Sümbioos: määratlus, tüübid ja tähtsus evolutsioonis
Avasta sümbioos: selge määratlus, erinevad tüübid ja sümbioosi võtmeroll evolutsioonis — miks sümbiontid kujundavad elu, liigirohkust ja organismide koostööd.
Sümbioos (pl. sümbioosid) tähendab kooselu. See kirjeldab erinevate liikide vahelisi tihedaid ja sageli pikaajalisi suhteid, kus osapooled mõjutavad üksteise ellujäämist, käitumist või levikut. Termini kasutas esmakordselt Anton de Bary 1879. aastal, kirjeldades seda kui "ebasarnaste organismide kooselu". Sümbioosi mõiste hõlmab väga erinevaid suhteid alates vabatahtlikust koostööst kuni täieliku sõltuvuseni.
Sümbiont on organism, mis elab suhetes teise liigiga (peremehega) ja millest üks või mõlemad osapooled saavad kasu. Kui üks liik elab teise liigi sees või kui mikroskoopiline sümbiont asub peremeesorganismi rakkude sees, nimetatakse seda endosümbiontiks. Vastandina kasutatakse mõistet ektosümbioos, kui sümbiont elab peremehe pinnal või väljaspool tema keha.
Tüübid ja klassifikatsioon
- Mutualism – mõlemad partnerid saavad kasu (näiteks toitainete vahetus või kaitse). See võib olla obligaatne (kohustuslik) või fakultatiivne (vabatahtlik).
- Kommensalism – üks osapool saab kasu, teisele ei teki olulist kahju ega kasu.
- Parasitism – üks organism (parasiit) saab kasu, tekitades peremehele kahju.
- Endo- vs ektosümbioos – sõltuvalt sellest, kas sümbiont elab peremehe sees (endosümbiont) või väljaspool.
- Intracellular vs extracellular – mõned endosümbiontid elavad peremehe rakkude sees, teised kudedes või soolestikus.
Näited looduses
Sümbioos on väga levinud ja toimib paljudes ökoloogilistes kontekstides. Mõned hästi tuntud näited:
- Mükoriisa – seened, mis elavad taimede juures ja aitavad taimel vett ja mineraalaineid omastada, vastutasuks saavad taimed süsivesikuid.
- Soolestiku taimestik putukatel ja putukatel või selgroogsetel – mikroobikommuunid aitavad seedimist, sünteesivad vitamiine ja mõjutavad immuunsüsteemi.
- Samblikud – seened ja fototroofilised partnerid (seened + vetikad või sinivetikad) moodustavad pikaajalise mutualistliku ühenduse, kus seened kaitsevad ja säilitavad vett, fotosünteesiv partner annab orgaanilist toitu.
- Korallid ja zooxanthellae – korallide sisemised sümbiontid on vastutavad suure osa koralliseeremete energia eest fotosünteesi kaudu.
- Nitrogenfixeerivad bakterid (nt Rhizobium) juurekobarates – fikseerivad lämmastikku ja muudavad selle taimede jaoks kättesaadavaks.
- Rakutasandil – kõikide eukarüootide rakkude Mitokondrid ja plastidid on tõenäoliselt pärit iidsetest sümbiootilistest bakteritest, mis elasid sisse peremeesrakkudesse ja muutusid ajapikku organeellideks.
Evolutsiooniline tähtsus
Sümbioosid on olnud elu evolutsiooni käigus korduvalt innovatsiooni allikaks. Sümbiootilised suhted võivad viia uute füsioloogiliste omaduste tekkeni, võimaldada organismidel koloniseerida uusi elupaiku ja kiirendada kohastumist. Näiteks endosümbioosi kaudu asendunud baktereid meenutavad organellid (näiteks Mitokondrid ja plastidid) on andnud eukarüootidele olulise metaboolse võimekuse. Samuti põhjustavad pikaaegsed sümbiootilised suhted tihti genoomi vähendust sümbiontides, geenide ülekannet peremehe genoomi kaudu ning sügavat kaasloomset evolutsiooni (coevolution), kus partnerite geneetilised muutused mõjutavad teineteist.
Inimese ja ühiskonna mõju
Inimene ei ole erandiks. Meie seedetraktis elav mikrobioom mõjutab seedimist, toitaine omastamist, immuunsüsteemi arengut ja isegi käitumust. Sümbioosidel on mõju tervisele: tasakaalust väljunud mikroobikooslused võivad soodustada haigusi, samas kui probiootikumid ja prebiootikumid võivad tervist toetada. Põllumajanduses kasutatakse sümbioose (nt mükoriisa, lämmastiku fikseerivad bakterid) taimede tootlikkuse tõstmiseks ja väetise vajaduse vähendamiseks. Biotehnoloogias uuritakse sümbiootilisi suhteid, et arendada uusi ravimeetodeid, biopõhiseid materjale ja keskkonnasõbralikke tootmislahendusi.
Uurimismeetodid
Sümbiooside uurimiseks kasutatakse erinevaid meetodeid:
- Valgus- ja elektronmikroskoopia raku- ja kudetasandil paiknemise uurimiseks.
- DNA-põhised tehnikad (16S rRNA, metagenoomika) mikroobikommuunide koostise ja funktsiooni kaardistamiseks.
- Isolatsioon ja kultiveerimine laboris, et testida partnerite vahelist ainevahetust ja sõltuvust.
- Eksperimentaalsed manipulatsioonid (nt sümbiontide eemaldamine või asendamine), et hinnata mõju peremehe fitnessile.
- Genoomika ja võrdlev bioloogia, et jälgida geenisiirdeid ja genoomi vähendust endosümbiontidel.
Kokkuvõttes on sümbioosid elu kujunemisel ja ökoloogias keskse tähtsusega: need suhted võivad olla hädavajalikud organismide eluks, soodustada evolutsioonilisi uuendusi ning mõjutada inimeste tervist ja majandustegevust. Sümbioosi mõistmine aitab paremini kasutada looduse pakutavaid lahendusi ning kaitsta bioloogilist mitmekesisust.
Pime krevett kaevab koopa, liblikkala hoiab valvet
Määratlus
Sümbioosi määratlus on olnud vastuoluline. Mõned arvavad, et sümbioos peaks viitama ainult püsivatele vastastikustele suhetele, samas kui teised arvavad, et see peaks hõlmama igasuguseid pikaajalisi bioloogilisi koostoimeid.
Pärast 130 aastat kestnud arutelu kasutavad praegused bioloogia ja ökoloogia õpikud nüüd viimast "de Bary" määratlust või veelgi laiemat määratlust (kus sümbioos tähendab kõiki liikidevahelisi suhteid). Kitsast määratlust (kus sümbioos tähendab ainult vastastikust suhtlemist) enam ei kasutata.
Kõige laiem määratlus hõlmab parasiitlust (kus ühte organismi aidatakse ja teine organism saab kahju), mutualismi (kus mõlemad organismid saavad abi), kommensalismi (kus üks organism saab abi ja teine ei saa kahju) ja konkurentsi (kus mõlemad organismid saavad kahju).
Lehtpõletajate nümfid, keda kaitseb liha sipelgate armee. Sipelgad toituvad nümfide eritistest.
Sümbioosi tüübid
Sümbioosi erinevad vormid on järgmised:
Tüüp 1: Partnerid hoiavad oma keha eraldi
Sümbioos ei ole alati kasulik mõlemale partnerile. See võib juhtuda:
- parasiitlus, mille puhul on ühendus ühele neist kahest ebasoodne. Üks võib isegi hävitada või tappa teise. (+ –)
- mutualism, mille puhul ühendus on kasulik mõlemale (+ +)
- kommensalism, mille puhul üks assotsiatsiooni liige saab kasu, samas kui teine ei ole mõjutatud (+ 0).
- konkurents, kus mõlemad ühingu liikmed võitlevad toidu või muude vajaduste pärast. (– –)
Tüüp 2: Partnerid elavad ühe organismina
Sellist sümbioosi nimetatakse endosümbioosiks. Näited on järgmised:
- Rizobia: lämmastikku siduvad bakterid, mis elavad herne perekonna taimede juurekolletes.
- Üherakulised foramid, mille raku sees on üherakuline vetikas. See on "fakultatiivne", mis tähendab, et nad võivad seda teha või mitte. Kaugem versioon on idioplastiline endosümbioos. Siin tarbib foraam vetikat, kuid säilitab selle kloroplastid töökorras.
- Rohelised vetikad mereliste polüteeniusside sees.
- Ühe rakuga vetikad riffi ehitavate korallide sees.
- Bakterid nende putukate ja selgroogsete soolestikus, mis seedivad taimset tselluloosi. Need on "kohustuslikud" sümbiondid, mis tähendab, et peremees peab neid omama.
- Samblik: seen+vetikas või bakter.
- Mükoriisa: seente hüüfid ja puude juured.
Peaaegu kindlalt juhtus see eukarüootide raku moodustamiseks. See on raku tüüp, millest kõik loomad ja taimed on tehtud. Raku sees olevad organellid, näiteks mitokondrid ja kloroplastid, sisaldavad osa DNA-d. See DNA on jäänuk kunagisest eraldiseisvast bakterist. Teooria kohaselt arenes eukarüootne rakk mitme bakteri või arheaorganismi ühinemise teel.
Kolme tüüpi sümbiootilised suhted: kommensalistlikud (I), parasitaarsed (II) ja mutualistlikud (III).
Klounkala oma mereanemoonis
Rhizobia bakterid nodulites fikseerivad lämmastikku
Monotropa uniflora , õitsev taim, mis parasiteerib teatavaid seeni.
Dardanus pedunculatus Ermikkrabi, mille kestale on kinnitatud sümbiootilised anemoonid Calliactis sp. Anemoonid pakuvad kaitset oma nõelarakkudega ja saavad krabist liikumisvõimalusi.
Näiteid sümbioosi kohta
- Üks näide vastastikuse sümbioosi kohta on troopiliste mereanemoonide telgitaguste vahel elavate klounkalade vaheline suhe. Klounkala kaitseb anemonit teiste kalade eest. Klounkala eritatud jäätmed annavad elutähtsaid toitaineid ja nad võivad ka öösel suurendada oma peremehe hapnikuvarusid. Anemooni nõelavad lonksud kaitsevad anemoonkala selle röövloomade eest. Klounkala eriline lima kaitseb teda nõelavate lontide eest.
- Teine näide on põhjakala, mis mõnikord elab koos krevettidega. Krevetid kaevavad ja puhastavad liiva sisse koopa, kus elavad nii krevetid kui ka põhk. Krevett on peaaegu pime ja on maapinnal olles kiskjate suhtes haavatav. Kui kiskja läheneb, puudutab põhk krevett oma sabaga krevetti märguandeks. Kui see juhtub, tõmbuvad nii krevett kui ka põhk kiiresti koopasse tagasi.
- Samblik on seene ja vetika intiimne kombinatsioon. Vetikad elavad seene sees, mis vajab ellujäämiseks vetikaid. Vetikad seevastu suudavad ellu jääda iseseisvalt. Ühinemise tulemuseks on lame, värviline samblik, mis kasvab kividel ja muudel pindadel vabas õhus.
- Taimtoidulistel loomadel on soolestikbakterid, mis aitavad neil taimset materjali seedida. Taimede rakuseinad on valmistatud tselluloosist ja peaaegu ühelgi loomal ei ole välja töötatud ensüümi selle materjali seedimiseks. Seetõttu on bakterid vähemalt taimtoidulised loomad, kes söövad lehti, hädavajalikud.
- Mõned sipelgaliigid "kasvatavad" kirveid, kaitstes neid kiskjate eest ja viies neid ühest toitumiskohast teise. Sipelgad söövad magusat kleepuvat vedelikku, mida kirvad eritavad pärast taimemahla imemist.
Küsimused ja vastused
K: Mis on sümbioos?
V: Sümbioos on tihe ja pikaajaline suhe erinevate koos elavate liikide vahel.
K: Kes mõtles välja mõiste "sümbioos"?
V: Terminit kasutas Anton de Bary 1879. aastal.
K: Mis on endosümbiont?
V: Endosümbiont on organism, mis elab teise liigi sees või mikroskoopiline sümbiont, mis elab peremeesorganismi rakkude sees.
K: Kui olulised on sümbiootilised suhted suuremate organismide jaoks?
V: Sümbiootilised suhted on väga olulised suuremate organismide jaoks, kes enamasti ei suudaks ilma oma sümbiontideta elada nii, nagu nad seda teevad.
K: Kas inimene on sümbiootiliste suhete puhul erand?
V: Ei, inimesed ei ole sümbiootiliste suhete puhul erandiks.
K: Millised on mõned näited selliste ühenduste kohta eri kuningriikide organismide vahel?
V: Mükoriisa kõrgemates taimedes ja soolestiku taimestik putukatel ja selgroogsetel on näited eri kuningriikide organismide vahelistest ühendustest.
K: Kui oluline on sümbioos olnud elu evolutsioonis?
V: Sümbioosid on olnud elu evolutsiooni jaoks väga olulised, sest enamikul kõrgematel taimedel või loomadel on sümbionte ja kõigi eukarüootide rakud sisaldavad organelle, mis on iidsete sümbiootiliste suhete järeltulijad.
Otsige