Symbioosi — määritelmä, tyypit ja evoluution esimerkit

Symbioosi – selkeä määritelmä, tyypit ja vaikuttavat evoluution esimerkit. Tutustu mikroskooppisista symbionteista mykorritsiin ja mitokondrioiden rooliin.

Symbioosi (pl. symbioosit) tarkoittaa yhdessä elämistä. Se kuvaa eri lajien välisiä läheisiä ja pitkäaikaisia suhteita. Anton de Bary käytti termiä vuonna 1879 "erilaisten organismien yhteiselona".

Symbiontti on eliö, joka elää suhteessa toisen lajin kanssa ja josta toinen tai molemmat saavat hyötyä. Kun yksi laji elää toisen lajin sisällä tai mikroskooppinen symbiontti elää isännän solujen sisällä, sitä kutsutaan endosymbiontiksi.

Symbioosin merkitys perustuu sen esiintymistiheyteen ja evolutiiviseen merkitykseen. Ilmeisesti ei ole olemassa korkeampia kasveja tai eläimiä, joilla ei olisi symbiooseja. Symbionteilla on suuri merkitys suuremmille organismeille, jotka eivät useimmissa tapauksissa pystyisi elämään ilman symbionttiaan. Esimerkkeinä voidaan mainita korkeampien kasvien mykorritsat ja hyönteisten ja selkärankaisten suolistofloorat. Ihminen ei ole poikkeus.

Lisäksi suurin osa näistä yhteyksistä ei ole vain eri lajeihin kuuluvien organismien, vaan myös eri valtakunnista peräisin olevien organismien välisiä. Ja lopuksi kaikkien eukaryoottien soluissa on organelleja, jotka ovat ainakin miljardi vuotta sitten alkaneiden symbioottisten suhteiden jälkeläisiä. Mitokondriot ja plastidit ovat tästä esimerkkejä. Johtopäätöksenä on oltava, että symbioosit ovat olleet erittäin merkittäviä elämän evoluutiossa.

Symbioosin tyypit

Symbiooseja luokitellaan usein hyötysuhteen mukaan:

• Mutualismi — molemmat osapuolet hyötyvät (esim. mykorritsat ja kasvit, hammas­tähnäsieni ja leviä muodostavat jäkälät).
• Kommensalismi — toinen osapuoli hyötyy, toinen ei hyödy eikä kärsi (esim. joillain kaloilla esiintyvä imeväisnikama, joka käyttää saalistajan jäänteitä).
• Parasitismi — toinen osapuoli hyötyy toisen kustannuksella (esim. loiset ja patogeenit).
• Amensalismi — toinen kärsii toisen vaikutuksesta, mutta toinen ei hyödy (esim. antibakteerisia aineita erittävät sienet estävät bakteerien kasvua).
• Neutralismi — osapuolet elävät vierekkäin ilman merkittävää vaikutusta toisiinsa (käytännössä harvinainen, sillä vuorovaikutuksia on usein vaikea havaita).

Nämä luokat muodostavat jatkumon: saman lajin välinen suhde voi muuttua olosuhteiden muuttuessa (esim. kommensalismi muuttua parasiittiseksi, kun isännän puolustus heikkenee).

Toinen ja sijainti: endo- vs. ektosymbioosi sekä pakollinen vs. valinnainen

• Endosymbioosi — symbiontti elää isäntäsolun tai isännän kudosten sisällä (esim. mitokondrioiden alkuperä, myös jotkut bakteerit eläinten suolistossa).
• Ektosymbioosi — symbiontti elää isännän pinnalla tai ulkoisesti (esim. ihon mikrobit, jäkälät).
• Obligaatio- (pakollinen) symbioosi — osapuoli ei voi elää ilman toista (esim. useiden saprofyttisten bakteerien riippuvuus isännästä).
• Fakultatiivinen (valinnainen) symbioosi — suhde hyödyttää mutta yksilöt selviytyvät myös ilman toista.

Merkittäviä esimerkkejä

• Mykorritsat — sienet parantavat kasvien veden ja ravinteiden (erityisesti fosfori) ottoa, ja sienet saavat kasveilta fotosynteesissä tuotettua sokeria.
• Bakteerit ja kasvit — palkokasvien ja Rhizobium-sukuisien bakteerien typpijuurikaulit ovat ratkaisevia typpilähteitä niukassa maaperässä.
• Jäkälät — sieni ja levä tai sinilevä elävät yhdessä tehden mahdolliseksi elämisen ankarissa olosuhteissa, kuten kalliopinnoilla tai kylmissä alueissa.
• Korallit ja zooxanthellat — korallien yhteiselämä dinoflagellaatin kanssa mahdollistaa riutoille tyypillisen energiankierron ja rakennetta.
• Ihmisen mikrobiomi — suoliston mikrobit osallistuvat ravinteiden pilkkomiseen, vitamiinien (esim. K- ja B-vitamiinien) tuotantoon, immuunijärjestelmän kehittymiseen ja suojaukseen patogeeneja vastaan.
• Symbioottiset bakteerit hyönteisissä — esimerkiksi kirvat ja niiden endosymbiontti Buchnera — bakteerit tuottavat välttämättömiä aminohappoja kirvalle.
• Termiittien suolistoprotistit — pilkkovat selluloosaa ja sallivat termiittien ravinnon hyödyntämisen.

Evolutiivinen merkitys ja mekanismit

Symbioosien kautta on syntynyt suuria evolutiivisia muutoksia. Endosymbioositeoria selittää, kuinka solujen organellit, kuten mitokondriot ja plastidit, syntyivät bakteerien ja varhaisten eukaryoottien liitosta. Tällaiset tapahtumat ovat mahdollistaneet monisoluisten organismien monimutkaistumisen.

Symbioosissa tapahtuu usein:

• Ko-evoluutiota — isäntä ja symbiontti sopeutuvat toisiinsa pitkän ajan kuluessa.
• Genomin reduktiota symbionteilla — erityisesti pakollisilla endosymbionteilla havaitaan usein geneettinen supistuminen, koska isäntä tarjoaa monia toimintoja.
• Geeneihin liittyvää siirtymää — joskus symbionttien geenejä siirtyy isäntägeeneiksi (horizontaalinen geeninsiirto).

Ecologinen ja käytännöllinen merkitys

Symbioosit vaikuttavat ravinteiden kiertoon, ekosysteemien tuottavuuteen ja lajirunsaudelle. Niitä hyödynnetään maataloudessa (esim. typensitojien käyttö parantaa maaperää) ja bioteknologiassa (symbioottisten vuorovaikutusten tutkimus lääkkeiden ja biopuutarhojen kehityksessä).

Riskejä ja haasteita

Vaikka monet symbioosit ovat hyödyllisiä, ne voivat myös aiheuttaa ongelmia: parasiitit ja taudinaiheuttajat voivat järkyttää ekosysteemejä, ja ihmistoiminta (ilmastonmuutos, saasteet) voi heikentää herkkiä symbioottisia suhteita, kuten korallien ja zooxanthellojen yhteyttä (korallien valkaisu).

Yhteenveto

Symbioosit ovat elämän keskeinen osa: ne muokkaavat yksilöiden biologiaa, lajirakenteita ja koko evoluutiota. Ymmärtämällä symbiooseja paremmin voimme suojella ekosysteemejä ja hyödyntää näitä suhteita kestävästi.

Määritelmä

Symbioosin määritelmä on ollut kiistanalainen. Joidenkin mielestä symbioosilla pitäisi viitata vain pysyviin vastavuoroisiin suhteisiin, kun taas toisten mielestä sen pitäisi koskea kaikenlaisia pitkäaikaisia biologisia vuorovaikutussuhteita.

130 vuotta kestäneen keskustelun jälkeen nykyisissä biologian ja ekologian oppikirjoissa käytetään nykyään jälkimmäistä de Baryn määritelmää tai vielä laajempaa määritelmää (jossa symbioosi tarkoittaa kaikkia lajien välisiä vuorovaikutuksia). Suppeaa määritelmää (jossa symbioosi tarkoittaa vain vastavuoroisuutta) ei enää käytetä.

Laajin määritelmä sisältää loisutuksen (jossa toista organismia autetaan ja toista vahingoitetaan), mutualismin (jossa molempia organismeja autetaan), kommensalismin (jossa toista organismia autetaan ja toista ei vahingoiteta) ja kilpailun (jossa molempia organismeja vahingoitetaan).

 
Lehtikirvojen nymfejä suojelee lihamuurahaisten armeija. Muurahaiset syövät nymfien eritteitä...  

Symbioosityypit

Symbioosin eri muotoja ovat:

Tyyppi 1: Kumppanit pitävät kehonsa erillään

Symbioosi ei aina hyödytä molempia osapuolia. Näin voi käydä:

• parasitismi, jossa assosiaatio aiheuttaa haittaa jommallekummalle. Toinen voi jopa tuhota tai tappaa toisen. (+ -)
• vastavuoroisuus, jossa yhdistymisestä on hyötyä molemmille (+ +).
• kommensalismi, jossa yksi yhdistyksen jäsen hyötyy, kun taas toinen ei kärsi (+ 0).
• kilpailu, jossa yhdistyksen molemmat jäsenet taistelevat ruoasta tai muista tarpeista. (- -)

Tyyppi 2: Kumppanit elävät yhtenä organismina

Tällaista symbioosia kutsutaan endosymbioosiksi. Esimerkkejä ovat:

• Rhizobia: typpeä sitovat bakteerit, jotka elävät herneisiin kuuluvien kasvien juurisolmukkeissa.
• Yksisoluiset foramit, joiden solun sisällä on yksisoluinen levä. Tämä on "fakultatiivista", mikä tarkoittaa, että ne voivat tehdä tai olla tekemättä sitä. Laajempi versio on idioplastinen endosymbioosi. Tässä foram kuluttaa levää, mutta pitää sen kloroplastit toimintakunnossa.
• Vihreät levät meren monisukasmatojen sisällä.
• Yksisoluisia leviä riuttoja rakentavien korallien sisällä.
• Hyönteisten ja selkärankaisten suolistossa olevat bakteerit, jotka sulattavat kasvien selluloosaa. Ne ovat "pakollisia" symbionttia, mikä tarkoittaa, että isännällä on oltava ne.
• Jäkälä: sieni+levä tai bakteeri.
• Mykorrhiza: sienihyfat ja puiden juuret.

Lähes varmasti näin tapahtui eukaryoottisolun muodostamiseksi. Se on solutyyppi, josta kaikki eläimet ja kasvit on tehty. Solun sisällä olevat organellit, kuten mitokondriot ja kloroplastit, sisältävät jonkin verran DNA:ta. Tämä DNA on jäänne aikoinaan erillisestä bakteerista. Teorian mukaan eukaryoottisolu kehittyi useiden bakteeri- tai arkeologisten organismien fuusioitumisen kautta.

 
Dardanus pedunculatus Erakkorapu, jonka kuoreen on kiinnitetty symbioottisia anemoneja Calliactis sp. Anemoni antaa suojaa pistävien solujensa avulla, ja se saa ravulta liikkuvuutta.  


Monotropa uniflora , kukkiva kasvi, joka loistaa tiettyjä sieniä.  


Rhizobia-bakteerit kyhmyissä sitovat typpeä.  


Pellekala merianemoniassaan  


Kolmentyyppisiä symbioottisia suhteita: kommensalistinen (I), loismainen (II) ja mutualistinen (III).  

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on symbioosi?

K: Kuka keksi termin "symbioosi"?

K: Mikä on endosymbiontti?

K: Kuinka tärkeitä symbioottiset suhteet ovat suuremmille organismeille?

K: Onko ihminen poikkeus symbioottisten suhteiden suhteen?

K: Mitä esimerkkejä näistä eri valtakuntien organismien välisistä yhteyksistä on?

K: Kuinka merkittävä symbioosi on ollut elämän evoluution kannalta?

Hae kirjaimella