Adaptacyjne zdolności kompleksów symbiotycznych w różnych warunkach środowiska na przykładzie Paramecium bursaria

Abstract

Celem niniejszych badań było określenie zdolności adaptacyjnych symbiotycznych kompleksów roślinno-zwierzęcych. W ostatnich latach wykazano, że niektóre gatunki symbiotycznych pierwotniaków mogą występować w wodach o stosunkowo dużym stopniu zanieczyszczenia. Dane te są dosyć zaskakujące, gdyż jak dotąd brak doniesień na temat obecności symbiotycznych organizmów w środowiskach zanieczyszczonych. Na tej podstawie wysunięto hipotezę o wysoko rozwiniętych możliwościach adaptacyjnych roślinno-zwierzęcych kompleksów symbiotycznych. Jako obiekt badawczy wykorzystano pierwotniaka Paramecium bursaria, zawierającego w cytoplazmie liczne komórki symbiotycznych glonów z rodzaju Chlorella. Jest to modelowy przykład roślinno-zwierzęcej symbiozy obligatoryjnej. Właściwości jakimi charakteryzuje się ten kompleks są zatem typowe dla większości związków symbiotycznych. W toku prowadzonych eksperymentów określano możliwości rozwoju populacji orzęsków Paramecium bursaria w obecności różnorodnych czynników biologicznych i chemicznych. Inkubację pierwotniaków prowadzono na standardowej pożywce sałatowej, do której wprowadzano w kolejnych seriach bakterie denitryfikacyjne, bakterie desulfurykacyjne, naturalne produkty metabolizmu bakterii desulfurykacyjnych, związki siarki stanowiące substraty i produkty procesu redukcji siarczanów oraz wybrane kwasy organiczne: glikolowy, cynamonowy, ferulowy, /^-aminobenzoesowy i /»-hydroksybenzoesowy. Podczas inkubacji określano intensywność rozwoju orzęsków, ilość symbiotycznych glonów, zmiany liczebności bakterii a także zmiany koncentracji obecnych w medium związków chemicznych. Eksperymenty prowadzono w zróżnicowanych warunkach oświetlenia, co pozwalało na określenie udziału endosymbiotycznych komórek glonów w zachodzących procesach metabolicznych. Stwierdzono, że pierwotniak Paramecium bursaria może rozwijać się zarówno w obecności różnych gatunków bakterii jak i różnorodnych związków chemicznych wprowadzanych do medium. W wielu przypadkach odnotowano nawet wyraźną stymulację rozwoju orzęsków. Uzyskane dane wskazują, że metabolizm Paramecium bursaria charakteryzuje się swoistą plastycznością, która umożliwia dostosowanie się orzęska do zmiennych warunków hodowli. Przeorganizowanie metabolizmu komórki odbywa się prawdopodobnie przy udziale energii uzyskiwanej na drodze trawienia endosymbiontów, które w takiej sytuacji stanowią rezerwę pokarmową dla pierwotniaka. Ponadto w procesie tym, do cytoplazmy orzęska uwalniane są różne składniki komórek glonów, w tym także enzymy i kwasy nukleinowe. Niewykluczone, że w takiej sytuacji orzęsek może wykorzystywać białka enzymatyczne pochodzące ze strawionych komórek endosymbiontów względnie syntetyzować nowe związki w oparciu o uzyskany tym sposobem materiał genetyczny. Niewątpliwie ważną rolę w pirocesach adaptacyjnych omawianego układu odgrywają również reakcje biochemiczne zachodzące w żywych komórkach endosymbiontów. Świadczy o tym fakt, że Paramecium bursaria stosunkowo łatwo włącza w metabolizm obecne w środowisku różnorodne substancje chemiczne, które mogą być wykorzystywane bezpośrednio przez komórkę pierwotniaka lub przez komórki glonów. Biorąc pod uwagę rezultaty uzyskane w niniejszych badaniach można stwierdzić, że pierwotniak Paramecium bursaria niewątpliwie charakteryzuje się dużymi zdolnościami przystosowawczymi, wynikającymi z symbiotycznego charakteru tego organizmu. Tym samym należy przyjąć, że wysoko rozwinięte zdolności adaptacyjne są cechą typową dla wszystkich roślinno-zwierzęcych kompleksów symbiotycznych. Powstawanie takich kompleksów jest zatem wynikiem dostosowywania się organizmów do zmiennych warunków środowiska i może stanowić jeden z ważnych czynników umożliwiających zachodzenie procesów ewolucyjnych.