Szimbiózis – meghatározás, példák és az evolúciós jelentőség
Szimbiózis — meghatározás, példák és evolúciós jelentőség: áttekintés a mikorrhizától a bélflóráig és a mitokondriumokig, amelyek formálták az élet fejlődését.
A szimbiózis (többes számban szimbiózis) együttélést jelent. Különböző fajok közötti szoros és hosszú távú kapcsolatokat ír le. A kifejezést Anton de Bary használta 1879-ben, mint "nem hasonló szervezetek együttélése".
A szimbionta olyan szervezet, amely egy másik fajjal él olyan kapcsolatban, amelyben az egyik vagy mindkettő előnyökhöz jut. Amikor egy faj egy másik faj belsejében él, vagy egy mikroszkopikus szimbionta egy gazdaszervezet sejtjeiben él, endoszimbiontának nevezzük.
A szimbiózis jelentősége a gyakoriságában és evolúciós jelentőségében rejlik. Úgy tűnik, hogy nincsenek magasabb rendű növények vagy állatok szimbiózis nélkül. Ezek a szimbionták nagy jelentőséggel bírnak a nagyobb szervezetek számára, amelyek a legtöbb esetben képtelenek lennének úgy élni, ahogyan élnek a szimbiontáik nélkül. A magasabb rendű növényeknél a mikorrhiza, a rovaroknál és a gerinceseknél pedig a bélflóra a példa erre. Az ember sem kivétel.
Ráadásul a legtöbb ilyen társulás nem csak különböző fajokhoz, hanem különböző királyságokhoz tartozó szervezetek között jön létre. Végül pedig minden eukarióta sejtje tartalmaz olyan organellákat, amelyek legalább egymilliárd évvel ezelőtt kezdődött szimbiózisok leszármazottai. Ilyen például a mitokondrium és a plasztidok. A következtetésnek az kell lennie, hogy a szimbiózisnak nagy jelentősége volt az élet evolúciójában.
Szimbiózis típusai
- Mutualizmus – mindkét fél számára előnyös kapcsolat. Példák: a növények gyökerein élő nitrogénkötő baktériumok (pl. Rhizobium a hüvelyeseknél), vagy a zuzmók (gomba + alga/cianobaktérium).
- Kommenszalizmus – az egyik fél előnyhöz jut, a másikra semleges hatású. Példa: egyes madarak fészkének használata fáknál, vagy a remora és a cápafélék kapcsolata.
- Parazitizmus – az egyik fél (parazita) hasznot húz a gazdából, miközben az ártalmat szenved. Példák: bélférgek, egysejtű kórokozók (pl. malária kiváltója).
- Amenszalizmus – az egyik fél károsodik, a másik semmilyen hatást nem szenved (ritkábban említik közvetlen szimbiózisként).
- Obligát vs. fakultatív – obligát kapcsolatokban a partner(ek) nélkül az egyik vagy mindkét faj nem képes életben maradni; fakultatív szimbiózisoknál a kapcsolat előnyös, de nem létfontosságú.
- Ektoszimbionta vs. endoszimbionta – ektoszimbionta kívül él a gazdán (pl. bőr), endoszimbionta belső élő; az endoszimbionták gyakran az evolúció során szorosabb integrációhoz vezettek.
Gyakori és szemléletes példák
- Zuzmók – gomba és fotoszintetizáló alga vagy cianobaktérium együttélése; extrém vagy tápanyagban szegény élőhelyeken is lehetővé teszi a túlélést.
- Mikorrhiza – a növények gyökerei és gombák kapcsolata; a gombahálózat megnöveli a víz- és tápanyagfelvételt, cserébe szerves anyagokat kap a növénytől.
- Korallok és zooxanthellae – a korallok szöveteiben élő algák fotoszintézissel táplálják a gazdát; a korallfehéredés ennek a kapcsolatnak a felbomlásával jár.
- Bélmikrobiom – emberi és állati bélflórák segítik az emésztést, befolyásolják az immunrendszert; az antibiotikumok és diéta változtatásai jelentősen megváltoztathatják ezt a közösséget.
- Endoszimbionta baktériumok – pl. Buchnera az levéltetveknél, amelyek nélkül a gazdafaj nem tudná előállítani bizonyos esszenciális aminosavakat.
- Levélvágó hangyák és gomba – a hangyák gombatermesztők, a gomba táplálja a kolóniát, miközben a hangyák gondozzák és védik a kultúrát.
Miért fontos az evolúcióban?
- Szimbiózisok új funkciókat és metabolikus lehetőségeket teremtettek (például a mitokondriumok és a plastidok kialakulása révén), ami alapvető volt a többsejtű eukarióta élet kialakulásához.
- Gyorsítja a szpeciációt és a koevolúciót: partnerek kölcsönösen igazodnak egymáshoz, ami új fajok és ökológiai kapcsolatok kialakulásához vezethet.
- Nyersanyag- és tápanyagciklusokra gyakorolt hatás: pl. nitrogénfixáció, szénkötés, lebontás – ezek nagy hatással vannak az ökoszisztémák működésére.
- Genetikai anyag cseréje és horizontális géntranszferek révén új tulajdonságok terjedhetnek el, ami hosszú távon evolúciós innovációkat tesz lehetővé.
Hogyan vizsgáljuk a szimbiózisokat?
- Morfológiai és mikroszkópos vizsgálatok – az interakciók szövetszerkezetének feltárása.
- Molekuláris módszerek – DNS/RNS elemzés, gének és metabolikus utak összehasonlítása; a metagenomika különösen hatékony a komplex mikrobiomok feltérképezésében.
- Ökológiai kísérletek – izolálás, fertőzés, kölcsönhatások manipulálása annak megértésére, hogy milyen szerepet játszik a szimbiózis a gazda életében.
Veszélyek és zavarok
A szimbiózisok sérülékenyek: környezeti változások (pl. hőstressz a koralloknál), szennyezés, invazív fajok vagy emberi beavatkozások (pl. túlzott antibakteriális szerek) felboríthatják ezeket a kapcsolatokat. A szimbiózisok felbomlása ökológiai és gazdasági következményekkel járhat (pl. terméshozam csökkenése, biológiai sokféleség csökkenése).
Összefoglalás
A szimbiózis sokféle formában jelenik meg az életben, a kölcsönösen előnyöstől a szigorúan parazita kapcsolatokig. Együttélések milliói alakították a fajok evolúcióját, befolyásolják az ökoszisztémák működését és közvetlenül hatnak az emberi egészségre és mezőgazdaságra. A szimbiózisok megértése kulcsfontosságú a biodiverzitás megőrzéséhez és a fenntartható ökológiai gyakorlatok kialakításához.
Vak garnélarák ássa a barlangját, a gobbi hal őrködik...
Meghatározás
A szimbiózis meghatározása vitatott. Egyesek szerint a szimbiózisnak csak a tartós kölcsönösségre kell vonatkoznia, míg mások szerint mindenféle hosszú távú biológiai kölcsönhatásra.
130 évnyi vita után a jelenlegi biológia és ökológia tankönyvek ma már az utóbbi "de Bary" meghatározást vagy egy még tágabb definíciót használják (ahol a szimbiózis minden faji kölcsönhatást jelent). A szűkítő meghatározást (ahol a szimbiózis csak kölcsönösséget jelent) már nem használják.
A legszélesebb meghatározás magában foglalja a parazitizmust (amikor az egyik szervezetet segíti, a másikat pedig károsítja), a mutualizmust (amikor mindkét szervezetet segíti), a komensalizmust (amikor az egyik szervezetet segíti, a másikat pedig nem érinti) és a versengést (amikor mindkét szervezetet károsítja).
A levéltetvek nimfáit egy sereg húshangya védi. A hangyák a nimfák váladékával táplálkoznak.
A szimbiózis típusai
A szimbiózis különböző formái a következők:
1. típus: A partnerek külön tartják a testüket
A szimbiózis nem mindig előnyös mindkét partner számára. Ez történhet:
- parazitizmus, amelyben a társulás hátrányos a két fél egyikének. Az egyik akár el is pusztíthatja vagy megölheti a másikat. (+ –)
- mutualizmus, amelyben a társulás mindkét fél számára előnyös (+ +)
- komensalizmus, amelyben a társulás egyik tagja profitál, míg a másik tagot nem érinti (+ 0).
- verseny, amelyben a társulás mindkét tagja az élelemért vagy más szükségletekért küzd. (– –)
2. típus: A partnerek egy szervezetként élnek
Ezt a fajta szimbiózist endoszimbiózisnak nevezik. Példák:
- Rhizobia: nitrogénmegkötő baktériumok, amelyek a borsófélék családjába tartozó növények gyökérgumóiban élnek.
- Egysejtű forámok, amelyek egysejtű algát tartalmaznak a sejt belsejében. Ez "fakultatív", ami azt jelenti, hogy vagy megteszik, vagy nem. Egy messzebbre mutató változat az idioplasztikus endoszimbiózis. Itt a forám elfogyasztja az algát, de kloroplasztiszait működőképesen tartja.
- Zöld algák a tengeri polihétavérű férgek belsejében.
- Egysejtű algák a zátonyépítő korallok belsejében.
- A rovarok és gerincesek bélrendszerében található baktériumok, amelyek a növényi cellulózt emésztik. Ezek "obligát" szimbionták, ami azt jelenti, hogy a gazdaszervezetnek rendelkeznie kell velük.
- Lichen: gomba+alga vagy baktérium.
- Mikorrhiza: gombahifák és a fák gyökerei.
Szinte biztos, hogy ez történt az eukarióta sejt kialakulásakor. Ez az a sejttípus, amelyből minden állat és növény áll. A sejt belsejében lévő organellumok, például a mitokondriumok és a kloroplasztiszok tartalmaznak némi DNS-t. Ez a DNS egy egykor különálló baktérium maradványa. Az elmélet szerint az eukarióta sejt több baktérium vagy archaea szervezet összeolvadásával alakult ki.
A szimbiózis három típusa: komensista (I), parazita (II) és mutualista (III).
Bohóchal a tengeri anemonában
Rhizobia baktériumok a gumókban nitrogént kötnek meg
Monotropa uniflora , egy virágos növény, amely bizonyos gombákat parazitál.
Dardanus pedunculatus Remeterák a páncéljára erősített Calliactis sp. szimbiózissal. Az anemonák szúrósejtjeikkel védelmet nyújtanak, és a rák mozgékonyságát biztosítják.
Példák a szimbiózisra
- A kölcsönös szimbiózisra példa a trópusi tengeri anemónák csápjai között élő bohóchalak kapcsolata. A bohóchal megvédi az anemónát a többi halaktól. A bohóchalak ürülő hulladékai létfontosságú tápanyagokat szolgáltatnak, és éjszaka is növelhetik gazdájuk oxigénellátását. Az anemóna szúrós csápjai megvédik az anemónahalat a ragadozóktól. A bohóchalat egy speciális nyálka védi a szúró csápoktól.
- Egy másik példa erre a goby hal, amely néha együtt él egy garnélarákkal. A garnélarák ás és kitakarít egy üreget a homokban, amelyben a garnélarák és a garnéla is él. A garnéla szinte vak, és a föld felett védtelen a ragadozókkal szemben. Amikor egy ragadozó közeledik, a garnéla a farkával megérinti a garnélát jelként. Amikor ez megtörténik, a garnélarák és a rák is gyorsan visszahúzódik az odúba.
- A zuzmó egy gomba és egy alga bensőséges kombinációja. Az alga a gomba belsejében él, amelynek a túléléshez szüksége van az algára. Az alga viszont önmagában is képes túlélni. Az egyesülés eredménye egy lapos, színes zuzmó, amely a szabadban sziklákon és más felületeken nő.
- A növényevőknek bélbaktériumai vannak, amelyek segítik őket a növényi anyagok megemésztésében. A növényi sejtfalak cellulózból állnak, és szinte egyetlen állat sem fejlesztett ki enzimet ennek az anyagnak az emésztésére. Ezért, legalábbis a leveleket fogyasztó növényevők számára, a baktériumok nélkülözhetetlenek.
- Egyes hangyafajok "tenyésztik" a levéltetveket, védik őket a ragadozóktól, és egyik táplálkozóhelyről a másikra szállítják őket. A hangyák azt az édes, ragacsos folyadékot fogyasztják, amelyet a levéltetvek a növényi nedv kiszívása után választanak ki.
Kérdések és válaszok
Q: Mi az a szimbiózis?
V: A szimbiózis egy szoros és hosszú távú kapcsolat különböző fajok között, amelyek együtt élnek.
K: Ki alkotta meg a "szimbiózis" kifejezést?
V: A kifejezést Anton de Bary használta 1879-ben.
K: Mi az endoszimbionta?
V: Az endoszimbionta egy másik faj belsejében élő szervezet, vagy egy mikroszkopikus szimbióta, amely a gazdaszervezet sejtjeiben él.
K: Mennyire fontosak a szimbiotikus kapcsolatok a nagyobb szervezetek számára?
V: A szimbiontikus kapcsolatok nagy jelentőséggel bírnak a nagyobb szervezetek számára, amelyek a legtöbb esetben nem tudnának úgy élni, ahogyan élnek a szimbiontáik nélkül.
K: Az ember kivétel a szimbiotikus kapcsolatok tekintetében?
V: Nem, az ember nem kivétel, ha szimbiózisról van szó.
K: Milyen példák vannak ezekre a különböző királyságokból származó szervezetek közötti társulásokra?
V: A magasabb rendű növények mikorrhizája és a rovarok és gerincesek bélflórája példák a különböző királyságok szervezetei közötti társulásokra.
K: Milyen jelentősége volt a szimbiózisnak az élet evolúciója szempontjából?
V: A szimbiózisnak nagy jelentősége volt az élet evolúciója szempontjából, mivel a legtöbb magasabb növény vagy állat rendelkezik szimbiontákkal, és valamennyi eukarióta sejtje tartalmaz olyan organellumokat, amelyek ősi szimbiózis kapcsolatok leszármazottai.
Keres