A gomba és az algák kölcsönösen előnyös szimbiózisa azonnal kialakulhat • Alexander Markov • Tudományos hírek az "Elemekről" • Evolúció, mikrobiológia, biotechnológia

A gombák és az algák kölcsönösen előnyös szimbiózisa azonnal kialakulhat

Ábra. 1. A kölcsönösen előnyös együttműködés rendszere (kötelező kölcsönösség) Baker élesztő Saccharomyces cerevisiae és algák Chlamydomonas reinhardtii egy légtér nélküli környezetben. Az élesztő táplálja a glükózt (C.6H12O6), és szén-dioxidot termel, ami a fotoszintézis algákhoz szükséges. A Chlamydomonas visszaállítja a nitritet (NO2) és az élesztőt ammóniával (NH3). Így az algák szükségesek az élesztő számára, mint a nitrogénforrás, és az élesztő az algák számára szénforrásként. Ezenkívül az élesztő és az alga közötti protonok cseréje miatt az optimális pH-értékeket fenntartják. Ábra a tárgyalt cikkbőltudomány

Úgy vélik, hogy a hosszú evolúció eredményeként fokozatosan létre kell hozni a két fajta élőlény kölcsönös (kölcsönösen előnyös szimbiózisát). Azonban az amerikai biológusok kísérletei azt mutatták, hogy a gombák és az egysejtű algák fajai szinte azonnal, kölcsönös adaptáció nélkül és genetikai módosítás nélkül képesek kölcsönös rendszert alkotni. Ehhez a gomba és az algának olyan környezetben kell lennie, ahol egymásnak a szükséges anyagok, például a széndioxid és az ammónium forrása lesz.A tanulmány megerősítette a "környezetvédelmi megfelelés" hipotézisét, amely szerint nem minden természetvédelmi rendszert kell értelmezni, mint egy hosszú korábbi együttfejlődés eredményét.

Kötelező (kötelező) kölcsönösség a kölcsönösen előnyös kapcsolatokra vonatkozik két faj között, amelyek egymás nélkül nem létezhetnek. Úgy vélik, hogy ezek a kapcsolatok fokozatosan alakulnak ki, a hosszú távú együtt evolúció és a kölcsönös adaptáció során az organizmusok egymásba fonódása. Kétségtelen, hogy sok esetben így volt (lásd N. Provorov, E. Dolgikh, 2006. A szervezetek metabolikus integrálása szimbiózis rendszerekben).

Azonban messze a természetben megfigyelt különböző organizmusok közötti kölcsönhatásoktól távol eső hosszú együttes fejlődés eredménye. Ezt jól szemlélteti a sikeres bevezetés – a fajok természeti területeken kívüli területekre történő bevezetése. A faj évek millióin keresztül alkalmazkodhat az ökoszisztéma szomszédjaihoz, de véletlenül egy másik közösségbe esik – és sikeresen beilleszkedik benne, új élelmiszert fejleszt, új parazitákat szembesít.Ebből következik, hogy a korszerű ökoszisztémák tanulmányozása során bizonyos környezeti kölcsönhatásokat biztosító kiigazítások eredetileg más célokra is kialakulhatnak, majd változó körülmények között hasznosak lehetnek új funkciók végrehajtásához.

Természetesen nem minden faj képes új környezetbe integrálni. Egyfajta válogatás bevezetésével történik, amelynek során néhány idegen gyökeret vert egy új helyen, míg mások meghalnak. El kell ismernünk, hogy egy holisztikus és összekapcsolt közösség nemcsak a több millió évig tartó fajok együttélő "őrlésének" köszönhető, hanem azért is, mert a fajok egymást kiegészítő jellegűek és a véletlenszerűen bevándorlók között is jól teljesítenek. együtt. Ez az ötlet, az úgynevezett ökológiai felszerelés (amit nagyjából "ökológiai megfelelés" vagy "ökológiai szelekció" formájában is le lehet fordítani) a híres amerikai ökológus, Daniel Janzen fejlesztette ki az 1980-as évektől.

Lehet-e ugyanolyan vonalakban kialakítani a kötelező-kölcsönös rendszert, amelyet rendszerint valamiféle, az együtt-evolúció apoteózisának tekintettek,azaz együtt-evolúció nélkül – egyszerűen azért, mert két véletlenszerűen előforduló faj véletlenszerű megfeleltetése miatt bizonyos körülmények között nem képes egymás nélkül élni? A Harvard Egyetem (USA) biológusai által végzett kísérletek lehetővé teszik e kérdés megválaszolását.

A szerzők az egyszerű péksüteményi élesztővel dolgoztak. Saccharomyces cerevisiae és legalább a szokásos egysejtű algák chlamydomonas (Chlamydomonas reinhardtii). Természetben ezeket a fajokat nem látták kölcsönös kapcsolatokban. A laboratóriumban azonban gyorsan és könnyen elválaszthatatlanul összekapcsolódtak, evolúció vagy genetikai módosítás nélkül. Ehhez elég volt az élesztő és a chlamydomonas levegő nélkül történő termesztése olyan környezetben, ahol a glükóz az egyetlen szénforrás, és a kálium-nitrit az egyetlen nitrogénforrás.

Az élesztő és a chlamydomonad kölcsönös kapcsolatának rendszere meglehetősen egyszerű (1. Az élesztő táplálja a glükózt, és szén-dioxidot termel, amely a chlamydomonadákhoz szükséges a fotoszintézishez (a tápközegben lévő glükózt nem használhatják a chlamydomonadokban).Az algák, a maguk részéről, csökkentik a nitritet úgy, hogy a nitrogént egy élesztőformába (ammónium) alakítják át. Így az élesztő biztosítja a chlamydomonadákat szénnel, és a chlamydomonadák az élesztőt nitrogénnel táplálják. Ilyen körülmények között egyik faj sem nőhet a másik nélkül. Ez kötelező kölcsönösség.

A szerzők meg voltak győződve arról, hogy a kölcsönös rendszer sikeresen növekszik a glükóz és a nitrit koncentrációjának széles tartományában, bár a két faj egyike sem él ilyen körülmények között. Csak a glükóz vagy nitrit koncentrációjának nagyon erős csökkenésével a kevert kultúra növekedése leáll.

Ha lecsukja a rendszert, azaz hozzáférést biztosít a légköri CO-hoz2, akkor kiderül egy közösség, amelyben csak az egyik résztvevő (élesztő) nem élhet a másik nélkül, míg a második résztvevő (chlamydomonas) már nem kell az elsőnek túlélni. Azonban még ebben az esetben a Chlamydomonas is jobbá válik élesztő jelenlétében, mint nélkülük (nyilvánvalóan további CO2az élesztővel átáramoltatott, jó nekik). Így a rendszer kölcsönös, bár az algák kölcsönösségétől már nem kötelező. Egyik faj sem mozdítja el a másikat.

Ha az ammóniumot hozzáadják a környezethez, az ellenkező helyzetet kapunk: mostantól az élesztő algák nélkül élhet (és egyáltalán nem kell őket), míg az algák élesztő nélkül nem élhetnek. Ez már nem a kölcsönösség, hanem a kommenzalizmus (az algák antagonizmusa). Ebben az esetben az élesztő, amely gyorsabban szaporodik, mint az algák, kitölti az egész élőlényt, és így a klamydomonad kipusztul. A szerzők azt sugallják, hogy az ilyen aszimmetrikus rendszerek stabilitását (amelyben csak az egyik résztvevő határozottan a másiktól függ) a reprodukciós sebesség aránya határozza meg. Ha egy eltartott faj gyorsabban reprodukálódik, mint egy független faj, akkor a két faj együttélése stabil lehet; ellenkező esetben a független nézet teljesen eltüntetheti partnereit.

A szerzők hasonló kísérleteket végeztek más típusú chlamydomonad és ascomycete gombákkal. Kiderült, hogy szinte minden típusú élesztő ilyen körülmények között kötelező és kölcsönös kapcsolatot teremt a chlamydomonasokkal. Igaz, a szimbiotikus komplexek termelékenysége (növekedési üteme) másnak tűnik. Mire számíthatnem volt megállapítható: a szerzők nem találták összefüggésbe az élesztő hajlamát az oxigénes légzésre vagy az oxigénmentes anyagcserére (fermentáció), sem az élesztő természetes élőhelyeivel, sem a reprodukciós sebességgel, sem a nitrit koncentráció mértékével az élesztő növekedésére. Nyilvánvaló, hogy a kérdés a vizsgált fajok más jellemzői közé tartozik.

Az egysejtű alga Chlorella nem volt hajlandó kölcsönös kapcsolatot létesíteni az élesztővel, mert képes glükózzal táplálkozni, vegyes kultúrában pedig eltávozik az élesztőből. Nem kezdett kötelező fenntartó-kölcsönös komplexeket kialakítani algás élesztővel Hansenula polymorpha, mert maguk is tudják, hogyan használják a nitritet nitrogénforrásként. A tanulmány azonban azt mutatja, hogy a legkülönfélébb Ascomycetes és Chlamydomonas típusok készek szimbiotikus kapcsolatba lépni egymással, megfelelő feltételek mellett.

Két klasszikus laboratóriumi tárgyat teszteltünk multicelluláris (pontosabban, formáló filamentális hifák) ascomycetes-ként. Neurospora crassa és Aspergillus nidulans. Mindkét faj képes visszaállítani a nitritet, és ezért nem képeznek kötelező kölcsönös rendszert a chlamydomonával.Azonban ezeknek a gombáknak a genetikailag módosított törzsei, amelyeknek nincs lehetősége a nitrit kihasználására, az algák szimbiózisával ugyanúgy lépnek fel, mint az élesztőgomba. Amint kiderült, ebben az esetben a chlamydomonad sejtek közvetlen fizikai érintkezésbe kerülnek a gombák hifájával: a mikroszkóp alatt látható a hifák, amelyeket a chlamydomonas lóg, mint egy karácsonyfa (2.

Ábra. 2. gombafonalak Neurospora crassa (a bal oldalon) és Aspergillus nidulans (a jobb oldalon), szimbiotikus algákkal vakolva. Kép a cikkből a vita során tudomány

A chlamydomonas és az élesztő kölcsönös viszonya nyilvánvalóan megköveteli a sejtek közötti fizikai kapcsolatok kialakulását is. Ezt bizonyítja az a tény, hogy az élesztő és az algák vegyes kultúrájának szisztematikus rázása drámaian lelassítja a szimbiotikus rendszer növekedését.

Egy elektronmikroszkóp segítségével a szerzők szoros kapcsolatokat találtak a sejtfal között. Aspergillus nidulans és Chlamydomonas reinhardtii, és az alga sejtfalát az érintkezési helyeken vékonyabbá válik – talán a gomba által kiváltott enzimek hatására.

Hasonló intercelluláris érintkezés jellemzi a klasszikus gomba-algás szimbiotikus rendszereket – a zuzmókat.Az evolúció során az aszkomiceták sokszor szimbiózisba keveredtek az algákkal és a cianobaktériumokkal, amelyek zuzmokat képeztek. A lichenképző csoportok szétszóródnak az Ascomycetes filogenetikus fán. Ez azt jelenti, hogy az evolúciós események ismétlődően és önállóan fordultak elő különböző gombák evolúciós vonalaiban (lásd F. Lutzoni és munkatársai, 2001. A főbb gombás eredetű liliom szimbiotikus ősei származnak). Nyilvánvaló, hogy az ascomycetes mint egész egyaránt "hajlamos" (előzetesen) az egysejtű algákkal létrejövő kölcsönös komplexek kialakulására. Az amerikai tudósok kísérletei rávilágíthatnak az ilyen komplexumok kialakulásának korai szakaszaira.

Azonban nem szabad túlbecsülni a lichens kísérletben kapott kölcsönös rendszerek hasonlóságát. Legalább azért, mert a zuzmók többségében csak a gombaösszetevő nem tud egyedül élni, míg a fotoszintetikus összetevők (egysejtű algák és cianobaktériumok) rendszerint jó gomba nélkül élhetnek. Vagyis a zuzmók nem kötelezőek – kölcsönös rendszerek. Igen, és nincs hozzáférés a légköri CO-hoz2 Algák gyakran találkoznak a természetben. A vitatott munka legfontosabb eleme egy általános elv bemutatása.A tanulmány kimutatta, hogy a kötelező kölcsönösség azonnal fejlődhet, evolúció nélkül – egyszerűen azért, mert a megváltozott körülmények miatt a fajok egymástól függőek. Persze, hogy valami nagyon összetett és erősen integrált, mint egy zuzmó, egy ilyen gyorsan kialakult szimbiotikus komplexumból alakul ki, több millió éves együtt evolúciót nem lehet elkerülni.

Forrás: Erik F. Y. Hom, Andrew W. Murray. A niche-technika demonstrálja a latens kapacitást a gomba-algák kölcsönösségére // tudomány. 2014. V. 345. o. 94-98.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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