Колония (биология)
В биологии колония особей состоит из двух или более одного вида , живущих в тесной связи или связанных друг с другом. Эта ассоциация обычно создана для взаимной выгоды, например, для более сильной защиты или возможности атаковать более крупную добычу. [ 1 ]
Колонии могут образовываться различной формы и способами в зависимости от задействованного организма. Например, бактериальная колония представляет собой скопление идентичных клеток (клонов). Эти колонии часто формируются и растут на поверхности (или внутри) твердой среды, обычно полученной из одной родительской клетки. [ 2 ]
Колонии в контексте развития могут состоять из двух или более унитарных (или одиночных) организмов или представлять собой модульные организмы. Унитарные организмы имеют определенное развитие (установленные стадии жизни) от зиготы до взрослой формы, а особи или группы особей (колонии) визуально различимы. Модульные организмы [ 3 ] имеют неопределенные формы роста (стадии жизни не установлены) из-за повторяющихся итераций генетически идентичных модулей (или особей), и может быть трудно отличить колонию в целом от модулей внутри нее. [ 4 ] В последнем случае модули могут выполнять определенные функции внутри колонии.
Напротив, одиночные организмы не объединяются в колонии; в них все особи живут независимо и обладают всеми функциями, необходимыми для выживания и размножения.
Некоторые организмы в первую очередь независимы и образуют факультативные колонии в ответ на условия окружающей среды, в то время как другие должны жить в колонии, чтобы выжить ( облигатные ). Например, некоторые пчелы-плотники образуют колонии, когда между двумя или более основательницами гнезда формируется доминирующая иерархия. [ 5 ] (факультативная колония), тогда как кораллы — животные, физически связанные живой тканью ( ценосарком ), содержащей общую гастроваскулярную полость .
Типы колоний
[ редактировать ]Социальные колонии
[ редактировать ]
Одноклеточные и многоклеточные унитарные организмы могут объединяться в колонии. Например,
- Протисты, такие как слизевики, представляют собой множество одноклеточных организмов, которые объединяются в колонии, когда трудно достать пищевые ресурсы, поскольку вместе они более реагируют на химические сигналы, выделяемые предпочтительной добычей.
- Эусоциальные насекомые, такие как муравьи и медоносные пчелы, — это многоклеточные животные, живущие колониями с высокоорганизованной социальной структурой. Колонии некоторых общественных насекомых можно отнести к суперорганизмам . [ 6 ]
- Животные , такие как люди и грызуны , образуют гнездовые или гнездовые колонии , потенциально для более успешного спаривания и лучшей защиты потомства.
- Пещера Бракен является летним домом для колонии, насчитывающей около 20 миллионов мексиканских летучих мышей со свободным хвостом , что делает ее крупнейшей известной концентрацией млекопитающих. [ 7 ]
Модульные организмы
[ редактировать ]
Модульные организмы — это те, в которых генет (или генетическая особь, образовавшаяся из полученной половым путем зиготы, ) размножается бесполым путем с образованием генетически идентичных клонов, называемых раметами . [ 8 ]
— Клональная колония это когда ветви генета живут в непосредственной близости или физически связаны. Раметы могут обладать всеми функциями, необходимыми для выживания самостоятельно или для взаимозависимости от других раметов. Например, некоторые морские анемоны проходят через процесс разрыва педали, при котором генетически идентичная особь образуется бесполым путем из ткани, отколовшейся от педального диска анемоны. У растений клональные колонии создаются путем размножения генетически идентичных особей столонами или корневищами .
Колониальные организмы — это клональные колонии, состоящие из множества физически связанных и взаимозависимых особей. Субъединицы колониальных организмов могут быть одноклеточными, как у водоросли Volvox ( ценобий ), или многоклеточными, как у типа Bryozoa . Колониальные организмы, возможно, были первым шагом на пути к многоклеточным организмам . [ 9 ] Особей внутри многоклеточного колониального организма можно назвать раметами , модулями или зооидами . Структурные и функциональные вариации ( полиморфизм ), если они присутствуют, обозначают такие обязанности рамета, как питание, размножение и защита. С этой целью физическая связь позволяет колониальному организму распределять питательные вещества и энергию, полученные от кормления зооидов, по всей колонии. Гидрозойный португальский военный корабль — классический пример колониального организма, один из многих представителей таксономического класса. [ 10 ]
Микробные колонии
[ редактировать ]Микробная колония определяется как видимое скопление микроорганизмов, растущих на поверхности или внутри твердой среды, предположительно выращенных из одной клетки. [ 11 ] Поскольку колония является клональной , и все организмы в ней происходят от одного предка (при условии отсутствия загрязнения ), они генетически идентичны, за исключением любых мутаций (которые происходят с низкой частотой). Получение таких генетически идентичных организмов (или чистых штаммов ) может быть полезным; это делается путем распределения организмов на культуральной чашке и создания нового поголовья из единственной образовавшейся колонии. [ 12 ]
Биопленка — это колония микроорганизмов , часто состоящая из нескольких видов, свойства и возможности которых превосходят совокупность возможностей отдельных организмов. [ 13 ]
Онтогенез колоний эусоциальных насекомых
[ редактировать ]Онтогенез колонии относится к процессу развития и развитию колонии. Он описывает различные этапы и изменения, которые происходят внутри колонии от ее первоначального формирования до зрелого состояния. [ 14 ] Точная продолжительность и динамика онтогенеза колонии могут сильно варьировать в зависимости от вида и условий окружающей среды. [ 15 ] [ 16 ] Такие факторы, как доступность ресурсов, конкуренция, [ 17 ] а сигналы окружающей среды могут влиять на ход и результат развития колонии. [ 18 ]
В ходе онтогенеза колонии эусоциальных насекомых, таких как муравьи и пчелы, колония проходит несколько отдельных фаз, каждая из которых характеризуется определенными моделями поведения, разделением труда и структурными модификациями. Хотя точные детали могут варьироваться в зависимости от вида, общий прогресс обычно включает в себя ряд четко определенных этапов, подробно описанных ниже. [ 19 ] [ 20 ]
Стадия основания
[ редактировать ]На этом начальном этапе одна особь женского пола или небольшая группа особей женского пола, часто называемых основательницей(ями), королевой(ами) (и королями для термитов) или первичными репродуктивными особями, основывают новую колонию. Основательницы строят базовую структуру гнезда и начинают откладывать яйца. Основательницы также могут выполнять на этой ранней стадии задачи, не связанные с репродуктивной функцией, например, выкармливать первые яйца и покидать гнездо для сбора ресурсов.
Появление рабочих
[ редактировать ]Это также известно как эргономический этап. По мере развития яиц, отложенных основательницами, они дают начало первому поколению рабочих. Эти рабочие могут брать на себя различные задачи, такие как добыча пищи, уход за выводком и содержание гнезда. Первоначально численность рабочих относительно невелика, и их задачи не столь специализированы. По мере роста колонии появляется больше рабочих, и разделение труда становится более выраженным. Некоторые особи могут специализироваться на таких задачах, как добыча пищи, защита или уход за выводком, в то время как другие могут брать на себя общие задачи в гнезде. [ 21 ] Эти специализированные задачи могут меняться на протяжении жизни работника.
Репродуктивная фаза
[ редактировать ]В определенный момент онтогенеза колонии, обычно после периода роста и созревания, колония производит репродуктивные особи, включая новых девственных маток (принцесс) и самцов. Эти особи имеют потенциал покинуть гнездо и основать новые колонии, обеспечивая передачу генофонда своей натальной колонии.
Смерть колонии
[ редактировать ]Со временем колонии могут пройти фазу старения, когда репродуктивная способность снижается, а общая жизнеспособность колонии снижается. В конце концов, колония может вымереть или быть заменена новым поколением репродуктивных особей. После смерти королевы в моногинной колонии возможная судьба, отличная от смерти колонии, включает серийную полигинию (когда девственная королева колонии заменяет мертвую королеву в качестве основного воспроизводящего ребенка) или наследование колонии (когда рабочий берет на себя роль основного воспроизводящего ребенка). . [ нужна ссылка ]
История жизни
[ редактировать ]Особи в социальных колониях и модульных организмах получают выгоду от такого образа жизни. Например, может быть легче искать пищу, защищать место гнездования или повышать конкурентоспособность по отношению к другим видам. Способность модульных организмов размножаться не только половым путем, но и бесполым, дает им уникальные преимущества, которых нет у социальных колоний. [ 8 ]
Энергия, необходимая для полового размножения, варьируется в зависимости от частоты и продолжительности репродуктивной активности, количества и размера потомства, а также родительской заботы. [ 22 ] В то время как отдельные люди несут все эти затраты на энергию, люди в некоторых социальных колониях разделяют часть этих затрат. [ нужна ссылка ]
Модульные организмы экономят энергию, используя в течение своей жизни бесполое размножение. Запасенная таким образом энергия позволяет им направлять больше энергии на рост колонии, восстановление утраченных модулей (из-за нападения хищников или по другой причине смерти) или реакцию на условия окружающей среды. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джексон, JBC (1977). «Конкуренция на морских твердых субстратах: адаптивное значение одиночных и колониальных стратегий». Американский натуралист . 111 (980): 743–767. дои : 10.1086/283203 . S2CID 84687243 .
- ^ «Колония – Биологический онлайн-словарь» . www.biology-online.org . Проверено 6 мая 2017 г.
- ^ Хиберт, Лорел С.; Симпсон, Карл; Тиоццо, Стефано (19 апреля 2020 г.). «Колониальность, клональность и модульность у животных: слон в комнате» (PDF) . Журнал экспериментальной зоологии, часть B: Молекулярная эволюция и эволюция развития . 336 (3): 198–211. дои : 10.1002/jez.b.22944 . ISSN 1552-5007 . ПМИД 32306502 . S2CID 216030034 .
- ^ Бегон, Майкл; и др. (2014). Основы экологии (4-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-470-90913-3 .
- ^ Данн, Т.; Ричардс, Миннесота (2003). «Когда пчела становится социальной: взаимодействие между экологическими ограничениями, стимулами, охраной и родством у факультативно социальной пчелы-плотника» . Поведенческая экология . 14 (3): 417–424. дои : 10.1093/beheco/14.3.417 .
- ^ Канчиани, М.; Арнеллос, А.; Морено, А. (2019). «Пересмотр суперорганизма: организационный подход к сложной эвсоциальности» . Границы в психологии . 10 : Статья 2653. doi : 10.3389/fpsyg.2019.02653 . ПМК 6901679 . ПМИД 31849768 .
- ^ Гроув, Ноэль (декабрь 1988 г.). «Тихо бережем природу». Нэшнл Географик . 174 (6): 822.
- ^ Jump up to: а б Уинстон, Дж. (2010). «Жизнь в колониях: изучение инопланетного образа жизни колониальных организмов» . Интегративная и сравнительная биология . 50 (6): 919–933. дои : 10.1093/icb/icq146 . ПМИД 21714171 .
- ^ Альбертс, Брюс; и др. (1994). Молекулярная биология клетки (3-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 0-8153-1620-8 . Проверено 11 июня 2014 г.
- ^ «Гидрозоа» . Сеть разнообразия животных . Проверено 6 мая 2017 г.
- ^ Тортора, Джерард Дж.; Берделл Р., Функе; Кристин Л., Дело (2009). Микробиология. Введение . Берлин: Бенджамин Каммингс . стр. 170–171. ISBN 978-0-321-58420-5 .
- ^ Сандерс, скорая помощь (2012). «Асептические лабораторные методы: методы посева» . Журнал визуализированных экспериментов (63): e3064. дои : 10.3791/3064 . ПМЦ 4846335 . ПМИД 22617405 .
- ^ Наделл, Кэри Д.; Ксавье, Жоао Б.; Фостер, Кевин Р. (январь 2009 г.). «Социобиология биопленок» . Обзоры микробиологии FEMS . 33 (1): 206–224. дои : 10.1111/j.1574-6976.2008.00150.x . ПМИД 19067751 .
- ^ Жанна, РЛ (1986). «Эволюция организации труда у общественных насекомых». Итальянско-итальянский зоологический журнал Monitore Zoologico . 20 : 119–133.
- ^ Келлер, Л. (1998). «Продолжительность жизни королевы и характеристики колонии муравьев и термитов». Общество насекомых . 45 (3): 235–246. дои : 10.1007/s000400050084 . S2CID 24541087 .
- ^ Келлер, Л.; Жену, М. (1997). «Необычайная продолжительность жизни муравьев: проверка эволюционных теорий старения» . Природа . 389 (6654): 958–960. Бибкод : 1997Natur.389..958K . дои : 10.1038/40130 . S2CID 4423161 .
- ^ Кронин, Адам Л.; Федеричи, Пьер; Думс, Клоди; Моннен, Тибо (1 февраля 2012 г.). «Влияние внутривидовой конкуренции на распределение ресурсов при создании зависимой колонии у общественного насекомого» . Экология . 168 (2): 361–369. Бибкод : 2012Oecol.168..361C . дои : 10.1007/s00442-011-2098-6 . ISSN 1432-1939 . ПМИД 21833638 .
- ^ Шувенк, Томас; Базиль, Матье; Ли, Хоу-Фэн; Су, Нань-Яо (25 ноября 2014 г.). «Нестабильность развития в зарождающихся колониях социальных насекомых» . ПЛОС ОДИН . 9 (11): e113949. Бибкод : 2014PLoSO...9k3949C . дои : 10.1371/journal.pone.0113949 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4244189 . ПМИД 25423502 .
- ^ Бурк, АФГ (1999). «Размер колонии, социальная сложность и репродуктивный конфликт у социальных насекомых» . Журнал эволюционной биологии . 12 (2): 245–257. дои : 10.1046/j.1420-9101.1999.00028.x . S2CID 85187599 .
- ^ Александр, доктор медицинских наук; Нунан, КМ; Креспи, Би Джей (1991). Яблонски, Н.Г.; Джайн, В.; Ярчоу, Х.; Шульце-Макух, П.; Дойч, Т. (ред.). Эволюция эусоциальности . Биология голого землекопа. Том. 3. п. 44.
- ^ Фридманн, Д.; Джонсон, Б.; Линксвайер, Т. (2020). «Распределенная физиология и молекулярные основы социальной жизни эусоциальных насекомых» . Гормоны и поведение . 122 : 104757. doi : 10.1016/j.yhbeh.2020.104757 . ПМИД 32305342 . S2CID 216030233 .
- ^ Кунц, TH; Оррелл, Канзас (2004). «Энергетические затраты на воспроизводство». Энциклопедия энергетики . 5 : 423–442. дои : 10.1016/B0-12-176480-X/00061-9 .