Symbiose

Symbiose - Wat is dat?
De term symbiose heeft betrekking op de wederzijdse interacties en afhankelijkheid tussen verschillende biologische organismen en systemen, die het voortbestaan van volledig verschillende levensvormen onderling afhankelijk maken. Een voorbeeld van een dergelijke voordelige symbiose (ook "mutualisme" genoemd) is de korstmos, die bestaat uit algen en schimmels. De schimmels beschermen en bevochtigen de algen, maar worden op hun beurt door de algen gevoed met fotosynthetische voedingsstoffen. Beide zijn nodig om te kunnen voortbestaan.

Een ander voorbeeld van dergelijke "symbionten" is de relatie tussen de driebandanemoonvis en bepaalde zeeanemonen (de ritteri-anemoon). De territoriale vis beschermt de anemoon tegen vleesetende vissen. Op zijn beurt beschermt de anemoon met zijn scherpe tentakels de anemoonvis tegen de dreiging van roofdieren. Een speciaal slijm op de anemoonvis beschermt hem zelf tegen de stekende tentakels.

Planten die door insecten worden bestoven hebben heel gespecialiseerde bloemen die zo zijn gebouwd dat een bestuiving door een specifieke bestuiver wordt begunstigd. De bestuiver is zelf ook voor dat doel aangepast. Een groot aantal planteneters heeft een symbiotisch darmflora (of beter: "darmfauna") dat hen helpt bij de vertering van plantaardig materiaal. Koraalriffen zijn het gevolg van mutualistische symbiotische relaties tussen koraalorganismen en verschillende soorten algen in het koraal. De meeste landplanten en -ecosystemen zijn afhankelijk van mutualismen tussen de planten die carbon uit de lucht halen en schimmels die helpen bij de winning van mineralen uit de grond.

Symbiose - Een uitdaging voor de evolutietheorie?
Darwins theorie over biologische veranderingen was gebaseerd op concurrentie tussen de individuele leden van een levenssoort. In zijn "Oorsprong der soorten gaf Darwin toe dat "als het bewezen zou kunnen worden dat er een complex orgaan zou bestaan, dat zich onmogelijk zou kunnen hebben gevormd door talrijke, opeenvolgende, kleine modificaties, dan zou mijn theorie absoluut ineenstorten."

Hoe kunnen planten, die bepaalde dieren nodig hebben om te overleven, al bestaan hebben voordat die dieren bestonden? En hoe kunnen dieren, die andere dieren nodig hebben om te kunnen overleven, bestaan als hun symbiotische partners niet op precies hetzelfde moment zouden zijn ontstaan?

Symbiose en endosymbiose
Een populaire theorie die vaak wordt gebruikt voor de oorsprong van intracellulaire organellen is het principe van endosymbiose. Deze hypothese veronderstelt dat chloroplasten en mytochondria oorspronkelijk begonnen als zelfstandige aerobe prokaryote voorouders die werden omgeven door een soort oer-prokaryote cel. Deze endosymbionten werden uiteindelijk de intracellulaire organellen, die vervolgens kennelijk een groot aantal van hun eigen genen afstonden aan de kern van hun gastheercel. Maar hoe een dergelijke stabiele relatie tussen opgenomen aerobe indringers en een aerobe gastheercel mogelijk werd, is nog niet duidelijk gemaakt. Er is ook geen antwoord op de vraag waarom sommige specifieke genen wel, maar andere niet naar de kern van de gastheercel zouden worden overgedragen. Het lijkt zeer onwaarschijnlijk dat de cel heel toevallig de transportwegen ontwikkelde om de organeleiwitten terug te leiden naar het relevante organel. Zonder een mechanisme dat deze transportweg zou kunnen vormen, zouden de organellen overbodig worden zodra de transfer van genen naar de kern in gang is gezet. Bovendien zou de functie van de organellen dan waarschijnlijk verdwijnen, omdat zij geen selectief voordeel meer zouden bieden.

Een inzicht in de vraag hoe veel genen aan de kern van de gastheercel werden afgestaan kan afgeleid worden uit het feit dat het cytosol de volgende eiwitten voor de mitochondria synthetiseert: aminoacyl-tRNA synthase, DNA-replicatie enzymen; RNA-polymerase, oplosbare enzymen van de citroenzuurcyclus, enzovoorts. Het is duidelijk dat kerngecodeerde eiwitten in de mitochondria en de chloroplasten moeten worden geïmporteerd, omdat eiwitten op deze twee onafhankelijke locaties worden vervaardigd. Het grootste probleem zit in het feit dat geïmporteerde eiwitten bepaalde compartimenten moeten doorkruisen om in beide organellen door te dringen, omdat de organellen dubbele membranen hebben. Daarom moeten de chaperonnes zich met elkaar verbinden wanneer de polypeptide kettingen uit ruimtelijke porieën uit de mitochondriale matrix te voorschijn komen. Een vergelijkbaar proces vindt plaats tijdens de import van eiwitten in de chloroplast. Omdat plantencellen zowel chloroplasten als mitochondria hebben, zijn er ook twee verschillende soorten signaalpeptiden nodig om eiwitten naar de juiste locatie te sturen.

De enorm ingewikkelde maatregelen die getroffen zijn voor dit transport roepen de vraag op hoe deze ontstonden en welke selectieve voordelen ze hadden, in vergelijking met de oorspronkelijke endosymbionten, om genomen te delen met de gastcelkern. Alsof dit nog niet moeilijk genoeg is, wordt er een bijkomend logistisch probleem geschapen, omdat alle gastcellen vetzuren zijn en een groot aantal aminozuren worden vervaardigd door enzymen in het stroma van de chloroplast. We hebben nu dus een omgekeerde transfer. Natuurlijk zou endosymbiose alleen kunnen plaatsvinden als er al cellen bestonden met ver ontwikkelde metabolische systemen.

Leer meer!