Mutualno korisna simbioza gljiva i algi može odmah nastati • Alexander Markov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Evolucija, mikrobiologija, biotehnologija

Istodobno se može stvoriti međusobno korisna simbioza gljivica i algi

Sl. 1. Shema međusobno korisne suradnje (obvezujući mutualizam) Bakerov kvasac Saccharomyces cerevisiae i alge Chlamydomonas reinhardtii u okruženju bez pristupa zraku. Kvasac se hrani glukozom (C.6H12O6) i proizvesti ugljični dioksid, potreban za alge za fotosintezu. Chlamydomonas vratiti nitrit (NO2) i osigurati kvasac s amonijakom (NH3). Dakle, alge su potrebne za kvasac kao izvor dušika i kvasac za alge kao izvor ugljika. Osim toga, zbog razmjene protona između kvasca i algi u mediju, održavaju se optimalne pH vrijednosti. Slika iz raspravljanog članka uznanost

Vjeruje se da bi se uzajamnost (obostrano korisna simbioza) dviju vrsta živih bića trebala formirati postupno, kao rezultat dugog koevolucije. Međutim, eksperimenti američkih biologa pokazali su da mnoge vrste gljiva i jednostanične alge mogu trenutačno stvarati mutualističke sustave bez prethodnog razdoblja međusobne prilagodbe i bez ikakvih genetskih promjena. Da bi to učinili, gljiva i alga moraju biti u okruženju gdje će biti jedni za druge jedini izvor potrebnih tvari, poput ugljičnog dioksida i amonijaka.Istraživanje je potvrdilo hipotezu "sukladnosti s okolišem", prema kojoj ne bi svi sustavi u prirodi trebali tumačiti kao rezultat dugog prethodnog koevolucije.

Obvezni (obvezatni) Mutualizam se odnosi na uzajamno korisne odnose između dvije vrste koje ne mogu postojati bez međusobno. Smatra se da se takvi odnosi formiraju postupno, tijekom dugotrajne koevulzije i međusobne prilagodbe, "lapping" organizama jedni drugima. Bez sumnje, u mnogim slučajevima bilo je tako (vidi N. Provorov, E. Dolgikh, 2006. Metabolička integracija organizama u sustavima simbioze).

Međutim, daleko od svih specifičnih međusobnih odnosa između organizama promatranih u prirodi rezultat su dugog koevolucije. To je jasno pokazalo slučajevima uspješnog uvođenja – uvođenje vrsta u područja izvan njihovog prirodnog raspona. Vrsta se mogla prilagoditi svojim susjedima ekosustava milijunima godina, ali onda slučajno pada u drugu zajednicu – i uspješno se integrira u nju, razvija nove resurse hrane, suočava se s novim parazitima itd.Iz toga proizlazi da prilagodbe koje osiguravaju određene interakcije u okolišu koje nalazimo pri proučavanju modernog ekosustava mogu se u početku razvijati u neku drugu svrhu, a zatim, u promjenjivim uvjetima, biti korisni za obavljanje novih funkcija.

Naravno, svaka vrsta ne može se integrirati u novo okruženje. Uvođenjem vrste sortiranja događa se tijekom kojih neki vanzemaljci koračaju na novo mjesto, dok drugi umiru. Na ovaj ili onaj način moramo priznati da se cjelovita i međusobno povezana zajednica ne može stvoriti ne samo zbog suevolucionarnog "brušenja" vrsta koje idu već milijuni godina, već i zbog izbora vrsta koje su komplementarne i dobro se slažu zajedno. Ovu ideju, poznatu kao ekološku prilagodbu (što može biti grubo prevedeno kao "ekološka sukladnost" ili "ekološka selekcija"), razvio je poznati američki ekolog Daniel Janzen od 1980-ih.

Može li se obvezujući-mutualistički sustavi, obično smatrati nešto poput apoteoze koevulacije, biti iste linije,to jest, bez ikakve koevolucije – jednostavno zbog slučajne korespondencije dviju slučajno susriranih vrsta koje, pod određenim uvjetima, ne mogu živjeti jedni druge? Eksperimenti koje su proveli biologi sa Sveučilišta Harvard (SAD), dopuštaju odgovoriti na ovo pitanje potvrdno.

Autori su radili s običnim pekarskim kruhom. Saccharomyces cerevisiae i barem uobičajene jednostanične algame chlamydomonas (Chlamydomonas reinhardtii). U prirodi, ove vrste nisu vidljive u mutualistic odnosa. Ipak, u laboratoriju su postali nerazdvojno povezani brzo i lako, bez evolucije ili genetske modifikacije. Da bi to učinio, bilo je dovoljno da rastu kvasac i klamidom bez pristupa zraku u okruženju gdje je glukoza jedini izvor ugljika, a kalijev nitrit jedini je izvor dušika.

Shema mutualistic odnosa između kvasca i chlamydomonad je vrlo jednostavna (Slika 1). Kvasac se hrani glukozom i proizvodi ugljični dioksid, koji je neophodan za klamidodonade za fotosintezu (ne mogu koristiti glukozu sadržanu u mediju u klamidijadama).Alge, s druge strane, smanjuju nitrit pretvaranjem dušika u oblik (amonij) dostupan za kvasac. Dakle, kvasac osigurava klamidodonade s ugljikom, a klamidotonija opskrbljuju kvasac s dušikom. U takvim uvjetima nitko od vrsta ne može rasti bez drugog. Ovo je obvezatan mutualizam.

Autori su bili uvjereni da uzajamni sustav uspješno raste u širokom rasponu koncentracija glukoze i nitrita, iako niti jedna od dvije vrste ne preživi u tim uvjetima. Samo s vrlo jakim smanjenjem koncentracije glukoze ili nitrita, rast miješane kulture prestaje.

Ako uklonite sustav, to jest, dajte joj pristup atmosferskom CO2, ispada zajednica u kojoj samo jedan od sudionika (kvasac) ne može živjeti bez drugog, dok drugi sudionik (chlamydomonas) više ne treba prvi koji će preživjeti. Međutim, čak iu ovom slučaju, Chlamydomonas raste bolje u prisutnosti kvasca nego bez njih (očito, dodatni CO2kvasac, to je dobro za njih). Dakle, sustav ostaje uzajamno, iako od algure mutualizam više nije obvezan. Nijedna vrsta ne mijenja drugu.

Ako se u okoliš dodaju amonija, dobiva se suprotna situacija: sada kvasac može živjeti bez algi (i ne treba ih uopće), dok alge ipak ne mogu živjeti bez kvasca. To više nije mutualizam, već komensalizam (antagonizam algi). U tom slučaju, kvasac, koji se množi brže od algi, ispunjava čitav životni prostor, dovodeći klamonidona do izumiranja. Autori sugeriraju da stabilnost takvih asimetričnih sustava (u kojima samo jedan od sudionika snažno ovisi o drugom) određen je omjerom stope reprodukcije. Ako ovisna vrsta reproducira brže nego neovisna, onda bi zajedničko postojanje dviju vrsta moglo biti stabilno; u suprotnom, neovisno gledanje može potpuno zamijeniti svog partnera.

Autori su proveli slične eksperimente s drugim vrstama klamidija i ascomycete gljiva. Ispalo je da gotovo sve tipove kvasca u tim uvjetima tvore obvezni-uzajamni odnos s klamididomom. Istina, produktivnost (stopa rasta) simbioznih kompleksa ispada drugačije. Odakle ovisinije bilo moguće utvrditi: autori nisu pronašli povezanost s tendencijom kvasca na kiselo kiselo disanje ili metabolizam kisika (fermentacija), niti s prirodnim staništima kvasca, niti s brzinom reprodukcije, niti sa stupnjem utjecaja koncentracije nitrita na rast kvasca. Očito, stvar je u nekim drugim svojstvima proučavane vrste.

Jednocelularna alga Chlorella odbila je ući u mutualistički odnos s kvascem, jer može hraniti glukozu i, u mješovitoj kulturi, zamjenjuje kvasac. Nije počela formirati obvezno-mutualističke komplekse s algama kvasca Hansenula polymorpha, jer sami znaju kako koristiti nitrit kao izvor dušika. No, ipak, istraživanje je pokazalo da su najrazličitije vrste Ascomycetes i Chlamydomonas spremne za ulazak u simbiozne odnose jedan s drugim, nakon što su pali u prikladne uvjete.

Dva klasična laboratorijska tijela testirani su iz višestaničnih (točnije, formiranja filamentosnih hifa) ascomycetes. Neurospora crassa i Aspergillus nidulans, Obje vrste su u stanju vratiti nitrit i stoga ne formiraju obvezne-mutualističke sustave s klamididomom.Međutim, genetski modificirani sojevi ovih gljiva, bez mogućnosti korištenja nitrita, ušli su u simbiozu s algama na isti način kao i kvasac. Kao što se ispostavilo, u ovom slučaju, klamidijalne stanice dolaze u izravni fizički kontakt s hifovima gljiva: pod mikroskopom se mogu vidjeti hifi visjeli s klamididom, poput božićnog drvca (sl. 2).

Sl. 2. hife Neurospora crassa (na lijevoj strani) i Aspergillus nidulans (s desne strane), obložene simbiotskim algama. Slika iz članka u raspravi znanost

Međusobni odnos klamidija s kvascem, očito, također zahtijeva uspostavljanje fizičkih kontakata između stanica. To dokazuje i činjenica da sustavno trese mješovite kulture kvasca i algi dramatično usporava rast simboličkog sustava.

Korištenje elektronskog mikroskopa, autori su pronašli uske kontakte koji nastaju između staničnih zidova. Aspergillus nidulans i Chlamydomonas reinhardtii, a stanična stijenka alge na mjestima kontakta postaje tanja – možda pod djelovanjem enzima koje luči gljiva.

Slični intercelularni kontakti karakteristični su za klasične simbiotičke sustave gljiva – alge – lišane.Ascomycetes je tijekom svoje evolucije više puta ušao u simbiozu s algama i cijanobakterijama, stvarajući lišune. Grupe koje tvore lihen se raspršuju kroz filogenetski stablo Ascomycetes. To znači da su takvi evolucijski događaji opetovano i nezavisno dogodili u različitim evolucijskim linijama gljiva (vidi F. Lutzoni i sur., 2001. Velike gljivične loze dobivaju se od simbičarki lišajeva). Očigledno, ascomycetes kao cjelina su "predisponirani" (preadaptirani) za formiranje mutualistic kompleksa s jednostaničnim algama. Eksperimenti američkih znanstvenika mogu rasvijetliti rane faze formiranja takvih kompleksa.

Međutim, ne bi trebalo precijeniti sličnost mutualističkih sustava dobivenih u eksperimentu s ličnima. Najmanje, jer u većini lišajeva samo gljivična komponenta ne može živjeti sama, dok fotosintetske komponente (jednostanične alge i cijanobakterije), u pravilu, mogu živjeti dobro bez gljivica. To jest, lišajevi nisu obvezni-mutualistički sustavi. Da, i nedostatak pristupa atmosferskom CO2 Teško je da se alge često susreću u prirodi. Glavna stvar u radu koji se raspravlja jest demonstracija općeg načela.Istraživanje je pokazalo da se obvezni mutualizam može trenutačno razviti, bez ikakve evolucije – jednostavno zbog činjenice da promijenjeni uvjeti čine vrstu međusobno ovisnom. Naravno, da se iz takvog žurno oblikovanog simboličkog kompleksa ne postigne nešto stvarno složeno i visoko integrirano, poput lišajeva, milijune godina koevolucije ne može se izbjeći.

izvor: Erik F. Y. Hom, Andrew W. Murray. Niša inženjering pokazuje latentnu sposobnost za mutualizam gljivičnih algi znanost, 2014. V. 345. P. 94-98.

Aleksandar Markov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: