велись не очень интенсивно и не приводили
к практически важным результатам.
Изучение микробного антагонизма, начиная с 30 –х годов, является
важным направлением в отечественной микробиологии. Большинство
отечественных ученых, считали, что антибиотики являются оружием
микроорганизмов в борьбе за существование. Исходя из подобных
представлений, Г.Ф. Гаузе создал оригинальное эколого-географическое
направление в изыскании продуцентов антибиотиков, позволяющее проводить
направленные поиски продуцентов новых антибиотиков
С начала 40 –х годов медицина переживает эру антибиотиков, теперь
трудно представить себе жизнь человека без использования антибиотиков в
тех или иных целях. Накопленные к этому времени наукой сведения об
антагонизме микробов были обобщены в опубликованной в 1947 г. монографии
З.А. Ваксмана «Антагонизм микробов и антибиотические вещества». Первый
оригинальный антибиотик грамицидин С, нашедший широкое применение в
медицине, был у нас получен в 1942 г. Г.Ф.Гаузе совместно с
М.Г.Бражниковой.
Большое внимание ученых в наше время привлекают также исследования тесных симбиотических взаимоотношений между микроорганизмами.
Формы взаимоотношений микроорганизмов
Типы взаимодействия
Популяции
Характер взаимодействия
А
В
Конкуренция
-
-
Каждая популяция подавляет другую
Нейтрализм