Přátelství mezi lidmi a bakteriemi, datly a houbami, řasami a měkkýši. Co je symbióza a proč je základem života na Zemi – Nůž

Většina z nás si ze školy pamatuje, co je symbióza: lišejníky a houby spojené se stromy jsou nejjednoduššími možnostmi symbiotických vztahů, stejně jako pták klidně sedící na tváři krokodýla. Symbióza se ale v přírodě vyskytuje mnohem častěji a někdy to není patrné. Může se zdát, že takové vztahy jsou spoustou rostlin a hub, ale ve skutečnosti jsme i vy a já v symbióze s širokou škálou druhů živých bytostí. O tom – v materiálu Zoya Andreeva.

<b>úvod</b>

Co je to symbióza? Na tuto otázku je velmi snadné odpovědět – a velmi obtížné. Na jedné straně je vše jednoduché: jde o soužití živých organismů, v nichž jsou jejich vztahy vzájemně výhodné. Zhruba řečeno, jde o obchod mezi dvěma (nebo někdy více) organismy: výměnou za něco dostanou něco, co jim chybí (obvykle živiny nebo ochrana). Na druhé straně symbióza někdy připomíná mírné formy parazitismu nebo komenzalismu (z řeckého slova „komunita“), kdy podíl jednoho z účastníků na společné věci klesá nebo zcela mizí.

Jednoduchým příkladem symbiózy je lišejník, „rodina“ řas a hub. Řasy jsou schopné fotosyntézy, to znamená, že mohou syntetizovat sacharidy pomocí oxidu uhličitého, vody a slunečního světla. O tyto sacharidy se dělí s houbou, což jí na oplátku zajišťuje dobré životní podmínky – správnou vlhkost a kyselost substrátu a také ji chrání před nepříznivými podmínkami prostředí.

<b>Řasová houba však neposkytuje žádné látky, a vzhledem k tomu, že řasa jako celek je schopna žít samostatně, někteří vědci nepovažují takové spojení za symbiózu v plném smyslu slova, ale</b> <b>kontrolovaný parazitismus</b> <b>z houbové strany</b>.

Nicméně na škále od „poskytujeme si navzájem dobrý život“ po „zabiju druhého účastníka a dostanu z něj maximum“, vztah mezi houbou a řasou tíhne spíše k prvnímu.

<b>Superorganismus</b>

Většina z nás slyšela o mikrobiotě, která obývá naše střeva a další orgány, ale co je mikrobiota v praxi? Jedná se o spojení mnoha druhů různých organismů – od bakterií a prvoků až po houby, žijící převážně na povrchu sliznic. A počet druhů, které s námi koexistují, je vlastně úžasně velký. Předpokládá se, že v těle je asi 3,9 bilionu mikroorganismů a dohromady váží 0,2 kg.

<b>Pro přesnější obrázek můžeme přidat, že symbiontní buňky</b> <b>1,3krát více než naše vlastní</b><b>. Téměř 99 % z nich žije v tlustém střevě.</b>

Mikrobiota osídlí tělo ihned po svém narození. Jednobuněční sousedé ve střevech tráví to, co naše vlastní tělo strávit nedokáže. Bakterie, houby a prvoci využívají plného přístupu ke všem potravinám, které konzumujeme, syntetizují nové molekuly, které sami syntetizovat neumíme, včetně mikroelementů a vitamínů nezbytných pro plný vývoj těla. Zdá se, že se také podílejí na tréninku našeho imunitního systému. Existuje dokonce hypotéza, že právě úspěchy posledních desetiletí v oblasti hygieny, které nás připravily o mnoho bakterií, vedly k rozsáhlému rozšíření alergií.

Říká se tomu hypotéza mikrobiální diverzity nebo hygienická hypotéza. Právě symbionti podle ní umožňují imunitnímu systému učit se a patogeny správně lovit a ničit. Kromě toho jsou pro to důležité především oportunní mikroorganismy, které mohou způsobovat některá onemocnění, například E. coli nebo Escherichia coli. Ve dvacátém století dosáhla hygiena nové úrovně, nyní člověk ovlivňuje život ve svých střevech a již se nesetká s mikroorganismy, které modelují imunitní systém tak často jako dříve – a ještě méně často s těmi, které žijí venku, na kůži a vnějších sliznicích. .

<b>Nenávidím tě, neopouštěj mě</b>

Pokud je u „obyčejné“ mikrobioty vše jasné, pak se k nám jednotliví zástupci bakterií v našich střevech chovají nikoli jako k příteli, ale spíše jako k podřízenému. Jsou to například zástupci Bacteroides, zejména Bacteroides thetaiotaomicron, nebo B. theta. Tyto malé tyčinkovité bakterie obvykle žijí v našem těle celkem poklidně, metabolizují polysacharidy a vytvářejí prostředí a živiny pro zbytek střev. Všechno se ale změní, když přijde hlad.

Faktem je, že Bacteroides produkují fukosidázu, která štěpí fukózu, která je produkována střevním epitelem. A když je živin méně, bakterie ovlivňují epitel, což způsobuje, že produkuje více fukózy. Bakterie chtějí jíst a moc je nezajímá, že hostitelovo tělo hladoví.

Ukázalo se například, že speciálně vyšlechtěné bezmikrobní myši v určitém okamžiku přestaly vylučovat fukózu úplně, ale jakmile byly představeny zástupcům Bacteroides, syntéza obnovena. Zástupců těchto bakterií je ve střevech poměrně hodně – podle některých odhadů je jimi tvořeno až 20 % všech buněk.

Navzdory skutečnosti, že se takové „vztahy“ zdají specifické, v klidných, nehladomorových dobách jsou užitečné: bakterie regulují vztah hostitelského organismu s jinými jednobuněčnými organismy a vytvářejí prostředí chemicky vhodné pro harmonii.

<b>Druhá šance</b>

Jedním z nejpozoruhodnějších příkladů symbiózy jsou mitochondrie, malé organely, které žijí v každé buňce našeho těla (a v každém jiném jaderném organismu na zemi – od houby po kočku domácí) a poskytují nám molekuly ATP, univerzální energetickou rezervu. Bez těchto organel by život nebyl takový, jaký ho známe. Zároveň jsou mitochondrie zcela nezávislé: mají svůj vlastní genom, jsou schopny se uvnitř buněk dělit a navenek se od běžné bakterie liší jen málo, kromě toho, že v jejich vlastním genomu chybí řada kritických genů – mají „migroval“ do buněčného jádra.

Faktem je, že mitochondrie a plastidy – organely odpovědné za fotosyntézu v rostlinách – jsou příkladem endosymbiózy. Kdysi byli jejich předky volně žijící bakterie – proteobakterie, které se staly mitochondriemi, a sinice, které se staly plastidy – ale byly absorbovány většími jadernými buňkami a ponechány jako pracovní síla.

<b>Teorie symbiogeneze se objevila v 1960. letech XNUMX. století a od té doby se aktivně rozvíjí, protože se každým rokem objevuje stále více dat.</b>

Předpokládá se, že „fúze“ archaebakterií a bakterií vedla ke vzniku eukaryot – jaderných organismů. Proto jsou mitochondrie a plastidy na rozdíl od všech ostatních organel pokryty další membránou – vnější, kterou vytváří hostitelská buňka, a její vlastní. Proto se dělí nezávisle a mají svůj vlastní genom (podobný bakteriálnímu). Hostitelská buňka je ale na bezpečné straně a část mitochondriálního genomu je v jádře už dlouho – aby se organela příliš neosamostatnila.

<b>Celosvětová síť</b>

Muž byl vyřízen. A co ostatní království? Je zde také obrovská rozmanitost – od stejné mikrobioty, například ve střevech kopytníků nebo termitů, až po „přátelství“ mezi různými druhy.

Vedle nás je příklad další stabilní unie. To je mykorhiza – symbióza houby a kořenů stromů. Někdy houbová vlákna – hyfy – pronikají přímo do kořenových buněk a oba organismy doslova srůstají. V ostatních případech houba jednoduše proplete kořeny.

<b>Mykorhizu vytvářejí téměř všechny stromy – 100 % nahosemenných rostlin (například smrk a borovice) a asi 80 % všech ostatních druhů. Mezi houbami je příznivců symbiózy mnohem méně – účastní se jí zástupci pouze tří oddělení.</b>

Stromy, stejně jako většina ostatních rostlin, mohou fotosyntetizovat. Kromě toho si pomocí svých kořenů zajišťují „minerální výživu“, to znamená, že absorbují vodu z půdy spolu s minerály v ní rozpuštěnými. Čím rozsáhlejší je kořenová síť, tím více živin strom přijímá. Houba prorůstající do kořenů se stává jakoby dalšími kořeny, které tuto síť mnohonásobně zvětšují. Ze stromu přijímá také sacharidy, aminokyseliny a některé další látky. Bylo prokázáno, že některé metabolity uvolňované stromem stimulují růst hub, ovlivňují úhel větvení hyf a způsobují další změny ve struktuře a metabolismu.

V literatuře existuje důkaz, že životaschopnost stromu, jeho růst a stabilita závisí na schopnosti vytvářet širokou mykorhizu. Kořenový systém těch stromů, které netvoří mykorhizu, je přitom mnohem více rozvětvený – musí pracovat sám, zatímco stromy v symbióze většinu práce se vstřebáváním minerálů outsourcují houbám.

<b>Manipulace s houbami</b>

<b>Podivné užitečné přátelství</b>

K zajištění ochrany je často potřeba symbióza. Na tomto principu je založen svazek surikat a drongů, tropických příbuzných vrabců. Drongové létají a skenují území, a když vidí nebezpečí, varují surikaty hlasitým výkřikem. Jaký je zde přínos pro dronga? Tato otázka zajímala zoology a etology poměrně dlouho, dokud nezjistili, že ptáci někdy surikaty klamou spuštěním falešného poplachu. To jim umožňuje jíst jídlo zanechané hlodavci.

<b>Takové případy jsou poměrně vzácné, ale pro drony je to dobrý způsob, jak se nakrmit, když si sami nemohou najít potravu.</b>

Příkladů podobných vztahů v přírodě je poměrně hodně. Navíc někdy zvířata a ptáci dobrovolně vstupují do symbiózy s lidmi, a to nejen domácími a hospodářskými zvířaty. Například ptáci z rodu s legračním jménem – medoví průvodci (Indicator) – pomáhají jednomu z kmenů v Tanzanii (Hanza) hledat med a pak snědí to, co zbyde poté, co lidé rozebrali většinu úlu. Ptáci sami nemohou úl zničit, ale lidé jej fumigují a tím se stává bezpečným. Medoví průvodci jsou schopni upozornit právě na ty úly, které obsahují nejvíce medu, a to v konečném důsledku zajišťuje až 10 % celkové stravy pro lidi. Zřejmě se takový symbiotický vztah vyvinul už dávno.

<b>Megaměkkýš</b>

Někdy se v přírodě vyskytují velmi nečekané příklady symbiózy. Výše jsme zmínili mitochondrie, jejichž předky byly kdysi obyčejné volně žijící bakterie. Ukazuje se, že stejný proces se právě teď děje s některými řasami.

<b>Hostitelským organismem jsou zde. plži z rodu</b> <b>Elysie</b><b>. Požívají řasy, ale místo toho, aby je strávily, zadržují chloroplasty řas. Fotosyntetizují a krmí měkkýše.</b>

Ale jeden druh, Elysia rufescens, jde ještě dál. Nedrží řasy naživu, ale tráví je a hromadí jedovatou látku kahalalid – to jí umožňuje nebát se absolutně žádných predátorů. Už to samo o sobě je překvapivé, ale není to tak dávno, co vědci dokázali, že řasy, které spadly do „sítě“ měkkýšů, si stejným způsobem zkrotily bakterii Endobryopsis kahalalidefaciens. Tato bakterie žije uvnitř řasy a vylučuje kahalalid, který v ní po trávení řas měkkýšem zůstává.

Symbiotické vztahy se vyskytují téměř na všech úrovních organizace – od buněčné až po druhovou. Některá z těchto spojení jsou životně důležitá, ale nejjednodušeji zvyšují celkovou kvalitu života účastníků. Dělit hranici mezi symbiózou, parazitismem a komenzalismem není snadné a všechny tyto vztahy lze považovat za různé projevy jedné podstaty – pokusy organismů o vzájemné soužití.