Cách cộng sinh hoạt động

Bất cứ khi nào hai sinh vật thuộc các loài khác nhau tồn tại trong sự tiếp xúc vật lý chặt chẽ vì lợi ích của cả hai sinh vật, đó là sự cộng sinh . Sự cộng sinh có thể xảy ra giữa động vật, thực vật, nấm hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của chúng. Mỗi sinh vật đóng góp một cái gì đó có lợi cho sự tồn tại của sinh vật kia, và đến lượt nó, nhận được một lợi ích sinh tồn của riêng mình.

Một số sinh vật cộng sinh gắn bó chặt chẽ với nhau đến mức rất khó để biết được một sinh vật này kết thúc và sinh vật kia bắt đầu từ đâu. Và trong trường hợp cộng sinh thực vật / động vật, có thể khó phân biệt được liệu sinh vật đó là thực vật, động vật, hay một chút là cả hai.

Symbiotes không phải là động vật hoạt hình sống và làm việc cùng nhau trong sự hòa hợp hoàn hảo. Hầu hết các cộng sinh không biết rằng họ đang giúp đỡ một sinh vật khác. Chúng chỉ tồn tại theo bất cứ cách nào phù hợp nhất với chúng, một hành vi bản năng do chọn lọc tự nhiên thúc đẩy .

Có thể bạn đã không nhận ra rằng bản thân bạn là một symbiote. Hoặc sự sống trên Trái đất có lẽ sẽ không tồn tại nếu không có sự cộng sinh. Hoặc sự cộng sinh đó có thể là nguyên nhân dẫn đến sự tiến hóa của sự sống đa bào. Hoặc một số nhà khoa học nghĩ rằng toàn bộ hành tinh là một sinh vật cộng sinh khổng lồ. Đôi khi sự cộng sinh khá kỳ lạ. Chúng ta sẽ khám phá sự kỳ lạ (và có thể phát hiện ra rằng nó không quá kỳ lạ sau tất cả) trong bài viết này.

Thực vật hay Động vật?

Một trong những trường hợp cộng sinh kỳ lạ nhất là của loài giun dẹp acoel, Convoluta roscoffensis . Những con giun nhỏ này sống dọc theo bờ biển và trông giống như những khối tảo biển. Bản thân loài giun này có màu trong suốt, nhưng bên trong chúng là tảo Platymonas sống, chứa chất diệp lục và có khả năng quang hợp. Chúng tạo cho giun một màu xanh lục.

Tảo hấp thụ ánh sáng mặt trời qua lớp da trong của giun và quang hợp thức ăn - đủ thức ăn mà giun không có đường tiêu hóa hoặc thậm chí miệng hoạt động. Tảo thậm chí còn tái chế các chất thải của giun, và đi qua toàn bộ vòng đời bên trong cơ thể giun.

1. Nhiều loại cộng sinh
2. Sự phát triển của cộng sinh
3. Bạn có phải là một symbiote?
4. Symbiotes mọi nơi

Định nghĩa truyền thống về cộng sinh là mối quan hệ đôi bên cùng có lợi liên quan đến sự tiếp xúc vật lý chặt chẽ giữa hai sinh vật không cùng loài. Hầu hết các nhà sinh vật học vẫn tuân thủ định nghĩa này. Tuy nhiên, một số nhà sinh vật học coi bất kỳ mối quan hệ giữa các loài nào liên quan đến việc tiếp xúc gần gũi thường xuyên đều là cộng sinh, bất kể sinh vật nào được hưởng lợi. Điều này bao gồm chủ nghĩa hòa hợp , trong đó một sinh vật được hưởng lợi và sinh vật kia không bị ảnh hưởng nhiều, và chủ nghĩa ký sinh , trong đó một sinh vật có lợi và sinh vật kia bị tổn hại. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào sự cộng sinh đôi bên cùng có lợi.

Có một số hình thức cộng sinh. Trong một số trường hợp, các sinh vật đòi hỏi mối quan hệ cộng sinh để tồn tại. Đây được gọi là cộng sinh bắt buộc . Trong các trường hợp khác, mối quan hệ cộng sinh mang lại cho mỗi sinh vật cơ hội sống sót cao hơn nhưng không hoàn toàn cần thiết. Đây được gọi là sự cộng sinh tự nhiên . Các mối quan hệ cộng sinh không phải lúc nào cũng đối xứng - chúng có thể bắt buộc đối với sinh vật này và có tính dễ dàng đối với sinh vật khác.

Phần "tiếp xúc thân thể gần gũi" của định nghĩa đáng xem xét kỹ hơn. Trong hầu hết các trường hợp, nó khá đơn giản - một sinh vật có thể tạo nhà của mình trực tiếp trên cơ thể sinh vật khác, hoặc thậm chí sống bên trong nó. Nhưng các nhà sinh vật học cũng xem xét mối quan hệ sinh hóa giữa hai sinh vật. Nếu chúng tạo ra và chia sẻ các enzym, protein, khí hoặc các chất hóa học khác thì chúng cũng có thể được coi là các sinh vật cộng sinh.

Endosymbiotes sống bên trong một sinh vật khác. Và bên trong, các nhà sinh học thực sự có nghĩa là bên trong - giữa các tế bào hoặc trong các mô cơ thể (như giun dẹp acoel). Ectosymbiotes sống trên cơ thể của một sinh vật khác. (Lưu ý rằng các sinh vật sống trong đường tiêu hóa của người khác được coi là sinh vật ngoại ký sinh. Rõ ràng sống trong ruột của người khác không đủ điều kiện để coi là một mối quan hệ đủ chặt chẽ để các nhà sinh học gọi chúng là sinh vật nội sinh).

Không có nấm, không có cây

Thực vật và nấm chiếm các danh mục hoàn toàn khác nhau trong phân loại học. Tuy nhiên, cuộc sống của chúng hoàn toàn quấn lấy nhau đến mức khoảng 90% thực vật trên thế giới có những “đối tác” nấm riêng cho phép chúng tồn tại [nguồn: Wakeford]. Loại nấm được đề cập là nấm rễ. Nhiều giống nấm rễ sống liên kết chặt chẽ với cây cối và các loài thực vật khác, hút chất dinh dưỡng từ sâu dưới lòng đất và cung cấp cho cây để đổi lấy một phần năng lượng (ở dạng đường) do quá trình quang hợp của cây tạo ra. Các loại nấm và bãi cóc thường thấy xung quanh gốc cây thực chất là cơ quan sinh sản của mạng lưới nấm ngầm rộng lớn mà thực vật khai thác để lấy chất dinh dưỡng hiệu quả hơn.

Bản thân sự tiến hóa có vẻ khá đáng kinh ngạc. Sự thích nghi đa dạng và cụ thể được sử dụng bởi nhiều sinh vật đôi khi có thể thách thức logic. Cộng sinh chỉ khiến điều đó có vẻ khó xảy ra hơn - làm thế nào mà hai loài riêng biệt lại có thể tiến hóa các đặc điểm hoàn toàn phù hợp với nhau? Trên thực tế, nhiều người đặt câu hỏi về sự tiến hóa coi sự cộng sinh là "bằng chứng" rằng những điều này không thể xảy ra một cách tự nhiên.

Chọn lọc tự nhiên là chìa khóa để hiểu quá trình cộng sinh tiến hóa như thế nào. Trong một quần thể nhất định , một số sinh vật sẽ có những đặc điểm thuận lợi để sinh sản thành công hơn những sinh vật khác. Do đó, các sinh vật có những đặc điểm này có nhiều khả năng di truyền chúng cho các thế hệ kế tiếp hơn, trong khi những sinh vật không có chúng có nhiều khả năng chết trước khi sinh sản hơn. Do đó, qua nhiều thế hệ, quần thể sẽ có xu hướng ngày càng giống các cá thể mang các đặc điểm thành công.

Sự thành công hay thất bại của các tính trạng phụ thuộc vào sức ép của quần thể - những hoàn cảnh khiến các cá thể khó tồn tại hơn. Những đặc điểm cho phép một sinh vật tận dụng các dạng sống khác trong môi trường của nó cũng sẽ thành công như những đặc điểm cho phép nó thoát khỏi (hoặc ăn) chúng.

Hầu hết các mối quan hệ cộng sinh có lẽ bắt đầu như một cách dễ dàng. Qua nhiều thế hệ, các sinh vật phụ thuộc nhiều hơn vào sự cộng sinh bởi vì chọn lọc tự nhiên đã ưu ái những đặc điểm đó chứ không phải những đặc điểm khác. Cuối cùng, cộng sinh trở thành nguồn duy nhất của thức ăn, nơi ở, enzyme hoặc bất cứ thứ gì khác mà các sinh vật cộng sinh bắt nguồn từ nhau.

Một cách khác để xem xét sự cộng sinh là hộp công cụ của sự tiến hóa. Cây cần các chất dinh dưỡng được tìm thấy sâu trong đất. Chúng có thể phát triển hệ thống rễ hiệu quả hơn cho phép chúng tự hút các chất dinh dưỡng đó - trên thực tế, nhiều cây đã có. Nhưng điều này có thể mất rất nhiều thời gian (hàng chục nghìn năm hoặc hơn) và có thể hoàn toàn không xảy ra. Nó chỉ xảy ra rằng nấm đã có khả năng này. Khi hai loài ở gần nhau, việc phát triển một cách để kết hợp "công cụ" đã có sẵn cho sinh vật kia sẽ nhanh hơn nhiều so với việc phát minh lại bánh xe.

Một số nhà sinh vật học là những người đề xướng một lý thuyết được gọi là sự phát sinh cộng sinh (symbiogenesis ). Lý thuyết này, được chấp nhận khá rộng rãi, cho thấy rằng sự cộng sinh thực sự là chìa khóa cho nguồn gốc của sự sống phức tạp trên Trái đất . Các nhà lý thuyết sinh cộng sinh cho rằng các vi sinh vật ngày càng đa dạng đã tham gia vào một loạt các mối quan hệ cộng sinh, với các vi sinh vật khác nhau thực hiện các nhiệm vụ quan trọng đối với sự tồn tại của vi sinh vật. Những mối quan hệ này phát triển thành một mạng lưới tích hợp chặt chẽ của các vi khuẩn tương hỗ, mỗi vi khuẩn hoạt động như một bánh răng trong máy. Cuối cùng chúng đã phát triển một lớp vỏ bao bọc tất cả chúng. Các vi khuẩn tạo nên "đội" này trở thành các bộ phận của tế bào : ti thể, nhân, ribosom.

Bọ, Dơi, Chim và Hoa

Nhiều loài thực vật phụ thuộc vào động vật để giúp chúng lấy phấn từ nhị hoa của cây này đến noãn của cây khác. Những cây này đã tiến hóa hoa để thu hút các loài thụ phấn bằng màu sắc hoặc mùi hương. Trong mối quan hệ cộng sinh, hoa chứa mật hoa, một loại nguyên liệu ngọt ngào, giàu năng lượng, mang lại cho loài côn trùng, dơi .hoặc chim một lợi ích dinh dưỡng. Khi động vật chuyển sang hoa tiếp theo để lấy thêm mật hoa, nó vô tình mang phấn hoa đến đó, hoàn thành mục tiêu thụ phấn của cây. Một số loài động vật đã phát triển các đặc điểm rất đặc biệt, chẳng hạn như mỏ hình dạng hoặc vòi rồng, để rút mật hoa một cách hiệu quả. Đến lượt mình, những bông hoa có thể có hình dạng đặc biệt để chỉ cho phép một loài động vật nhất định lấy mật hoa từ chúng. Điều này cho phép thực vật độc quyền trong các nỗ lực thụ phấn của động vật đó, vì nó sẽ không lan sang các loài thực vật khác.

Bạn có phải là một symbiote? Chắc chắn rồi. Đường tiêu hóa của bạn chứa hàng nghìn tỷ vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Trên thực tế, phần lớn khối lượng phân được tạo thành từ vi khuẩn. Những vi khuẩn này phục vụ một số chức năng, nhưng chúng chủ yếu phá vỡ những thứ mà hệ tiêu hóa của chúng ta không thể tự xử lý. Ví dụ, rất nhiều carbohydrate đến ruột không tiêu hóa được. Các vi khuẩn ở đó phân hủy carbs thành các axit khác nhau có thể được hấp thụ và xử lý. Kết quả là: Chúng ta nhận được nhiều chất dinh dưỡng và calo hơn từ thức ăn của mình . Thuốc kháng sinh có thể tiêu diệt rất nhiều vi khuẩn này, làm giảm hiệu quả tiêu hóa của chúng ta cho đến khi chúng phát triển trở lại [nguồn: Đại học Glasgow]. Về phần chúng, vi khuẩn nhận được nguồn cung cấp thức ăn ổn định được giao thẳng cho chúng.

Hỗ trợ tiêu hóa này là một lợi ích lớn cho những người có khả năng tiếp cận nguồn thực phẩm hạn chế. Họ cần nhận được mọi calo có thể từ thức ăn của họ. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu những đóng góp của vi khuẩn đường ruột của con người đối với bệnh béo phì phổ biến ở các quốc gia phương Tây. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng những con chuột được nuôi trong môi trường vô trùng, không có vi khuẩn để hỗ trợ tiêu hóa, vẫn gầy mặc dù chúng được cho ăn một chế độ ăn nhiều calo, nhiều chất béo [nguồn: PNAS ]. Thao túng mối quan hệ cộng sinh của chúng ta với vi khuẩn đường ruột có thể dẫn đến sự phát triển của một loại thuốc ăn kiêng hiệu quả.

Vi khuẩn trong ruột của bạn khá phức tạp, mang lại những lợi ích mà chúng ta chưa hiểu hết. Một số nhà khoa học nghĩ rằng chúng có thể hỗ trợ hệ thống miễn dịch của chúng ta bằng cách cung cấp "thực hành", cho phép chúng ta sản xuất các kháng thể bảo vệ chúng ta chống lại các vi khuẩn có hại hơn. Thật vậy, bản thân vi khuẩn đường ruột có thể rất có hại cho chúng ta nếu chúng di chuyển ra khỏi đường tiêu hóa vào máu . Chúng cũng có thể cạnh tranh với các vi sinh vật có hại nếu chúng có thể di chuyển và sống trong ruột của chúng ta.

Người ngoài hành tinh Symbiotes

Trong vũ trụ truyện tranh Marvel, một chủng tộc ngoài hành tinh được biết đến với tên gọi Symbiotes đã nhiều lần gây khó khăn cho các công dân của Trái đất , đặc biệt là siêu anh hùng Người Nhện. Anh chạm trán Symbiote đầu tiên khi cả hai được vận chuyển cùng nhau bởi một sinh vật vũ trụ - Người Nhện nghĩ rằng đó chỉ đơn giản là một bộ trang phục màu đen làm từ vật chất ngoài hành tinh trước khi nhận ra đó là một sinh vật sống. Symbiote sau đó được chuyển giao cho phóng viên bị rối loạn tâm thần Eddie Brock, tạo thành một sinh vật quái dị được gọi là Venom. Sinh sản vô tính thông qua việc chớm nở, con cái đầu tiên của Symbiote liên kết với một kẻ giết người hàng loạt và trở thành sinh vật được gọi là Carnage.

Cuối cùng nó được tiết lộ rằng chủng tộc Symbiote đã ký sinh, xâm chiếm toàn bộ hành tinh, liên kết với bất cứ sinh vật sống nào họ tìm thấy và tiêu thụ chúng. Chúng có thể là nguyên nhân dẫn đến sự tuyệt chủng của hàng chục nghìn loài khi chúng di chuyển từ hành tinh này sang hành tinh khác trên khắp thiên hà . Symbiote của Spider-Man là một kẻ điên rồ bị ruồng bỏ bởi chủng tộc ký sinh của nó.

Mối quan hệ cộng sinh không hiếm. Dưới đây là một số ví dụ đặc biệt thú vị:

Cây Cecropia và Kiến Azteca

Cây Cecropia có thân rỗng và bên trong chúng tiết ra chất lỏng có đường bổ dưỡng cho kiến. Kiến Azteca sinh sống trên cây, lấp đầy thân cây với hàng triệu con kiến, chúng nhận nơi trú ẩn và thức ăn từ cây. Cây dễ bị tổn thương bởi dây leo, có thể phát triển trên nó, đè nặng hoặc làm chết nó. Kiến Azteca tuần tra Cecropia và sử dụng hàm của chúng để cắt bỏ bất kỳ dây leo nào.

Cá sạch hơn

Có nhiều ví dụ về loài cá giúp làm sạch vi khuẩn và nấm ký sinh khỏi cơ thể (hoặc thậm chí từ bên trong miệng) của các loài cá khác một cách hữu ích. Cá thí điểm, cá khách, cá wrasse sạch hơn và cá seniorita đều ăn ký sinh từ các loài khác, để có được bữa ăn ngon. Những con cá khác được bảo vệ khỏi thiệt hại mà những ký sinh trùng này gây ra nếu không được kiểm soát. Họ không chỉ ngăn chặn các hành vi hung hăng để cho phép những con cá sạch hơn làm công việc của họ, họ còn được biết là sẽ đi thăm chúng.

Các mối quan hệ trong sạch hơn cũng tồn tại trên mặt nước . Chồn hương, bò sát, chim sơn ca và chim bò đầu nâu đều dành phần lớn cuộc đời để cưỡi trên những loài động vật khác. Những con chim bắt côn trùng, bọ ve và các ký sinh trùng khác để ăn. Những kẻ bắt mồi chui vào miệng cá sấu để ăn đỉa. Các loài động vật (ngựa vằn, bò rừng, bò rừng, bò rừng) được giữ sạch khỏi côn trùng có hại. Những con chim dọn dẹp cũng hoạt động như một hệ thống báo động, thông báo cho vật chủ của chúng khi có nguy hiểm.

Honeyguides

Một loài chim được gọi là ong dẫn mật thích ăn sáp ong và ong vò vẽ. Tuy nhiên, nó không đủ lớn để phá vỡ các tổ ong đang mở. Để thực hiện điều này, nó tìm thấy một động vật có vú gần đó, đôi khi là con người hoặc một sinh vật giống con lửng được gọi là ratel. Sau đó, nó nhảy xung quanh để thu hút sự chú ý và sau đó dẫn "trợ lý" của nó đến tổ ong. Người trợ lý muốn có mật ong, vì vậy nó sẽ mở tổ ong để ăn nó, để phần sáp và bụi bám vào ống dẫn mật.

Rhizosphere

Thực vật cần nitơ. Đây là một chất dinh dưỡng quan trọng, quan trọng đối với sự phát triển khỏe mạnh. Tuy nhiên, thực vật thiếu cơ chế hút nitơ từ không khí. Họ có thể lấy nó từ mặt đất nếu mặt đất màu mỡ, nhưng nguồn cung cấp có thể dễ dàng cạn kiệt. Trong một ví dụ hoàn hảo về khía cạnh "hộp công cụ của sự tiến hóa" của cộng sinh, một số loài thực vật đã tìm thấy một loài khác có khả năng chiết xuất (hoặc "cố định") nitơ từ không khí. Các loại đậu, một họ thực vật bao gồm khoai tây, đậu phộng và nhiều loại khác, có liên kết với vi khuẩn vần. Vi khuẩn thực sự phát triển trong các nốt sần trên rễ cây họ đậu. Cây họ đậu cung cấp năng lượng cần thiết để cây đậu xanh phá vỡ các liên kết hóa học bền chặt trong nitơ tự do, và cây họ đậu tạo ra nitơ cho cây trồng, cộng với đủ để giữ cho đất xung quanh màu mỡ trong nhiều năm.

Thuyết Gaia

Lý thuyết Gaia, lần đầu tiên được phổ biến vào những năm 1970, cho rằng bản thân Trái đất là một sinh vật sống tồn tại trong sự cộng sinh với tất cả các dạng sống khác sống trên đó. Lý thuyết này được sử dụng để giải thích môi trường tương đối ổn định trên Trái đất cho phép sự sống phát triển. Nhiệt độ, thành phần khí quyển, nguồn cung cấp thực phẩm - chúng có thể rất khác nhau từ nơi này sang nơi khác và theo thời gian, nhưng chúng có xu hướng xoay quanh các điểm giữa ổn định.

Một trong những định nghĩa được chấp nhận rộng rãi về sự sống bao gồm khả năng sinh sản. Một số người ủng hộ lý thuyết Gaia cho rằng trên thực tế, Gaia có thể có khả năng sinh sản. Con người hiện có khả năng rời khỏi Trái đất, và chúng ta có thể chỉ còn vài thập kỷ nữa là có thể du hành đến các hành tinh khác. Những người khai thác màu trên sao Hỏa sẽ giống như những hạt giống, truyền bá sinh quyển của Trái đất đến các thế giới khác.

Những bài viết liên quan