Simbioza: definicija, primeri in evolucijska vloga (mitohondriji, mikoriza)

Simbioza (pl. simbioze) pomeni skupno življenje in opisuje tesne, pogosto dolgoročne odnose med različnimi vrstami. Izraz je leta 1879 uvedel Anton de Bary, in sicer kot "sobivanje nepodobnih organizmov". Simbioza zajema zelo širok spekter odnosov — od medsebojne pomoči do izkoriščanja — in je temeljna značilnost biosfere.

Kaj je simbiont in kakšne oblike simbioze poznamo?

Simbiont je organizem, ki živi v odnosu z drugo vrsto; ena ali obe strani lahko imata korist. Če ena vrsta živi znotraj druge ali če mikroskopski simbiont živi v celicah gostitelja, govorimo o endosimbiontu. Simbiozne zveze lahko razvrstimo tudi po naravi vpliva:

Mutualizem — oba partnerja imata korist (npr. mikoriza, opraševanje).
Komensalizem — ena vrsta ima korist, druga ni opazno prizadeta.
Parazitizem — ena vrsta pridobi, druga trpi (paraziti, patogeni).

Poleg tega ločimo obligatne simbioze (partnerja ne moreta preživeti ločeno) in fakultativne (simbionti lahko živijo tudi samostojno). V praksi so odnosi pogosto fluidni in se lahko spreminjajo glede na okoljske razmere — simbioza je torej spekter, ne vedno stroga kategorija.

Pomembnost simbioze v ekologiji in evoluciji

Pomembnost simbioze je tako v njeni pogostosti kot v njenem evolucijskem pomenu. Zdi se, da ni višjih rastlin ali živali brez simbiontov. Ti partnerji pogosto zagotavljajo osnovne funkcije, ki gostitelju omogočajo življenje v določenih okoljih ali pridobivanje hranil, ki bi bila sicer nedosegljiva.

Simbioza je prisotna med različnimi kraljestvi — bakterije, evkarionti, glive in rastline pogosto sodelujejo. Takšne medvrstne vezi so omogočile nastanek novih ekoloških niš in tudi velikih evolucijskih prelomnic.

Endosimbioza in nastanek organelov

Celice vseh evkariontov vsebujejo organele, ki so verjetno potomci starih simbiotskih dogodkov, ki so se začeli pred vsaj milijardo let. Najznamenitejša primera sta mitohondriji in plastidi (npr. kloroplasti). Endosimbiontska teorija pojasnjuje, kako je prokariontska celica pogoltnila aerobno bakterijo, ki je sčasoma postala mitohondrij — organela, odgovorna za celično dihanje. Kasnejši dogodek vključuje zajem fotosintetične cianobakterije, iz katere so nastali plastidi pri rastlinah in algah. Ti dogodki so bili ključni v zgodnji evoluciji evkariontov in so omogočili nastanek kompleksnih, večceličnih organizmov.

Dokazi za endosimbiozno poreklo organelov

Mitohondriji in plastidi imajo lastno DNA, pogosto v obliki krožnice, podobno bakterijski.
Imenujejo se tudi bakterijskem tipu ribosomov in sintezi beljakovin.
Fosfolipidne in dvojne membranske strukture ter fosilni in molekularni podatki (filogenetske analize) podpirajo sorodnost s prokarionti.
V mnogih primerih je prišlo do prenosa genov iz simbionta v jedrni genom gostitelja — kar kaže na dolgotrajno integracijo.

KonkretnI primeri simbioze

Primeri so zelo raznovrstni in vključujejo tako ekološke kot mikrobiološke vezi:

Mikoriza — glive in korenine višjih rastlin: gliva poveča vodo- in hranilno oskrbo rastline (npr. fosfor), rastlina pa zagotavlja ogljikove hidrate. Obstajata glavni obliki: arbuskularna (v notranjosti celic korenin) in ektomikoriza (na površini koreninskih celic).
Črevesna flora pri žuželkah in vretenčarjih — mikrobi prebavijo snovi (celulozo, polisaharide), sintetizirajo vitamine in ščitijo pred patogeni. Človek ni izjema — človeški mikrobiom vpliva na presnovo, imunski sistem in celo vedenje.
Rizobijske bakterije v stročnicah — fiksirajo atmosferski dušik v koreninskih vozličkih in rastlini zagotavljajo obliko dušika, rastlina pa jim vrača ogljikove spojine.
Korale in zooxantelle (alge) — fotosintetični simbionti napajajo koralne polipe z energijo; izguba teh alg (bleaching) vodi v beljenje in smrt koral.
Lisaste (lichei) — partnerska zveza med glivo in fotosintetskim partnerjem (alga ali cianobakterija), kjer gliva nudi strukturo in zaščito, fotosintetski partner pa hrano.
Bakterije v primerih žuželk — npr. Buchnera v listnih uši zagotavljajo esencialne aminokisline; nekateri simbionti so obligatni za razvoj in razmnoževanje gostitelja.

Evolucijski pomen in velike biološke spremembe

Simbioza ni le začasna prilagoditev: združitve organizmov so omogočile velike evolucijske preskoke — pojav novih metabolnih poti, razširitev habitata in nastanek kompleksnosti. Endosimbioza, kot preobrazba bakterije v organelo, je ena najbolj vplivnih dogodkov v zgodovini življenja. Poleg tega simbiotski odnosi spodbujajo koevolucijo in so pogosto vir novosti pri prilagajanju na okoljske spremembe.

Zaključek

Simbioza je temeljna in raznolika oblika biotskih interakcij, ki vpliva na ekologijo, zdravje in evolucijo organizmov. Od korenin rastlin do celične strukture evkariontov — simbiotske vezi oblikujejo življenje na vseh ravneh. Razumevanje teh odnosov je ključno za biologijo, medicina, kmetijstvo in ohranjanje biodiverzitete.

Slepe kozice kopljejo norišnico, gobavci pa so na preži

Opredelitev

Opredelitev simbioze je bila sporna. Nekateri menijo, da bi se simbioza morala nanašati le na trajne mutualizme, drugi pa menijo, da bi morala veljati za vse vrste dolgoročnih bioloških interakcij.

Po 130 letih razprav se v sedanjih učbenikih biologije in ekologije uporablja de Baryjeva definicija ali še širša definicija (kjer simbioza pomeni vse interakcije med vrstami). Ožja opredelitev (simbioza pomeni le mutualizem) se ne uporablja več.

Najširša definicija vključuje parazitizem (pri katerem enemu organizmu pomagamo, drugemu pa škodujemo), mutualizem (pri katerem oba organizma pomagata), komenzalizem (pri katerem en organizem pomaga, drugi pa ne) in tekmovanje (pri katerem oba organizma škodujeta).

Nimfe listavcev ščiti vojska mesnih mravelj. Mravlje se hranijo z izločki nimf.

Vrste simbioze

Različne oblike simbioze vključujejo:

Tip 1: Partnerja imata ločena telesa

Simbioza ni vedno koristna za oba partnerja. To se lahko zgodi:

parazitizem, pri katerem ima združenje slabosti za enega od obeh. Eden lahko celo uniči ali ubije drugega. (+ –)
vzajemnost, pri kateri ima združenje koristi za obe strani (+ +)
komenzalizem, pri katerem ima en član združenja koristi, drugi pa ne (+ 0)
tekmovanje, v katerem se oba člana združenja borita za hrano ali druge potrebe. (– –)

Tip 2: Partnerja živita kot en organizem

Tovrstna simbioza se imenuje endosimbioza. Primeri so:

Rhizobia: bakterije, ki vežejo dušik in živijo v koreninskih gomoljih na rastlinah iz družine graha.
Enocelični forami, ki imajo v celici enocelično algo. To je "fakultativno", kar pomeni, da to lahko počnejo ali pa tudi ne. Daljnosežnejša različica je idioplastična endosimbioza. V tem primeru foram zaužije algo, vendar ohrani njene kloroplaste v delujočem stanju.
Zelene alge v morskih črvih iz rodu polychaete.
Enocelične alge v koralah, ki gradijo grebene.
Bakterije v črevesju žuželk in vretenčarjev, ki prebavljajo rastlinsko celulozo. To so "obvezni" simbionti, kar pomeni, da jih mora imeti gostitelj.
Lišaj: gliva + alga ali bakterija.
Mikoriza: glivične hife in korenine dreves.

Skoraj gotovo se je to zgodilo pri nastanku evkariontske celice. To je vrsta celice, iz katere so sestavljene vse živali in rastline. Organeli v celici, kot so mitohondriji in kloroplasti, vsebujejo nekaj DNK. Ta DNK je ostanek nekoč ločene bakterije. Teorija pravi, da se je evkariontska celica razvila z združitvijo več organizmov bakterij ali arhej.

Tri vrste simbiotskih odnosov: komenzalistični (I), parazitski (II) in mutualistični (III).

Klovnska ribica v morski anemoni

Bakterije Rhizobia v nodulih vežejo dušik

Monotropa uniflora, cvetoča rastlina, ki parazitira na nekaterih glivah.

Dardanus pedunculatus Kraba puščavnica s simbiotskimi anemoni Calliactis sp., pritrjenimi na lupino. S svojimi žleznimi celicami anemone zagotavljajo zaščito in od rakovice pridobivajo mobilnost.

Primeri simbioze

Primer vzajemne simbioze je odnos med klovni, ki živijo med čepi tropskih morskih anemon. Klovni ščitijo anemono pred drugimi ribami. Odpadki, ki jih izločajo klovni, so pomembna hranila, ponoči pa lahko tudi povečajo zaloge kisika svojih gostiteljev. Žgečkljive šape anemone ščitijo anemonsko ribo pred plenilci. Posebna sluz na klovnovih ribah jih ščiti pred žgečkljivimi šapami.

Drug primer je gobij, ki včasih živi skupaj s kozico. Kozica v pesku izkoplje in očisti luknjo, v kateri živita kozica in gobij. Kozica je skoraj slepa, zato je na površju ranljiva za plenilce. Ko se ji približa plenilec, se škržatek z repom dotakne kozice, da bi ji dal znak. Ko se to zgodi, se tako kozica kot gobijan hitro umakneta v noro.

Lišaj je tesna kombinacija glive in alge. Alga živi v glivi, ki mora imeti algo, da lahko preživi. Alga pa lahko preživi sama. Rezultat združitve je ploščat, obarvan lišaj, ki raste na skalah in drugih površinah na prostem.

Rastlinojedi imajo črevesne bakterije, ki jim pomagajo prebavljati rastlinski material. Stene rastlinskih celic so narejene iz celuloze in skoraj nobena žival ni razvila encima za prebavo te snovi. Zato so bakterije vsaj za rastlinojede, ki se prehranjujejo z listi, bistvenega pomena.

Nekatere vrste mravelj "gojijo" afide, jih ščitijo pred plenilci in jih prenašajo z enega mesta hranjenja na drugo. Mravlje zaužijejo sladko lepljivo tekočino, ki jo mravlje izločijo po sesanju rastlinskega soka.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je simbioza?

O: Simbioza je tesen in dolgotrajen odnos med različnimi vrstami, ki živijo skupaj.

V: Kdo je skoval izraz "simbioza"?

O: Izraz je leta 1879 uporabil Anton de Bary.

V: Kaj je endosimbiont?

O: Endosimbiont je organizem, ki živi v drugi vrsti, ali mikroskopski simbiont, ki živi v celicah gostitelja.

V: Kako pomembni so simbiotični odnosi za večje organizme?

O: Simbiotični odnosi so zelo pomembni za večje organizme, ki v večini primerov brez svojih simbiontov ne bi mogli živeti tako, kot živijo.

V: Ali so ljudje izjema, ko gre za simbiozne odnose?

O: Ne, ljudje niso izjema, ko gre za simbiotične odnose.

V: Kateri so nekateri primeri teh povezav med organizmi iz različnih kraljestev?

O: Mikoriza pri višjih rastlinah ter črevesna flora pri žuželkah in vretenčarjih so primeri združenj med organizmi iz različnih kraljestev.

V: Kako pomembna je bila simbioza za razvoj življenja?

O: Simbioza je bila zelo pomembna za razvoj življenja, saj ima večina višjih rastlin ali živali simbionte, celice vseh evkariontov pa vsebujejo organele, ki so potomci starih simbiotskih odnosov.