Endosymbioza jest wzajemnie korzystnym związkiem między organizmem gospodarza a wewnętrznym organizmem towarzyszącym. Termin pochodzi od przedrostka „endo”, co oznacza wewnątrz, oraz słowa symbioza, które odnosi się do wzajemnie korzystnych relacji między dwoma ściśle powiązanymi organizmami. Innym określeniem symbiozy jest mutualizm, który podkreśla fakt, że oba organizmy czerpią korzyści z relacji.
przykłady endosymbiozy
znanym przykładem endosymbiozy jest związek między termitem a mikroorganizmami w jego jelitach. Termit zużywa drewno, ale nie może go strawić bez pomocy pierwotniaków w jelitach termitów, które rozkładają celulozę do postaci, którą termit może metabolizować. W ten sposób termit dostarcza pożywienia pierwotniakowi, a pierwotniakowi dostarcza pożywienia termitowi. W tym przykładzie pierwotniakiem jest endosymbiont, czyli organizm wewnętrzny w relacji endosymbiotycznej.
istnieje wiele poziomów zależności między dwoma współpracownikami, w tym na jednym krańcu całkowicie dobrowolny związek, w którym każdy partner może przetrwać sam, a na drugim krańcu sytuacja, w której obaj są całkowicie zależni od drugiego. Ponadto endosymbiont może znajdować się w różnych miejscach w organizmie gospodarza, od jamy ciała, takiej jak jelita, do poszczególnych komórek. Endosymbioza odgrywa również rolę w ewolucji, wpływając na strukturę, zachowanie i historię życia powiązanych organizmów.
chociaż istnieją różne poziomy zależności między tymi dwoma organizmami w relacji endosymbiotycznej, prawie zawsze korzystne jest, aby te dwa organizmy pozostały razem. Przykładem, który to pokazuje, jest wzajemność między koralowcami a ich endosymbiotycznymi algami. Rodzaj glonów biorących udział w tym procesie nazywa się dinoflagellates i specjalizują się w fotosyntezie lub wykorzystaniu żywności ekologicznej jako źródła energii. Jednak niektóre składniki odżywcze nie są łatwo dostępne w oceanie, więc korzystne jest dla dinoflagelletes żyć w korali, gdzie składniki odżywcze są dostępne. Podobnie korale mogą zbierać rozpuszczony węgiel organiczny z wody lub z przedmiotów ofiarnych, ale znacznie łatwiej i szybciej jest je zebrać z fotosyntetycznej aktywności endosymbiontów dinoflagellate. Efektem ubocznym fotosyntezy jest wytrącanie węglanu wapnia z wody, która tworzy struktury koralowe raf koralowych.
oba te organizmy zostały hodowane niezależnie w laboratorium, aby pokazać zakres ich współzależności. W tych okolicznościach oba kraje znacznie obniżyły tempo wzrostu. Czasami nawet przestają rosnąć i polegają na zapasach energii. Kiedy mogą krążyć w tej samej wodzie, ale nie nawiązują kontaktu, ich wzrost prawie się podwaja.W przypadku kontaktu wzrost jest jeszcze większy, co wskazuje, że rzeczywisty kontakt może pobudzić wyższe niż normalne uwalnianie i wychwytywanie wymienianych chemikaliów. Oczywiście jest to korzystne dla obu, aby pozostać razem.
niektóre ukwiały morskie z tymi dinoflagellate endosymbiontami przystosowały swoje zachowanie do potrzeb swoich glonów. Na przykład, swobodnie pływająca Meduza spowoduje pionowe migracje do warstw wody, które są bogate w Amon dla dinoflagellanów. W ciągu dnia zawilce morskie odsłaniają te części ciała, w których znajdują się dinoflagellaty, aby umożliwić fotosyntezę. W nocy cofają te części i odsłaniają swoje kłujące macki, aby złapać zdobycz, aby sekwestrować pokarm i dostarczyć azot swoim endosymbiontom. Te przykłady modyfikacji zachowania przez organizmy towarzyszące gospodarzowi pokazują, w jaki sposób te dwa organizmy ewoluowały, aby przynosić sobie nawzajem korzyści, a z kolei same siebie.
lokalizacje Endosymbiontów
Endosymbionty mogą żyć w swoim organizmie towarzyszącym w różnych miejscach. Mogą znajdować się w jamie organizmu, w jamach i w komórkach lub całkowicie w komórkach. Wewnątrzkomórkowo lokalizacja może znajdować się w komórkach, które mają specjalne wakuole do izolacji endosymbiontu z wnętrza komórki lub w komórkach, które utrzymują endosymbiont bezpośrednio w płynie komórkowym.
termity i ich pierwotniaki są jednym z przykładów endosymbiontów żyjących w jamie organizmu towarzyszącego. Innym powszechnym przykładem jest fauna w żołądku przeżuwaczy lub zwierząt, które zwracają i rechew cząstek żywności, takich jak jelenie, bydło i antylopy. Żołądki przeżuwaczy mają komory, z których pierwsza nazywa się żwaczem i jest specjalnie zaprojektowana do utrzymania populacji bakterii i pierwotniaków, które rozkładają pokarm żywiciela za pomocą fermentacji. Żwacz jest dostarczany z pożywieniem i utrzymywany w pewnym zakresie pH przez wyspecjalizowane gruczoły ślinowe. Zapewnia to Społeczności mikrobiologicznej podłoże do żerowania i korzystne środowisko do tego. Żyją tam różne mikroorganizmy, w tym bakterie trawiące celulozę, pierwotniaki trawiące celulozę za pomocą własnych endosymbiontów i inne, które nadal są drapieżnikami tych pierwotniaków. Żyje tam cała społeczność różnych gatunków o różnym stylu życia.
częstym przykładem endosymbiontu żyjącego w komórkach gospodarza jest obecność bakterii w komórkach owadów. Komórki karaluchów zawierają bakterie, a karaluchy wykazują spowolniony rozwój, jeśli bakterie są zabijane antybiotykami. Wzrost karalucha można jednak przywrócić za pomocą pewnych dodatków do jego diety, które prawdopodobnie dostarczały bakterie.
przenoszenie tych bakterii z jednego karalucha na potomstwo jest dziedziczne, choć nie uwarunkowane genetycznie, ponieważ bakterie atakują cytoplazmę jaja. Następnie, gdy jajko jest zapłodnione i rozwija się, ma już endosymbiont, że matka miała.
inny przykład przeniesienia matek można znaleźć u przeżuwaczy. U tych zwierząt matka przekazuje mikroorganizmy żwacza swojemu dziecku po urodzeniu przez ślinę i przeżuwany pokarm, który zawiera wszystkie gatunki drobnoustrojów, których dziecko będzie potrzebować w życiu. Jeśli zwierzę przeżuwające nie może mieć kontaktu z matką, dziecko może nigdy nie uzyskać drobnoustrojów niezbędnych do trawienia materiału roślinnego i umrze.
Ewolucja Endosymbiotyczna
z zachowań takich jak migracja meduz do różnych warstw wody i specjalnych struktur, takich jak żwacz żołądka, oczywiste jest, że endosymbioza obejmuje złożone interakcje i że organizmy te ewoluowały razem przez wiele pokoleń w celu rozwijania takich interakcji.
prawdopodobnie najstarszym i najbardziej rozpowszechnionym przykładem tej endosymbiotycznej koewolucji jest pochodzenie komórek eukariotycznych. Wyewoluowały z komórek prokariotycznych, przy czym podstawowe różnice polegają na tym, że komórki eukariotyczne są większe i bardziej złożone, zawierające oddzielne jądro i liczne organelle (takie jak mitochondria), podczas gdy komórki prokariotyczne są mniejsze z kilkoma organelami pływającymi swobodnie w płynie komórkowym. Przykładami prokariotów są proste jednokomórkowe organizmy, takie jak bakterie. Większość wielokomórkowych złożonych organizmów, od pierwotniaków przez grzyby po zwierzęta, to eukarioty.
Jak powstały komórki eukariotyczne? Chociaż nie ma bezpośrednich dowodów, najbardziej prawdopodobną teorią jest to, że wczesna komórka prokariotyczna, przodek mitochondrium, weszła do innej komórki prokariotycznej, zarówno jako element pożywienia, jak i pasożyt. Z biegiem czasu związek między nimi stał się endosymbiotyczny, z mitochondrionem dostarczającym energię towarzyszącemu gospodarzowi, a gospodarzem dostarczającym odpowiednie środowisko i składniki odżywcze mitochondriowi. W ten sposób powstała komórka z wyraźną organellą, czyli komórka eukariotyczna. Oznacza to, że każda komórka we wszystkich organizmach prokariotycznych ma endosymbiotyczne organelle.
kilka cech mitochondriów potwierdza tę powszechnie przyjętą teorię endosymbiotycznej ewolucji, która daje początek komórkom eukariotycznym:
- wzajemnie korzystny związek między komórką, która dostarcza składników odżywczych i środowiska dla organelle, a mitochondriem, który dostarcza energii dla komórki, jest widoczny w wielu innych układach endosymbiotycznych, w tym w wyżej wymienionych.
- współczesna rola mitochondrium polega na dostarczaniu energii w formie użytecznej dla komórki.
- mitochondrion ma w sobie Genom, który pozwala mu się rozmnażać i być w dużej mierze niezależnym od komórki i genomu komórki, który znajduje się w jądrze. Ostatecznie mitochondrion nie dzieli się i nie rozmnaża w taki sam sposób jak komórka gospodarza. W rozmnażaniu płciowym zwierząt, na przykład, mitochondria off-spring nie są mieszanką mitochondriów obojga rodziców. Zamiast tego wszystkie są dziedziczone po matce. Tak więc mitochondria nie rekombinują, podobnie jak reszta komórki podczas rozmnażania płciowego. Działają raczej jako niezależne organizmy, zachowując swoją tożsamość od żywiciela do żywiciela.
Zobacz też interakcje międzygatunkowe.
Jean K. Krejca
Bibliografia
Symbioza: Wprowadzenie do skojarzeń biologicznych. Hanover, NH: University Press of New England, 1986.
Begon, Michael, John L. Harper i Colin R. Townsend. Ekologia, wyd. 2 Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1990.
Douglas, Angela E. Oxford: Oxford University Press, 1994.
Margulis, Lynn. Symbioza w ewolucji komórek. San Francisco, CA: W. H. Freeman, 1981.
Evolution, 2nd ed. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1996.
Waliela, Iwan. Morskie procesy ekologiczne, wyd.2 New York: Springer-Verlag, 1995.