Együttélés a természetben: A szimbiózis nemcsak kölcsönösen előnyös
"Hosszú távon a szimbiózis hasznosabb, mint a parazitizmus. És szórakoztatóbb is. Kérdezzen meg bármilyen mitokondriumot. ”- Larry Wall, programozó
A különböző életformák közötti szoros kölcsönhatások rendkívül gyakoriak a természetben. Még a saját sejtjeink is egy szimbiotikus kapcsolat eredménye *. Az összes eukarióta szervezet sejtjei a baktériumok egymás mellett élése és együttmûködése eredményeként jöttek létre, amelyek az evolúció százmilliói alatt mitokondriumokká, kloroplasztokká és más sejtorganellekké alakultak át.
A szimbiózis nem olyan, mint a szimbiózis
A kifejezés alatt szimbiózis értjük bármilyen tartós és szoros kapcsolat két különböző organizmusfaj között. A laikus beszédben azonban a "szimbiózis" kifejezést gyakran önkényesen összekeverik a szimbiózis egy meghatározott formájával, amelyet mi kölcsönösség. A szimbiózis valójában egy tág kifejezés, amely magában foglalja a parazitizmust.
Attól függően, hogy a két partner hogyan érintkezik fizikai kapcsolatban, fel tudjuk osztani a szimbiotikus kapcsolatokat endoszimbiotikus (az egyik partner a másik testén belül van) a ektoszimbiotikus (a test felszínén vagy kívül). A szimbiotikus kapcsolattól való függőség mértéke is változó. Ha az élőlények nem tudnak túlélni egymás nélkül, akkor erről beszélünk kötelező (kötelező) szimbiózis. Ha a kapcsolat nem kötelező, akkor az szimbiózis választható.
A kapcsolat természetének tisztázása érdekében a biológiai interakciók különféle formáiban a plusz (+) és a mínusz (-) jeleket fogjuk használni. A pluszjel az előnyös kapcsolatot, a mínusz a kedvezőtlenet jelzi. A semleges relációt a nulla (0) szimbólummal jelöljük. A kölcsönös kapcsolatokban mindkét fél profitál, tehát kölcsönösen (kölcsönösen) előnyös együttélésről van szó (+, +). A Föld gyakorlatilag minden élőlénye kölcsönös kapcsolatban áll egy másik élőlénnyel. Számtalan példa van a vadonban. Szervezetek egész csoportja hívott zuzmók két partner - gombák és algák, vagy cianobaktériumok - együttműködésének eredménye.
A zuzmók a kölcsönösség tankönyvpéldái. Ezek olyan összetett szervezetek, amelyek gombából (mikobiont) és algákból vagy cianobaktérium komponensből (fotobiont) állnak. Míg a fotobiont energiát biztosít a fotoszintézis révén, a mikobiont megvédi azt, és vizet és tápanyagokat nyer a környezetből. Az együttműködésnek köszönhetően a zuzmók nem csupán két alkotóelemének összességét jelentik. Közülük sokan életben maradhatnak a sivatagok és a sarkvidékek szélsőséges környezetében. A csupasz kőzethez is kötődnek, ami úttörővé teszi őket az elsődleges szukcesszió folyamatában. **
Azok a gombaszedők, akiket nem gasztronómiai szempontból érdekel a "vadászatuk" tárgya, már hallottak mycorrhiza - kölcsönös kapcsolat gombák és növényi gyökerek között. Míg a gombás (gombás) szimbióta korlátlan mennyiségű energiadús szénhidrogént nyer a növénytől, annak viszont előnye származik, hogy a gomba jelentősen megnöveli a gyökérzet felületét, megkönnyítve ezzel a növény felszívódását. a talajból származó víz és tápanyagok. A gombák és az állatok között kölcsönös kölcsönhatások is megtalálhatók. Több rovarcsoport - termeszek, lombhullató hangyák vagy parlagfű-bogarak - nőnek gombás szimbiontusok termeszeiben, hangyabolyjában és kamráiban. A gomba gondozott, a kertészeket állandó táplálékforrásként szolgálja. Egyébként termeszek. Valójában minden növényevő állat, amely megemészti a fában található cellulózt vagy lignint, ezt csak az emésztőrendszerében található szimbiotikus mikroorganizmusoknak köszönheti. A saját emésztőrendszerünkben is elképesztően változatos bél mikroflóra található.
A parlagfű-bogarak között számos evolúciós sor található az alanyokból (bogarak, köztük a hírhedt lucfenemelő) és a magrágcsálókból, amelyek lárvái és kifejlett egyedei kizárólag a feltárt fafolyosókon termesztett parlagfűgombákkal táplálkoznak. A gombaspórákat a bogarak a test felszínén speciális formációkban továbbítják. A parlagfű gombákkal való együttélésüknek köszönhetően ezek a bogarak rendkívül széles körben elterjedtek és sikeresek, és közülük néhányan az USA és Európa fás szárú növényeinek féltett invazív kártevőivé váltak.
A földi ökoszisztémák számára az egyik legfontosabb kölcsönös kapcsolat az állatok között van beporzók (rovarok, madarak, denevérek) és virágzó növények. A szimbiotikus partnerek közötti szoros kapcsolat azt jelenti, hogy az élőlények befolyásolják egymás evolúciós fejlődését. Erről az evolúciós jelenségről beszélünk koevolúció. Például a virágzó növények diverzifikációja a mezozoikum végén hatalmas evolúciós fellendülést okozott a rovar beporzókban is. A rovar a virágzó rovarok növekvő sokféleségére úgy reagált, hogy számtalan formára diverzifikálta magát a különféle növényfajok beporzásához. Ma a rovarok jelentik a legnagyobb állatcsoportot, becsült fajszáma millió.
Számos példát találunk a kölcsönösségre is az óceánokban. A korallzátonyok ökoszisztémái esetében a legfontosabb kapcsolat a korallok a endoszimbiotikus algák. A korallok testükben a Zooxanthellae csoport algait tartalmazzák, amelyek fotoszintézisre képesek. A korallokat korábban növényeknek gondolták, de ezek a hozzáadott gyarmati állatok tartalmaznak növényi komponenst. Emiatt a korallok csak sekély, tiszta vizekben létezhetnek. A Zooxantelek nemcsak a korallokkal való szimbiózisban, hanem más tengeri gerinctelenekkel is élnek - kökörcsin, medúza, óriáscsiga vagy óriási kéthéjú kagylók (Tridacna nemzetség).
Az óriás eloszlás (Tridacna gigas) vegyes étrendű (úgynevezett mixotrófia). A felnőttek a felszínen élnek, és a tápanyagok 70–100% -át a Symbiodinium nemzetség szimbiotikus algáin keresztül nyerik, amelyeket a palástban tartanak meg. Az ételek fennmaradó százalékát szűréssel biztosítják.
Kommenzalizmus - ha a másik nem bánja.
A biológiai interakció másik formája az kommenzalizmus. Olyan helyzetet jelez, amikor csak az egyik partner profitál a kapcsolatból, míg a másik nincs hatással (+, 0). A kommenzalizmus kevésbé kutatott, mint a kölcsönösség és a parazitizmus, ami annak köszönhető, hogy a kommenzalizmusban semmi "extra" nem történik. Ez a megjelenés azonban téves. Ezenkívül a kommenzalizmus elterjedt a természetben.
A kommensalizmus talán legismertebb példája foresia - az a jelenség, amikor az egyik állatot egy másikhoz szállítják. A foretikus magatartás különösen az ízeltlábúak körében gyakori. Ezt a "szállítási" formát népszerûen alkalmazzák például a májbogarak (Meloe nemzetség) lárvái, amelyek a méhek testén a növények virágaiban ragadnak el, és csalánkiütésbe "szállítják". A Foresia számos atkának is szokásos szállítási mód, amely általában lényegesen több mozgékony rovart és gerincest használ a távolsági szállításhoz. A tengerekben jól ismert foretikus állatok a pajzshalak (Remora nemzetség). A hátsó uszonyuk szívószervekké alakul át, amellyel egy gazda, például cápa vagy paradicsom elfogja őket. A pajzshalak azonban nemcsak a nagyobb tengeri gerinceseket használják szállítóeszközként, hanem ételmaradékokat, parazitákat vagy akár gazdájuk ürülékét is fogyasztják. Ennek a biológiai interakciónak a természete tehát jobban hasonlít a kölcsönösségre, mint a kommenzalizmusra a pajzsféreg "higiénés szolgálata" miatt.
A Remora félelem nélkül "ragadt" ragadozó gazdájára - a citromcápára (Negaprion brevirostris).
Sok közönséget találnánk közöttük bakteriális organizmusok eukarióta gazdákkal társítva. Ez a jelenség főként az ún biofilmek - baktériumtársulások az állatok és növények testfelületén. Szinte hihetetlennek tűnik, de az emberi test összes mikrobájának össztömege körülbelül 1,25 kilogramm! Ezen mikrobák egy része kölcsönös, de a túlnyomó többség kommensálnak nevezhető. Gyakorlatilag mindenhol megtalálhatjuk őket - a bőr felszínén, a szájüregben, a légzőrendszerben, az emésztőrendszerben és a kiválasztó rendszerben. Ha a mikrobaközösség stabilitása romlik, néhány (pl. Staphylococcus baktérium) kommenzálistól agresszív kórokozóvá változik.
A biológiai kölcsönhatások egyéb típusai
Két faj közötti interakció sajátos típusa amensualizmus, ami sokkal ritkább, mint a korábbi jelenségek. Ebben az esetben az egyik szervezet nincs hatással, míg a másik veszít (0, -). Példa erre két tengeri madárfaj fészkelő telepei a Galapagoson. Egy tanulmány szerint a kéklábú (Sula nebouxii) egyedeket agresszívebb hozzátartozóik - a Galapagos-szule (Sula granti) - szorítják ki fészkükből, míg az agresszorok láthatóan nem szenvednek a kék- talpú mázli. Ha ez lenne a helyzet, akkor kapcsolat lenne verseny (-, -), azaz a fajok közötti verseny.
Paraziták és ragadozók
Lehet, hogy meglepődik ezen információkon, de parazitizmus a Földön a leggyakoribb életmód. Az összes növény és állat megközelítőleg fele parazita életciklusának legalább egy fejlődési szakaszában. Gyakorlatilag minden fajon élősködik valaki más, még a parazitáknak is vannak saját parazitáik! Az emberi test több mint 350 parazitafajt tartalmaz, a vírusokról és baktériumokról nem is beszélve. Az állatok között 9 különálló törzset találnánk, amelyek kizárólag paraziták.
A parazitizmus elve egyszerű - a parazita a gazdája rovására táplálkozik, így a kapcsolat előnyös az egyik fél számára, de a másik számára negatív (+, -). A parazitizmus formái nagyon változatosak, és egy későbbi cikkben sokkal részletesebb információkat hozunk róluk. Ezen a ponton hozzátesszük, hogy a biológiai interakció másik, nagyon elterjedt formája ragadozás, így az egyik szervezet másik általi fogyasztását. Ugyanez a szimbólumkombináció vonatkozik erre a kapcsolatra, mint a parazitizmusra (+, -).
* Az endoszimbiotikus elmélet vagy a szimbiógenezis szerint a jobboldali magú (eukarióta) sejtek egyszerűbb, prokarióta baktériumsejtek kombinációjával jöttek létre. Rengeteg bizonyíték van a szimbiogenezisre, kezdve a saját genetikai információinak létezésétől a mitokondriumokban és a plasztidákban, egészen a sejtek képtelenségéig új organellákat képezni, csak a meglévők bináris felosztásával.
** Az utódlás az a folyamat, amelynek során egy ökoszisztéma organizmusainak közösségének faji szerkezete megváltozik. Az utódlás csúcspontja az ún klimax, vagyis az a közösség, amely az adott körülmények között ökológiailag a legstabilabb (Szlovákiában elsősorban tölgy, bükk, vegyes és a magasabb hegyekben lucfenyő). Az elsődleges utódlás az, amelyben úgymond "a semmiből indul". Példa erre egy újonnan kialakult vulkanikus sziget fokozatos gyarmatosítása élő szervezetek által.
Források:
Begon M, Townsend CR, Harper JL (2009) Ökológia. Hoboken, NJ, Wiley-Blackwell.
Hirsch AM, Fujishige NA (2008) Commensalisms. In: Jorgensen SE (szerk.) Ecology Encyclopedia of 1. kötet, pp. 679-683. Amszterdam, Elsevier.
Holland JN, Bronstein JL (2008) Kölcsönösség. In: Jorgensen SE (szerk.) Encyclopedia of Ecology 3. kötet, pp. 2485-2491. Amszterdam, Elsevier.
Kitching RL, Harmsen R (2008) Amensalism. In: Jorgensen SE (szerk.) Encyclopedia of Ecology 1. kötet, pp. 160-162. Amszterdam, Elsevier.
Lafferty KD (2008) Paraziták. In: Jorgensen SE (szerk.) Ecology Encyclopedia of 4. kötet, pp. 2641-2650. Amszterdam, Elsevier.
Képek: Christoph Specjalski, Jiří Hulcr, Albert kok