Genetyka z parazytologią lekarską
Parazytologia jest nauką o pasożytach - parazytach (łac. parasitus - pasożyt) i pasożytnictwie – parazytyzmie. Parazytologia bada morfologię, anatomię, fizjologię, cykl rozwojowy i ekologię pasożytów; przy czym pasożytnictwo rozpatruje całościowo w sensie układu: pasożyt-żywiciel. Bez znajomości biologii żywiciela (gospodarza) niemożliwe jest prawidłowe poznanie parazyta. Zajmuje się ewolucją pasożytnictwa (pochodzeniem pasożytnictwa). Parazytologia ogólna jest nauką biologiczną. Parazytologia lekarska prowadzi badania (typowo biologiczne) nad pasożytami wywołującymi u ludzi i zwierząt choroby, ponadto - profilaktyką i leczeniem chorób pasożytniczych (parazytozy – choroby wywołane przez parazyty). Parazytologia posiada własną, złożoną terminologię specjalistyczną i często - swoiste metody badań.Genetyka (łac. genesis – stworzenie; genetivus – od urodzenia, wrodzony; genetrix – rodzicielka) jest nauką o dziedziczności i zmienności organizmów żywych. Zajmuje się badaniem prawidłowości w procesie dziedziczenia, podobieństwami między spokrewnionymi pokoleniami. Termin genetyka wprowadził Bateson w 1905 r. Obecnie wyróżnia się genetykę klasyczną – rozpatrującą ogólne mechanizmy dziedziczenia oraz genetykę molekularną – badającą procesy dziedziczenia i zmienności na poziomie cząsteczkowym i biochemicznym. Procesy dziedziczenia i zmienności na poziomie populacji - bada genetyka populacyjna, wykorzystująca w dużej mierze metody matematyczne.
Genetyka jest szczególnie ważna dla medycyny, bowiem poznaje podłoże chorób dziedzicznych. Dzięki temu możliwa jest profilaktyka i przyczynowa metoda leczenia wielu chorób. Duże nadzieje daje terapia genowa, która rozwija się ostatnio bardzo intensywnie (inżynieria genetyczna). Poradnictwo genetyczne efektywnie zmniejsza częstość występowania wszystkich chorób genetycznych u rodzin wysokiego ryzyka i w rezultacie w całym społeczeństwie.
Biocenoza to zespół organizmów roślinnych i zwierzęcych (populacji) danego środowiska (biotopu) powiązanych ze sobą, który dzięki rozmnażaniu, migracjom i samoregulacji utrzymuje się w przyrodzie w stanie dynamicznej równowagi. Biocenoza i środowisko nieożywione tworzą razem nierozdzielnie powiązany, oddziałujący na siebie układ – ekosystem. Ekosystem to jednostka ekologiczna w ramach której odbywa się krążenie materii i przepływ energii. Ekosystemem jest, np. samowystarczalny las, w którym występują czynniki ekologiczne biotyczne (pożywienie, wrogowie naturalni, patogeny, pasożyty, drapieżniki) oraz czynniki abiotyczne (wilgotność, nasłonecznienie, gleba, temperatura, ruchy powietrza, geomorfologia). Każdy ekosystem w czasie swego trwania ulega zmianom. Przemiany są kierunkowe. Dzięki tym zmianom jeden ekosystem przechodzi w inny, co nosi nazwę sukcesji ekologicznej.
W biocenozie znajdują się 3 główne grupy organizmów różnorodnych pod względem sposobu zdobywania pokarmu: producenci, konsumenci i reducenci. Dzięki ich obecności w ekosystemie można wyróżnić różne poziomy troficzne, czyli kolejne ogniwa łańcucha pokarmowego: I producenci – rośliny zielone, II roślinożercy, III drapieżniki i pasożyty odżywiający się roślinożercami (lub ich kosztem), IV drapieżniki i pasożyty II rzędu.
Producenci – są to organizmy autotroficzne (samożywne), które wytwarzają materię organiczna na drodze fotosyntezy lub chemosyntezy. Stanowią pokarm dla konsumentów (roślinożercy, pasożyty nieroślinne: grzyby, bakterie, pierwotniaki /obecnie osobne podkrólestwo!/, zwierzęta pasożytnicze), reducentów i roślin pasożytniczych.
Konsumenci – organizmy heterotroficzne, korzystające z substancji gotowych, czerpiąc je bezpośrednio z roślin lub zwierząt. Stanowią drugi i dalsze poziomy troficzny w piramidach (łańcuchach) pokarmowych. Zatem są uzależnieni troficznie bezpośrednio lub pośrednio od producentów.
Reducenci (destruenci) – organizmy heterotroficzne rozkładające martwe szczątki roślin i zwierząt (saprofity), przeobrażając je enzymatycznie w związki organiczne i nieorganicznie, z których korzystają budując z nich własne ciało. Zatem martwa materia organiczna jest dla nich źródłem energii, niezbędnej do życia. Przyczyniają się do humifikacji (tworzenie próchnicy) i mineralizacji martwych szczątków roślin oraz zwierząt. Mineralizacja jest rozkładem materii organicznej do związków nieorganicznych (sole mineralne), z których korzystają producenci.
Organizmy obecne w biocenozie różnie na siebie oddziałują, tzn. istnieją między organizmami stosunki o różnym charakterze: antagonistyczne i nieantagonistyczne. Stosunki nieantagonistyczne obejmuje: protokooperację, mutualizm, komensalizm i neutralizm.
Protokooperacja – współżycie co najmniej dwóch organizmów oparte na obustronnej korzyści, trwające okresowo, ale niekonieczne do normalnej egzystencji obu organizmów. Niekiedy ma charakter przypadkowy. Jest to najniższy stopień uzależnienia symbiotycznego, np. mrówki odżywiające się elajosomami (ciałkami odżywczymi) nasion równocześnie przyczyniają się do propagacji rośliny (wilczomlecze, fiołki, glistnik, niecierpki).
Komensalizm – współżycie co najmniej dwóch organizmów, jednakże tylko jeden z partnerów uzyskuje korzyści (komensal), drugi natomiast nie ponosi w związku z tym szkód (gospodarz), np. hieny zjadają resztki mięsa pozostawione przez lwa; ryby podnawki wykorzystują rekina do transportu i odżywiają się resztkami pokarmu z upolowanej przez rekina ofiary; rośliny stanowią podporę dla pajęczyny wielu pająków; koralowce i gąbki stanowią miejsce schronienia dla wielu zwierząt.
Mutualizm – nieodzowne współżycie co najmniej dwóch organizmów oparte na obustronnej korzyści, np. współżycie grzybów z roślinami wyższymi (mikoryza), układ glonów lub sinic z grzybami w porostach; symbiotyczne bakterie i pierwotniaki w przewodzie pokarmowym zwierząt.
Stosunki antagonistyczne obejmują: pasożytnictwo, drapieżnictwo i konkurencję międzygatunkową.
Drapieżnictwo – napadanie, chwytanie i uśmiercanie ofiary w celach konsumpcyjnych. Drapieżnik przewyższa ofiarę rozmiarami, siłą i (lub) sprytem (inteligencja, mechanizm chwytania i zabijania).
Konkurencja międzygatunkowa polega na ubieganiu się co najmniej dwóch gatunków (mających zbliżone nisze ekologiczne) o czynniki niezbędne do życia (światło, woda, pożywienie, przestrzeń), które występują w ograniczonej ilości.
Z uwagi na wprowadzenie nowych układów taksonomicznych, obecnie nie można dzielić pasożyty na rośliny i zwierzęta pasożytnicze. Byłby to błąd merytoryczny. Dziś wiemy, że grzyby i bakterie nie są roślinami i do roślin obecnie nie należą! To, że grzyby i bakterie są często omawiane w podręcznikach botanicznych jest spowodowane jedynie tradycją. Bakteriologia, czy mikologia są obecnie wykładane na wydziałach biologii i nikt tam nie podciąga ich pod naukę o roślinach.
Według nowego systemu taksonomicznego wszystkie znane organizmy na Ziemi należą do dwóch królestw: Procaryota (bezjądrowych) i Eucaryota (jądrowych).
W królestwie Procaryota istnieje podkrólestwo: Eubacteria (eubakterie) i podkrólestwo Archaebacteria (archebakterie). W obrębie podkrólestwa Eubacteria wyróżniono gromadę Cyanobacteria (dawniej Cyanophyta lub Schizophyta) – sinice, gromadę Bacteria (dawniej Schizomycetes) – bakterie i gromadę Prochlorophyta – prochlorofity.
Do królestwa Eucaryota należą: podkrólestwo Protista – pierwotniaki (dawniej Protozoa), podkrólestwo Fungi (synonimy Mycota, Mycobionta lub dawniej Mycophyta) – grzyby, podkrólestwo Animalia (synonimy Zoobionta, Zoa, Animales) – zwierzęta i podkrólestwo Plantae (synonim Phytobionta) – rośliny.
Zatem wśród organizmów pasożytniczych wyróżnić można: bakterie, grzyby, pierwotniaki, zwierzęta i rośliny pasożytnicze. Oddzielną grupę stanowią wirusy, które nie są organizmami. Wirusy to formy życia w postaci nukleokapsydu, które nie są zdolne do egzystencji i reprodukcji poza żywą komórką żywiciela. Wirus to kompleks białka z kwasem nukleinowym.
Mówiąc o parazytologii ogólnej powinno się mieć na myśli wszystkie grupy organizmów pasożytniczych. Niestety, parazytologia obecnie kojarzy się raczej tylko ze zwierzętami pasożytniczymi. Jest to spowodowane zbyt wąskim podejściem do zagadnienia ze strony autorów rozmaitych publikacji, górnolotnie używających pojęcia parazytologia.
Pasożytnictwo to forma współżycia między co najmniej dwoma osobnikami, w której jeden z nich – pasożyt (parazyt) osiąga widoczne korzyści kosztem drugiego – gospodarza (żywiciela), szkodząc mu i prowadząc niekiedy do jego śmierci. W pasożytnictwie dochodzi najczęściej do wydzielania przez pasożyta metabolitów, które dla gospodarza niejednokrotnie okazują się toksyczne. Pasożyty należą więc do organizmów cudzożywnych (heterotroficznych). Aby mógł powstać układ pasożytniczy (układ pasożyt-żywiciel), parazyt musi spełniać określone warunki:
nawiązać bezpośredni kontakt z żywicielem, który jest odpowiedni pod względem przemiany materii i tym samym syntetyzowanych substancji – stąd wynika specyficzność pasożytów i ich żywicieli;
przejawiać większą aktywność od gospodarza; siły obronne żywiciela powinny być mniejsze niż siła aktywności napastnika;
cechy pasożyta muszą być kompetentne do żywiciela i warunków środowiska w jakim on żyje; to decyduje o efektywności i sukcesie parazytyzmu, ponadto wyraża się w specjalizacji parazytycznej.
Bakterie, grzyby, pierwotniaki i zwierzęta pasożytnicze podzielić można na:
Pasożyty przypadkowe – są to organizmy, które normalnie prowadzą wolny tryb życia jednakże, gdy przypadkowo przedostaną się do wnętrza organizmu rozpoczynają pasożytniczy tryb życia. Przykładem może być Aloionema, która spożyta w fazie larwalnej przez ślimaki Arion nie ginie w przewodzie pokarmowym, lecz osiąga duże rozmiary i czerpie pożywienie z tkanek gospodarza. W razie obumarcia ślimaka, nicień powraca bez problemu do wcześniejszego trybu życia. Innym przykładem jest mucha niebieska Calliphora vicina, której larwy są w normalnych warunkach saprofagami, odżywiającymi się zwłokami zwierząt i ludzi. W warunkach wybitnie niehigienicznych może dojść do zniesienia jaj przez muchy w okolicy odbytu i cewki moczowej oraz wniknięcie larw do odbytu i cewki. Prowadzą one wówczas pasożytniczy tryb życia wywołując u człowieka i zwierząt stany zapalne i wysięki z dróg moczowych oraz odbytu. Niekiedy pasożytem przypadkowym określa się parazyty typowe dla określonego gatunku żywiciela, ale mające zdolność życia w innym gospodarzu. Nicień Anisakis simplex mają trzech żywicieli: ostatecznego: ssaki morskie (delfiny, foki), pośredniego I (skorupiaki) i pośredniego II (ryby). Swędzik jesienny Neotrombicula autumnalis to roztocz pasożytujący na drobnych ssakach (gryzonie). Larwa swędzika niekiedy dostaje się na skórę ludzi związanych z pracami rolniczymi (polowymi) wywołując objawy pasożytowania (stan zapalny z wysiękiem w formie pęcherzyków i grudek). Człowiek spożywając zakażone larwami ryby staje się przypadkowym żywicielem. Tasiemiec psi Dipylidium caninum również może przypadkowo pasożytować w jelitach człowieka (dzieci).
Pasożyty względne (parazyty fakultatywne) – organizmy preferujące pasożytniczy tryb życia, ale nie jest on niezbędny do ich egzystencji. Mogą realizować cykl rozwojowy odżywiając się martwą materią organiczną. Przykładem mogą być niektóre muchy: mucha mięsna: Lucilla sericata wywołuje u ludzi i zwierząt myjozę fakultatywną. Z reguły odżywia się martwą materią organiczną, ale gdy istnieją warunki do złożenia jaj na skórze żywego człowieka, w naturalnych otworach ciała (otwór słuchowy, otwory nosowe, odbyt), w ranach i na owrzodzeniach skórnych – chętnie to czyni. Enzymy wydzielane przez larwy trawią tkanki organizmu. Sama larwa muchy ma też zdolność nadgryzania zdrowej skóry. Spośród grzybów warto tu wspomnieć o Armillaria mellea (opieńka miodowa), która jest saprofitem, ale w sprzyjających okolicznościach chętnie poraża zdrowe drzewa żyjąc ich kosztem. Podobnie jest z gruzłekiem cynobrowym (l. poj. gruzłek) Nectria cinabrina – saprofitem, który w mokre ciepłe lata pasożytuje na żywych pędach drzew. Liczne bakterie i grzyby, normalnie będące saprofitami i tworzące naturalną mikroflorę przewodu pokarmowego czy skóry zdrowych zwierząt (w tym również człowieka) w pewnych okolicznościach nadmiernie się rozmnażają i stają się pasożytami-patogenami, np. rodzaj Candida, Escherichia. Dzieje się tak na skutek urazów mechanicznych przerywających ciągłość naturalnych barier tkankowych, zaburzeń składu chemicznego spowodowanych podawaniem niektórych leków.
Pasożyty bezwzględne (parazyty fakultatywne) – pasożyty w pełni uzależnione od żywicieli. Muszą one pozostawać w ciągłym kontakcie z gospodarzem. Takimi pasożytami są, np. Diplozoon paradoxum, pasożytujący na skrzelach ryb. Jest to przywra (plazińce) obojnacza, jednakże aby zapewnić zapłodnienie krzyżowe, osobniki dorosłe zrastają się na całe życie i razem pasożytują na danym żywicielu. Bezwzględnym pasożytem jest także pierwotniak Toxoplasma gondii, który pasożytuje w rozmaitych komórkach (nerwowe, mięśniowe, tkanki łącznej) człowieka i innych ssaków.
W zależności od czasu pasożytowania żywiciela wyróżnia się parazytyzm:
Parazytyzm czasowy – parazyt styka się jednorazowo lub wielokrotnie, ale krótkotrwale z żywicielem w celu pobrania pokarmu. Do takich pasożytów należą pijawki Hirudinea: pijawka końska Haemopis sanguisuga, pijawka lekarska Hirudo medicinalis, pijawka rybia Piscicola geometria, pijawka kacza – Theromyzon tesselata. Pasożytem jest także nietoperz wampir Desmodus rotundus, który delikatnie siada na skórze żywicieli – ssaków (w tym także człowieka), przecina powłokę i wysysa rurkowatym językiem wypływającą krew. Czasowymi pasożytami człowieka i zwierząt gospodarskich są motyle z rodziny Sphingidae, Geometridae czy Pyralidae, które wysysają wydzieliny z ran i z naturalnych otworów ciała (np. nosową, łzową). Mają zdolność zapuszczania ssawek do worka spojówkowego, powodując przy tym stany zapalne i zakażeniowe powiek.
Parazytyzm okresowy – pasożyty są związane z danym żywicielem jedynie w pewnym okresie swojego cyklu życiowego. Przykładem może być pierwotniak euglenida Parastasia norvegica. Parastasia w swoim cyklu posiada dwa ogniwa: rozrodcze (generatywne) i pasożytnicze (troficzne). Wolno żyjące osobniki są połykane przez żywicieli – oczliki. W jelicie oczlika parastazje tracą wić i pasożytują. Po okresie wzrostu (6-krotnie powiększają swoje ciało), opuszczają wraz z kałem organizm gospodarza. W wodzie ulegają podziałom (5-krotnie) na osobniki potomne, które rozwijają się w formy wiciowe. Formy wiciowe początkowo pływają w wodzie, potem prowadzą osiadły tryb życia, falując wiciami. Ruchy pasożytów wabią oczliki, które je spożywają ulegając zakażeniu. Okresowym pasożytem jest także kleszcz pastwiskowy Ixodes ricinus. Dorosłe osobniki przebywają na roślinach, oczekując na żywiciela – ssaki. Po spożyciu krwi, samice opuszczają żywiciela. Znoszą jaja do ściółki i luźnej gleby. Wylęgłe z nich larwy odżywiają się krwią drobnych kręgowców żyjących w glebie (jaszczurki, gryzonie) lub blisko powierzchni ziemi (ptaki w gniazdach naziemnych). Larwy po pasożytowaniu przechodzą do gleby, gdzie ulegają linieniu. Nimfy atakują większe ssaki (króliki, zające, wiewiórki, łasice). Pasożyt zmienia więc trzykrotnie żywiciela.
Parazytyzm stały (ciągły) – parazyt dorosły nie opuszcza organizmu żywiciela, przebywa i wykorzystuje go maksymalnie długo (np. do końca życia gospodarza). Żywiciela opuszczają jedynie jaja lub larwy, albo go nie opuszcza wcale. W pierwszym przypadku, gospodarz staje się żywicielem ostatecznym, np. człowiek jest żywicielem ostatecznym dla włośnia spiralnego Trichinella spiralis, czy nitkowca Dracunculus medinensis (dawniej Filaria medinensis). Typowym stałym parazytem (drugi przypadek) jest wesz Pediculus, która może być związana przez całe życie z jednym żywicielem, podobnie jak jej potomstwo. Cały cykl życiowy na jednym żywicielu może zrealizować wpleszcz owczy Melophagus ovinus, żywiący się krwią.
W zależności od lokalizacji (miejsca przebywania) pasożyta wyróżnia się:
Endoparazyty – pasożyty wewnętrzne (wewnętrzniaki), np. owsik ludzki Enterobius vermicularis, motylica wątrobowa Fasciola hepatica, zarodziec malaryczny Plasmodium vivax.
Ektoparazyty – pasożyty zewnętrzne (zewnętrzniaki), np. pchła ludzka Pulex irritans, wesz ludzka Pediculus humanus, pijawki Hirudinea, minóg rzeczny Lampetra fluviatilis – kręgowiec (z gromady Cyclostomata) odżywiający się śluzem i krwią zwierząt wodnych.
Żywiciel pośredni – organizm, w którym pasożyt realizuje część cyklu rozwojowego, przed osiągnięciem dojrzałości płciowej. W cyklu danego parazyta może występować kilku żywicieli pośrednich.
Żywiciel ostateczny – organizm, w którym parazyt finalizuje swój etap rozwoju i osiąga zdolność do rozmnażania.
Żywiciel główny – organizm, który jest docelowym i najbardziej preferowanym żywicielem określonego parazyta. Żywiciel główny ulega masowej i intensywnej inwazji – zakażeniu pasożytem. Inwazja to wniknięcie parazyta do organizmu żywiciela. Charakteryzuje się ją intensywnością (liczbą pasożytów znajdujących się w jednym gospodarzu) i ekstensywnością (ilość /procent/ osobników populacji zarażonych pasożytem).
Żywiciel uboczny – organizm, który nie jest głównym i docelowym żywicielem danego pasożyta. Wykazuje małe nasilenie inwazji w porównaniu z żywicielem głównym.
Parazyty monokseniczne (=stenokseniczne) mogą pasożytować na jednym gatunkowo żywicielu lub na żywicielach blisko spokrewnionych taksonomicznie, np. tasiemiec nieuzbrojony Taenia saginata (żywicielem ostatecznym jest człowiek), wesz ludzka Pediculus humanus, węgorek świński Strongyloides ransomi (żywiciele to świnia i dzik), Nosema apis (pasożytuje w cewkach Malpighiego pszczół). Pasożyty monokseniczne wykazują dużą specyficzność biologiczną do swoich żywicieli.
Parazyty polikseniczne (=eurykseniczne) – pasożytują na różnych, często odległych systematycznie żywicielach, np. motylica wątrobowa Fasciola hepatica, tasiemiec bąblowiec – Echinococcus granulosus, Toxoplasma gondi.
A jak wygląda sprawa parazytyzmu w świecie roślin?
Szacuje się, że istnieje około 3 tysięcy gatunków roślin kwiatowych mających zdolność wykształcania organów inwazyjnych określanych mianem ssawek (haustorium).Haustoria służą pasożytom do absorbowania wodnego roztworu soli mineralnych i składników organicznych z tkanek żywiciela (gospodarza). Ponadto wydzielają enzymy umożliwiające inwazję.
Rośliny pasożytnicze w zależności od stopnia uzależnienia od żywiciela pod względem troficznym podzielić można na:
Pasożyty obligatoryjne (całkowite, bezwzględne), czyli holopasożyty = holoparazyty. Nie posiadają zdolności przeprowadzania fotosyntezy. Jednakże nie zawsze są bezzieleniowe (bezchlorofilowe), czyli pozbawione chlorofilu. Niekiedy (niektóre gatunki kanianki i zarazy, np. Cuscuta reflexa) zawierają niewielką ilość chlorofilu. Od gospodarza pobierają niezbędne składniki pokarmowe (białka, lipidy, witaminy, cukrowce), sole mineralne i wodę, w pełni uzależniając się od niego, np. rodzaje: łuskiewnik Lathraea, zaraza Orobanche, kanianka, Cuscuta.
Pasożyty fakultatywne (względne, częściowe), czyli semiparazyty (półpasożyty). Mają zdolność fotosyntezy, jednakże pobierają od żywiciela wodę i sole mineralne. Niektóre bez pasożytowania nie są zdolne do rozwijania kwiatów, np. rodzaj szelężnik Rhinanthus = Alectorolophus. Inne natomiast (np. rodzaj świetlik Euphrasia) w razie niemożności pasożytowania rozwijają kwiaty, jednakże w mniejszej ilości, a wydane owoce są drobniejsze.
Jeśli pasożyt zapuszcza ssawki tylko do korzeni wówczas określa się go mianem pasożyta korzeniowego. Taki pasożyt niekoniecznie musi prowadzić podziemny tryb życia. Pasożytem korzeniowym i zarazem prowadzącym głównie podziemny tryb życia jest łuskiewnik Lathraea. Szelężnik Rhinanthus jest pasożytem korzeniowym, ale większa część jego ciała (pęd) egzystuje nad powierzchnią ziemi /Różański 2000/.
Parazytofit – roślina pasożytnicza (zarówno pasożyt całkowity jak i półpasożyt). Parazyt to termin ogólny, odnoszący się do wszystkich organizmów pasożytniczych (grzyby, bakterie, wirusy, zwierzęta).
Semiparazytofit – roślina półpasożytnicza.
Holoparazytofit – pasożyt (roślina) obligatoryjny, całkowity.
Haustoriogeneza – rozwój i wzrost ssawek (haustorium).
Parazytyzm – pasożytnictwo; holoparazytyzm – pasożytnictwo całkowite, semiparazytyzm – półpasożytnictwo.
Parazytyczny – pasożytniczy.
Pasożyt roślinny (fitoparazyt) – pasożyt nie będący rośliną ! (zwierzęta, wirusy, bakterie, grzyby), ale pasożytujący na roślinach.
Fitoparazytologia – nauka o pasożytach roślin uprawnych (dział fitopatologii, czyli nauki o chorobach roślin).
Parazytoidyzm – pasożytnictwo doprowadzające do śmierci żywiciela.
Parazytoid – pasożyt uśmiercający żywiciela po pewnym okresie pasożytowania.
Parazytoza – choroba wywołana przez pasożyty.a
Genetyka jest szczególnie ważna dla medycyny, bowiem poznaje podłoże chorób dziedzicznych. Dzięki temu możliwa jest profilaktyka i przyczynowa metoda leczenia wielu chorób. Duże nadzieje daje terapia genowa, która rozwija się ostatnio bardzo intensywnie (inżynieria genetyczna). Poradnictwo genetyczne efektywnie zmniejsza częstość występowania wszystkich chorób genetycznych u rodzin wysokiego ryzyka i w rezultacie w całym społeczeństwie.
Podstawowe pojęcia z ekologii i parazytologii.
Krótkie wprowadzenie do przedmiotu
Ekologia biocenozy. Stosunki antagonistyczne i nieantagonistyczneBiocenoza to zespół organizmów roślinnych i zwierzęcych (populacji) danego środowiska (biotopu) powiązanych ze sobą, który dzięki rozmnażaniu, migracjom i samoregulacji utrzymuje się w przyrodzie w stanie dynamicznej równowagi. Biocenoza i środowisko nieożywione tworzą razem nierozdzielnie powiązany, oddziałujący na siebie układ – ekosystem. Ekosystem to jednostka ekologiczna w ramach której odbywa się krążenie materii i przepływ energii. Ekosystemem jest, np. samowystarczalny las, w którym występują czynniki ekologiczne biotyczne (pożywienie, wrogowie naturalni, patogeny, pasożyty, drapieżniki) oraz czynniki abiotyczne (wilgotność, nasłonecznienie, gleba, temperatura, ruchy powietrza, geomorfologia). Każdy ekosystem w czasie swego trwania ulega zmianom. Przemiany są kierunkowe. Dzięki tym zmianom jeden ekosystem przechodzi w inny, co nosi nazwę sukcesji ekologicznej.
W biocenozie znajdują się 3 główne grupy organizmów różnorodnych pod względem sposobu zdobywania pokarmu: producenci, konsumenci i reducenci. Dzięki ich obecności w ekosystemie można wyróżnić różne poziomy troficzne, czyli kolejne ogniwa łańcucha pokarmowego: I producenci – rośliny zielone, II roślinożercy, III drapieżniki i pasożyty odżywiający się roślinożercami (lub ich kosztem), IV drapieżniki i pasożyty II rzędu.
Producenci – są to organizmy autotroficzne (samożywne), które wytwarzają materię organiczna na drodze fotosyntezy lub chemosyntezy. Stanowią pokarm dla konsumentów (roślinożercy, pasożyty nieroślinne: grzyby, bakterie, pierwotniaki /obecnie osobne podkrólestwo!/, zwierzęta pasożytnicze), reducentów i roślin pasożytniczych.
Konsumenci – organizmy heterotroficzne, korzystające z substancji gotowych, czerpiąc je bezpośrednio z roślin lub zwierząt. Stanowią drugi i dalsze poziomy troficzny w piramidach (łańcuchach) pokarmowych. Zatem są uzależnieni troficznie bezpośrednio lub pośrednio od producentów.
Reducenci (destruenci) – organizmy heterotroficzne rozkładające martwe szczątki roślin i zwierząt (saprofity), przeobrażając je enzymatycznie w związki organiczne i nieorganicznie, z których korzystają budując z nich własne ciało. Zatem martwa materia organiczna jest dla nich źródłem energii, niezbędnej do życia. Przyczyniają się do humifikacji (tworzenie próchnicy) i mineralizacji martwych szczątków roślin oraz zwierząt. Mineralizacja jest rozkładem materii organicznej do związków nieorganicznych (sole mineralne), z których korzystają producenci.
Organizmy obecne w biocenozie różnie na siebie oddziałują, tzn. istnieją między organizmami stosunki o różnym charakterze: antagonistyczne i nieantagonistyczne. Stosunki nieantagonistyczne obejmuje: protokooperację, mutualizm, komensalizm i neutralizm.
Protokooperacja – współżycie co najmniej dwóch organizmów oparte na obustronnej korzyści, trwające okresowo, ale niekonieczne do normalnej egzystencji obu organizmów. Niekiedy ma charakter przypadkowy. Jest to najniższy stopień uzależnienia symbiotycznego, np. mrówki odżywiające się elajosomami (ciałkami odżywczymi) nasion równocześnie przyczyniają się do propagacji rośliny (wilczomlecze, fiołki, glistnik, niecierpki).
Komensalizm – współżycie co najmniej dwóch organizmów, jednakże tylko jeden z partnerów uzyskuje korzyści (komensal), drugi natomiast nie ponosi w związku z tym szkód (gospodarz), np. hieny zjadają resztki mięsa pozostawione przez lwa; ryby podnawki wykorzystują rekina do transportu i odżywiają się resztkami pokarmu z upolowanej przez rekina ofiary; rośliny stanowią podporę dla pajęczyny wielu pająków; koralowce i gąbki stanowią miejsce schronienia dla wielu zwierząt.
Mutualizm – nieodzowne współżycie co najmniej dwóch organizmów oparte na obustronnej korzyści, np. współżycie grzybów z roślinami wyższymi (mikoryza), układ glonów lub sinic z grzybami w porostach; symbiotyczne bakterie i pierwotniaki w przewodzie pokarmowym zwierząt.
Stosunki antagonistyczne obejmują: pasożytnictwo, drapieżnictwo i konkurencję międzygatunkową.
Drapieżnictwo – napadanie, chwytanie i uśmiercanie ofiary w celach konsumpcyjnych. Drapieżnik przewyższa ofiarę rozmiarami, siłą i (lub) sprytem (inteligencja, mechanizm chwytania i zabijania).
Konkurencja międzygatunkowa polega na ubieganiu się co najmniej dwóch gatunków (mających zbliżone nisze ekologiczne) o czynniki niezbędne do życia (światło, woda, pożywienie, przestrzeń), które występują w ograniczonej ilości.
Pasożytnictwo. Pasożyty
Każdy takson ma właściwy sobie ustrój ekologiczny (konstytucję ekologiczną) – zespół właściwości i cech, które kształtują jego wymagania ekologiczne i pozwalają mu na zajmowanie określonego środowiska; są to właściwości budowy zewnętrznej i wewnętrznej, cechy metaboliczne, sposób odżywiania, rytm rozwojowy i biologia rozmnażania. Poszczególne cechy organizmu kompetentne do danych warunków, wyrażone fizjologicznie, anatomicznie i morfologicznie, określa się jako przystosowanie = specjalizację. Przedmiotem badań parazytologii są organizmy przystosowane do pasożytniczego lub półpasożytniczego trybu życia.Z uwagi na wprowadzenie nowych układów taksonomicznych, obecnie nie można dzielić pasożyty na rośliny i zwierzęta pasożytnicze. Byłby to błąd merytoryczny. Dziś wiemy, że grzyby i bakterie nie są roślinami i do roślin obecnie nie należą! To, że grzyby i bakterie są często omawiane w podręcznikach botanicznych jest spowodowane jedynie tradycją. Bakteriologia, czy mikologia są obecnie wykładane na wydziałach biologii i nikt tam nie podciąga ich pod naukę o roślinach.
Według nowego systemu taksonomicznego wszystkie znane organizmy na Ziemi należą do dwóch królestw: Procaryota (bezjądrowych) i Eucaryota (jądrowych).
W królestwie Procaryota istnieje podkrólestwo: Eubacteria (eubakterie) i podkrólestwo Archaebacteria (archebakterie). W obrębie podkrólestwa Eubacteria wyróżniono gromadę Cyanobacteria (dawniej Cyanophyta lub Schizophyta) – sinice, gromadę Bacteria (dawniej Schizomycetes) – bakterie i gromadę Prochlorophyta – prochlorofity.
Do królestwa Eucaryota należą: podkrólestwo Protista – pierwotniaki (dawniej Protozoa), podkrólestwo Fungi (synonimy Mycota, Mycobionta lub dawniej Mycophyta) – grzyby, podkrólestwo Animalia (synonimy Zoobionta, Zoa, Animales) – zwierzęta i podkrólestwo Plantae (synonim Phytobionta) – rośliny.
Zatem wśród organizmów pasożytniczych wyróżnić można: bakterie, grzyby, pierwotniaki, zwierzęta i rośliny pasożytnicze. Oddzielną grupę stanowią wirusy, które nie są organizmami. Wirusy to formy życia w postaci nukleokapsydu, które nie są zdolne do egzystencji i reprodukcji poza żywą komórką żywiciela. Wirus to kompleks białka z kwasem nukleinowym.
Mówiąc o parazytologii ogólnej powinno się mieć na myśli wszystkie grupy organizmów pasożytniczych. Niestety, parazytologia obecnie kojarzy się raczej tylko ze zwierzętami pasożytniczymi. Jest to spowodowane zbyt wąskim podejściem do zagadnienia ze strony autorów rozmaitych publikacji, górnolotnie używających pojęcia parazytologia.
Pasożytnictwo to forma współżycia między co najmniej dwoma osobnikami, w której jeden z nich – pasożyt (parazyt) osiąga widoczne korzyści kosztem drugiego – gospodarza (żywiciela), szkodząc mu i prowadząc niekiedy do jego śmierci. W pasożytnictwie dochodzi najczęściej do wydzielania przez pasożyta metabolitów, które dla gospodarza niejednokrotnie okazują się toksyczne. Pasożyty należą więc do organizmów cudzożywnych (heterotroficznych). Aby mógł powstać układ pasożytniczy (układ pasożyt-żywiciel), parazyt musi spełniać określone warunki:
nawiązać bezpośredni kontakt z żywicielem, który jest odpowiedni pod względem przemiany materii i tym samym syntetyzowanych substancji – stąd wynika specyficzność pasożytów i ich żywicieli;
przejawiać większą aktywność od gospodarza; siły obronne żywiciela powinny być mniejsze niż siła aktywności napastnika;
cechy pasożyta muszą być kompetentne do żywiciela i warunków środowiska w jakim on żyje; to decyduje o efektywności i sukcesie parazytyzmu, ponadto wyraża się w specjalizacji parazytycznej.
Bakterie, grzyby, pierwotniaki i zwierzęta pasożytnicze podzielić można na:
Pasożyty przypadkowe – są to organizmy, które normalnie prowadzą wolny tryb życia jednakże, gdy przypadkowo przedostaną się do wnętrza organizmu rozpoczynają pasożytniczy tryb życia. Przykładem może być Aloionema, która spożyta w fazie larwalnej przez ślimaki Arion nie ginie w przewodzie pokarmowym, lecz osiąga duże rozmiary i czerpie pożywienie z tkanek gospodarza. W razie obumarcia ślimaka, nicień powraca bez problemu do wcześniejszego trybu życia. Innym przykładem jest mucha niebieska Calliphora vicina, której larwy są w normalnych warunkach saprofagami, odżywiającymi się zwłokami zwierząt i ludzi. W warunkach wybitnie niehigienicznych może dojść do zniesienia jaj przez muchy w okolicy odbytu i cewki moczowej oraz wniknięcie larw do odbytu i cewki. Prowadzą one wówczas pasożytniczy tryb życia wywołując u człowieka i zwierząt stany zapalne i wysięki z dróg moczowych oraz odbytu. Niekiedy pasożytem przypadkowym określa się parazyty typowe dla określonego gatunku żywiciela, ale mające zdolność życia w innym gospodarzu. Nicień Anisakis simplex mają trzech żywicieli: ostatecznego: ssaki morskie (delfiny, foki), pośredniego I (skorupiaki) i pośredniego II (ryby). Swędzik jesienny Neotrombicula autumnalis to roztocz pasożytujący na drobnych ssakach (gryzonie). Larwa swędzika niekiedy dostaje się na skórę ludzi związanych z pracami rolniczymi (polowymi) wywołując objawy pasożytowania (stan zapalny z wysiękiem w formie pęcherzyków i grudek). Człowiek spożywając zakażone larwami ryby staje się przypadkowym żywicielem. Tasiemiec psi Dipylidium caninum również może przypadkowo pasożytować w jelitach człowieka (dzieci).
Pasożyty względne (parazyty fakultatywne) – organizmy preferujące pasożytniczy tryb życia, ale nie jest on niezbędny do ich egzystencji. Mogą realizować cykl rozwojowy odżywiając się martwą materią organiczną. Przykładem mogą być niektóre muchy: mucha mięsna: Lucilla sericata wywołuje u ludzi i zwierząt myjozę fakultatywną. Z reguły odżywia się martwą materią organiczną, ale gdy istnieją warunki do złożenia jaj na skórze żywego człowieka, w naturalnych otworach ciała (otwór słuchowy, otwory nosowe, odbyt), w ranach i na owrzodzeniach skórnych – chętnie to czyni. Enzymy wydzielane przez larwy trawią tkanki organizmu. Sama larwa muchy ma też zdolność nadgryzania zdrowej skóry. Spośród grzybów warto tu wspomnieć o Armillaria mellea (opieńka miodowa), która jest saprofitem, ale w sprzyjających okolicznościach chętnie poraża zdrowe drzewa żyjąc ich kosztem. Podobnie jest z gruzłekiem cynobrowym (l. poj. gruzłek) Nectria cinabrina – saprofitem, który w mokre ciepłe lata pasożytuje na żywych pędach drzew. Liczne bakterie i grzyby, normalnie będące saprofitami i tworzące naturalną mikroflorę przewodu pokarmowego czy skóry zdrowych zwierząt (w tym również człowieka) w pewnych okolicznościach nadmiernie się rozmnażają i stają się pasożytami-patogenami, np. rodzaj Candida, Escherichia. Dzieje się tak na skutek urazów mechanicznych przerywających ciągłość naturalnych barier tkankowych, zaburzeń składu chemicznego spowodowanych podawaniem niektórych leków.
Pasożyty bezwzględne (parazyty fakultatywne) – pasożyty w pełni uzależnione od żywicieli. Muszą one pozostawać w ciągłym kontakcie z gospodarzem. Takimi pasożytami są, np. Diplozoon paradoxum, pasożytujący na skrzelach ryb. Jest to przywra (plazińce) obojnacza, jednakże aby zapewnić zapłodnienie krzyżowe, osobniki dorosłe zrastają się na całe życie i razem pasożytują na danym żywicielu. Bezwzględnym pasożytem jest także pierwotniak Toxoplasma gondii, który pasożytuje w rozmaitych komórkach (nerwowe, mięśniowe, tkanki łącznej) człowieka i innych ssaków.
W zależności od czasu pasożytowania żywiciela wyróżnia się parazytyzm:
Parazytyzm czasowy – parazyt styka się jednorazowo lub wielokrotnie, ale krótkotrwale z żywicielem w celu pobrania pokarmu. Do takich pasożytów należą pijawki Hirudinea: pijawka końska Haemopis sanguisuga, pijawka lekarska Hirudo medicinalis, pijawka rybia Piscicola geometria, pijawka kacza – Theromyzon tesselata. Pasożytem jest także nietoperz wampir Desmodus rotundus, który delikatnie siada na skórze żywicieli – ssaków (w tym także człowieka), przecina powłokę i wysysa rurkowatym językiem wypływającą krew. Czasowymi pasożytami człowieka i zwierząt gospodarskich są motyle z rodziny Sphingidae, Geometridae czy Pyralidae, które wysysają wydzieliny z ran i z naturalnych otworów ciała (np. nosową, łzową). Mają zdolność zapuszczania ssawek do worka spojówkowego, powodując przy tym stany zapalne i zakażeniowe powiek.
Parazytyzm okresowy – pasożyty są związane z danym żywicielem jedynie w pewnym okresie swojego cyklu życiowego. Przykładem może być pierwotniak euglenida Parastasia norvegica. Parastasia w swoim cyklu posiada dwa ogniwa: rozrodcze (generatywne) i pasożytnicze (troficzne). Wolno żyjące osobniki są połykane przez żywicieli – oczliki. W jelicie oczlika parastazje tracą wić i pasożytują. Po okresie wzrostu (6-krotnie powiększają swoje ciało), opuszczają wraz z kałem organizm gospodarza. W wodzie ulegają podziałom (5-krotnie) na osobniki potomne, które rozwijają się w formy wiciowe. Formy wiciowe początkowo pływają w wodzie, potem prowadzą osiadły tryb życia, falując wiciami. Ruchy pasożytów wabią oczliki, które je spożywają ulegając zakażeniu. Okresowym pasożytem jest także kleszcz pastwiskowy Ixodes ricinus. Dorosłe osobniki przebywają na roślinach, oczekując na żywiciela – ssaki. Po spożyciu krwi, samice opuszczają żywiciela. Znoszą jaja do ściółki i luźnej gleby. Wylęgłe z nich larwy odżywiają się krwią drobnych kręgowców żyjących w glebie (jaszczurki, gryzonie) lub blisko powierzchni ziemi (ptaki w gniazdach naziemnych). Larwy po pasożytowaniu przechodzą do gleby, gdzie ulegają linieniu. Nimfy atakują większe ssaki (króliki, zające, wiewiórki, łasice). Pasożyt zmienia więc trzykrotnie żywiciela.
Parazytyzm stały (ciągły) – parazyt dorosły nie opuszcza organizmu żywiciela, przebywa i wykorzystuje go maksymalnie długo (np. do końca życia gospodarza). Żywiciela opuszczają jedynie jaja lub larwy, albo go nie opuszcza wcale. W pierwszym przypadku, gospodarz staje się żywicielem ostatecznym, np. człowiek jest żywicielem ostatecznym dla włośnia spiralnego Trichinella spiralis, czy nitkowca Dracunculus medinensis (dawniej Filaria medinensis). Typowym stałym parazytem (drugi przypadek) jest wesz Pediculus, która może być związana przez całe życie z jednym żywicielem, podobnie jak jej potomstwo. Cały cykl życiowy na jednym żywicielu może zrealizować wpleszcz owczy Melophagus ovinus, żywiący się krwią.
W zależności od lokalizacji (miejsca przebywania) pasożyta wyróżnia się:
Endoparazyty – pasożyty wewnętrzne (wewnętrzniaki), np. owsik ludzki Enterobius vermicularis, motylica wątrobowa Fasciola hepatica, zarodziec malaryczny Plasmodium vivax.
Ektoparazyty – pasożyty zewnętrzne (zewnętrzniaki), np. pchła ludzka Pulex irritans, wesz ludzka Pediculus humanus, pijawki Hirudinea, minóg rzeczny Lampetra fluviatilis – kręgowiec (z gromady Cyclostomata) odżywiający się śluzem i krwią zwierząt wodnych.
Żywiciel pośredni – organizm, w którym pasożyt realizuje część cyklu rozwojowego, przed osiągnięciem dojrzałości płciowej. W cyklu danego parazyta może występować kilku żywicieli pośrednich.
Żywiciel ostateczny – organizm, w którym parazyt finalizuje swój etap rozwoju i osiąga zdolność do rozmnażania.
Żywiciel główny – organizm, który jest docelowym i najbardziej preferowanym żywicielem określonego parazyta. Żywiciel główny ulega masowej i intensywnej inwazji – zakażeniu pasożytem. Inwazja to wniknięcie parazyta do organizmu żywiciela. Charakteryzuje się ją intensywnością (liczbą pasożytów znajdujących się w jednym gospodarzu) i ekstensywnością (ilość /procent/ osobników populacji zarażonych pasożytem).
Żywiciel uboczny – organizm, który nie jest głównym i docelowym żywicielem danego pasożyta. Wykazuje małe nasilenie inwazji w porównaniu z żywicielem głównym.
Parazyty monokseniczne (=stenokseniczne) mogą pasożytować na jednym gatunkowo żywicielu lub na żywicielach blisko spokrewnionych taksonomicznie, np. tasiemiec nieuzbrojony Taenia saginata (żywicielem ostatecznym jest człowiek), wesz ludzka Pediculus humanus, węgorek świński Strongyloides ransomi (żywiciele to świnia i dzik), Nosema apis (pasożytuje w cewkach Malpighiego pszczół). Pasożyty monokseniczne wykazują dużą specyficzność biologiczną do swoich żywicieli.
Parazyty polikseniczne (=eurykseniczne) – pasożytują na różnych, często odległych systematycznie żywicielach, np. motylica wątrobowa Fasciola hepatica, tasiemiec bąblowiec – Echinococcus granulosus, Toxoplasma gondi.
A jak wygląda sprawa parazytyzmu w świecie roślin?
Szacuje się, że istnieje około 3 tysięcy gatunków roślin kwiatowych mających zdolność wykształcania organów inwazyjnych określanych mianem ssawek (haustorium).Haustoria służą pasożytom do absorbowania wodnego roztworu soli mineralnych i składników organicznych z tkanek żywiciela (gospodarza). Ponadto wydzielają enzymy umożliwiające inwazję.
Rośliny pasożytnicze w zależności od stopnia uzależnienia od żywiciela pod względem troficznym podzielić można na:
Pasożyty obligatoryjne (całkowite, bezwzględne), czyli holopasożyty = holoparazyty. Nie posiadają zdolności przeprowadzania fotosyntezy. Jednakże nie zawsze są bezzieleniowe (bezchlorofilowe), czyli pozbawione chlorofilu. Niekiedy (niektóre gatunki kanianki i zarazy, np. Cuscuta reflexa) zawierają niewielką ilość chlorofilu. Od gospodarza pobierają niezbędne składniki pokarmowe (białka, lipidy, witaminy, cukrowce), sole mineralne i wodę, w pełni uzależniając się od niego, np. rodzaje: łuskiewnik Lathraea, zaraza Orobanche, kanianka, Cuscuta.
Pasożyty fakultatywne (względne, częściowe), czyli semiparazyty (półpasożyty). Mają zdolność fotosyntezy, jednakże pobierają od żywiciela wodę i sole mineralne. Niektóre bez pasożytowania nie są zdolne do rozwijania kwiatów, np. rodzaj szelężnik Rhinanthus = Alectorolophus. Inne natomiast (np. rodzaj świetlik Euphrasia) w razie niemożności pasożytowania rozwijają kwiaty, jednakże w mniejszej ilości, a wydane owoce są drobniejsze.
Jeśli pasożyt zapuszcza ssawki tylko do korzeni wówczas określa się go mianem pasożyta korzeniowego. Taki pasożyt niekoniecznie musi prowadzić podziemny tryb życia. Pasożytem korzeniowym i zarazem prowadzącym głównie podziemny tryb życia jest łuskiewnik Lathraea. Szelężnik Rhinanthus jest pasożytem korzeniowym, ale większa część jego ciała (pęd) egzystuje nad powierzchnią ziemi /Różański 2000/.
Inne ważne pojęcia:
Parazytobotanika – dział botaniki zajmujący się roślinami pasożytniczymi.Parazytofit – roślina pasożytnicza (zarówno pasożyt całkowity jak i półpasożyt). Parazyt to termin ogólny, odnoszący się do wszystkich organizmów pasożytniczych (grzyby, bakterie, wirusy, zwierzęta).
Semiparazytofit – roślina półpasożytnicza.
Holoparazytofit – pasożyt (roślina) obligatoryjny, całkowity.
Haustoriogeneza – rozwój i wzrost ssawek (haustorium).
Parazytyzm – pasożytnictwo; holoparazytyzm – pasożytnictwo całkowite, semiparazytyzm – półpasożytnictwo.
Parazytyczny – pasożytniczy.
Pasożyt roślinny (fitoparazyt) – pasożyt nie będący rośliną ! (zwierzęta, wirusy, bakterie, grzyby), ale pasożytujący na roślinach.
Fitoparazytologia – nauka o pasożytach roślin uprawnych (dział fitopatologii, czyli nauki o chorobach roślin).
Parazytoidyzm – pasożytnictwo doprowadzające do śmierci żywiciela.
Parazytoid – pasożyt uśmiercający żywiciela po pewnym okresie pasożytowania.
Parazytoza – choroba wywołana przez pasożyty.a
