Kategorie:

Fascynujące przykłady symbiozy w przyrodzie

Symbioza odgrywa ważną rolę w przyrodzie. Wielokrotnie stwarzała lub napędzała nowości ewolucyjne. Wszyscy znają ze szkoły przykład symbiozy pustelnika (skorupiak) z ukwiałem (parzydełkowiec), gdzie ten pierwszy zyskuje ochronę, a drugi może się dzięki tej relacji przemieszczać. Szeroko rozumiany jest też związek bakterii jelitowych ze zwierzętami. Pomagają termitom trawić drewno (ligninę), przeżuwaczom – celulozę, a nam (i nie tylko naszemu gatunkowi) produkują witaminy (np. witaminę K) oraz chronią przed drobnoustrojami chorobotwórczymi. Jakie są ciekawsze i dające do myślenia inne przykłady symbiozy?

Convoluta symbioza
Fotosyntetyzujące płazińce Convoluta, fot. Stevie Smith

Na początek uporządkujmy sobie
kilka prostych pojęć. W świecie organizmów żywych mamy do czynienia z różnymi
rodzajami interakcji. Należą do nich pasożytnictwo (korzystanie z zasobów
innego osobnika żyjąc w nim lub na nim, jednocześnie mu szkodząc),
drapieżnictwo (zabicie i zjedzenie jednego osobnika przez drugiego, w pewnym
sensie roślinożerność może być rodzajem drapieżnictwa),  konkurencja (np. o pokarm, o osobniki płci
przeciwnej, o kryjówki), niewolnictwo (spotykane u owadów i u ludzi) czy
amensalizm (szkodzenie komuś przy jednoczesnym braku korzyści, ludzie są tutaj bardzo dobrym przykładem). Wymienić trzeba jeszcze te korzystne
rodzaje oddziaływań: mutualizm (oba organizmy lub populacje mają korzyści ze
współpracy i jest ona dla nich niezbędna do prawidłowego funkcjonowania),
protokooperacja (jak przy mutualizmie, ale nie jest niezbędna) oraz
komensalizm, gdzie jeden organizm ma z interakcji korzyści, nie czyniąc drugiemu szkód. Łatkę z napisem „symbioza” można przydzielić
do mutualizmu, protokooperacji i komensalizmu.  
Najciekawsze dla mnie są
przykłady symbiozy nieodzownej, kiedy oba osobniki lub całe populacje muszą ze
sobą współpracować, bo inaczej nie są w stanie przetrwać. Stają się od siebie
tak bardzo zależne, że nawet ich rozmnażanie może zacząć się ze sobą łączyć.
Najważniejszym poznanym przykładem tego typu jest endosymbioza. Polega ona na
połączeniu się komórek niezależnych w jedną o nowej budowie i możliwościach.
Tak powstały eukarionty, czyli organizmy jądrowe, które miliardy lat temu wchłonęły i nie
strawiły pewnych bakterii (prokariontów), a które przekształciły się w mitochondria. Być może brzmi to
dziwnie, ale faktem jest, że jedne z podstawowych jednostek naszych komórek
pochodzą od bakterii i do dzisiaj zachowały pewne typowe dla tej grupy
organizmów cechy, takie jak rozmnażanie się przez podział, bezpłciowo, bez
rekombinacji (crossing-over), rybosomy (inne niż te „typowo nasze”), drobne
różnice w kodzie genetycznym. Świadczą o tym
również badania sekwencji DNA: niektóre geny mitochondriów przeniesione zostały
w toku ewolucji do jądra komórkowego.
mitochondria
Mitochondria, Louisa Howard, http://remf.dartmouth.edu/imagesindex.html
Innym przykładem endosymbiozy są
chloroplasty, organella komórkowe sinic, glonów oraz roślin, które pozyskując
energię słoneczną, przekształcają ją w energię chemiczną (o ewolucji samej
fotosyntezy przeczytać można w książce „Tlen” Nicka Lane’a). Dowody na zajście
takiego zjawiska w przeszłości są podobne, co w przypadku mitochondriów, a co
więcej, obserwowano taką endosymbiozę także współcześnie – zachodziła ona
wielokrotnie w historii życia na Ziemi. Zjawisko endosymbiozy i jego przyczyny
oraz zbiór dowodów opisuje teoria endosymbiozy, która powstała na początku XX
wieku, wymyślona przez Konstantina Mierieżkowskiego (rosyjski botanik), a która stała się twardą teorią naukową za sprawą badań nieżyjącej już
biolożki Lynn Margulis.
Endosymbioza jest już stosunkowo
dobrze zbadana, jest zjawiskiem dosyć prostym, zachodzącym w przyrodzie cały
czas. Dzięki niemu istniejemy my i wszystkie inne eukarionty, ale czas spojrzeć
na nieco bardziej przyziemne choć nadal wyjątkowo ciekawe i w pewnym sensie
podobne do endosymbiozy przykłady. Jednym z nich mogą być mszyce. Owady te
potrafią rozmnażać się partenogenetycznie, czyli  z udziałem jednego tylko rodzica, którego
potomstwo jest identyczne – są to biologiczne klony. Mszyce zawierają różne
„sojusze” z innymi zwierzętami, np. z mrówkami, które chronią je „w zamian” za
wydzielinę, jaką te produkują, ale jeszcze bardziej intrygujące jest
dziedziczenie przez następne pokolenia mszyc… bakterii. Pomagają one mszycom
poprzez syntetyzowanie niezbędnych dla nich substancji. Komórki jajowe mszyc od
początku rozwijają się w zarodki i nowe osobniki właśnie z tymi bakteriami, co
trwa już od wielu pokoleń przez około 50 milionów lat – według badań molekularnych. Wyobraźcie
sobie, że na skutek mutacji jakiś osobnik traci zdolność do przeprowadzania w
wątrobie ważnego szlaku metabolicznego, np. syntezy jakiegoś ważnego związku. W
„normalnej” sytuacji szybko zginie, być może nawet jako zarodek albo płód, ale
wymyślmy mu symbiotyczne bakterie, które przeprowadzą za niego szereg utraconych
reakcji biochemicznych. Być może właśnie tak wyglądał początek współpracy
między mszycami, a wspomnianymi bakteriami.
mszyce i mrówki symbioza
Mrówka i mszyce, symbioza

Interesujących symbioz pomiędzy
eukariontami, a bakteriami jest znacznie więcej. Kolejnym szerzej znanym
przykładem jest współpraca bakterii azotowych (brodawkowych, np. z rodzaju Bradyrhizobium, Rhizobium czy Sinorhizobium)
z roślinami motylkowymi, zwanymi od jakiegoś już czasu bobowatymi, a potocznie
także strączkowymi. Bakterie azotowe potrafią wiązać azot z powietrza, którego
jest w atmosferze pod dostatkiem, z czego korzysta symbiotyczna roślina,
natomiast bakterie mają profity w postaci roślinnych produktów fotosyntezy. Bobowate to
najliczniejsza gatunkowo rodzina roślin okrytonasiennych i uważa się, że sukces
ten zawdzięcza właśnie symbiozie z bakteriami azotowymi. Pomiędzy tymi oboma
grupami organizmów nawiązała się tak silna współpraca, że ewoluują one
właściwie nieoddzielnie. Często bywa tak, że konkretne gatunki bakterii
brodawkowych wyspecjalizowały się do współpracy z konkretnym, jednym tylko
gatunkiem rośliny bobowatej.
Brodawki z bakteriami brodawkowymi, United States Department of Agriculture
Na dnie oceanu, przy kominach
hydrotermalnych żyją różne, dziwne z naszego punktu widzenia zwierzęta. Należą
do nich rurkoczułkowce (z rodzaju Riftia) – morskie pierścienice, które są odporne na wysokie
stężenie związków siarki oraz temperatury. Nie mają one właściwego przewodu
trawiennego, a pokarm-związki energetyczne uzyskują dzięki symbiozie z
bakteriami, które żyją wewnątrz ich ciała i przekształcają siarkowe związki chemiczne, pobierane przez te
ogromne, przydenne pierścienice, do przyswajalnych związków organicznych (chemosynteza). Nie mają one nawet otworu gębowego, ich
„odżywianie” polega właśnie na opisanym procesie. Są od tych bakterii w pełni
zależne. Masa tych długich, nawet dwumetrowych zwierząt może w około 50% wynikać z
biomasy bakterii symbiotycznych. Innym przykładem zwierzęcia bez otworu
gębowego jest płaziniec Convoluta (na pierwszym zdjęciu),
który żyje w symbiozie z zielenicami (glony) i gdy świeci słońce, wypełza za
powierzchnię, by jego symbiotyczne glony zaczęły fotosyntetyzować cukry, które są dla
niego pokarmem. Może to jest właściwa ewolucyjna droga do powstania prawdziwych
entów, drzewców, jak z Władcy Pierścieni, książek i gier komputerowych?
Riftia symbioza
Riftia pachyptila, National Oceanic and Atmospheric Administration

Jeszcze jednym ważnym przykładem
są bleskotki (owady błonkoskrzydłe, można je potocznie uznać za osy) i figi.
Bleskotki zapylają kwiaty figowe (żeńskie), które mają bardzo wąskie wejście, a
ponieważ fidze „zależy” na tym, by nie dostały się do środka inne owady, niż
zapylająca dany gatunek bleskotka, to utrzymuje ona – figa – (w skali
ewolucyjnej) na tyle ciasne otworki do kwiatostanu, by samice wchodząc do
środka dla złożenia jaj, utraciły po drodze (podczas przeciskania się) skrzydła
i inne przydatki, zatykając otwór. Tym samym nie mogą się z niego wydostać i
umierają wewnątrz z wycieńczenia (po uprzednim złożeniu jaj). Następnie samce po wykluciu z jaj zapładniają
niewyklute samice i umierają. Samice wykluwają się, wydostają i penetrują
kwiaty męskie, zbierają pyłek po czym wybierają się na poszukiwania nowego
żeńskiego kwiatostanu, do którego wciskają się, jak uprzednio ich matki i cykl
się powtarza.

W całym tym procesie można
znaleźć jedną ważną zależność. Jeśli bleskotka złoży zbyt wiele jaj, przez co
wyklute później larwy żywiące się owocem figi mogą zjeść zbyt dużą jego część,
ograniczając rozmnażanie rośliny, w takiej sytuacji figa odrzuca owoc i w
efekcie ginie całe potomstwo bleskotki. Wynika z tego, że skutecznie rozmnożą
się tylko te samice, które nie złożą zbyt wielu jaj (a więc zachowanie
powodujące składanie większej liczby jaj będzie usuwane przez dobór naturalny).
Bleskotki są niezbędne figom do zapylenia, a figi bleskotkom do dostarczenia
pożywienia larwom. Ewolucja takich układów bleskotka-figa doprowadziła do tego,
że różne gatunki fig mają swoje gatunki bleskotek i tylko te konkretne są w
stanie dostać się do kwiatostanu żeńskiego i go zapylić.
bleskotki figi
Bleskotki i figi, cykl rozwojowy. Encyklopedia Britannica.
Kolejne przykłady można by dodawać
godzinami (porosty i wiele innych). Te kilka, które opisałem, dobrze
pokazują i uzmysławiają znaczenie symbiozy w ewolucji organizmów żywych.
Pozwalają także na badania zjawiska ewolucji w tym kontekście, a jak widać w
przypadku powstania eukariontów (dzięki czemu w ogóle istniejemy) odegrało to
ogromną rolę.

Ponieważ To Tylko Teoria nie przynosi na ten moment żadnych dochodów z reklam, a prowadzenie i rozwój bloga wymagają ponoszenia kosztów, zdecydowałem się postawić na Patronite, gdzie możecie ustawić w prosty sposób comiesięczne wpłaty (od 5 złotych). Dzięki temu blog może funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Niebawem pojawi się na nim nowy, profesjonalny szablon, a przy podejściu do drugiego progu na Patronite zacznę publikować popularnonaukowe artykuły o tematyce historycznej (obalanie mitów historycznych, historie odkryć naukowych itp.) oraz opisowo-fotograficze relacje z wartościowych naukowo miejsc (kupię nowy, dobry aparat). 5 czy 10 złotych nie jest dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu osób staje się realnym, finansowym patronatem bloga. Dziękuję też wszystkim dotychczasowym Patronom i Patronkom.
Literatura
Adam Łomnicki. Ekologia ewolucyjna. Wydawnictwo Naukowe PWN.
Warszawa 2013.
Douglas Futuyma. Ewolucja. Wydawnictwo Uniwersytetu
Warszawskiego. Warszawa 2005.
Heath, Katy D., and Peter Tiffin. „Stabilizing mechanisms
in a legume–rhizobium mutualism.” Evolution (2009): 652-662.
John Maynard Smith, Eörs Szathmáry. Tajemnice Przełomów
Ewolucji. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2000.
Moulin, Lionel, et al. „Nodulation of legumes by members
of the β-subclass of Proteobacteria.” Nature (2001): 948-950.
Nick Lane. Tlen. Cząsteczka, która stworzyła świat.
Prószyński i S-ka. Warszawa 2005.
Okamoto, Noriko, and Isao Inouye. „A secondary symbiosis
in progress?”Science (2005): 287-287.
Semmler, Henrike, Xavier Bailly,
and Andreas Wanninger. „Myogenesis in the basal bilaterian Symsagittifera
roscoffensis (Acoela).” Frontiers in zoology (2008): 14.

 

Najnowsze wpisy

`

8 myśli w temacie “Fascynujące przykłady symbiozy w przyrodzie

  1. skoro wiele gatunkow wspolpracuje z innym gatunkiem…zeby powstało cos lepszego..jak w zyciu …co daje obserwowanie symbiozy wsrod innych …da sie jaąś symbioze w zycie ludzi wdrozyc …czy bediecie tworzyc super rosline kttóra dzieki szkodlinowi bedzie jeszcze smaczniejsza odporniejsza pozd

    1. Te gatunki nie współpracują ze sobą, po to żeby powstało coś lepszego, tylko dla tego, że to im się najbardziej opłaca.

  2. pokarm-związki energetyczne uzyskują dzięki symbiozie z bakteriami, które żyją wewnątrz ich ciała i utleniają siarkowe związki chemiczne
    Na pewno utleniania?

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *