Эксперименты Гаузе.

Жертва – инфузория туфелька Paramecium caudatum.

Хищник – инфузория дидиниум Didinium nasutum.

В качестве пищи для инфузории туфельки Гаузе использовал культуру сенной палочки (Bacillus subtilis).

Первая серия опытов была поставлена Гаузе в так называемой однородной среде. Для этого использовалась разведенная бактериальная культура без осадка. Особенность биологии дидиниум заключается в том, что он не является активным охотником, а просто хватает все, что попадается ему на пути. Инфузория туфелька, ускользая от хищника, использует значительно бóльшую скорость передвижения, а также особые защитные образования – трихоцисты. При этом она никогда не прячется в убежища. Совокупность этих особенностей определила чистоту данной серии опытов и позволило Гаузе выделил процесс взаимодействия хищника и жертвы в чистом виде.

Бактериальная культура без осадка разливалась в пробирки объемом 0,5 см3. В нее помещалось 5 особей инфузории туфельки, а через 2 суток вносили 3 особи хищной инфузории дидиниум. Практически сразу же после внесения хищников в культуру, численность жертвы начинала убывать, поскольку дидиниум поедает новую инфузорию туфельку через каждые 3 часа. Дидиниум интенсивно размножался, достигая максимума численности к 3-м – 4-м суткам опыта. На 5-е сутки дидиниум выел всех инфузорий туфелек, а на 6-е – все хищники погибли от голода.

Рис. 3. Взаимодействие между инфузорией дидиниум и инфузорией туфелькой в однородной среде (количество особей в 0,5 см3)

Из проведенной серии опытов Гаузе сделал вывод, что в однородной среде при постоянных внешних условиях в системе «хищник–жертва» отсутствуют собственные периодические колебания численности видов.

Во второй серии опытов Гаузе усложнил условия эксперимента. Желая немного приблизиться к природным условиям, он создал в среде «убежище», где могли бы скрываться инфузории туфельки. Для этого Гаузе использовал густую бактериальную среду с осадком, который и стал «убежищем». Концентрация бактерий в осадке значительно выше, чем вне его. Это привлекает инфузорий туфелек, которые постепенно концентрируются в осадке вне зависимости от того, охотится за ними дидиниум или нет. При этом, попадая в осадок, инфузории туфельки становятся недоступными для хищника. Таким образом, он представлял своеобразную полупроницаемую перегородку, через которую могли проникать инфузории туфельки, а дидиниум – нет. Важным условием этой серии опытов являлось отсутствие резких встряхиваний и перемешивания среды. В противном случае «убежище» могло быть нарушено.

Густая бактериальная среда с осадком разливалась в пробирки объемом 0,5 см3. В нее одновременно вносилось 5 особей инфузории туфельки и 3 особи инфузории дидиниум. К началу 2-х суток число хищников несколько возрастало за счет выедания части жертв. Однако большая часть инфузорий туфелек, находясь в осадке, оставалось недоступной для хищника. В результате из-за недоступности жертвы (т. е. недостатка пищи) по окончании 2-х суток численность дидиниум начинала снижаться. Одновременно с этим наблюдалось интенсивное размножение инфузории туфельки. Примерно к середине 5-х суток опыта дидиниум полностью вымирал, а численность инфузории туфельки резко возрастала.

Рис. 5. Взаимодействие между инфузорией дидиниум и инфузорией туфелькой в неоднородной среде (количество особей в 0,5 см)

Таким образом, в результате появления в среде «убежища», некоторое количество жертв ускользает от хищника, что позволяет им в конце концов полностью занять среду. В природе наличие убежищ играет важную роль в процессе борьбы за существование.

В третьей серии опытов Гаузе использовал разведенную бактериальную среду без осадка (т. е. лишенную «убежища»). По 2 см3 среды наливалось в небольшие стеклянные чашки с плоским дном. Наблюдения проводились над одной и той же культурой, без вмешательства в состав ее содержимого. В начале опыта, а затем на каждый 3-й день в культуру вносились 1 инфузория туфелька и 1 дидиниум. При этом из культуры хищного вида отбирались сильно измельчавшие особи. Если в течение следующих 12 часов они не находили жертву, то погибали.

· При первой иммиграции в свободную среду дидиниум не нашел жертвы и погиб. После этого начался интенсивный рост инфузории туфельки.

· К моменту второй иммиграции концентрация инфузории туфельки в среде была уже очень велика, благодаря чему начался рост популяции дидиниум.

· Третья иммиграция пришлась на момент интенсивного уничтожения жертв хищником, и потому не внесла существенных изменений в общую картину.

· К четвертой иммиграции дидиниум выел всех инфузорий туфелек, после чего погиб сам. Внесенная в среду инфузория туфелька дала начало новому циклу роста жертв.

Рис. 6. Взаимодействие между инфузорией дидиниум и инфузорией туфелькой в неоднородной среде при наличии иммиграций (1 инфузория туфелька + 1 дидиниум)

В дальнейшем, такие изменения численности обоих видов регулярно повторялись.

Проанализировав результаты, полученные в ходе трех серий опытов, Гаузе пришел к заключению, что периодические колебания численности хищника и жертвы не являются свойством процесса взаимодействия между ними, как это предполагали математики. Вероятно, они возникают в результате постоянного вмешательства извне (убежища для жертв, сохранение хищников путем инцистирования, иммиграция и эмиграция, колебания факторов среды и т. д.). Именно поэтому в естественных условиях природа периодических колебаний численности находящихся в непосредственном взаимодействии видов может быть весьма сложной.

№19.