L’endosimbiosi è una relazione reciprocamente vantaggiosa tra un organismo ospite e un organismo associato interno. Il termine deriva dal prefisso “end”, che significa all’interno, e la parola simbiosi, che si riferisce a una relazione reciprocamente vantaggiosa tra due organismi strettamente associati. Un altro termine per simbiosi è mutualismo, che evidenzia il fatto che entrambi gli organismi stanno beneficiando della relazione.
Esempi di endosimbiosi
Un esempio ben noto di endosimbiosi è la relazione tra una termite e i microrganismi nel suo intestino. La termite consuma legno, ma non può digerirlo senza l’aiuto di protozoi nell’intestino della termite che scompongono la cellulosa in una forma che la termite può metabolizzare. Così, la termite fornisce cibo per il protozoo, e il protozoo fornisce cibo per la termite. In questo esempio, il protozoo è l’endosimbionte, o l’organismo interno nella relazione endosimbiotica.
Ci sono una varietà di livelli di dipendenza tra i due associati, tra cui ad un estremo una relazione interamente volontaria in cui ogni partner può sopravvivere da solo, e all’altro estremo una situazione in cui entrambi sono interamente dipendenti dall’altro. Inoltre, l’endosimbionte può essere in luoghi diversi all’interno dell’organismo ospite, dall’interno di una cavità del corpo come l’intestino all’interno delle singole cellule. L’endosimbiosi svolge anche un ruolo nell’evoluzione, influenzando la struttura, il comportamento e la storia della vita degli organismi associati.
Sebbene ci siano vari livelli di dipendenza tra i due organismi in una relazione endosimbiotica, è quasi sempre vantaggioso per i due stare insieme. Un esempio che lo dimostra è il mutualismo tra i coralli e le loro alghe endosimbiotiche. Il tipo di alghe coinvolte qui sono chiamati dinoflagellati, e sono specializzati per fotosintetizzare o utilizzare alimenti biologici come fonte di energia. Tuttavia, alcuni nutrienti non sono facilmente disponibili nell’oceano, quindi è utile per i dinoflagelleti vivere all’interno dei coralli, dove i nutrienti sono disponibili. Allo stesso modo, i coralli possono raccogliere del carbonio organico disciolto dall’acqua o dagli oggetti preda, ma è molto più facile e veloce raccoglierli dall’attività fotosintetica degli endosimbionti dinoflagellati. Un effetto collaterale della fotosintesi è che il carbonato di calcio viene precipitato dall’acqua che forma le strutture coralline delle barriere coralline.
Entrambi questi organismi sono stati coltivati indipendentemente in laboratorio per mostrare la portata della loro interdipendenza. In queste circostanze, entrambi hanno ridotto significativamente i tassi di crescita. A volte smettono persino di crescere e si affidano alle riserve energetiche. Quando sono autorizzati a circolare nella stessa acqua, ma non entrare in contatto, la loro crescita quasi raddoppia.Una volta messo in contatto, la crescita è ancora maggiore, indicando che il contatto effettivo può stimolare un rilascio superiore al normale e l’assorbimento di sostanze chimiche che si scambiano. Chiaramente, quindi, è a vantaggio di entrambi di rimanere insieme.
Alcuni anemoni di mare con questi endosimbionti dinoflagellati hanno adattato il loro comportamento alle esigenze delle loro alghe. Ad esempio, le meduse a nuoto libero effettueranno migrazioni verticali verso strati di acqua ricchi di ammonio per i dinoflagellati. Durante il giorno, gli anemoni marini sessili espongono quelle parti del loro corpo dove si trovano i dinoflagellati per consentire la fotosintesi. Di notte ritraggono quelle parti ed espongono i loro tentacoli pungenti per catturare la preda al fine di sequestrare il cibo e fornire azoto ai loro endosimbionti. Questi esempi di modificazioni del comportamento da parte dell’organismo associato ospite mostrano come i due organismi si sono evoluti per beneficiare l’un l’altro e, a loro volta, se stessi.
Posizioni degli endosimbionti
Gli endosimbionti possono vivere all’interno del loro organismo associato in una varietà di luoghi. Possono essere all’interno di una cavità dell’organismo, all’interno di cavità e all’interno di cellule, o interamente all’interno di cellule. Intracellulare, la posizione può essere in cellule che hanno vacuoli speciali per l’isolamento dell’endosimbione dall’interno della cellula, o in cellule che mantengono l’endosimbione direttamente all’interno del fluido cellulare.
Le termiti e i loro abitanti dell’intestino protozoico sono un esempio dell’endosimbionte che vive all’interno di una cavità dell’organismo associato. Un altro esempio comune è la fauna nello stomaco di animali ruminanti, o animali che rigurgitano e rechew particelle di cibo, come cervi, bovini e antilopi. Gli stomaci dei ruminanti hanno camere, la prima delle quali è chiamata rumine ed è appositamente progettata per mantenere popolazioni di batteri e protozoi che abbattono il cibo del loro ospite usando la fermentazione. Il rumine viene fornito con il cibo e mantenuto entro un certo intervallo di pH da ghiandole salivari specializzate. Ciò consente alla comunità microbica di disporre di un substrato da cui nutrirsi e di un ambiente favorevole per farlo. Ci sono un numero diverso di microrganismi che vivono lì, compresi i batteri che digeriscono la cellulosa, i protozoi che digeriscono la cellulosa con l’aiuto dei propri endosimbionti e altri ancora che sono predatori su questi protozoi. Un’intera comunità di specie diverse con stili di vita diversi vive lì.
Un esempio comune di endosimbionte che vive all’interno delle cellule dell’ospite è quello dei batteri nelle cellule degli insetti. Le cellule degli scarafaggi contengono batteri e gli scarafaggi mostrano uno sviluppo rallentato se i batteri vengono uccisi con antibiotici. La crescita dello scarafaggio può essere ripristinata, tuttavia, con alcune aggiunte alla sua dieta che presumibilmente i batteri stavano fornendo.
La trasmissione di questi batteri da uno scarafaggio a una prole è ereditaria, anche se non geneticamente basata, perché i batteri invadono il citoplasma dell’uovo. Quindi, quando l’uovo è fecondato e si sviluppa, ha già l’endosimbionte che la madre aveva.
Un altro esempio di trasmissione materna può essere trovato negli animali ruminanti. In questi animali, la madre passa i microrganismi del rumine al suo bambino dopo che è nato attraverso la sua saliva e il cibo ruminato,che contengono tutte le specie microbiche di cui il bambino avrà bisogno nella vita. Se un animale ruminante bambino non è permesso di essere in contatto con la madre, il bambino non può mai ottenere i microbi necessari per essere in grado di digerire materiale vegetale e morirà.
Evoluzione endosimbiotica
Da comportamenti come la migrazione delle meduse a diversi strati d’acqua e strutture speciali come il rumine dello stomaco, è chiaro che l’endosimbiosi coinvolge interazioni complesse e che questi organismi si sono evoluti insieme per molte generazioni al fine di sviluppare tali interazioni.
Forse l’esempio più antico e diffuso di questa co-evoluzione endosimbiotica è nell’origine delle cellule eucariotiche. Si sono evoluti dalle cellule procariotiche, con le differenze primarie che le cellule eucariotiche sono più grandi e più complesse, contenenti un nucleo separato e numerosi organelli (come i mitocondri), mentre le cellule procariotiche sono più piccole con alcuni organelli che galleggiano liberamente nel fluido cellulare. Esempi di procarioti sono semplici organismi unicellulari come i batteri. La maggior parte degli organismi complessi multicellulari, tuttavia, dai protozoi ai funghi agli animali, sono eucarioti.
Come sono sorte le cellule eucariotiche? Athough non ci sono prove dirette, la teoria più plausibile è che una cellula procariotica precoce, l’antenato del mitocondrio, è entrato in un’altra cellula procariotica, sia come alimento o un parassita. Nel corso del tempo, la relazione tra i due è diventata endosimbiotica, con il mitocondrio che fornisce energia all’associato ospite e l’ospite che fornisce l’ambiente e le sostanze nutritive adeguati al mitocondrio. Così, è emersa una cellula con un organello distinto, o una cellula eucariotica. Ciò significa che ogni singola cellula in tutti gli organismi procarioti ha organelli endosimbiotici.
Diverse caratteristiche dei mitocondri supportano questa teoria ampiamente accettata di un’evoluzione endosimbiotica che dà origine alle cellule eucariotiche:
- La relazione reciprocamente vantaggiosa tra la cellula, che fornisce nutrienti e un ambiente per l’organello, e il mitocondrio, che fornisce energia per la cellula, è vista in molti altri sistemi endosimbiotici, compresi quelli sopra menzionati.
- Il ruolo moderno del mitocondrio è quello di fornire energia in una forma utilizzabile per la cellula.
- Il mitocondrio ha un genoma al suo interno che gli consente di riprodursi ed essere in gran parte indipendente dalla cellula e dal genoma della cellula, che risiede nel nucleo. Infine, il mitocondrio non si divide e si riproduce allo stesso modo della cellula ospite. Negli animali sessualmente riproduttori, ad esempio, i mitocondri della molla non sono un mix di mitocondri di entrambi i genitori. Invece, sono tutti ereditati dalla madre. Pertanto, i mitocondri non si ricombinano come il resto della cellula durante la riproduzione sessuale. Piuttosto, agiscono più come organismi indipendenti, mantenendo la loro identità da ospite a ospite.
vedi anche Interazioni interspecie.
Jean K. Krejca
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