Simbioza: Complshtë e komplikuar

Shumë organizma janë të kyçur në marrëdhënie bashkë-të varura me mikrobet që jetojnë brenda tyre. Por ndonjëherë këto mikrobe rezidentë vetë luajnë mikpritës edhe për mysafirë edhe më të vegjël.

Arti: Natalya Zahn

A keni dëgjuar për bar paniku tropikal, aka dichanthelium lanuginosum? Me siguri jo. Por nëse keni vizituar Parkun Kombëtar Yellowstone në Perëndimin Amerikan, ju mund të keni parë frudat e tij të buta duke u ndezur nga balta e djegur e pellgjeve geyser të parkut, burimeve gjeotermale ose enëve të baltës. Emri i barit ofron një aludim për temperamentin e tij të ethshëm: është një nga bimët shumë të pakta që mund të mbijetojnë në tokat e ndezura gjeotermale të parkut.

Përgjigja pse qëndron në konceptin e simbiozës.

Në rregull, Isfarë është "Simbioza"?

Në fund të viteve 1870, shkencëtarët gjermanë Albert Frank dhe Heinrich Anton de Bary prezantuan termin "simbiozë" në biologji. Nga greqishtja për "së bashku" dhe "të gjallë", synohej të përshkruante një marrëdhënie të identifikuar rishtazi midis organizmave. Likuçet, shkencëtarët kishin zbuluar, në të vërtetë janë të përbërë nga një kërpudhat dhe një alga në një aleancë intime dhe të dobishme reciprokisht. Alga përdor rrezet e diellit për të bërë ushqim për kërpudhat, ndërsa kërpudhat ofrojnë minerale, ujë dhe strehim. Doli se ishte një gjetje revolucionare.

Në më shumë se një shekull që nga atëherë, simbiozat janë gjetur të luajnë një rol thelbësor në zhvillimin dhe mbijetesën e pothuajse çdo organizmi. Njerëzit, kafshët, bimët, koralet dhe insektet të gjitha varen shumë nga mikrobet, të cilat, nga ana tjetër, varen nga hostet e tyre. Konsideroni bakteret e zorrëve që mbështesin shëndetin e njeriut dhe të kafshëve, algat që fuqizojnë shkëmbinjtë koral, ose mitokondritë që i bëjnë qelizat tona të funksionojnë. Rezulton se këto marrëdhënie japin dhe marrin me mikrobiomën janë thelbësore për jetën në tokë. Ata janë kaq universale dhe parësore, në fakt, sa më parë këtë vit, disa shkencëtarë kërkuan një rigjenerim të shumicës së Pemës së Jetës së Darvinit për t'i marrë ato në konsideratë.

Simbioza "Kukulla Ruse"

Për të kuptuar sesi mund të përvetësohen në mënyrë të hollësishme disa simbioza me mikrobe, ndihmon të hedhni një vështrim në të ashtuquajturat simbolet e kukullave ruse. Ashtu si figurinat e artit popullor me ngjyra të ndritshme për të cilat janë emëruar, organizmat në këto partneritete përshtaten snugly njëri brenda tjetrit në aranzhime me shumë specie, të njohura ndonjëherë si endosymbioses të fole. Një insekt ose një bimë bimore do të përmbajë një kërpudhat, virusin ose bakterin, i cili, nga ana tjetër, përfshinë një kërpudhat tjetër, virusin ose bakterin, dhe të tre bashkëpunojnë për të siguruar mbijetesën e tyre. Këta hipnotikë komplimentë mund të punojnë së bashku për të lejuar që pritësi të metabolizojë ushqime të caktuara me vështirësi, siç janë gjaku i vertebrave ose farat e bimëve ose druri, ose ato mund të ndihmojnë mikpritësin të mbrohet nga agresorët, ose të sigurojë një avantazh mbijetese në ambiente ekstreme.

Një bar që mund të mbijetojë temperaturat në afërsi të vlimit?

Merrni ato barëra paniku që e duan tokën marramendëse në Yellowstone Park. Shkencëtarët kanë ditur prej kohësh që kërpudhat endofitike rriten brenda barit dhe që së bashku bari dhe kërpudhat janë në gjendje t'i rezistojnë temperaturave mbi 149 gradë fahrenheit. Vetëm, asnjë organizëm nuk mund të marrë nxehtësinë: ata nuk mund të mbijetojnë më shumë se 100 gradë kur ndahen. Por në vitin 2006, shkencëtarët e financuar nga NIH identifikuan një virus që jeton brenda asaj kërpudhat. Ajo që dukej si një martesë e përjetshme midis dy partnerëve ishte në të vërtetë një lloj poligamie. Kur virusi u eliminua, të dy kërpudhat dhe bari humbën rezistencën e tyre të nxehtësisë. Kur virusi u rivendos, rezistenca e nxehtësisë u kthye. Pjesa e saktë që luan virusi në këtë marrëdhënie nuk është kuptuar plotësisht, por studiuesit besojnë se mund të përfshihen osmoprotektorët, si trehaloza, glikina betaine dhe taurina, të cilat ndihmojnë organizmat të mbijetojnë në pabarazitë ekstreme të lëngjeve. Një pigment i quajtur melaninës, i cili thuhet se rrit rezistencën e stresit të kërpudhave që banojnë në shkëmb, dhe proteinat e goditjes nga nxehtësia gjithashtu mund të luajnë një rol.

Një cast i rrotullueshëm i baktereve Ndihmoni Mealy Bugs Survive në dietat me ushqyes të ulët

Ndonjëherë, partnerët në këto marrëveshje trefish, megjithëse teknikisht nuk mund të jetojnë pa njëri-tjetrin, kanë çështje të angazhimit. Për shembull, shumica e bimeve të ngrënies përmbajnë baktere të fole brenda baktereve të tjera që bashkëpunojnë për prodhimin e disa lëndëve ushqyese thelbësore. Për shembull, hosti dhe banorët e tij të brendshëm secili përmbajnë një ose më shumë nga nëntë gjenet e kërkuara për prodhimin e një aminoacidi thelbësor të quajtur fenilalanine, pa të cilin viçi nuk mund të mbijetonte në dietën e tij tipike të varfër me lëndë ushqyese. Disa studiues kanë spekuluar se bashkë-simbolet duhet të transportojnë metabolitët midis tyre për të përfunduar sintezën e aminoacideve. E megjithatë, çfarë baktere specifike partneri së bashku me bishtat e ngrënies ka zhvendosur me kalimin e kohës dhe në specie. Ndërsa bakteri i jashtëm - një problem i quajtur Tremblaya - ka tendencë të qëndrojë konstant, identiteti i brendshëm është shumë i ndryshueshëm. (Megjithëse gjithmonë nga një prejardhje e vetme e njohur si Sodalis.) Shkencëtarët e dinë këtë sepse shumë vakt vakti jo vetëm që varen nga ADN-ja e banorëve të tyre aktualë - ato përmbajnë edhe ADN-në e baktereve që nuk banojnë më brenda tyre - ADN-ja e vjedhur i ndihmon ata të bëjnë lëndë ushqyese që banorët e saj aktualë nuk munden. Por sesi saktësisht ndodh kjo shkëmbim brenda dhe jashtë baktereve të brendshme dhe ADN-së së saj, ende nuk është kuptuar.

Ndërsa disa prej partnerëve në aranzhime trefishtë kolonizojnë nikoqirët e tyre përmes mjedisit ose bëhen të integruar në ADN-në pritëse - siç e pamë me veglat e ngrënies - të tjerët transmetohen në mënyrë shoqërore, nga një host në tjetrin, ose ndahen së bashku me qelizën pritëse. Dy mjetet e fundit përdoren nga termitet, simbolet e zorrëve të të cilave - protistat në formë amoeba - nga ana tjetër, përmbajnë simbolet e tyre bakteriale. Së bashku, bakteret dhe protists punojnë për të lejuar terminit të tretet dru. Megjithëse shumica e protezave të zorrëve humbasin çdo herë që shkrihen termite - e cila ndodh tre herë sa piqet - protetët rikthehen gjatë transferimit të ushqimit ose lëngjeve midis anëtarëve të kolonisë së termitit. (Termitet dhe insektet e tjera shoqërore zakonisht merren me shkëmbimin e ushqimit të lëngshëm të rregulluar, një proces i quajtur trofilaksi.) Endosymbionts bakteriale, ndërkohë, ndajnë çdo herë që protetat e termiteve ndahen, duke riprodhuar veten e tyre.

Meanfarë do të thotë gjithçka?

Pra, si evoluan këto marrëveshje të Doll-Rus? Kjo është një pyetje që shkencëtarët janë ende në mëdyshje, por të paktën për terminit dhe simbolet e saj, procesi duket se ka ndodhur ndërsa speciet ende po zhvilloheshin në formën e saj aktuale. Në një punim të vitit 2007 të botuar në Ekologjinë Molekulare, një ekip ndërkombëtar i shkencëtarëve përshkruan një proces të kospekcionit midis termitit, protistit dhe baktereve bazuar në analizën gjenetike. Ishte studimi i parë i bashkë-specifikimit në një simbiozë shumë-specie.

Simbiozat me shumë specie mund të rezultojnë më të zakonshme nga sa i realizojmë. Vetëm vitin e kaluar, studiuesit zbuluan se shumica e likeneve përmbajnë dy kërpudha, jo një. Shtë një pasqyrë interesante, duke pasur parasysh që likenet filluan vetë studimin e aleancave të tilla reciprokisht të dobishme.

I Contain Multithees është një seri video me shumë pjesë, e dedikuar për të eksploruar botën e mrekullueshme, të fshehur të mikrobiomës. Seriali është pritur nga shkrimtari i shkencës Ed Yong dhe prodhuar nga HHMI Tangled Bank Studios në bashkëpunim me dhomën 608.