Spolužitie v prírode: Symbióza nie je len vzájomne prospešná
27.12.2017-14:26:00   |   Marek Dzurenko
#Živá príroda
Tesné interakcie medzi rôznymi formami života sú v prírode mimoriadne časté. Dokonca aj naše vlastné bunky sú výsledkom symbiotického vzťahu*. Bunky všetkých eukaryotických organizmov totiž vznikli v dôsledku spolužitia a spolupráce medzi baktériami, ktoré sa za stovky miliónov rokov evolúcie pretvorili na mitochondrie, chloroplasty a ďalšie bunkové organely.

Nie je symbióza ako symbióza

Pod pojmom symbióza rozumieme akýkoľvek trvalý a blízky vzťah medzi dvoma odlišnými druhmi organizmov. V laickej reči je ale pojem „symbióza“ často svojvoľne zamieňaný so špecifickou formou symbiózy, ktorú nazývame mutualizmus. Symbióza je v skutočnosti obšírny termín, ktorý zahŕňa aj parazitizmus.



Podľa toho, akým spôsobom sú dvaja partneri vo fyzickom kontakte, môžeme symbiotické vzťahy rozdeliť na endosymbiotické (jeden z partnerov sa nachádza vo vnútri tela toho druhého) a ektosymbiotické (na povrchu alebo mimo tela). Rôzny je aj stupeň závislosti na symbiotickom vzťahu. Ak organizmy nedokážu prežiť jeden bez druhého, hovoríme o obligátnej (povinnej) symbióze. Ak je vzťah nepovinný, je to symbióza fakultatívna.

Aby sme si objasnili charakter vzťahu pri rôznych formách biologických interakcií, pomôžeme si znamienkami plus (+) a mínus (–). Plusové znamienko bude znamenať výhodný vzťah, mínusové nevýhodný. Neutrálny vzťah označíme symbolom nula (0). Pri mutualistickom vzťahu profitujú obe strany, ide teda o vzájomne (mutuálne) prospešné spolužitie (+,+). Prakticky každý organizmus na Zemi je v nejakom mutualistickom vzťahu s iným organizmom. Príkladov je v živej prírode nespočetne veľa. Celá skupina organizmov zvaná lišajníky je výsledkom spolupráce dvoch partnerov – huby a riasy, prípadne sinice.


-


Lišajníky (Lichenes) sú učebnicovým príkladom mutualizmu. Ide o kompozitné organizmy zložené z hubovej (mykobiont) a riasovej alebo sinicovej zložky (fotobiont). Kým fotobiont zabezpečuje energiu skrz fotosyntézu, mykobiont ho chráni a z okolia získava vodu a živiny. Lišajníky sú vďaka spolupráci viac než len sumou ich dvoch zložiek. Mnohé z nich dokážu prežiť v extrémnom prostredí púští a polárnych oblastí. Uchytia sa aj na holej skale, čo z nich robí priekopníkov v procesoch primárnej sukcesie.**


Tí hubári, ktorí sa o objekt svojho „lovu“ zaujímajú aj z iného než gastronomického hľadiska, už akiste počuli o mykoríze – mutualistickom vzťahu medzi hubami a koreňmi rastlín. Kým hubový (fungálny) symbiont získava neobmedzený prísun na energiu bohatých uhľovodíkov z rastliny, tá zas profituje z toho, že podhubie značne zväčšuje povrch koreňového systému, čo rastline uľahčuje absorbovať vodu a živiny z pôdy. Mutualistické interakcie nájdeme aj medzi hubami a živočíchmi. Viaceré skupiny hmyzu – termity, listorezné mravce či ambróziové chrobáky – pestujú fungálne symbionty vo svojich termitiskách, mraveniskách a komôrkach. O hubu je vzorne postarané, a tá slúži svojim „záhradkárom“ ako stály zdroj potravy. Apropo, termity. A vlastne všetky bylinožravé živočíchy, ktoré trávia celulózu či lignín obsiahnuté v dreve, to dokážu len vďaka symbiotickým mikroorganizmom vo svojom tráviacom trakte. Aj naša vlastná tráviaca sústava je hostiteľom úžasne pestrej črevnej mikroflóry.


-


Ambróziové chrobáky zahŕňajú niekoľko evolučných línií podkôrnikov (chrobáky, medzi ktoré patrí aj notoricky známy lykožrút smrekový) a jadrohlodov, ktorých larvy i dospelé jedince sa živia výlučne ambróziovou hubou pestovanou vo vyhĺbených chodbách v dreve. Spóry huby chrobáky prenášajú v špeciálnych útvaroch na povrchu tela. Vďaka spolužitiu s ambróziovými hubami sú tieto chrobáky mimoriadne rozšírené a úspešné a niektoré z nich sa stali obávanými inváznymi škodcami na drevinách v USA i Európe.


Pre suchozemské ekosystémy je jednou z najdôležitejších mutualistických vzťahov ten medzi živočíšnymi opeľovačmi (hmyz, vtáky, netopiere) a kvitnúcimi rastlinami. Úzke väzby medzi symbiotickými partnermi majú za následok to, že organizmy navzájom ovplyvňujú svoj evolučný vývoj. Tomuto evolučnému fenoménu hovoríme koevolúcia. Napríklad diverzifikácia (rozrôzňovanie) kvitnúcich rastlín na konci druhohôr spôsobila obrovský evolučný boom aj u svojich opeľovačov z triedy hmyzu. Na stúpajúcu rozmanitosť kveteny hmyz reagoval tak, že sám diverzifikoval do nespočetného množstva foriem adaptovaných na opeľovanie rôznych druhov rastlín. Hmyz je dnes najpočetnejšou skupinou živočíchov s odhadovaným počtom druhov rátaných v miliónoch.



Množstvo príkladov mutualizmu by sme našli aj v oceánoch. Pre ekosystémy koralových útesov je najvýznamnejší vzťah medzi koralmiendosymbiotickými riasami. Koraly obsahujú vo svojich telách riasy zo skupiny Zooxanthellae, ktoré sú schopné fotosyntézy. O koraloch si kedysi ľudia mysleli, že ide o rastliny, tieto prisadnuté koloniálne živočíchy však skutočne obsahujú aj rastlinnú zložku. Z tohto dôvodu dokážu koraly existovať len v plytkých, presvetlených vodách. Zooxantely nežijú v symbióze len s koralmi, ale aj ďalšími morskými bezstavovcami – sasankami, medúzami, nahožiabrymi slimákmi či obrími lastúrnikmi rozďavami (rod Tridacna).


-


Rozďava obrovská (Tridacna gigas) má zmiešaný spôsob výživy (tzv. mixotrofia). Dospelé jedince žijú prisadnuto a získavajú 70-100 % živín pomocou symbiotických rias rodu Symbiodinium, ktoré si uchovávajú v plášti. Zvyšné percentá potravy obstaráva filtrovanie.


Komenzalizmus – ak to druhému nevadí...

Inou formou biologickej interakcie je komenzalizmus. Označuje stav, keď iba jeden z partnerov získava zo vzťahu výhodu, pričom ten druhý je neovplyvnený (+,0). Komenzalizmus je menej preskúmaný ako mutualizmus a parazitizmus, čo je možno spôsobené tým, že sa pri komenzalizme nič „extra“ nedeje. Toto zdanie je však mylné. Komenzalizmus je navyše v prírode veľmi rozšírený.

Snáď najznámejším príkladom komenzalizmu je forézia – jav, keď sa jeden živočích nechá transportovať iným. Foretické správanie je bežné najmä medzi článkonožcami. Túto formu „dopravy“ s obľubou využívajú napríklad larvy chrobákov májok (rod Meloe), ktoré sa zachytávajú na tele včiel v kvetoch rastlín a nechajú sa „odviezť“ do úľov. Forézia je štandardný spôsob prepravy aj pre mnohé roztoče, ktoré spravidla využívajú výrazne mobilnejší hmyz a stavovce na transport na veľké vzdialenosti. Známymi foretickými zvieratami v moriach sú ryby štítovce (rod Remora). Ich chrbtová plutva je premenená na prísavný orgán, pomocou ktorého sa zachytávajú na hostiteľovi, napríklad žralokovi či raji. Štítovce však nevyužívajú väčšie morské stavovce len ako dopravný prostriedok, ale taktiež požierajú zvyšky potravy, parazity či dokonca výkaly svojho hostiteľa. Charakter tejto biologickej interakcie sa tak vďaka „hygienickej službe“ zo strany štítovca skôr podobá mutualizmu ako komenzalizmu.


-


Štítovce (Remora) nebojácne „nalepené“ na svojom dravom hostiteľovi – žralokovi citrónovom (Negaprion brevirostris).


Množstvo komenzálov by sme našli medzi bakteriálnymi organizmami v asociácii s eukaryotickými hostiteľmi. Tento fenomén sa prejavuje najmä vytváraním tzv. biofilmov – bakteriálnych spoločenstiev na telesných povrchoch živočíchov a rastlín. Zdá sa to až skoro neuveriteľné, ale celková hmotnosť všetkých mikróbov v ľudskom tele predstavuje približne 1.25 kilogramu! Časť týchto mikróbov predstavujú mutualisti, veľkú väčšinu však môžeme označiť ako komenzálov. Nájdeme ich prakticky všade – na povrchu kože, v ústnej dutine, dýchacej, tráviacej i vylučovacej sústave. Ak je stabilita mikrobiálneho spoločenstva narušená, niektoré (napríklad baktérie z rodu Staphylococcus) sa menia z komenzálov na agresívne patogény.

Ďalšie typy biologických interakcií

Špecifickým typom interakcie medzi dvomi druhmi je amenzalizmus, ktorý je oveľa menej častý ako predchádzajúce javy. V tomto prípade je jeden organizmus neovplyvnený, pričom ten druhý stráca (0,–). Ako príklad môžeme uviesť hniezdne kolónie dvoch druhov morských vtákov súl na Galapágoch. Podľa jednej štúdie sú jedince suly modronohej (Sula nebouxii) vytláčané z hniezdísk svojim agresívnejším príbuzným – sulou galapágskou (Sula granti), pričom agresori zjavne prítomnosťou suly modronohej nijak netrpia. Ak by to tak bolo, šlo by o vzťah kompetície (–,–), teda vzájomného konkurovania si medzi druhmi.



Parazity a predátory

Možno vás táto informácia prekvapí, ale parazitizmus je najčastejším spôsobom života na Zemi. Približne polovica všetkých rastlín a živočíchov je aspoň v jednom vývinovom štádiu svojho životného cyklu parazitická. Prakticky všetky druhy sú parazitované niekým iným, ba dokonca aj parazity majú svoje parazity! Ľudské telo je hostiteľom pre vyše 350 druhov cudzopasníkov, a to sme ani nezarátali vírusy a baktérie. Medzi živočíchmi by sme našli 9 samostatných kmeňov, ktoré sú výlučne parazitické.

Princíp parazitizmu je jednoduchý – parazit sa priživuje na úkor svojho hostiteľa, vzťah je teda prospešný pre jednu stranu, ale negatívny pre druhú (+,–). Formy parazitizmu sú veľmi rozmanité a omnoho podrobnejšie informácie o nich vám prinesieme v budúcom článku. Na tomto mieste ešte dodáme, že ďalšia, veľmi rozšírená forma biologickej interakcie je predácia, teda konzumovanie jedného organizmu druhým. Pre tento vzťah platí rovnaká kombinácia symbolov ako pre parazitizmus (+,–).

-

*Endosymbiotická teória alebo symbiogenéza hovorí, že bunky s pravým jadrom (eukaryotické) vznikli kombináciou jednoduchších, prokaryotických bakteriálnych buniek. V prospech symbiogenézy svedčí množstvo dôkazov, od existencie vlastnej genetickej informácie v mitochondriách a plastidoch po neschopnosť bunky tvoriť nové organely inak, než binárnym delením existujúcich.
**Sukcesia je proces, pri ktorom sa mení druhová štruktúra spoločenstva organizmov v ekosystéme. Vrcholom sukcesie je tzv. klimax, čiže spoločenstvo, ktoré je v daných podmienkach ekologicky najstabilnejšie (na Slovensku sú to najmä dubové, bukové, zmiešané a vo vyšších pohoriach smrekové lesy). Primárna sukcesia je taká, pri ktorej sa takpovediac „začína od nuly“. Príkladom môže byť postupná kolonizácia novovytvoreného vulkanického ostrova živými organizmami.

Zdroje:
Begon M, Townsend CR, Harper JL (2009) Ecology. Hoboken, NJ, Wiley-Blackwell.
Hirsch AM, Fujishige NA (2008) Commensalisms. In: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 1, pp. 679-683. Amsterdam, Elsevier.
Holland JN, Bronstein JL (2008) Mutualism. In: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 3, pp. 2485-2491. Amsterdam, Elsevier.
Kitching RL, Harmsen R (2008) Amensalism. In: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 1, pp. 160-162. Amsterdam, Elsevier.
Lafferty KD (2008) Parasites. In: Jorgensen SE (ed.) Encyclopedia of Ecology Volume 4, pp. 2641-2650. Amsterdam, Elsevier.

Obrázky: Christoph Specjalski, Jiří Hulcr, Albert kok



Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail