Βιολογικές συμβιώσεις

Από τη Συντακτική Ομάδα

 

Η βιολογία και γενικά οι επιστήμες που μελετούν τα φαινόμενα της ζωής δεν περιορίζονται στη μελέτη της μορφής και της εσωτερικής οργάνωσης των οργανισμών. Ερευνούν τους τρόπους με τους οποίους αυτοί οργανώνονται και μελετούν τις σχέσεις που αναπτύσσουν μεταξύ τους και με το άβιο περιβάλλον τους. Οι σχέσεις αυτές αποτελούν το αντικείμενο μελέτης της οικολογίας. Οι σχέσεις που δημιουργούνται μεταξύ των οργανισμών ενός βιότοπου (βιοτικοί παράγοντες) αλλά και οι σχέσεις τους με το άβιο περιβάλλον (αβιοτικοί παράγοντες) αποτελούν ένα οικοσύστημα (π.χ. δάσος). Πολλοί οργανισμοί αναπτύσσουν μεταξύ τους σχέσεις θηρευτή και θηράματος, ενώ άλλοι οργανισμοί σχέση παρασιτισμού. Μια από τις περισσότερο ιδιαίτερες σχέσεις είναι οι σχέσεις συμβιώσεις οργανισμών.  Αυτή η κατηγορία οργανισμών έδωσε το έναυσμα στους επιστήμονες να διατυπώσουν και την θεωρία της ενδοσυμβίωσης για την προέλευση των ευκαρυωτικών κυττάρων. Ωστόσο, ποια είναι η θεωρία της ενδοσυμβίωσης στα κύτταρα και ποιες περιπτώσεις συμβίωσης οργανισμών υπάρχουν;

Η θεωρία της ενδοσυμβίωσης (symbiogenesis)

Για την προέλευση των ευκαρυωτικών κυττάρων έχουν διατυπωθεί διάφορες υποθέσεις. Σύμφωνα με την πιο παραδεκτή, τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι το αποτέλεσμα συμβίωσης προκαρυωτικών κυττάρων (εικ. 1). Τα προκαρυωτικά αερόβια κύτταρα θα μπορούσαν να έχουν εξελιχθεί σε μιτοχόνδρια ενώ από τα κυανοβακτήρια θα μπορούσαν να προκύψουν οι χλωροπλάστες.

Η θεωρία διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1910 από τον Ρώσο βοτανολόγο Konstantin Mereschkowski και αναπτύχθηκε περαιτέρω από την Lynn Margulis το 1967. Η έρευνα του Ντε Ντυβ, από το 1974 που τιμήθηκε με Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας και Ιατρικής με τους Αλμπέρ Κλωντ και Τζωρτζ Παλέιντ «για την περιγραφή της δομής και της λειτουργίας των οργανιδίων (λυσοσωμάτων και υπεροξειδιοσωμάτων) στα βιολογικά κύτταρα», έχει συντελέσει στη δημιουργία ευρύτερης συμφωνίας ανάμεσα στους ερευνητές επιστήμονες ότι η ενδοσυμβιωτική θεωρία είναι σωστή. Αυτή η θεωρία διατείνεται ότι τα μιτοχόνδρια, οι χλωροπλάστες και ίσως και άλλα οργανίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων προήλθαν από προκαρυωτικούς μικροοργανισμούς που ζούσαν συμβιωτικά στο εσωτερικό ευκαρυωτικών κυττάρων (ενδοσυμβίωση).

 

Εικόνα 1: Προέλευση ζωικού και φυτικού κυττάρου σύμφωνα
με την υπόθεση της ενδοσυμβίωσης

Η θεωρία της ενδοσυμβίωσης λέει ότι τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες ήταν αρχικά ανεξάρτητοι προκαρυωτικοί οργανισμοί οι οποίοι ήδη συμβίωναν στο εσωτερικό των ευκαριωτικών κυττάρων  πριν από περίπου 1.5x 10⁹ χρόνια.

Εικόνα 2: Ένα μοντέλο της προέλευσης των μιτοχονδίων και των χλωροπλαστών

Ενδείξεις που υποστηρίζουν τη θεωρεία  αυτή είναι (εικ. 2):

1) Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες είναι παρόμοια σε μέγεθος και δομή με τα βακτήρια. 2) Και τα δυο οργανίδια περιβάλλονται από μεμβράνη, 3) και τα δύο οργανίδια σχετίζονται με τη μετατροπή ενέργειας, 4) και τα δύο οργανίδια περιέχουν κυκλικό DNA και μπορούν να αυτό-διπλασιάζονται μέσα στα κύτταρα «ξενιστές». Επίσης, 5) έχουν δικό τους μηχανισμό πρωτεϊνοσύνθεσης, 6) έχουν και τα δυο προκαρυωτικού τύπου ριβοσώματα, τέλος, 7) και τα δύο παράγουν ATP μέσω αλυσίδων μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Πηγές:

https://www.aua.gr/fasseas/biologia%2011.pdf

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9A%CF%81%CE%B9%CF%83%CF%84%CE%B9%CE%AC%CE%BD_%CE%BD%CF%84%CE%B5_%CE%9D%CF%84%CF%85%CE%B2

https://science.fandom.com/el/wiki/%CE%95%CE%BD%CE%B4%CE%BF%CF%83%CF%85%CE%BC%CE%B2%CE%AF%CF%89%CF%83%CE%B7

https://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Mereschkowski

https://en.wikipedia.org/wiki/Lynn_Margulis

https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis

Η συμβίωση οργανισμών και οι υποπεριπτώσεις της

Σε ένα οικοσύστημα οι σχέσεις οι οποίες μπορεί να αναπτύσσονται ανάμεσα σε δυο διαφορετικά είδη είναι α) η σχέση θηρευτή και θηράματος (π.χ. λιοντάρι με αντιλόπη), β) η σχέση παράσιτου και ξενιστή (π.χ. τσιμπούρι με σκύλο), γ) ο ανταγωνισμός (π.χ. σκύλος με γάτα) και δ) η συμβίωση. Ενώ κατά τη θήρευση ή τον παρασιτισμό ωφελείται  μόνο το ένα είδος (ο θηρευτής, π.χ. λιοντάρι και το παράσιτο, π.χ. τσιμπούρι αντίστοιχα) και το άλλο βλάπτεται (το θήραμα, π.χ. αντιλόπη και ο ξενιστής, π.χ. σκύλος) κι ενώ στον ανταγωνισμό βλάπτονται και τα δύο είδη, κατά τη συμβίωση το ένα τουλάχιστον είδος ωφελείται χωρίς το άλλο να βλάπτεται. Η σχέση κατά την οποία το ένα είδος ωφελείται χωρίς το άλλο να βλάπτεται ονομάζεται ομοσιτισμός (commensalism). Όμως υπάρχουν και περιπτώσεις ζευγών ειδών τα οποία αναπτύσσουν αμοιβαία επωφελείς σχέσεις. Αυτή η σχέση συμβίωσης ορίζεται ως αμοιβαιότης (mutualism). Η αμοιβαιότητα διακρίνεται στην υποχρεωτική (obligatory) και τη δυνητική (facultative).

Εικόνα 3: Λειχήνες, α σε πέτρα (επιλιθικοί), β σε φυτό(επιφυτικοί)

Το χαρακτηριστικότερο παράδειγμα αμοιβαία επωφελούς συμβίωσης αποτελούν οι λειχήνες, οι οποίοι αποτελούν παράδειγμα τόσο στενής συμβίωσης δύο οργανισμών (ενός φύκους και ενός μύκητα), που εξετάζονται ως ένας οργανισμός. Ο οργανισμός που προσφέρει στο λειχήνα την ικανότητα να είναι αυτότροφος είναι το φύκος, το οποίο μπορεί να είναι είτε προκαρυωτικό (κυανοφύκος  -  που ανήκει στο βασίλειο των μονήρων) είτε ευκαρυωτικό (χλωροφύκος  -  που ανήκει στο βασίλειο των πρωτίστων). Ο μύκητας αντίστοιχα προσφέρει νερό και ανόργανα άλατα, που προσλαμβάνει με τις υφές του. Υπάρχουν και επιλιθικοί και επιφυτικοί λειχήνες (εικ. 3). Οι λειχήνες έχουν την ιδιότητα να προσλαμβάνουν νερό με όλη την επιφάνειά τους. Με αυτό τον τρόπο προσλαμβάνουν και μεγάλες ποσότητες αέριων ρύπων. Αυτό σε συνδυασμό με τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους, τους καθιστά οργανισμούς– δείκτες, κατάλληλους για την παρακολούθηση της αέριας ρύπανσης.

Εικόνα 4: Στους λειχήνες υπάρχει εξελικτική τάση από τον παρασιτισμό προς την αμοιβαιότητα. Σε κάποιους πρωτόγονους λειχήνες, οι υφές του μύκητα πρακτικά διαπερνούν τα κύτταρα του φύκους, όπως αριστερά στην εικόνα  (  Α  ),ενώ σε είδη με περισσότερο εξελιγμένη σχέση οι δύο οργανισμοί ζουν με μεγαλύτερη αρμονία, προς αμοιβαίο όφελος. Αυτό συμβαίνει και στο λειχήνα, που εικονίζεται στο κέντρο της εικόνας (Β), όπου οι υφές του μύκητα αλληλοεμπλέκονται  με τα νημάτια του φύκους και στο λειχήνα που εικονίζεται δεξιά  (C),  όπου οι υφές του μύκητα τυλίγουν σχεδόν τα κύτταρα του φύκους, αλλά δεν τα διαπερνούν. (Από Odum 1975).

Σε μια άλλη περίπτωση, μύκητες συμβιώνουν και με ανώτερα φυτά, αυξάνοντάς τους έτσι την ικανότητα να προσλαμβάνουν ανόργανα θρεπτικά από το έδαφος (αυξάνοντάς τους την ενεργό επιφάνεια, αλλά και διευκολύνοντας την πρόσληψη σημαντικών ανόργανων συστατικών). Η ιδιόρρυθμη συμβίωση μυκήτων με ανώτερα φυτά κατά την οποία αυξάνεται η αποτελεσματικότητα των φυτικών ριζών, ονομάζεται μυκόρριζα, όρος που πρωτοδιατυπώθηκε από τον γερμανό βοτανικό  Frank (1885).

Η μυκόρριζα πιστεύεται ότι περιλαμβάνει και μια δεύτερη “συμβολή” του μύκητα σ’ αυτήν τη συμβίωση: Προστατεύει τη ρίζα από μολύνσεις, καταστέλλοντας τους παθογόνους μικροοργανισμούς με έκκριση αντιβιοτικών (αντιβακτηριακών τοξινών). Ο  Lobanow  (1960)  διακρίνει τα είδη δέντρων, σε κατηγορίες ανάλογα με τη μυκόρριζα που διαθέτουν.

Γνωστές είναι και πολλές περιπτώσεις θαλασσίων οργανισμών που συμβιώνουν, όπως στη σχέση αμοιβαιότητας ανάμεσα στο είδος κοκοβιού (γοβιού) Psilogobius mainlandi και τα είδη γαρίδας Alpheus  rapax  και Alpheus  rapacida. Άτομα, από αυτό το είδος ψαριού μπορούν να συμβιώσουν είτε με το πρώτο είδος γαρίδας, είτε με το δεύτερο.

Πηγή:

http://www.lib.teiher.gr/webnotes/steg/OikologiaTheoria/pdfs/Enotita_2.pdf

Το χταπόδι δέντρων της Βορειοδυτικής ακτής του Ειρηνικού.

Το χταπόδι δέντρων της Βορειοδυτικής ακτής του Ειρηνικού (Octopus paxarbolis) βρίσκεται στα εύκρατα τροπικά δάση της Χερσονήσου Olympic στη δυτική ακτή της Βόρειας Αμερικής. Ο βιότοπός τους βρίσκεται στην ανατολική πλευρά της οροσειράς Olympic, δίπλα στο κανάλι Hood. Αυτά τα μοναχικά κεφαλόποδα φθάνουν σε ένα μέσο μέγεθος (που μετράται από την άκρη του βραχίονα έως το άκρο του μανδύα) τα 30-33 cm. Σε αντίθεση με τα περισσότερα κεφαλόποδα, τα χταπόδια δέντρων είναι αμφίβια, ξοδεύοντας μόνο την πρώιμη ζωή τους και την περίοδο της εποχής ζευγαρώματος στο προγονικό υδάτινο περιβάλλον τους. Λόγω της υγρασίας των τροπικών δασών και των εξειδικευμένων δερματολογικών προσαρμογών, είναι σε θέση να αποφύγουν την αφυδάτωση για παρατεταμένες χρονικές περιόδους, αλλά όταν έχουν την ευκαιρία  προτιμούν να ξεκουράζονται σε συγκεντρωμένο νερό. 

 

Εικόνα 5: Σπάνια φωτογραφία από τηλεφακό
του χταποδιού των δέντρων

Ένας έξυπνος και περιπετειώδης οργανισμός (έχει τη μεγαλύτερη αναλογία εγκεφάλου προς σώμα από κάθε μαλάκιο), το χταπόδι δέντρων εξερευνά τον φυτικό του κόσμο τόσο με την αφή όσο και με την όραση. Προσαρμογές οι οποίες αναπτύχθηκαν από τους πρόγονους του, οι οποίοι εξελίχθηκαν αρχικά, στο τρισδιάστατο περιβάλλον της θάλασσας, χρησιμοποιούνται σε ικανοποιητικό βαθμό στον χωροταξικό λαβύρινθο των κωνοφόρων τροπικών δασών της Χερσονήσου Olympic. Οι προκλήσεις και ο πλούτος αυτού του περιβάλλοντος (και ο στενός τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά το χταπόδι δέντρων με αυτό) μπορεί να αντιπροσωπεύουν την προηγμένη συμπεριφορική εξέλιξη του χταποδιού. Μερικοί εξελικτικοί θεωρητικοί επιστήμονες υποθέτουν ότι η "δεντροπολιτική προσαρμογή" είναι αυτό που έθεσε τα θεμέλια στα πρωτεύοντα για την εξέλιξη του ανθρώπινου νου. 

 

Εικόνα 6 Χάρτης της μέγιστης εξάπλωσης του χταποδιού
των δέντρων, περιλαμβανομένων και των ελών

Τεντώνοντας το ένα από τα οκτώ πλοκάμια του, το καθένα από τα οποία είναι καλυμμένο με ευαίσθητες βεντούζες, ένα χταπόδι των δέντρων μπορεί να αρπάξει ένα κλαδί για να τραβήξει τον εαυτό του, σε μια μορφή μετακίνησης η οποία ονομάζεται μυοσύσπαση (tentaculation) ή μπορεί να προετοιμάζεται να επιτεθεί σε ένα έντομο ή σε ένα μικρό σπονδυλωτό, όπως έναν βάτραχο ή ένα τρωκτικό, ή να κλέψει ένα αυγό από μια φωλιά πουλιών. Με τις ευαίσθητες βεντούζες των πλοκαμιών του θα μπορούσε να εξετάσει ακόμη και κάποια αντικείμενα, τα οποία του προκαλούν το ενδιαφέρον, επιθυμώντας ενστικτωδώς να τα χειριστεί με τα επιδερμικά άκρα του, τα οποία πραγματικά αξίζουν τον τίτλο "αισθητήρια όργανα", περισσότερο, παρά, απλά "άκρα".

Τα χταπόδια των δέντρων έχουν όραση συγκρίσιμη με του ανθρώπου. Η όραση αυτή τα επιτρέπει να δουν το θήραμά τους και το περιβάλλον τους και τα βοηθάει στις σχέσεις τους με άλλα άτομα του ίδιου είδους. Παρόλο που δεν είναι κοινωνικά ζώα, όπως ο άνθρωπος, επικοινωνούν μεταξύ τους τα συναισθήματά τους μέσα από την ικανότητά τους να αλλάζουν το χρώμα του δέρματός τους: το κόκκινο δείχνει τον θυμό, τον λευκό φόβο, ενώ συνήθως διατηρούν ένα σκούρο καφέ τόνο για να είναι ομοιόμορφα με το φόντο και να παραμένουν αθέατα.

 

Εικόνα 7: Ο δρόμος 101 χωρίζει την χερσόνησο
Olympic από το κανάλι Hood.

Ο αναπαραγωγικός κύκλος του χταποδιού εξακολουθεί να συνδέεται με τις ρίζες του στα ύδατα του Puget Sound από όπου πιστεύεται ότι προέρχεται. Κάθε χρόνο, την άνοιξη, τα χταπόδια δέντρων εγκαταλείπουν τα σπίτια τους στο Εθνικό Δρυμό Olympic και μεταναστεύουν προς την ακτή και τελικά, στους χώρους αναπαραγωγής, στο κανάλι Hood. Εκεί συναθροίζονται, γεγονός που αποτελεί τον μόνος πραγματικά κοινωνικό χρόνο στη ζωή τους και βρίσκουν το ζευγάρι τους. Αφού το αρσενικό έχει τοποθετήσει το σπέρμα του, επιστρέφει στα δάση, αφήνοντας το θηλυκό να βρει μια υδάτινη λεκάνη στην οποία να συνδεθεί και να τοποθετήσει τις συστοιχίες των γονιμοποιημένων αυγών. Το θηλυκό θα φυλάει και θα φροντίζει τα αυγά μέχρι να εκκολαφθούν. Κατά την περίοδο αυτή  το θηλυκό χταπόδι των δέντρων δεν τρέφετε με αποτέλεσμα, σε αρκετές περιπτώσεις,  να πεθαίνει από ανιδιοτέλεια. Τα νεαρά άτομα θα περάσουν, περίπου, τον πρώτο μήνα της ζωής τους κολυμπώντας μέσα από το κανάλι Hood, το Admiralty Inlet και μέχρι το βόρειο Puget Sound πριν απομακρυνθούν, τελικά, από το νερό και ξεκινήσουν την ενήλικη ζωή τους.

Πηγή:

https://en.wikipedia.org/wiki/Temperate_rainforest

https://en.wikipedia.org/wiki/Olympic_National_Park

https://www.fs.usda.gov/olympic/

https://zapatopi.net/treeoctopus/