az Endosymbiosis kölcsönösen előnyös kapcsolat a gazdaszervezet és a belső társult szervezet között. A kifejezés az “endo” előtagból származik, vagyis a szimbiózis szóból, amely két szorosan kapcsolódó szervezet közötti kölcsönösen előnyös kapcsolatra utal. A szimbiózis másik kifejezése a mutualizmus, amely kiemeli azt a tényt, hogy mindkét szervezet élvezi a kapcsolatot.
példák az Endoszimbiózisra
az endoszimbiózis jól ismert példája a termeszek és a bélben lévő mikroorganizmusok közötti kapcsolat. A termesz fát fogyaszt, de nem képes megemészteni a protozoánok segítségével a termeszek bélében, amelyek lebontják a cellulózt olyan formává, amelyet a termit metabolizálhat. Így a termeszek táplálják a protozoánt, a protozoán pedig táplálékot biztosít a termeszek számára. Ebben a példában a protozoán az endoszimbiont vagy a belső szervezet az endoszimbiotikus kapcsolatban.
a két társ között sokféle függőség létezik, beleértve az egyik végletnél egy teljesen önkéntes kapcsolatot, amelyben minden partner egyedül élhet, a másik végletnél pedig egy olyan helyzetet, ahol mindkettő teljes mértékben függ a másiktól. Az endosymbiont a gazdaszervezeten belül különböző helyeken is lehet, a testüregből, például a bélből az egyes sejtekbe. Az endoszimbiózis szerepet játszik az evolúcióban is, amely befolyásolja a kapcsolódó szervezetek szerkezetét, viselkedését és élettörténetét.
bár a két organizmus közötti függőség különböző szintjei vannak endoszimbiotikus kapcsolatban, szinte mindig előnyös, ha a kettő együtt marad. Erre példa a korallok és endoszimbiotikus algáik közötti mutualizmus. Az itt érintett algák típusát dinoflagellátoknak nevezik, amelyek specializálódtak a fotoszintetizálásra vagy az ökológiai élelmiszerek energiaforrásként történő felhasználására. Bizonyos tápanyagok azonban nem állnak rendelkezésre könnyen az óceánban, ezért előnyös, ha a dinoflagelletes a korallokon belül él, ahol a tápanyagok rendelkezésre állnak. Hasonlóképpen, a korallok bizonyos oldott szerves szenet gyűjthetnek a vízből vagy a zsákmány tárgyakból, de sokkal könnyebb és gyorsabb összegyűjteni őket a dinoflagellát endoszimbiontok fotoszintetikus aktivitásából. A fotoszintézis egyik mellékhatása, hogy a kalcium-karbonát kicsapódik a vízből, amely a korallzátonyok korallszerkezetét képezi.
mindkét szervezetet egymástól függetlenül tenyésztették a laboratóriumban, hogy megmutassák kölcsönös függőségük mértékét. Ilyen körülmények között mindkettő jelentősen csökkentette a növekedési rátát. Néha még abba is hagyják a növekedést, és az energiatartalékokra támaszkodnak. Amikor megengedik, hogy ugyanabban a vízben keringjenek, de nem érintkeznek, növekedésük majdnem megduplázódik.Amikor érintkezésbe kerül, a növekedés még nagyobb, jelezve, hogy a tényleges érintkezés ösztönözheti a magasabb, mint a normál kibocsátás és a vegyi anyagok felvételét cserélnek. Nyilvánvaló tehát, hogy mindkettő előnye, hogy együtt marad.
néhány tengeri anemon ezekkel a dinoflagellate endoszimbiontokkal viselkedésüket az algák igényeihez igazították. Például a szabadon úszó medúza függőleges migrációt eredményez olyan vízrétegekre, amelyek ammóniumban gazdagok a dinoflagellátumok számára. A nap folyamán a sessile tengeri anemonok felfedik testük azon részeit, ahol a dinoflagellátok találhatók, hogy lehetővé tegyék a fotoszintézist. Éjszaka visszahúzzák ezeket a részeket, és kiteszik a csípős csápjaikat, hogy zsákmányt kapjanak, hogy élelmet folytassanak, és nitrogént biztosítsanak endoszimbiontjaiknak. A gazdaszervezet viselkedésmódosításainak ezen példái azt mutatják, hogy a két szervezet hogyan fejlődött egymás javára, és egymás javára.
az Endoszimbiontok helyei
az Endoszimbiontok különböző helyeken élhetnek társult szervezetükben. Ezek lehetnek a szervezet üregében, az üregekben és a sejteken belül, vagy teljesen a sejteken belül. Intracellulárisan a hely olyan sejtekben lehet, amelyek speciális vacuolákkal rendelkeznek az endoszimbiont izolálására a sejt belsejéből, vagy olyan sejtekben, amelyek az endoszimbiont közvetlenül a sejtfolyadékban tartják.
A termeszek és protozoán béllakóik az endoszimbiont egyik példája, amely a társult szervezet üregében él. Egy másik gyakori példa a kérődző állatok gyomrában található Állatvilág, vagy olyan állatok, amelyek regurgitálják és újracsomagolják az élelmiszer-részecskéket, például szarvasokat, szarvasmarhákat és antilopokat. A kérődzők gyomrában kamrák vannak, amelyek közül az elsőt bendőnek nevezik, és kifejezetten olyan baktériumok és protozoák populációinak fenntartására tervezték, amelyek erjedés útján lebontják gazdaszervezetük ételeit. A bendőt étellel látják el, és a pH bizonyos tartományában speciális nyálmirigyek tartják. Ez biztosítja a mikrobiális közösség számára a táptalajt, és kedvező környezetet biztosít ehhez. Számos mikroorganizmus él ott, beleértve a cellulózt emésztő baktériumokat, a protozoákat, amelyek saját endoszimbiontjaik segítségével emésztik a cellulózt, mások pedig még mindig ragadozók ezeken a protozoákon. Egy egész közösség különböző fajok különböző életmód él ott.
a gazdaszervezet sejtjeiben élő endoszimbiont gyakori példája a rovarok sejtjeiben található baktériumok. A csótányok sejtjei baktériumokat tartalmaznak, a csótányok pedig lelassult fejlődést mutatnak, ha a baktériumokat antibiotikumokkal ölik meg. A csótány növekedése helyreállítható, azonban bizonyos táplálékkiegészítésekkel, amelyeket a baktériumok feltehetően biztosítottak.
ezeknek a baktériumoknak az egyik csótányról az utódokra történő átvitele örökletes, bár nem genetikailag megalapozott, mivel a baktériumok behatolnak a tojás citoplazmájába. Ezután, amikor a tojás megtermékenyül, fejlődik, már rendelkezik az endosymbionttal, amely az anyának volt.
az anyai átvitel másik példája a kérődző állatokban található. Ezekben az állatokban az anya átadja a bendő mikroorganizmusokat a csecsemőjének, miután megszületett a nyálán és a ruminált élelmiszeren keresztül,amely tartalmazza az összes mikrobiális fajt, amelyre a csecsemőnek szüksége lesz az életben. Ha a baba kérődző állat nem érintkezhet az anyjával, a baba soha nem kapja meg a szükséges mikrobákat ahhoz, hogy képes legyen megemészteni a növényi anyagot, és meg fog halni.
endoszimbiotikus evolúció
olyan viselkedésekből, mint például a medúza különböző vízrétegekbe történő migrációja, valamint olyan speciális struktúrák, mint például a gyomor bendője, nyilvánvaló, hogy az endoszimbiózis összetett kölcsönhatásokat foglal magában, és hogy ezek a szervezetek sok generáció óta együtt fejlődtek az ilyen kölcsönhatások kialakítása érdekében.
talán ennek az endoszimbiotikus együttfejlődésnek a legrégebbi és legelterjedtebb példája az eukarióta sejtek eredete. Prokarióta sejtekből fejlődtek ki, az elsődleges különbség az, hogy az eukarióta sejtek nagyobbak és összetettebbek, külön magot és számos organellát (például mitokondriumokat) tartalmaznak, míg a prokarióta sejtek kisebbek, néhány organellum szabadon lebeg a sejtfolyadékban. A prokarióták példái egyszerű egysejtű organizmusok, például baktériumok. A legtöbb többsejtű összetett organizmus, azonban a protozoánoktól a gombákig az állatokig, eukarióták.
hogyan keletkeztek az eukarióta sejtek? Bár nincs közvetlen bizonyíték, a legvalószínűbb elmélet az, hogy egy korai prokarióta sejt, a mitokondrion őse egy másik prokarióta sejtbe lépett, akár élelmiszerként, akár parazitaként. Idővel a kettő közötti kapcsolat endoszimbiotikussá vált, mivel a mitokondrion energiát szolgáltat a gazdaszervezetnek és a gazdaszervezetnek, amely biztosítja a megfelelő környezetet és tápanyagokat a mitokondrionhoz. Így egy különálló organellával vagy eukarióta sejttel rendelkező sejt alakult ki. Ez azt jelenti, hogy minden prokarióta szervezet minden egyes sejtje endoszimbiotikus organellákkal rendelkezik.
Több jellemzők mitokondriumok támogatja ezt a széles körben elfogadott elmélet egy endosymbiotic evolúció ad okot, hogy eukarióta sejtek:
- A kölcsönösen előnyös kapcsolat a sejt, amely biztosítja a tápanyagokat, egy olyan környezet, a organelle, a mitokondrium jelen, amely energiát biztosít a sejt, látható, sok más endosymbiotic rendszerek, beleértve a fent említett.
- a mitokondrion modern szerepe az, hogy energiát biztosítson a sejt számára használható formában.
- a mitokondrionnak van benne egy genomja, amely lehetővé teszi, hogy reprodukálja magát, és nagymértékben független legyen a sejttől és a sejt genomjától, amely a magban található. Végül a mitokondrion nem osztódik és nem szaporodik ugyanúgy, mint a gazdasejt. A szexuálisan reprodukáló állatokban például a tavaszi mitokondriumok nem mindkét szülő mitokondriumának keveréke. Ehelyett mindannyian örökölnek az anyától. Így a mitokondriumok nem rekombinálódnak, mint a többi sejt a szexuális reprodukció során. Inkább önálló szervezetekként működnek, megőrizve identitásukat a gazdától a gazdáig.
Lásd még: Fajok közötti kölcsönhatások.
Jean K. Krejca
bibliográfia
Ahmadjian, Vernon és Surindar Paracer. Szimbiózis: Bevezetés a biológiai egyesületekbe. Hannover, NH: University Press of New England, 1986.
Begon, Michael, John L. Harper és Colin R. Townsend. Ökológia, 2. Szerk. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1990.
Douglas, Angela E. Oxford: Oxford University Press, 1994.
Marguilis, Lynn. Szimbiózis a sejtek evolúciójában. San Francisco, CA: W. H. Freeman, 1981.
Ridley, Mark. Evolúció, 2. Szerk. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1996.
Valiela, Ivan. Tengeri ökológiai folyamatok, 2. Szerk. New York: Springer-Verlag, 1995.