Simbiosi: és complicat

Molts organismes queden bloquejats en relacions co-dependents amb els microbis que hi viuen. Però, de vegades, aquests microbis residents acullen fins i tot hostes més petits.

Art: Natalya Zahn

Has sentit a parlar d’herba de pànic tropical, alias dichanthelium lanuginosum? Probablement no. Però si heu visitat el Parc Nacional de Yellowstone a l'oest nord-americà, és possible que hagueu vist les seves frondes frondoses esquinçant-se del fang abrasador de les conques de guèiser, de fonts geotèmiques o de fang. El nom de l’herba ofereix un aspecte al seu temperament febril: és una de les poques plantes que poden sobreviure als sòls geotèrmics ardents del parc.

La resposta a per què rau en el concepte de simbiosi.

Està bé, què és “Simbiosi”?

A finals dels anys 1870, els científics alemanys Albert Frank i Heinrich Anton de Bary van introduir el terme “simbiosi” a la biologia. Del grec per "junts" i "vius", es volia descriure un tipus de relació recentment identificat entre organismes. Els líquens, que els científics havien descobert, estan realment composts per un fong i una alga en una aliança íntima i mútuament beneficiosa. L’alga utilitza la llum del sol per crear aliments per al fong, mentre que el fong ofereix minerals, aigua i refugi. Va resultar ser una troballa revolucionària.

Des de fa més d’un segle, s’ha trobat que les simbiosi tenen un paper essencial en el desenvolupament i la supervivència de gairebé tots els organismes. Els humans, els animals, les plantes, el corall i els insectes depenen molt dels microbis, que al seu torn depenen dels seus amfitrions. Considereu els bacteris intestinals que donen suport a la salut humana i animal, les algues que alimenten els esculls de corall o els mitocondris que fan que les nostres cèl·lules funcionin. Resulta que aquestes relacions de regal i microbioma són essencials per a la vida a la Terra. Són tan universals i primordials, de fet, que a principis d’any, alguns científics van demanar que es pogués tenir en compte l’arbre de la vida de Darwin per tenir-los en compte.

Simbiosi de la “nina russa”

Per comprendre com es poden enredar de forma elaborada algunes simbioses amb microbis, ajuda a fer una ullada als anomenats simbionts de ninots russos. Igual que les figuretes d’art popular de colors vius per les quals s’anomenen, els organismes d’aquestes col·laboracions s’ajusten perfectament l’un dins de l’altre en arranjaments d’espècies múltiples també conegudes de vegades com a endosimbiosis nidificats. Un insecte o planta hoste contindrà un fong, virus o bacteri, que al seu torn abasta un altre fong, virus o bacteri, i els tres cooperen per assegurar la seva coexistència. Aquests autoestopistes gratuïts poden treballar conjuntament per permetre a l’hoste metabolitzar determinats aliments difícils de digerir, com ara sang vertebrada o saba vegetal o fusta, o poden ajudar a l’amfitrió a defensar-se dels agressors o proporcionar un avantatge de supervivència en entorns extrems.

Una herba que pot sobreviure temperatures a quasi ebullició?

Agafeu aquelles herbes de pànic que agraden als sòls que es troben a Yellowstone Park. Els científics saben des de fa temps que els fongs endòfits creixen a l’interior de l’herba i que junts l’herba i els fongs són capaços de resistir temperatures de més de 149 graus fahrenheit. Tot sol, cap organisme pot prendre la calor: no poden sobreviure més de 100 graus quan estan separats. Però, el 2006, científics finançats pel NIH van identificar un virus que viu dins d'aquest fong. El que havia semblat un matrimoni de tota la vida entre dues parella era en realitat una mena de poligàmia. Quan es va eliminar el virus, tant el fong com l’herba van perdre la seva resistència al calor. Quan es va reintroduir el virus, la resistència a la calor va tornar. La part precisa que té el virus en aquesta relació no s'entén del tot, però els investigadors creuen que hi poden participar osmoprotectants, com ara trehalosa, glicina betaïna i taurina, que ajuden els organismes a sobreviure a desequilibris líquids extrems. Un pigment anomenat melanina, que es diu que millora la tolerància a l'estrès dels fongs habitants de la roca, i les proteïnes de xoc tèrmic també poden tenir un paper.

Un repartiment rotatiu de bacteris Ajuda a sobreviure els errors de menjar en dietes baixes en nutrients

De vegades, els socis d’aquests arranjaments triplet, tot i que tècnicament no poden viure els uns amb els altres, tenen problemes de compromís. La majoria dels menjars, per exemple, contenen bacteris imbricats dins d’altres bacteris que cooperen per fabricar determinats nutrients essencials. Per exemple, l’amfitrió i els seus residents interiors contenen cadascun un o més dels nou gens necessaris per fabricar un aminoàcid essencial anomenat fenilalanina, sense el qual la farina no podia sobreviure en la seva dieta típica en nutrients. Alguns investigadors han especulat que els co-simbionts han de transportar metabòlits entre ells per completar la síntesi de l'aminoàcid. I, tanmateix, el que els bacteris específics associats amb els menjars ha canviat amb el pas del temps i cap a les espècies. Si bé el bacteri extern -un error anomenat Tremblaya- tendeix a mantenir-se constant, la identitat de l’interior és altament variable. (Tot i que sempre d’un llinatge conegut com a Sodalis.) Els científics ho saben perquè molts menjars no només depenen de l’ADN dels seus residents actuals, sinó que també contenen l’ADN de bacteris que ja no resideixen a l’interior: l’ADN robat els ajuda. nutrients que els seus actuals residents no poden. Però, fins a l'actualitat, encara no s'entén com es pot produir aquest canvi dins i fora dels bacteris interiors i el seu ADN.

Mentre que alguns dels socis en arranjaments triplets colonitzen els seus amfitrions a través de l’entorn o s’integren a l’ADN hoste –com vam veure amb els menjars–, d’altres es transmeten socialment, d’un host a l’altre o es divideixen juntament amb la cèl·lula hoste. Els dos últims mitjans són utilitzats per tèrmits, els simbionts intestinals dels quals –protists com l’amoeba– contenen els seus propis simbionts bacterians. Junts, els bacteris i els protistes treballen per permetre que la tèrmita digereixi la fusta. Tot i que la majoria de protistes intestinals es perden cada cop que es produeix una tèrmita, que es produeix tres vegades a mesura que madura, els protistes es reobtenen durant la transferència d'aliments o líquids entre els membres de la colònia de tèrmits. (Els termites i altres insectes socials solen participar en l’intercanvi d’aliments líquids regurgitats, procés anomenat trofilaxi.) Els endosimbionts bacterians, mentrestant, es divideixen cada cop que els protistes dels tèrmits es divideixen, reproduint-se.

Què significa tot?

Com han evolucionat aquests arranjaments de ninots russos? Es tracta d'una qüestió que els científics segueixen desconcertant, però almenys pel que fa al tèrmit i els seus símbols, el procés sembla haver-se produït mentre l'espècie continuava desenvolupant-se en la seva forma actual. En un treball de 2007 publicat a Molecular Ecology, un equip internacional de científics va descriure un procés de cospeciació entre els tèrmits, protistes i bacteris basats en anàlisis genètiques. Va ser el primer estudi de coespeciació en simbiosi multiespècie.

Les simbiosi multiespècies poden resultar ser més comunes del que ens adonem. L'any passat, els investigadors van descobrir que la majoria de líquens contenen dos fongs, no un. És una visió fascinant, ja que els líquens van llançar l'estudi d'aquestes aliances mútuament beneficioses.

I Contain Multitudes és una sèrie de vídeos en diverses parts dedicada a explorar el meravellós món ocult del microbioma. La sèrie està allotjada per l’escriptor científic Y Yong i produïda per HHMI Tangled Bank Studios en associació amb la Sala 608.