Arten, die eng in Symbiose zusammenleben, sind viel älter und häufiger als man denkt

Früher nur Biologiestudenten bekannt, wird der Begriff Symbiose heute häufig verwendet. Symbiose ist die innige Beziehung zwischen verschiedenen Arten, die zusammenleben. Es kommt viel häufiger und älter vor, als viele von uns denken.

Eine der häufigsten symbiotischen Beziehungen besteht zwischen verschiedenen Algen- und Pilzarten oder zwischen Cyanobakterien (gemeinhin Blaualgen genannt, obwohl sie keine Algen sind) und Pilzen. Diese paarigen Arten haben die Form von Flechten.

Der Begriff Symbiose wurde erstmals im 19. Jahrhundert verwendet, um die als sehr ungewöhnlich geltende Beziehung zwischen Flechten zu beschreiben. Seitdem haben wir herausgefunden, dass Symbiose eher die Norm als die Ausnahme ist. Tatsächlich prägte es die Entwicklung der meisten Lebensformen auf der Erde.

Symbiose ist fast überall, wo wir hinschauen

Flechten sind vielfältig. Sie wachsen auf Baumstämmen, auf Fliesen und auf alten Steinen.

Die Symbiose zweier verschiedener Arten ermöglicht es ihnen, in Umgebungen zu überleben, die sie sonst nicht besiedeln könnten. Der Pilz bietet eine geeignete Umgebung für das Wachstum seiner Partnerarten Algen oder Cyanbakterien – sonst könnte es beispielsweise zu exponiert oder zu trocken sein. Im Gegenzug teilt der Pilz einen Teil der durch Photosynthese produzierten Kohlenhydrate mit.

Dies ist ein Beispiel dafür, dass beide Partner von ihrer Beziehung profitieren. Dies wird als gegenseitige Symbiose bezeichnet.

Flechten sind oft sehr gute Indikatoren für die Luftqualität und ganz allgemein für die Gesundheit von Ökosystemen. Ihr Fehlen kann auf eine schlechte Luftqualität hinweisen. Da sie Luftschadstoffe wie Schwermetalle absorbieren, können sie als Biomonitore eingesetzt werden.

Ein weiteres sehr häufiges Beispiel für eine wechselseitige Symbiose besteht darin, dass die meisten Pflanzenarten in enger Beziehung mit Bodenpilzen leben. Dies wird als Mykorrhiza-Assoziation bezeichnet.

Pflanzen nutzen die Energie der Sonne, um im Prozess der Photosynthese aus Wasser und Kohlendioxid Zucker herzustellen. Die Pflanzen teilen diese Nahrung mit dem Pilz, der zum Überleben auf sie angewiesen ist. Im Gegenzug vergrößern die feinen Fäden des Pilzes die Oberfläche der Pflanzenwurzeln erheblich, um Wasser und Nährstoffe aufzunehmen.

Nicht alle Partner profitieren

Nicht alle symbiotischen Beziehungen kommen beiden Partnern zugute.

Bei einer parasitären Symbiose profitiert ein Partner auf Kosten des anderen. Beispiele hierfür sind die Pilze Phytophthora, Fusarium und Armilleria, die häufig ihre Wirtspflanzen abtöten.

Beim Kommensalismus profitiert ein Organismus, während der andere weder gewinnt noch verliert. Kleine Vögel beispielsweise setzen sich manchmal auf große Pflanzenfresser und ernähren sich von Insekten, die von größeren Tieren gestört werden.

Wie bei jeder Beziehung können sich die Dinge im Laufe der Zeit ändern. Beispielsweise kann eine wechselseitige Symbiose zwischen einem Baum und seinem Mykorrhizapilz zu Parasitismus führen, wenn der Baum altert und stirbt oder wenn sich die Umweltbedingungen ändern.

Symbiose trieb die Evolution voran

Symbiose hat eine große Rolle in der Entwicklung des Lebens gespielt. Die Zellen, aus denen der Körper von Tieren und Pflanzen besteht, sind das Ergebnis symbiotischer Beziehungen.

Zellen sind komplex. Sie enthalten Strukturen, die Organellen genannt werden, wie den Zellkern (das Kontrollzentrum der Zelle) und das Mitochondrium (beteiligt an der Zellatmung, die Sauerstoff nutzt, um Nahrungsmoleküle aufzuspalten und Energie verfügbar zu machen). Pflanzenzellen enthalten auch Chloroplasten, Orte der Photosynthese.

Diese komplexen Zellen entwickelten sich aus alten, viel einfacheren Lebensformen, die in Symbiose zusammenkamen.

Die Organellen komplexer Zellen waren einst einzellige Lebensformen, die überlebten, indem sie von anderen einfachen Zellen verschlungen wurden. Sie bildeten eine komplexere und effizientere Zelle, die zum Grundzelltyp großer vielzelliger Lebensformen wurde.

Alle auf der Erde lebenden großen vielzelligen Organismen – Tiere und Pflanzen – verfügen über diesen Zelltyp. Dies ist ein Beweis für den Erfolg dieser symbiotischen Evolutionsstrategie.

Die Zellatmung in pflanzlichen und tierischen Zellen betrifft Mitochondrien, was darauf hindeutet, dass diese schon früh in der Evolutionsgeschichte verschlungen wurden. Später verschlang ein Zelltyp, der bereits Mitochondrien enthielt, den Chloroplasten. Dies führte zur Entwicklung komplexer Pflanzen.

Wenn aus zwei eines wird

Der Einbau eines Zelltyps in einen anderen wird Endosymbiose genannt. Dadurch konnten Zellen und Zellteile hochspezialisiert werden. Diese Spezialisierung hat ihre Effizienz und Überlebensfähigkeit unter einem breiteren Spektrum von Bedingungen verbessert.

Als ich Ende der 1970er-Jahre mein Doktorand in Botanik war, brachten mir Kollegen einmal Proben von gewöhnlichem Meersalat, Ulva latuca, in dem Labor, in dem ich Photosynthese-Physiologie studiert habe. Meersalat ist eine Alge, die in vielen flachen Gewässern vor den Küsten Australiens vorkommt.

Wir bemerkten eine kleine Meeresschnecke, die an der Pflanze weidete, und fügten sie in unser System ein, um die Photosynthese zu untersuchen. Zu unserer großen Überraschung betrieb die Schnecke Photosynthese! Wir fanden heraus, dass die Nacktschnecke die Meersalatzellen teilweise verdaut hat, aber einige Chloroplasten durch die Darmschleimhaut der Nacktschnecke gelangten und die Photosynthese fortsetzten.

Wir dachten, wir hätten eine wichtige Entdeckung gemacht, nur um dann zu erfahren, dass andere ähnliche Arbeiten veröffentlicht hatten. Danach habe ich nie mehr an der Gültigkeit der Endosymbiose gezweifelt, die damals noch eine umstrittene Theorie war.

Symbiose erweist sich als die Norm

Wir wissen jetzt, dass Symbiose für die meisten Organismen, einschließlich des Menschen, die Norm ist.

Unsere Darmflora stellt eine Symbiose im großen Stil dar. Die Vielfalt und große Anzahl der Bakterien, die glücklich in unserem Darm leben, können einen großen Einfluss auf unsere allgemeine Gesundheit und unser Wohlbefinden haben. Bei einem gesunden Darm profitieren der Mensch und die Bakterien von dieser Beziehung: ein gutes Beispiel für eine wechselseitige Symbiose.

COVID hat die öffentliche Aufmerksamkeit auf Viren gelenkt. Aber nicht alle Viren sind schädlich; Viele davon kommen den Organismen, die sie infizieren, tatsächlich zugute. Manche Viren schützen uns sogar vor pathogenen Viren. Beispielsweise schreitet die Krankheit bei HIV-positiven Menschen langsamer voran, bei denen, die zusätzlich mit dem GB-C-Virus (GBV-C) infiziert sind.

Natürlich ist die gesamte Bandbreite symbiotischer Beziehungen mit Viren möglich, vom gegenseitigen Nutzen bis zum Leid eines infizierten Wirts. Und wie bei Bakterien gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass Viren zur Entwicklung vieler Arten beigetragen haben, auch unserer eigenen.

Ein Organismus muss in komplexen Beziehungen leben, um in jeder Umgebung zu überleben und zu gedeihen. Manche Beziehungen werden positiver sein als andere, aber es ist nicht verwunderlich, dass eine gegenseitige Symbiose so oft der Schlüssel zum Erfolg ist.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.