Nejneobvyklejší příklady symbiózy mezi zvířaty a bakteriemi

Symbiotické vztahy jsou v přírodě běžné. Někdy jsou viditelné pouhým okem, jako je absolutní vzájemná závislost mezi včelami a kvetoucími rostlinami. Existuje však také symbióza, kterou nelze vidět bez mikroskopu. Například mezi zvířaty a bakteriemi. A může to být velmi zajímavý vztah. Protože výměnou za útulné a bezpečné životní prostředí dávají mikrobi svým společníkům skutečné superschopnosti, jako je nezranitelnost vůči jedům nebo neviditelnost.

Top 5 příkladů symbiózy mezi zvířaty a bakteriemi

Vůně

Jedná se o drobný hmyz, který saje tekutinu z rostlin a šíří mezi nimi viry. Mšice jsou nebezpečným škůdcem, ale to je nečiní méně pozoruhodnými z biologického hlediska. Na celém světě jich existuje více než 4000 druhů a množí se absurdním tempem. Každý hmyz může každých 80 dní porodit 10 kusů svého druhu. Mšice jsou schopné pohlavního rozmnožování, ale většina hmyzu se rodí v podstatě již březí prostřednictvím něčeho, co se nazývá partenogeneze. Tyto vlastnosti, hrozné pro všechny demografy, umožňují zničit obrovské množství rostlin.

Strava mšic má však značnou nevýhodu – rostlinné šťávy neobsahují aminokyseliny potřebné pro hmyz. Přirozeným řešením se zde zdá být pestřejší strava, mšice však našly kreativnější a efektivnější řešení – některé její druhy vstoupily do symbiózy s bakteriemi, které se chopily produkce těchto látek. Mikroby patří do rodu Buchnera a jsou přenášeny mšicemi z generace na generaci během embryonálního stádia. Bakterie nezávisle produkují některé aminokyseliny, jako je tryptofan. V ostatních případech je generují společně s mšicemi. Podle vědců tato partnerství začala před 250 miliony let. Možná v důsledku toho, že bakterie, které žily ve střevech mšic, hmyzu zcela odebraly některé funkce. A dnes už jeden bez druhého nejsou schopni existovat.

Bakterie umožňují mšicím přežít na potravě, která je pro jakýkoli jiný hmyz nevhodná. A mšice poskytují mikrobům potravu a bezpečné místo k životu – mají speciální buňky, bakteriocyty, ve kterých ve skutečnosti sídlí jejich mikroskopičtí přátelé. Tento vztah je natolik úspěšný, že se bakteriím podařilo zbavit se významné části svého genomu, včetně těch úseků, které jsou zodpovědné za reakci na změny prostředí a vytváření pevných buněčných stěn. Protože pokud už máte dobrý domov a jíte pravidelně, tak tohle všechno není nutné. Nyní těmto bakteriím zbylo jen asi 500 genů, zatímco jejich příbuzní žijící ve „divočině“ jich mají nejméně 1500, takže pokud si někdo z vašich přátel stěžuje, že mšice žerou úrodu a ničí rostliny, víš, operuje tam celá banda.

Stromové krysy

Soutěž o jídlo může být nelítostná, zejména v drsném pouštním prostředí. Není ho tam vůbec mnoho a to, co tam je, například rostliny, se vůbec nesnaží jíst. Často mají vážnou ochranu – trny nebo jed, které většinu potenciálních klientů zastraší. Vezměte si například keř kreosotu. Obsahuje jedovatou pryskyřici, která může způsobit velmi vážné poškození jater a ledvin. Některá zvířata jsou však před jedem chráněna poměrně spolehlivě.

Po desetiletí vědci zdokumentovali, že stromové krysy jedí tuto rostlinu klidně a beze strachu. To samo o sobě není nic divného. Existují zvířata, jejichž těla jsou odolná vůči jedům. To je pro evoluci normální. Překvapivé bylo, že tuto imunitu nemají všichni hlodavci, dokonce ani v rámci stejného druhu. Krysy žijící v Mohavské poušti v jižní Kalifornii, kde jsou kreosotové keře běžné, ho mohly jíst v jakémkoli množství. Jejich severní protějšky z pouště Great Basin, kde se rostlina nenachází, se však necítili dobře a zhubli, když jim rostlinu v laboratoři krmili. Vědcům trvalo více než deset let, než našli odpověď na tuto hádanku.

V roce 2014 uvedli v časopise Ecology Letters, že se nelišili sami krysy, ale jejich střevní bakterie. Když hlodavci z Mohavské pouště dostali antibiotika, jejich superschopnosti zmizely a už se nemohli beztrestně živit kreosotovým keřem. Když byly jejich střevní bakterie „transplantovány“ do krys Great Basin, byli schopni rostlinu sníst. Vědci stále nevědí, které mikroby dávají zvířatům tak úžasnou imunitu. Kreosotový dehet obsahuje několik toxinů a je pravděpodobné, že zde působí komplex bakterií. Přenášejí se zřejmě koprofágií. Není to samozřejmě hygienické, ale pro divokou zvěř to není nic výjimečného.

Hlubinní měkkýši

Na planetě Zemi je život všude, včetně dna oceánu. Vědci poprvé viděli hlubokomořské hydrotermální průduchy v 70. letech a byli ohromeni množstvím a rozmanitostí živých tvorů kolem těchto „komínů“. Zejména někteří měkkýši z čeledi Vesicomyidae se ukázali být mnohem větší, než se očekávalo. Koneckonců, měkkýši jsou ve skutečnosti živé filtry, které se živí drobnými organismy, a na dně oceánu nemůže být mnoho takové potravy.

Dnes je již známo, že se těmto měkkýšům daří v hloubce 6800 metrů pomocí symbiotických bakterií. Vesicomyidae mají velmi velké žábry s mnoha bakteriocyty, kde žijí mikrobi, kteří oxidují síru z hydrotermálních průduchů. Extrahovaná energie pomáhá podporovat obě strany symbiózy. Stejně jako u mšic i tyto bakterie ztratily geny související s buněčnou strukturou a schopností samostatného pohybu a nenacházejí se nikde mimo žábry těchto měkkýšů. Stejně jako mšice, měkkýši získávají bakterie ještě dříve, než se narodí. Mikrobi jsou součástí jejich vajíček. Jen málo živých tvorů je schopno přežít na dně oceánu, mnoho kilometrů od slunečního světla. Jak však vidíme, symbióza s bakteriemi je schopna poskytnout některým z nich poměrně pohodlné místo pro existenci.

modrá kroužková chobotnice

Další obyvatel oceánu se superschopnostmi. Toto je neuvěřitelně roztomilé stvoření. Váží necelých třicet gramů a snadno se vejde do lidské dlaně. Ale neměli byste ho sbírat, protože je to jedno z nejjedovatějších zvířat na planetě. Jeho jed obsahuje tetrodotoxin (TTX), který je tisíckrát silnější než kyanid. Blokuje sodíkové kanály v nervových buňkách a paralyzuje svaly. To mimo jiné vede k respirační paralýze, z níž během pár minut nastává smrt.

Tak silný jed je pro chobotnici absolutní přehnaná, protože ho používá na malé kraby a korýše. Ale je to tak, lyrická odbočka. Nejzajímavější na tomto tvorovi je, že sám o sobě neprodukuje žádné toxiny. Podle vědců to dělají symbiotické bakterie, které žijí v jeho slinných žlázách. Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že debata o této záležitosti stále probíhá a ne všichni vědci byli schopni z těchto žláz vypěstovat mikroby produkující TTX. Bakterie, které generují tetrodotoxin, však věda zná a v tomto případě s největší pravděpodobností chobotnice s modrými kroužky vstoupily do symbiózy s několika z nich najednou.

Není jasné, jak toto partnerství začalo nebo jaké výhody bakterie dostávají. Život uvnitř chobotnice jim pravděpodobně poskytuje ochranu před predátory, což je jednoznačné plus. Pokud jde o chobotnici, ta si vyvinula odolnost vůči účinkům jedu. Sodíkové kanály na jeho nervových buňkách se transformovaly a TTX je již neovlivňuje. Totéž lze pozorovat například u rybek.

Havajský bobtail oliheň

Život v oceánu je plný nebezpečí, včetně havajské chobotnice bobtailové. Tento tvor je jen asi 3 centimetry dlouhý, což z něj dělá vynikající svačinu pro větší dravce. Krmí se v noci, což je také velmi rizikové. Světlo hvězd a měsíce osvětluje oceánskou vodu, díky čemuž jsou siluety chobotnice jasně viditelné pro lovce pod nimi ve vodě. Ale jen do doby, než se bobtail stane neviditelným díky pomoci bioluminiscenční bakterie Vibrio fischeri.

Jsou umístěny uvnitř speciálního světelného orgánu umístěného v plášti – horním krytu, poněkud připomínajícím klobouk. V noci zářící bakterie napodobují světlo, díky čemuž je jejich hostitel při pohledu zespodu neviditelný. Vědci ve vědeckých experimentech dokázali, že chobotnice pomocí speciálních tkání svého těla dokáže regulovat množství vyzařovaného světla. Bobtailové se s touto bakterií nerodí, jako někteří z předchozích subjektů v dnešním příběhu, ale Vibrio fischeri se v jejich prostředí vyskytuje hojně. Poháněním vody tělem je chobotnice uvězní ve speciálním hlenu své „lucerny“. To znamená, že toto není harmonický vztah, se kterým jsme se setkali dříve. Aby se zabránilo nadměrnému množení mikrobů, hlavonožci každé ráno vyhazují až 90 % svého množství do oceánu.

Část, která zůstane, se však cítí bezpečně. Existují dokonce nějaké důkazy, že je chobotnice krmí, protože jejich počet se zvyšuje s tmou. Vibrio fischeri jsou blízcí příbuzní patogenních bakterií, včetně těch, které způsobují choleru. Vědci provádějí výzkum, aby se pokusili zjistit, jak si tyto mikroby mohly vyvinout tak blízký vztah s bobtailem. V ideálním případě to pomůže odpovědět na otázku, v čem jsou některé bakterie prospěšné nebo naopak nebezpečné.