Een van de meest voorkomende symbiotische relaties is die tussen verschillende soorten algen en schimmels, of tussen cyanobacteriën (algemeen bekend als blauwgroene algen, hoewel het geen algen zijn) en schimmels. Deze gepaarde soorten nemen de vorm aan van korstmossen.

De term symbiose werd voor het eerst gebruikt in de 19e eeuw om de relatie tussen korstmossen te beschrijven, waarvan men dacht dat deze hoogst ongebruikelijk was. Sindsdien hebben we ontdekt dat symbiose eerder de norm dan de uitzondering is. In feite heeft het de evolutie van het meeste leven op aarde bepaald.

Symbiose is bijna overal waar we kijken

Korstmossen zijn divers. Ze groeien op boomstammen, op dakpannen en op eeuwenoude rotsen.

De symbiose van twee verschillende soorten zorgt ervoor dat beide kunnen overleven in omgevingen die ze anders misschien niet zouden kunnen koloniseren. De schimmel biedt een geschikte omgeving voor de groei van zijn partnersoorten algen of cyanbacteriën; anders kan de schimmel bijvoorbeeld te droog of te droog zijn. In ruil daarvoor krijgt de schimmel een deel van de koolhydraten die door de fotosynthese worden geproduceerd.

Dit is een voorbeeld waarbij beide partners profiteren van hun relatie. Het heet mutualistische symbiose.

Korstmossen zijn vaak zeer goede indicatoren voor de luchtkwaliteit en de meer algemene gezondheid van ecosystemen. Hun afwezigheid kan wijzen op een slechte luchtkwaliteit. Omdat ze luchtverontreinigende stoffen zoals zware metalen absorberen, kunnen ze worden gebruikt als biomonitors.

In een ander veel voorkomend voorbeeld van mutualistische symbiose leven de meeste plantensoorten in nauwe relatie met schimmels in de bodem. Het staat bekend als een mycorrhiza-associatie.

De planten benutten de energie uit zonlicht om suiker te maken uit water en koolstofdioxide in het proces dat fotosynthese wordt genoemd. De planten delen dit voedsel met de schimmel, die ervan afhankelijk is om te overleven. In ruil daarvoor vergroten de fijne draden van de schimmel het oppervlak van de plantenwortels aanzienlijk, zodat ze water en voedingsstoffen kunnen opnemen.

Niet alle partners profiteren hiervan

Niet alle symbiotische relaties komen beide partners ten goede.

Bij parasitaire symbiose profiteert de ene partner ten koste van de andere. Voorbeelden hiervan zijn de schimmels Phytophthora, Fusarium en Armilleria, die vaak hun plantengastheren doden.

In gevallen van commensalisme profiteert het ene organisme en wint het andere noch. Kleine vogels nestelen zich bijvoorbeeld soms op grote herbivoren en eten insecten die door de grotere dieren worden gestoord.

Zoals in elke relatie is het mogelijk dat er in de loop van de tijd dingen kunnen veranderen. Een mutualistische symbiose tussen een boom en zijn mycorrhiza-schimmel kan bijvoorbeeld veranderen in parasitisme naarmate de boom ouder wordt en achteruitgaat, of als de omgevingsomstandigheden veranderen.

Symbiose heeft de evolutie aangedreven

Symbiose heeft een grote rol gespeeld in de evolutie van het leven. De cellen waaruit de lichamen van dieren en planten bestaan, zijn het resultaat van symbiotische relaties.

Cellen zijn complex. Ze bevatten structuren die organellen worden genoemd, zoals de kern (het controlecentrum van de cel) en het mitochondrion (betrokken bij de cellulaire ademhaling, waarbij zuurstof wordt gebruikt om voedselmoleculen af ​​te breken om energie beschikbaar te maken). Plantencellen bevatten ook chloroplasten, de plaatsen waar fotosynthese plaatsvindt.

Deze complexe cellen zijn ontstaan ​​uit veel eenvoudigere, oude levensvormen die symbiotisch samenkwamen.

De organellen van complexe cellen waren ooit eencellige levensvormen die overleefden terwijl ze werden overspoeld door andere eenvoudige cellen. Ze vormden een complexere en efficiëntere cel, die het basisceltype is geworden voor grote meercellige levensvormen.

Alle grote meercellige organismen die op aarde leven – dieren en planten – bezitten dit type cel. Het is een bewijs van hoe succesvol deze evolutionaire symbiotische strategie is geweest.

Bij celademhaling in zowel planten- als dierencellen zijn mitochondriën betrokken, wat erop wijst dat ze al vroeg in de evolutionaire geschiedenis zijn verzwolgen. Later overspoelde een celtype dat al mitochondriën bevatte de chloroplast. Dit leidde tot de evolutie van complexe planten.

Als twee één worden

De integratie van het ene celtype in het andere wordt endosymbiose genoemd. Het zorgde ervoor dat cellen en delen van cellen zich zeer konden specialiseren. Deze specialisatie verbeterde hun efficiëntie en vermogen om te overleven onder een breder scala aan omstandigheden.

Toen ik eind jaren '70 een postdoctorale student plantkunde was, brachten collega's op een dag monsters mee van gewone zeesla, Ulva latuca , naar het laboratorium, waar ik fotosynthetische fysiologie studeerde. Zeesla is een zeewier dat voorkomt in veel ondiepe wateren rond de Australische kust.

We merkten dat er een kleine zeeslak op de plant graasde, dus hebben we hem in ons systeem gestopt om de fotosynthese te bestuderen. Tot onze verbazing was de slak aan het fotosynthetiseren! We ontdekten dat de slak de cellen van de zeesla gedeeltelijk verteerde, maar sommige chloroplasten gingen door de binnenkant van de darmen van de slak en gingen door met fotosynthese.

We dachten dat we een belangrijke ontdekking hadden gedaan, maar ontdekten dat anderen soortgelijk werk hadden gepubliceerd. Daarna heb ik nooit meer getwijfeld aan de geldigheid van endosymbiose, wat destijds nog een controversiële theorie was.

Symbiose blijkt de norm te zijn

We weten nu dat symbiose de norm is voor de meeste organismen, inclusief mensen.

Onze darmflora vertegenwoordigt symbiose op grote schaal. De diversiteit en de enorme aantallen bacteriën die gelukkig in onze darmen leven, kunnen een enorme impact hebben op onze algemene gezondheid en welzijn. In het geval van gezonde darmen komen zowel de persoon als de bacteriën goed uit de relatie:een mooi voorbeeld van mutualistische symbiose.

COVID vestigde de publieke aandacht op virussen. Maar niet alle virussen zijn schadelijk; velen komen feitelijk ten goede aan de organismen die ze infecteren. Sommige virussen beschermen ons zelfs tegen ziekteverwekkende virussen. Bij mensen die HIV-positief zijn, verloopt de ziekte bijvoorbeeld langzamer bij degenen die ook besmet zijn met GB-virus C (GBV-C).

Natuurlijk is het volledige scala aan symbiotische relaties met virussen mogelijk, van wederzijds voordeel tot een geïnfecteerde gastheer die grote schade lijdt. En net als bij bacteriën is er steeds meer bewijs dat virussen veel soorten hebben helpen evolueren, inclusief de onze.

Een organisme moet binnen een complex geheel van relaties leven om in elke omgeving te kunnen overleven en gedijen. Sommige relaties zullen positiever zijn dan andere, maar het mag geen verrassing zijn dat mutualistische symbiose zo vaak de sleutel tot succes is.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.