Biokémiai együttműködés - a teljes genom • • Alexander Markov népszerű tudományos szinopszis

Példa szimbiózis: tintahal Euprymna scolopes használ világító szimbiotikus baktériumokat Vibrio fischeri elriasztására ragadozók. Squid képes módosítani az erős a fény (a fotót www.eurekalert.org oldalon)

A szimbiotikus rendszer, vagy a „szuper-szervezet” elfoglalt a hierarchiában Biosystems köztes helyzetben organizmusok és ökoszisztémák. Kritikus szerepet működésének szimbiotikus rendszerek játszik biokémiai intergatsii - finom szétválasztása az egyes fázisok közötti anyagcsere komplex komponenseinek. Fokozatos fejlődése szimbiózis vezethet még intergatsii genom szintjén, hogy az esemény a közös genetikai szabályozó rendszerek.

Rég elmúltak azok az idők, amikor a szimbiózis - hosszú együttélés független szervezetek hasznos legalább egyikük - ítélték ritka. Amikor a 70-es években a XIX században fedezték fel, hogy a zuzmók szimbiotikus komplexek gombák és algák, ez okozott jelentős meglepetést. Idővel, a tudományos világ fáradt volt, hogy vajon az ilyen dolgokat. Világossá vált, hogy a szimbiózis - nem csak egy nagyon elterjedt jelenség. Ez a fő út az evolúció, amely nélkül a fokozatos fejlődése a földi élet, ez rendkívül nehéz, ha nem lehetetlen.

Elvileg ez várható. Annak érdekében, hogy túlélje, és hagyjuk az utódok, minden élőlény meg kell küzdenie a különböző problémákat. Meg kell valahogy kijutni a környezet szükséges anyagokat, és szintetizálni hiányzik az anyagból van; Meg kell előállítani a szükséges energiát az energia-intenzív kémiai és fizikai folyamatok; szükség van a megfelelő időben, hogy megszabaduljon a hulladék megtalálni a megfelelő partnereket, hogy kicseréljék örökítő anyagot; vigyázni az utódok; hogy megvédjék magukat a ragadozóktól, és így tovább - és mindezt a változékony, nem mindig kedvező külső környezet. Követelmények az élet minden egyes test, nem csak a sok és változatos - gyakran még mindig ellentmondásos. Nem lehet optimalizálni az összetett rendszer minden szempontból: kiválóság elérésére egy dolog, meg kell feláldozni egy másik. Ezért az evolúció - az örök keresést egy kompromisszum, és ebből következik az elkerülhetetlen korlátai képességeit egyetlen élőlény. A legegyszerűbb és leghatékonyabb módja annak leküzdéséhez - szimbiózis, azaz együttműködés „szakemberek különböző területeken.”

A szimbiózis alapítása sok fontos aromorphoses (progresszív átalakulás), amelyek közül említést a legjelentősebb - a kialakulását eukarióta (nukleáris) sejtek az alapítvány, ahonnan tovább kell fejleszteni minden magasabb rendű élet (állatok, növények, gombák). Az eukarióta sejtek eredményeként jött létre több prokarióta szimbiózis (nem nukleáris) organizmusok - baktériumok és archaea. A szimbiózis alapján jelentős funkcionális blokkok a modern bioszférában. Így az a lehetőség, magasabb rendű növények - a fő termelő szerves anyagok és az oxigén - akkor is rendkívül korlátozott nélkül szimbiózisban baktériumok, amelyek képesek transzfer légköri nitrogén növényi kapható formában, és néhány gomba (mycorrhiza), anélkül, hogy az együttműködés a rovarok beporzó és gerincesek - forgalmazók magok . Növényevő állatoknak való - a fő fogyasztók a szerves anyagok által termelt növények - nem képes hatékonyan megemészteni növényi élelmiszerek segítsége nélkül a különböző szimbiotikus baktériumokat és egysejtű eukarióták. A legélénkebb és a gazdag tengeri élővilágot a korallzátony ökoszisztéma nélkül nem lehetséges a szimbiotikus korall polipok egysejtű alga - zooxanthellae. Közösségek különböző egzotikus, archaikus és extrém élőhelyek (mint például a szárazföldi és tenger alatti meleg források, hozamok metán és hidrogén-szulfid, só lagúna, talajvíz, stb ..) is nagyon gyakran összetettek szimbiotikus komplexek mikroorganizmusok, amelyek néha szintén részt magasabb organgizmy .

A legtöbb élő lények lakják a bolygót, sőt, a „szuperorganizmusnak” - komplex szimbiotikus komplexek. Annak ellenére, hogy a hírhedtté a tények biológia továbbra is uralja a régi „organizmotsentrichesky” megközelítés. Ezért új felmérések és általánosítások szervezéséhez, működését, sokféleségét és ökológiai szerepe szimbiotikus rendszerek, amelyek nem veszítik el relevanciáját.

1. Nitrogén-rögzítő szimbiózisokat - ez az együttműködés a növények képes mikroorganizmusok fordítására nitrogénatmoszférában vagy betemetett a talajban lévő szerves anyagok egy rendelkezésre álló formában a növények számára (ammónium, NH4 +). A fő része a bioszféra nitrogén a légkörben egy kémiailag inert molekuláris formában (N2). Recovery (rögzítés), a nitrogén igényel hatalmas mennyiségű energia. Ez csak néhány baktérium és archaea amelyek különleges enzimek - nitrogenázt. További bonyodalom az, hogy a nitrogenáz munka csak anaerob (oxigén-mentes) körülmények között. Minden magasabb (eukarióta) organizmusok, beleértve a növényeket - definíció szerint, aerobic, és ez lehet a fő oka, hogy képes a légköri nitrogén megkötésére nem fordul elő a magasabb rendű szervezetek. Sok nitrogént is megtalálható a talajban a szerves anyagok, hanem, hogy a nitrogén elérhető a növényeket, mert nem rendelkeznek az emésztő enzimek szükséges lebomlás a szerves anyag.

Nitrogénfixációs szimbiózisokat alkotnak képviselői minden fajta szárazföldi növények alfaproteobakteriyami (Rhizobia-), cianobaktériumok és actinobacteriumok. A legtöbbet tanulmányozott hüvelyes növény szimbiózisban góc baktériumok - Rhizobia-. Rhizobia- élő szakosodott intézmények (csomók), ellátása ammónia üzem, helyett kapott az egész komplexum a tápanyagok az első helyen - a szénhidrátok képződik a fotoszintézis során. Növények közötti szimbiotikus és bakteriális komponensek komplex volt egy hatékony és rugalmas rendszer kölcsönös koordináció és szabályozás. Így például speciális növényi enzimek, a munka csak a csomók, „ellátás”, hogy az oxigén koncentrációját a központi része a góc, amely Rhizobia élnek, a lehető legalacsonyabb (és valóban vannak alacsonyabb, mint a légkörben, 5-6 nagyságrenddel) . A biokémiai és genetikai integrációjának komplex szimbiotikus még megy el odáig, hogy a tevékenység bizonyos növényi gének által szabályozott bakteriális szabályozó fehérjék!

Csomók a nitrogén-kötő baktériumok találhatók nem csak a hüvelyesek, hanem sok más növények. A képen - csomók a gyökerei a mézgás éger (a plant.geoman.ru helyén)

Egy fontos ökológiai szerepet is játszott a szimbiózis a különböző növények nitrogén-kötő cianobaktériumok. Ellentétben Rhizobia-, cianobaktériumok képesek a fotoszintézis, ami leegyszerűsíti a feladatot ellátó nitrogénfixációs szimbiózisban élő szükséges energiát. Szimbiotikus komplex vízben páfrány Azolla és Anabaena cianobaktérium is nagy mezőgazdasági érték: bérlői rizs ültetvények ezt páfrány drámai módon megnöveli a rizs termelékenységét. Nem véletlen, néhány területen a délkelet-ázsiai azolla istenít.

2. Szimbiózis autotróf hogy heterotrófia - az együttműködés szervezetek szintetizáló szerves anyag szén-dioxid, a fogyasztók kész szerves. A szerepe az első aktus fotoszintetikus organizmusok (növények, egysejtű eukarióták, cianobaktériumok) vagy baktériumok-hemosintetiki alkalmazásával CO2 rögzítésére energia oxidációs szervetlen vegyületek (például hidrogén-szulfid, vagy metán). A második felvonásban a szerepe az állatok és gombák. Elterjedt szimbiózisokat gombák - mikorrhiza gombák és zuzmók. Abban az esetben, mikorrhiza gombás komponens kap a gazdanövény szénhidrátok (glükóz, fruktóz), és maga is feltételezi a funkcióját gyökér haj (ami a mikorrhiza gyökerek gyakran fejlesztenek), és emellett biztosítja mester nitrogénvegyületek (ammónia és az aminosavak), amelyek gomba kivonatok, lebontó talaj szervesanyag. Zuzmók néha „mikorrhiza fordított”, mivel ezek a komplexek szimbiotikus gombák működik, mint egy „mester” és fotositeziruyuschie organizmusok (egysejtű algák vagy cianobaktériumok) -, mint a „szimbionta”. Azonban biokémiai intergatsii rendszer és zuzmók mycorrhiza sok tekintetben hasonló. A legnagyobb tökéletesség a rendszer eléri a három-zuzmó, amely tartalmazza, amellett, hogy a befogadó a gomba szakosodott fotoszintézis, zöld algák és cianobaktériumok szakosodott nitrogénmegkötés.

Szimbiózisban autotróf nyit nagy lehetőségeket többféle vízi állatok, különösen az ülő (tömlőbelűről, szivacsok, tengeri zsákállatok, néhány férgek és kagyló). Az ilyen komplexek szimbiotikus „szuper-szervezet”, amelyek egyesítik a jellemzői a növények és állatok (világos például - korall). Autotróf nem csak ellátva host szerves kapott fotó- vagy chemosynthesis, de néhány esetben, segítsen megszabadulni a végtermékek a nitrogén-anyagcsere (például karbamid vagy húgysav), amelyek szolgálnak szimbiózisban élő értékes forrása a nitrogén.

Néhány újabb felfedezések a tanulmány szimbiotikus rendszerek: