Симбиоза: определение, видове, примери и роля в еволюцията

Симбиоза: научете как видовете взаимно подпомагат еволюцията — дефиниции, видове и ключови примери като микориза, чревна флора, ендосимбионти и митохондрии.

Симбиоза (в мн.ч. симбиози) означава съвместен живот. Описва близки и дългосрочни взаимоотношения между различни видове. Терминът е използван от Антон дьо Бари през 1879 г. като "съвместен живот на несходни организми".

Симбионт е организъм, който живее във взаимоотношения с друг вид, при които единият или и двамата получават ползи. Когато един вид живее в друг вид или микроскопичен симбионт живее в клетките на гостоприемника, той се нарича ендосимбионт.

Значението на симбиозата се изразява в нейната честота и еволюционното ѝ значение. Изглежда, че няма висши растения или животни без симбионти. Тези симбионти са от голямо значение за по-големите организми, които в повечето случаи не биха могли да живеят така без своите симбионти. Пример за това са микоризата при висшите растения и чревната флора при насекомите и гръбначните животни. Хората не правят изключение.

Освен това повечето от тези асоциации са между организми не само от различни видове, но и от различни царства. И накрая, клетките на всички еукариоти съдържат органели, които са наследници на симбиотични връзки, започнали преди поне един милиард години. Митохондриите и пластидите са примери за това. Изводът трябва да бъде, че симбиозата е имала голямо значение за еволюцията на живота.

Видове симбиоза и примери

Симбиотичните взаимоотношения са разнообразни по характер и интензивност. Най-често разграничаваните типове са:

• Взаимодействие (мутуализъм) – и двете страни печелят. Примери: микоризата, при която гъби подпомагат корените на растенията да поемат вода и хранителни вещества, а в замяна получават органични вещества; връзката между някои насекоми и техните хранителни бактерии.
• Коменсализъм – единият организъм печели, а другият не е засегнат значително. Пример са някои видове птици, които използват гнезда на други видове без да им вземат ресурси.
• Паразитизъм – единият организъм печели за сметка на другия, който страда. Много болестотворни организми и паразити попадат тук. Това също е форма на дълготрайна симбиоза, макар и вредна за гостоприемника.
• Амелизъм – едната страна е засегната негативно, а другата не получава явна полза (по-рядко споменаван термин в контекста на симбиозите).

Други разграничения

• Облигатна симбиоза – партньорите не могат да оцеляват дългосрочно един без друг (например някои бактерии в червата на насекоми, които синтезират жизненоважни вещества).
• Факултативна симбиоза – партньорите могат да живеят и поотделно, но асоциацията дава предимства при определени условия.
• Ектосимбиоза – симбионтът живее върху повърхността на гостоприемника (напр. някои водни организми с по повърхностни бактерии).
• Ендосимбиоза – симбионтът живее в тъканите или клетките на гостоприемника; пример за клетъчна ендосимбиоза виждаме в ендосимбионтите.

Конкретни примери

Някои добре познати примери за симбиоза включват:

• Лишеи (лихени) – асоциация между гъба и фотосинтетичен партньор (водорасло или цианобактерия).
• Коралови полипи и зооксантели – водораслите (симбионти) осигуряват на коралите хранителни вещества чрез фотосинтеза.
• Чревната флора при насекомите и гръбначните животни, включително хората, където микробите подпомагат храносмилането, синтеза на витамини и имунната защита.
• Ризобии при бобови растения – фиксират атмосферния азот и го правят достъпен за растението в замяна на въглехидрати.

Роля в еволюцията

Симбиозата е изиграла ключова роля в еволюцията. Отделни примери и факти:

• Клетките на всички еукариоти съдържат органели, които са наследници на древни симбиотични връзки – това е същността на ендосимбиотичната теория. Такива органели са митохондриите и пластидите, чието възникване се свързва с внасяне и интегриране на бактерии в пра-евкариотни клетки преди поне един милиард години.
• Честата и разнообразна природа на симбиотичните връзки е двигател на съвместна (коеволюция) адаптация — гени и поведение на двата партньора се променят съвместно във времето.

Передаване и изследване

Симбионтите могат да се предават:

• Вертикално – от родител на потомство (пример: някои бактерии в яйцата на насекоми).
• Хоризонтално – между индивиди в популацията или от околната среда (например придобиване на почвени бактерии от корените).

Модерните методи за изследване включват микроскопия (с електронна и флуоресцентна микроскопия), молекулярни техники (секвениране на ДНК/РНК), метагеномика и изотопни анализи, които помагат да се определи функцията и историята на симбиотичните партньорства.

Екологично и практическо значение

Симбиозите формират структурата и функцията на екосистемите, влияят върху плодородието на почвите, кръвообращението на хранителни вещества и здравето на организмите. В практичен план:

• В земеделието се използват азотофиксирующи бактерии и микоризни инокуланти за подобряване на реколтата.
• В медицината се обръща все повече внимание на човешкия микробиом и неговата роля при метаболизма, имунитета и заболяванията.
• Опазването на биоразнообразието често изисква запазване на ключови симбиотични взаимоотношения (напр. кораловите рифове и техните симбионти).

Кратко резюме

Симбиозата представлява широк спектър от асоциации между организми — от взаимно полезни до вредни — и е фундаментален фактор в екологията и еволюцията. Тя оформя биологичните общности, подпомага адаптациите и дори стои в основата на възникването на сложната клетка. Разбирането и поддържането на симбиотичните връзки е важно за земеделието, медицината и опазването на природата.

Определение

Определението за симбиоза е противоречиво. Някои смятат, че симбиозата трябва да се отнася само за устойчиви взаимоотношения, докато други смятат, че тя трябва да се прилага за всички видове дългосрочни биологични взаимодействия.

След 130-годишен дебат в настоящите учебници по биология и екология се използва последното определение на де Бари или още по-широко определение (където под симбиоза се разбират всички взаимодействия между видовете). Ограничителното определение (при което симбиоза означава само взаимопомощ) вече не се използва.

Най-широката дефиниция включва паразитизъм (при който единият организъм получава помощ, а другият е ощетен), мутуализъм (при който и двата организма получават помощ), коменсализъм (при който единият организъм получава помощ, а другият не е засегнат) и конкуренция (при която и двата организма са ощетени).

 
Нимфите на листозавивачките са защитени от армия от месни мравки. Мравките се хранят със секрети от нимфите.  

Видове симбиоза

Различните форми на симбиоза включват:

Тип 1: Партньорите държат телата си отделно

Симбиозата не винаги е от полза и за двамата партньори. Това може да се случи:

• паразитизъм, при който асоциацията е неблагоприятна за един от двамата. Единият може дори да унищожи или убие другия. (+ -)
• взаимопомощ, при която връзката е изгодна и за двамата (+ +)
• коменсализъм, при който единият член на сдружението има полза, а другият не е засегнат (+ 0)
• съревнование, при което двамата членове на сдружението се борят за храна или други нужди. (- -)

Тип 2: Партньорите живеят като един организъм

Този вид симбиоза се нарича ендосимбиоза. Примери за това са:

• Ризобии: азотфиксиращи бактерии, които живеят в кореновите възли на растенията от семейство грахови.
• Едноклетъчни форами, които включват едноклетъчно водорасло в клетката. Това е "факултативно", което означава, че те могат да го правят или не. По-широкообхватна версия е идиопластичната ендосимбиоза. При нея форамът консумира водораслите, но запазва хлоропластите им в работно състояние.
• Зелени водорасли в морските полихетни червеи.
• Едноклетъчни водорасли в коралите, изграждащи рифове.
• Бактерии в червата на насекоми и гръбначни животни, които смилат растителната целулоза. Това са "задължителни" симбионти, което означава, че гостоприемникът трябва да ги има.
• Лишеи: гъбички + водорасли или бактерии.
• Микориза: гъбни хифи и корени на дърветата.

Почти сигурно е, че това се е случило, за да се образува еукариотната клетка. Това е видът клетка, от която са изградени всички животни и растения. Органелите в клетката, като митохондриите и хлоропластите, съдържат известно количество ДНК. Тази ДНК е остатък от някогашна отделна бактерия. Теорията е, че еукариотната клетка е еволюирала чрез сливане на няколко бактериални или археални организми.

 
Dardanus pedunculatus Рак отшелник със симбиотични анемони Calliactis sp., прикрепени към черупката му. Анемоните осигуряват защита с жилещите си клетки и получават мобилност от рака.  


Monotropa uniflora - цъфтящо растение, което паразитира върху някои гъби.  


Бактериите Rhizobia във възлите фиксират азот  


Риба клоун в морската си анемона  


Три вида симбиотични взаимоотношения: коменсални (I), паразитни (II) и мутуални (III).  

Въпроси и отговори

В: Какво е симбиоза?

В: Кой е автор на термина "симбиоза"?

В: Какво е ендосимбионт?

В: Колко важни са симбиотичните взаимоотношения за по-големите организми?

В: Изключение ли са хората, когато става въпрос за симбиотични взаимоотношения?

В: Кои са някои примери за такива връзки между организми от различни царства?

В: Колко значима е симбиозата за еволюцията на живота?

Търсене по буква