Il pesce pagliaccio e gli anemoni di mare hanno una relazione reciprocamente vantaggiosa. Joe Stancampiano/National Geographic/Getty Images Ogni volta che due organismi di specie diverse esistono in stretto contatto fisico a beneficio di entrambi gli organismi, quello è simbiosi . La simbiosi può verificarsi tra animali, impianti, funghi o una loro combinazione. Ogni organismo contribuisce con qualcosa che giova alla sopravvivenza dell'altro, e a sua volta riceve un proprio beneficio di sopravvivenza.
Alcuni simbionti sono così strettamente intrecciati che è difficile dire dove finisce un organismo e inizia l'altro. E nel caso dei simbionti pianta/animale, può essere difficile dire se gli organismi sono piante, animali, o un po' di entrambi.
I simbionti non sono animali dei cartoni animati che vivono e lavorano insieme in perfetta armonia. La maggior parte dei simbionti non ha idea di aiutare un'altra creatura. Stanno solo sopravvivendo in qualunque modo funzioni meglio per loro, un comportamento istintivo guidato dalla selezione naturale.
Probabilmente non ti sei reso conto di essere un simbionte anche tu. O che la vita sulla Terra probabilmente non esisterebbe senza la simbiosi. O che la simbiosi potrebbe essere stata responsabile dell'evoluzione della vita multicellulare. O che alcuni scienziati pensano che l'intero pianeta sia un gigantesco organismo simbiotico. A volte la simbiosi è piuttosto strana. Esploreremo la stranezza (e forse scopriremo che non è poi così strano) in questo articolo.
Pianta o animale?Uno dei casi più strani di simbiosi è quello del verme piatto acoel, Convoluta roscoffensis . Questi minuscoli vermi vivono lungo le coste e sembrano masse di alghe. I vermi stessi sono trasparenti, ma dentro di loro vivono le alghe Platymonas, che contengono clorofilla e sono capaci di fotosintesi. Danno ai vermi un colore verde.
Le alghe assorbono la luce del sole attraverso la pelle chiara dei vermi e fotosintetizzano il cibo, abbastanza cibo che i vermi non hanno un apparato digerente funzionante o addirittura una bocca funzionante. Le alghe riciclano anche i prodotti di scarto dei vermi, e attraversare interi cicli di vita all'interno dei corpi dei vermi.
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Le bufaghe mangiano i parassiti di grandi animali come questo bufalo africano. Ma sono parassiti anche loro, mantenendo le ferite aperte e stuzzicando le croste. Natphotos/Visione digitale/Immagini Getty La definizione tradizionale di simbiosi è a reciprocamente vantaggiosa relazione che implica uno stretto contatto fisico tra due organismi che non sono la stessa specie. La maggior parte dei biologi aderisce ancora a questa definizione. Alcuni biologi, però, considerare una simbiosi qualsiasi relazione interspecie che implichi frequenti contatti ravvicinati, indipendentemente da quale degli organismi ne tragga beneficio. Ciò comprende commensalismo , in cui un organismo ne trae beneficio e l'altro non ne risente molto, e parassitismo , in cui un organismo ne trae beneficio e l'altro ne viene danneggiato. In questo articolo ci concentreremo sulla simbiosi reciprocamente vantaggiosa.
Esistono diverse forme di simbiosi. In alcuni casi, gli organismi richiedono la relazione simbiotica per sopravvivere. Questo è noto come simbiosi obbligata . In altri casi, la relazione simbiotica dà a ciascun organismo una maggiore possibilità di sopravvivenza ma non è assolutamente necessaria. Questo è noto come simbiosi facoltativa . Le relazioni simbiotiche non sono sempre simmetriche:possono essere obbligatorie per un organismo e facoltative per l'altro.
La parte "stretto contatto fisico" della definizione merita di essere esaminata più da vicino. Nella maggior parte dei casi, è abbastanza semplice:un organismo può stabilirsi direttamente sul corpo di un altro organismo, o addirittura viverci dentro. Ma i biologi considerano anche la relazione biochimica tra due organismi. Se generano e condividono enzimi, proteine, gas o altre sostanze chimiche, quindi possono anche essere detti simbionti.
Endosimbioti vivere all'interno di un altro organismo. E da dentro, i biologi in realtà intendono all'interno - tra le cellule o all'interno dei tessuti del corpo (come il verme piatto acoel). Ectosimbionti vivere sul corpo di un altro organismo. (Nota che gli organismi che vivono all'interno del tratto digestivo di un altro sono considerati ectosimbionti. Apparentemente vivere nell'intestino di qualcun altro non si qualifica come una relazione abbastanza stretta per i biologi da chiamarli endosimbioti.)
nessun fungo, Nessun alberoPiante e funghi occupano categorie completamente diverse nella tassonomia. Eppure le loro vite sono così completamente intrecciate che circa il 90 percento di tutte le piante del mondo ha i propri "partner" fungini che consentono loro di sopravvivere [fonte:Wakeford]. Il fungo in questione è micorrizico. Molte varietà micorriziche vivono in stretta associazione con alberi e altre piante, attingendo nutrienti dal sottosuolo profondo e fornendoli all'albero in cambio di una quota dell'energia (sotto forma di zuccheri) prodotta dalla fotosintesi dell'albero. I funghi e i funghi velenosi che si vedono spesso intorno alle basi degli alberi sono in realtà gli organi riproduttivi di vaste reti fungine sotterranee a cui le piante attingono per ottenere nutrienti in modo più efficiente.
Isole Cocos, Oceano Indiano:Manta con remore Joe Stancampiano/National Geographic/Getty Images L'evoluzione può sembrare piuttosto sorprendente di per sé. I vari e specifici adattamenti utilizzati da molti organismi possono sembrare a volte sfidare la logica. La simbiosi lo fa solo sembrare più improbabile:come potrebbero due specie separate evolvere tratti che si adattano così perfettamente insieme? Infatti, molte persone che mettono in dubbio l'evoluzione indicano la simbiosi come "prova" che ciò non può avvenire naturalmente.
La selezione naturale è la chiave per comprendere come si evolve la simbiosi. In una data popolazione, alcuni organismi avranno tratti più vantaggiosi per una riproduzione di successo rispetto ad altri. Gli organismi con quei tratti hanno quindi maggiori probabilità di trasmetterli alle generazioni successive, mentre quelli senza di loro hanno maggiori possibilità di morire prima di riprodursi. Così, per molte generazioni, la popolazione tenderà ad assomigliare sempre di più agli individui con i tratti di successo.
Il successo o il fallimento dei tratti dipende da pressione demografica -- circostanze che rendono più difficile la sopravvivenza degli individui. I tratti che consentono a una creatura di trarre vantaggio dalle altre forme di vita nel suo ambiente avranno lo stesso successo dei tratti che le consentono di sfuggirle (o mangiarle).
La maggior parte delle relazioni simbiotiche probabilmente sono iniziate come facoltative. Per molte generazioni, gli organismi arrivarono a dipendere maggiormente dalla simbiosi perché la selezione naturale favoriva quei tratti e non altri. Infine, la simbiosi divenne l'unica fonte di cibo, riparo, enzima o qualsiasi altra cosa i simbionti derivassero l'uno dall'altro.
Un altro modo di considerare la simbiosi è come la cassetta degli attrezzi dell'evoluzione. Gli alberi hanno bisogno dei nutrienti che si trovano in profondità nel terreno. Potrebbero sviluppare sistemi di radici più efficienti che consentirebbero loro di estrarre quei nutrienti da soli - in effetti, molti alberi hanno. Ma questo può richiedere molto tempo (decine di migliaia di anni o più) e potrebbe non accadere affatto. Si dà il caso che i funghi abbiano già questa capacità. Quando le due specie si trovano in stretta vicinanza, è molto più veloce sviluppare un modo per incorporare lo "strumento" già a disposizione dell'altro organismo piuttosto che reinventare la ruota.
Alcuni biologi sono fautori di una teoria nota come simbiogenesi . Questa teoria, che ha un consenso abbastanza diffuso, suggerisce che la simbiosi è in realtà la chiave per le origini della vita complessa sulla Terra. I teorici della simbiogenesi pensano che microbi sempre più diversificati siano entrati in una serie di relazioni simbiotiche, con diversi microbi che svolgono i compiti vitali per l'esistenza microbica. Queste relazioni si sono evolute in una rete strettamente integrata di microbi reciproci, ognuno agisce come un ingranaggio della macchina. Alla fine hanno sviluppato un involucro che li racchiude tutti. I microbi che componevano questa "squadra" sono diventati le parti di una cellula:mitocondri, nuclei, ribosomi.
bug, pipistrelli, Uccelli e fioriMolte piante dipendono dagli animali per aiutarli a ottenere il polline dallo stame di una pianta all'ovulo di un'altra pianta. Queste piante hanno fiori evoluti che attirano gli impollinatori sia per colore che per profumo. In un rapporto simbiotico, il fiore contiene nettare, un dolce, materiale ricco di energia che dona all'insetto, pipistrello o uccello un beneficio nutrizionale. Quando l'animale passa al fiore successivo per altro nettare, trasporta inavvertitamente il polline lì, raggiungere l'obiettivo di impollinazione della pianta. Alcuni animali hanno evoluto caratteristiche molto specializzate, come becchi sagomati o proboscide, per prelevare il nettare in modo efficiente. I fiori, a sua volta, possono essere specificamente modellati per consentire solo a determinate specie di animali di ottenere il nettare da loro. Ciò consente alla pianta di monopolizzare gli sforzi di impollinazione di quell'animale, dal momento che non si sposterà intorno ad altre specie di piante.
Sei un simbionte? Assolutamente. Il tuo tratto digestivo contiene trilioni di batteri e altri microrganismi. Infatti, la maggior parte della massa di materia fecale è costituita da batteri. Questi batteri svolgono una serie di funzioni, ma principalmente abbattono cose che il nostro sistema digestivo non è in grado di elaborare da solo. Per esempio, molti carboidrati arrivano nell'intestino senza essere digeriti. I batteri scompongono i carboidrati in vari acidi che possono essere assorbiti ed elaborati. Il risultato:otteniamo più nutrienti e calorie dal nostro cibo. Gli antibiotici possono uccidere molti di questi batteri, riducendo la nostra efficienza digestiva fino a quando non ricrescono [fonte:Università di Glasgow]. I batteri, da parte loro, ottenere una fornitura costante di cibo consegnato direttamente a loro.
Questo aiuto digestivo è un grande vantaggio per le persone con accesso limitato alle risorse alimentari. Hanno bisogno di ottenere ogni caloria possibile dal loro cibo. Però, gli scienziati hanno studiato i contributi dei batteri intestinali umani all'obesità diffusa nelle nazioni occidentali. Gli esperimenti hanno dimostrato che i topi allevati in un ambiente sterile, senza batteri per favorire la digestione, sono rimasti magri anche se sono stati nutriti con un alto contenuto calorico, dieta ricca di grassi [fonte:PNAS]. Manipolare la nostra relazione simbiotica con i batteri intestinali potrebbe portare allo sviluppo di una pillola dimagrante efficace.
I batteri nel tuo intestino sono piuttosto complessi, fornendo vantaggi che non comprendiamo ancora completamente. Alcuni scienziati pensano di poter aiutare il nostro sistema immunitario fornendo "pratica, " permettendoci di produrre anticorpi che ci proteggono dai microbi più dannosi. Infatti, i batteri intestinali stessi possono essere molto dannosi per noi se si spostano dal tratto digestivo nel flusso sanguigno. Potrebbero anche competere con i microbi che sarebbero dannosi se fossero in grado di entrare e vivere nel nostro intestino.
Simbionti alieniNell'universo dei fumetti Marvel, una razza aliena conosciuta come Symbiotes ha ripetutamente afflitto i cittadini della Terra, in particolare il supereroe Spider-Man. Incontrò il primo Simbionte quando entrambi furono trasportati insieme da un essere cosmico:Spider-Man pensava che fosse semplicemente un costume nero fatto di materiale alieno prima di rendersi conto che era una creatura vivente. Il Simbionte in seguito si trasferì al giornalista mentalmente disturbato Eddie Brock, formando la mostruosa creatura conosciuta come Venom. Riproduzione asessuata per gemmazione, la prima progenie del simbionte si unì a un serial killer e divenne la creatura conosciuta come Carnage.
Alla fine è stato rivelato che la razza Symbiote era parassita, invadendo interi pianeti, legandosi a qualunque essere vivente trovasse e consumandolo. Potrebbero essere responsabili dell'estinzione di decine di migliaia di specie mentre viaggiavano da un pianeta all'altro attraverso la galassia. Il simbionte di Spider-Man era un folle emarginato della sua razza parassitaria.
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Le formiche azteca proteggono la loro casa in un albero di Cecropia. Norbert Wu/Fazione scientifica/Getty Images Le relazioni simbiotiche non sono rare. Ecco alcuni esempi particolarmente interessanti:
Gli alberi di cecropia hanno tronchi cavi, e all'interno secernono un liquido zuccherino che è nutriente per le formiche. Le formiche azteca colonizzano gli alberi, riempiendo il tronco di milioni di formiche, che ricevono riparo e cibo dall'albero. L'albero è vulnerabile alle viti, che può crescere su di esso, appesantirlo o soffocarlo. Le formiche azteca pattugliano la Cecropia e usano le loro fauci per tagliare via i rampicanti.
Ci sono molti esempi di pesci che puliscono utilmente i batteri parassiti e i funghi dai corpi (o anche dall'interno delle bocche) di altri pesci. Il pesce pilota, pesce cliente, il labro pulitore e il pesce seniorita mangiano tutti parassiti di altre specie, guadagnando un buon pasto. Gli altri pesci ottengono protezione dal danno che questi parassiti causerebbero se lasciati incontrollati. Non solo fermano i comportamenti aggressivi per consentire ai pesci più puliti di fare il loro lavoro, sono stati conosciuti per fare di tutto per visitarli.
Esistono anche relazioni più pulite fuori dall'acqua. garzette, bufaghe, pivieri e cowbirds dalla testa marrone trascorrono tutti una buona parte della loro vita cavalcando altri animali. Gli uccelli cacciano gli insetti, zecche e altri parassiti da mangiare. I pivieri saltano nella bocca dei coccodrilli crogiolarsi per mangiare le sanguisughe. Gli animali (zebre, bisonte, facoceri, bovini domestici) sono tenuti puliti da insetti nocivi. Gli uccelli più puliti fungono anche da sistema di allarme, avvisando il loro ospite quando il pericolo è presente.
Una specie di uccello chiamata Honeyguide preferisce mangiare cera d'api e larve d'api. Però, non è abbastanza grande da rompere gli alveari. Per realizzare questo, trova un mammifero vicino, a volte un essere umano o simile a un tasso chiamato ratel. Quindi salta in giro per attirare l'attenzione e poi conduce il suo "assistente" all'alveare. L'assistente vuole il miele, così rompe l'alveare per mangiarlo, esponendo la cera e le larve alla guida del miele.
Le piante hanno bisogno di azoto. È un nutriente vitale, importante per una crescita sana. Però, le piante non hanno il meccanismo per estrarre l'azoto dall'aria. Possono ottenerlo da terra se il terreno è fertile, ma l'offerta può essere facilmente esaurita. In un perfetto esempio dell'aspetto della "cassetta degli attrezzi dell'evoluzione" della simbiosi, alcune piante hanno trovato un'altra specie che ha la capacità di estrarre (o "fissare") l'azoto dall'aria. Legumi, una famiglia di piante che include patate, arachidi e molti altri, legame con i batteri rizobi. I batteri in realtà crescono in noduli sulle radici dei legumi. Il legume fornisce l'energia necessaria alla rizobia per rompere i forti legami chimici nell'azoto libero, e i rizobi producono azoto per la pianta, più abbastanza per mantenere fertile il terreno circostante per anni.
La teoria di GaiaLa teoria di Gaia, reso popolare per la prima volta negli anni '70, suggerisce che la Terra stessa è un organismo vivente esistente in simbiosi con tutte le altre forme di vita che vivono su di essa. Questa teoria viene utilizzata per spiegare l'ambiente relativamente stabile sulla Terra che consente alla vita di prosperare. Temperature, composizione atmosferica, scorte di cibo - possono variare notevolmente da un luogo all'altro e nel tempo, ma tendono a oscillare intorno a punti medi stabili.
Una delle definizioni di vita ampiamente accettate include la capacità di riprodursi. Alcuni sostenitori della teoria di Gaia suggeriscono che Gaia potrebbe, infatti, essere in grado di riprodursi. Gli umani sono ora in grado di lasciare la Terra, e potremmo essere a pochi decenni di distanza dall'essere in grado di viaggiare su altri pianeti. I coloni su Marte sarebbero come semi, diffondere la biosfera terrestre in altri mondi.
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