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17.4A: Simbiosis - Biología

17.4A: Simbiosis - Biología


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La mayoría de las interacciones entre especies involucran alimentos, es decir, competir por el mismo suministro de alimentos, comer (depredación) y evitar ser comido (evitar la depredación). Estas interacciones suelen ser breves. Sin embargo, hay muchos casos en los que dos especies viven en estrecha asociación durante largos períodos. Tales asociaciones se llaman simbiótico ("viviendo juntos"). En simbiosis, al menos un miembro de la pareja se beneficia de la relación. El otro miembro puede resultar herido (parasitismo), relativamente no afectado (comensalismo) o también puede beneficiarse (mutualismo). (Algunas personas restringen el término simbiosis solo a estas interacciones mutuamente beneficiosas, pero nosotros no lo haremos).

Mutualismo

Relaciones simbióticas en las que cada especie se beneficia son mutualistas. Hay cientos de ejemplos de mutualismo entre un heterótrofo y un alga.

  • Paramecium bursaria es un ciliado que envuelve algas verdes unicelulares en vacuolas dentro de su célula.
    • El paramecio ciertamente se beneficia del alimento sintetizado por el alga. Se puede cultivar aparte del alga, pero luego se le debe dar alimento adicional.
    • El alga presumiblemente se beneficia del dióxido de carbono producido por su anfitrión, así como de la capacidad del anfitrión para transportarlo a un lugar donde haya mucha luz.
  • Muchos otros heterótrofos acuáticos
    • esponjas
    • anémonas de mar
    • planarias
    • almejas
    también albergan algas dentro de sus células.

Las relaciones mutualistas entre plantas y hongos son muy comunes. El hongo invade y vive dentro o entre las células de la corteza de las raíces secundarias. La asociación se llama micorriza. El hongo ayuda a la planta huésped a absorber nitrógeno inorgánico y fósforo del suelo. Algunos hongos micorrízicos también secretan antibióticos que pueden ayudar a proteger a su huésped de la invasión de hongos y bacterias parásitos. Muchos hongos son los cuerpos formadores de esporas de los hongos micorrízicos. La trufa se encuentra a menudo en los bosques de robles porque el hongo que la produce establece micorrizas en las raíces del roble.

Endosimbiosis

La endosimbiosis es una mutualista relación entre un huésped y un organismo que vive dentro de su cuerpo o células.

El pulgón del guisante y su endosimbionte

El pulgón del guisante, Acyrthosiphon pisum, es una plaga de insectos que chupa los jugos de su planta huésped. Sin embargo, la savia de la planta es deficiente en varios aminoácidos esenciales. No obstante, el pulgón del guisante prospera gracias a células especializadas dentro de su cuerpo que contienen la gamma proteobacteria, Buchnera aphidicola, que no puede vivir en ningún otro lugar. El genoma de esta bacteria gramnegativa intracelular obligada codifica una serie de enzimas necesarias para completar la síntesis de los aminoácidos que necesita su huésped. A cambio, el genoma del pulgón codifica las enzimas que necesita Buchnera para sintetizar su pared celular de lipopolisacáridos y ha perdido genes que de otro modo podrían repeler la infección por bacterias Gram-negativas.

Fijación simbiótica de nitrógeno

Uno de los ejemplos más importantes de mutualismo en la economía general de la biosfera es la relación endosimbiótica entre ciertas bacterias fijadoras de nitrógeno y sus leguminosas hospedadoras. Una gran cantidad de evidencia apoya la opinión de que las relaciones endosimbióticas intracelulares dieron lugar a eucariotas con sus mitocondrias y cloroplastos.

Simbiosis de limpieza

El dibujo muestra al cocodrilo del Nilo abriendo la boca para permitir que el chorlito egipcio se alimente de las sanguijuelas adheridas a sus encías. La simbiosis de limpieza es más común en los peces.

Comensalismo

Comensalismo significa "a la mesa juntos". Se utiliza para relaciones simbióticas en las que un organismo consume los alimentos no utilizados de otro. Algunos ejemplos:

  • la rémora y el tiburón. La aleta dorsal de la rémora (un pez óseo) se modifica en una ventosa con la que forma un apego temporal al tiburón. Cuando el tiburón se alimenta, la rémora recoge las sobras. El tiburón no intenta cazar la rémora.
  • Algunas especies de percebes se encuentran solo como comensales en las mandíbulas de las ballenas. ¡Y hay otras especies de percebes que solo se encuentran como comensales en esos percebes!
  • Muchas de las bacterias que viven en nuestro intestino grueso. Se alimentan de alimentos que no podemos digerir y no nos hacen daño. Y algunos nos ayudan; es decir, la relación es mutualista. Los animales (por ejemplo, ratones) criados en condiciones libres de gérmenes son anormales de varias maneras, por ejemplo,
    • tienen niveles elevados de un subconjunto de células NKT
    • niveles reducidos de células T reguladoras (Treg): ambos efectos predisponen a los animales a
    • asma e inflamación del intestino
    Por lo tanto, ahora es una práctica estándar infectarlos deliberadamente con varias especies de microorganismos para que los animales se desarrollen normalmente.

Epifitas

Las epífitas son plantas que viven posadas sobre plantas más resistentes. No toman ningún alimento de su anfitrión y simplemente se benefician de estar mejor expuestos a la luz solar. Algunos ejemplos incluyen muchas orquídeas y muchas bromelias (por ejemplo, "musgo español" y otros miembros de la familia de la piña).

Parasitismo

Un parásito es un organismo que vive sobre o en el cuerpo de otro organismo (el huésped) de cuyos tejidos se nutre y al que causa algún daño. Los animales son parasitados por virus, bacterias, hongos, protozoos, gusanos planos (tenias y trematodos), nematodos, insectos (pulgas, piojos) y arácnidos (ácaros). Las plantas están parasitadas por virus, bacterias, hongos, nematodos y algunas otras plantas. Los parásitos dañan a su anfitrión de dos formas principales:

  • consumir sus tejidos, por ejemplo, anquilostomas
  • liberando toxinas, por ejemplo,
    • Los bacilos del tétanos secretan la toxina del tétanos que interfiere con la transmisión sináptica.
    • Los bacilos de la difteria secretan una toxina que inhibe la síntesis de proteínas por los ribosomas.

La relación entre el parásito y el huésped varía a lo largo de un espectro que se extiende desde los parásitos que "golpean y huyen" que viven en su huésped durante un breve período y luego pasan a otro con o sin matar al primero hasta los parásitos que establecen infecciones crónicas. Tanto el parásito como el huésped deben evolucionar para asegurar la supervivencia de ambos porque si el parásito mata a su huésped antes de que pueda seguir adelante, destruye su propio boleto de comida.

Conejos en Australia

En 1859, el conejo europeo se introdujo en Australia por deporte. Sin un depredador importante allí, se multiplicó explosivamente. La cría de ovejas (otra especie importada) sufrió mucho ya que los conejos competían con ellas por el forraje. Esta imagen (cortesía de Dunston de Estrella negra) te da la idea. Habiendo eliminado todas las plantas forrajeras, que normalmente les suministran agua y comida, los conejos tuvieron que beber de un estanque.

En 1950, el virus del mixoma fue traído de Brasil y liberado. La epidemia que siguió mató a millones de conejos (quizás el 99,5% de la población). Volvió la hierba verde y la cría de ovejas volvió a ser rentable. Pero los conejos no fueron eliminados. De hecho, aunque todavía se producen pequeñas epidemias, la población de conejos se ha recuperado algo (aunque no se acerca a los niveles anteriores a 1950). ¿Qué sucedió? Gracias a una cuidadosa planificación, lo sabemos.

  • Los conejos de hoy son más resistentes a las infecciones que sus predecesores. Esto se puede medir infectándolos con la cepa original que se ha mantenido en el laboratorio.
  • Al mismo tiempo, el virus que circula en los conejos silvestres se ha vuelto menos virulento. Esto se puede medir determinando el% de mortalidad de los conejos de laboratorio cuando están infectados con la cepa actual del virus.

El gráfico (basado en datos de Sir Macfarlane Burnet y D. O. White) muestra estas adaptaciones evolutivas mutuas durante los primeros seis años después de la introducción del virus.

La "degeneración" de los parásitos

Durante el transcurso de la adaptación a las condiciones de su anfitrión, los parásitos a menudo pierden estructuras y funciones que eran esenciales para sus antepasados ​​(y cualquier pariente que viviera libremente). La tenia no tiene ojos, ni tracto digestivo, y solo vestigios de los sistemas nervioso, excretor y muscular. Si bien puede llamarlos degenerados, estas pérdidas representan una ganancia en eficiencia y una especialización mejorada. ¿De qué servirían estas estructuras de todos modos en el intestino humano? Por otro lado, la tenia produce cientos de proglótides: máquinas formadoras de huevos que mejoran la probabilidad de que la tenia deje descendientes que lleguen a otro huésped.

Este énfasis en la reproducción también se ve en

  • Rafflesia, una angiosperma parasitaria que se encuentra en Malasia. No tiene raíces, tallos ni hojas, aunque tiene tubos que penetran en los tejidos de su huésped. Pero tiene una flor enorme (~ 3 pies o 1 metro de diámetro).
  • Sacculina, un percebe que parasita los cangrejos. El adulto consiste en poco más que un saco (de ahí el nombre) que contiene órganos reproductores. Hasta que no se descubrieron sus larvas, no se pudo siquiera determinar que Sacculina era un crustáceo.

Mycobacterium leprae: pseudogenes

M. leprae causa lepra (enfermedad de Hansen). Es un parásito intracelular, que se instala en las células de Schwann donde, a su debido tiempo, desencadena un ataque autoinmune sobre ellas que conduce a su destrucción. La pérdida de sensibilidad resultante dificulta evitar lesiones en las extremidades. M. leprae es una micobacteria y un pariente cercano de M. tuberculosis, la causa de la tuberculosis.

METRO. lepra La infección también ocurre naturalmente en los armadillos salvajes que viven en una banda de estados del sur que se extiende desde Alabama hasta Texas. Una encuesta de 39 pacientes humanos con lepra en esa región reveló que 25 de ellos estaban infectados con la cepa idéntica que se encuentra en los armadillos locales. Aunque fue la primera bacteria en ser identificada como causa de enfermedad humana (en 1873), ningún bacteriólogo ha logrado cultivarla in vitro. Sin embargo, puede propagarse (lentamente) en el armadillo de nueve bandas, y esto ha proporcionado suficiente material para secuenciar todo su genoma.

Su secuencia, que fue publicada en el número del 22 de febrero de 2001 de Naturaleza (Cole, S. T. et al.) - en comparación con el de M. tuberculosis - proporciona una demostración vívida de la degeneración a nivel de los genes. Aunque su genoma es solo un 25% más pequeño que el de M. tuberculosis, tiene solo el 40% de los genes de su primo. Muchos de los genes que faltan todavía son detectables, pero ahora están pseudogenes - genes que han mutado de modo que ya no pueden expresarse en un producto proteico.

M. tuberculosisM. leprae
Tamaño del genoma (pb)4,411,5323,268,203
Genes que codifican proteínas3,9591,604
genes de citrato sintasa (para el ciclo del ácido cítrico)31
genes de piruvato deshidrogenasa (para el ciclo del ácido cítrico)62
genes de lactato deshidrogenasa (respiración celular)21
genes de fosfofructoquinasa (glucólisis)1

M. leprae no es una excepción. Los muchos genomas bacterianos que ahora se han secuenciado muestran que las bacterias que son parásitos intracelulares obligados expresan muchas menos proteínas que las bacterias que pueden vivir en el medio de cultivo.

Una colección de enlaces a ejemplos de parásitos.

  • Virus
    • Retrovirus, incluido el VIH-1, la causa del SIDA
    • Influenza
    • una variedad de otros
  • Bacterias, los agentes de
    • tétanos, botulismo y ántrax
    • tifoidea, cólera y peste
    • infecciones estafilocócicas y estreptocócicas
    • gonorrea
    • tuberculosis, lepra y difteria
    • sífilis y enfermedad de Lyme
    • fiebre tifoidea y fiebre maculosa de las Montañas Rocosas
  • Protistas
    • Plasmodium (agentes de la malaria)
    • Tripanosomas
  • Invertebrados
    • Tenias
    • Trematodos de sangre
  • Juegos Parasites Play (algunas interacciones interesantes entre huésped y parásito).

La evolución de la simbiosis

Parece plausible que lo que comienza como una relación parasitaria pueda, con el transcurso del tiempo, evolucionar hacia una relación mutualista a medida que los dos organismos evolucionan para minimizar el daño al huésped.

Y hay alguna evidencia de esto. En 1966, K. W. Jeon descubrió un cultivo de amebas que se habían infectado con bacterias (60.000 a 150.000 por célula). La infección ralentizó su tasa de crecimiento y los hizo mucho más frágiles. Pero cinco años después, las amebas todavía estaban infectadas, pero ahora no se podían ver efectos nocivos. Lo más interesante para nuestra pregunta es que las amebas, o al menos sus núcleos, se habían vuelto dependientes de la bacteria.

  • Cuando se extrajo el núcleo de una ameba infectada y se reemplazó por uno de una cepa no infectada, la combinación funcionó bien.
  • Pero cuando el núcleo de una célula no infectada fue reemplazado por uno de una célula infectada, la combinación por lo general no sobrevivió.

Evidentemente, después de 5 años, los núcleos se habían vuelto dependientes de una función bacteriana (una enzima producida por las bacterias pero ya no por el huésped). Lo que comenzó como parasitismo se había convertido en mutualismo (las bacterias no podían crecer fuera de su anfitrión). Pero no siempre funciona así. Hay otros ejemplos en los que una relación mutualista parece haberse convertido en comensalista o incluso parasitaria. Algunos hongos parásitos parecen haber evolucionado a partir de antepasados ​​que vivían en la asociación mutualista de un liquen.

Algunas de las bacterias que viven en nuestro intestino grueso nos suministran vitamina K, evolucionando así del comensalismo al mutualismo.

Las relaciones simbióticas mutuamente beneficiosas también pueden conducir a la "degeneración". Algunos gusanos anélidos marinos han perdido por completo el tracto digestivo de sus parientes (como la lombriz de tierra común). Una especie se alimenta de una gran población de al menos 5 especies diferentes de bacterias que viven debajo de su piel exterior. Los más abundantes son quimioautótrofos (pero estas bacterias son gamma- y delta- proteobacterias, no beta-proteobacterias) que fabrican alimentos a partir de dióxido de carbono utilizando la energía proporcionada por sustancias inorgánicas oxidantes (H2S, H2) en los sedimentos en los que vive el gusano.

La naturaleza de una relación simbiótica también puede cambiar a medida que cambian las circunstancias. Algunos hongos, bacterias y protozoos que viven inofensivamente en la mayoría de nosotros pueden causar infecciones oportunistas - que se vuelve parasitaria - en personas inmunodeficientes, por ejemplo, aquellas con SIDA.


Biología celular de la simbiosis de coral: un estudio fundamental puede aportar soluciones a la crisis de los arrecifes de coral

Los arrecifes de coral se enfrentan a una destrucción casi completa a finales de siglo debido al calentamiento global, a menos que la humanidad pueda limitar el aumento de la temperatura global. Ahora hay una carrera para desarrollar un conjunto diverso de soluciones para salvar los arrecifes de coral. En esta perspectiva, se hace un caso para comprender la biología celular de la simbiosis coral-dinoflagelado para ayudar a informar el desarrollo de soluciones para salvar arrecifes. Los sistemas de modelos de laboratorio para el estudio de la simbiosis de los corales, incluida la anémona de mar Exaiptasia pallida, se presentan como herramientas valiosas en la lucha por salvar los corales. Se revisan y discuten las funciones de la inmunidad innata del huésped y la dinámica de nutrientes entre socios en el inicio, el mantenimiento continuo y la desregulación de la simbiosis. Se ha demostrado que los genes y vías inmunes innatos clave, como las interacciones glucano-lectina, el reóstato de esfingosina y el factor de crecimiento transformante de citocinas beta, modulan la respuesta inmunitaria del huésped en el estado simbiótico. Se atribuye a un trastorno en el equilibrio de nutrientes inorgánicos homeostáticos durante el estrés por calor y la alta disponibilidad de nutrientes exógenos el impulso de la asociación hacia la desregulación y el blanqueamiento de los corales. Se dan ejemplos específicos en los que el conocimiento de la biología celular de la simbiosis está informando el desarrollo de soluciones, incluidos estudios que muestran claras limitaciones en el valor de los protocolos de cambio de pareja y aclimatación. Finalmente, se hace hincapié en el rápido avance del conocimiento para tratar de satisfacer la urgente necesidad de soluciones. Esto incluye comunicación abierta en tiempo real con colegas sobre éxitos y fracasos, compartir recursos e información y trabajar juntos en el espíritu de una misión colectiva para salvar los arrecifes de coral.

Publicado por Oxford University Press en nombre de la Society for Integrative and Comparative Biology 2019.


SIMBIOSIS - Boletín de biología Otoño 2020

UF lanzó recientemente una campaña para convertirse en líder en investigación y enseñanza de inteligencia artificial (IA). Conozca algunos de los proyectos de IA que ya están en marcha en el Departamento de Biología.

IA y comportamiento de estrés

Los investigadores en biología están utilizando inteligencia artificial para comprender el comportamiento inducido por el estrés. Aquí se muestra el organismo modelo del pez cebra. Crédito de la foto: Matt McHenry.

¿A veces el estrés te hace querer meterte en la cama y esconderte debajo de las sábanas? No estás solo. En muchas especies animales, el estrés aumenta la búsqueda de refugio y disminuye los comportamientos exploratorios. El Dr. James Strother y sus estudiantes examinan los circuitos neuronales responsables de estos efectos utilizando larvas de pez cebra como organismo modelo.

El mapeo de actividad neuronal basado en IA destaca las neuronas que codifican estímulos estresantes en el cerebro posterior de las larvas de pez cebra. Crédito de la imagen: James Strother

El equipo cría peces cebra modificados genéticamente cuyas neuronas emiten fluorescencia cuando están activas (en la imagen). Esto permite a los investigadores registrar la actividad de decenas de miles de neuronas individuales en todo el cerebro utilizando microscopía multifotónica. Los métodos de aprendizaje automático basados ​​en inteligencia artificial son clave para analizar este conjunto de datos de imágenes masivo y complejo. Los algoritmos de IA también se han utilizado para identificar una pequeña región dentro del rombencéfalo que parece desempeñar un papel central en la mediación de los comportamientos relacionados con el estrés.

Aprendizaje automático y árboles tropicales

Imagen aérea de un dosel de bosque tropical en Panamá. Crédito de la foto: Stephanie Bohlman y Rich Grotefendt.

El estudiante de doctorado en biología John Park utilizó el aprendizaje automático para estudiar la fenología de las hojas, el momento de la producción y desprendimiento de las hojas de los árboles de los bosques tropicales de Panamá. Al combinar series de tiempo de imágenes de dosel adquiridas cada 1-2 semanas de vehículos aéreos no tripulados (UAV o 'drones') con observaciones de campo, interpretación de imágenes humanas y un algoritmo de aprendizaje automático, John logró monitorear la fenología de más árboles individuales y especies de lo que antes era posible. El análisis de John reveló una variación previamente indocumentada en la fenología de las hojas tanto dentro como entre las especies de árboles tropicales.

Digitalización de colecciones de herbario

Espécimen digitalizado de Acer palmatum (arce japonés) del herbario de la Universidad de Florida.

Las colecciones de herbario contienen vastos tesoros de información en gran parte sin explotar sobre los rasgos de las plantas. Para que estas colecciones sean más accesibles a la comunidad científica para el estudio de problemas como los efectos del cambio climático en la fenología, los especímenes deben estar digitalizados.

Se están desarrollando algoritmos de IA para interpretar y extraer información de estos registros digitales, pero un cuello de botella crítico es la disponibilidad de conjuntos de datos anotados con precisión para entrenar los algoritmos. Un enfoque es el crowdsourcing: conseguir la ayuda de científicos ciudadanos voluntarios. Por supuesto, capacitar a estos voluntarios también es fundamental, y hacerlo durante la pandemia de COVID-19 es especialmente desafiante.

Como parte de la investigación de su tesis, la estudiante de doctorado en biología Laura Brenskelle comparó la precisión de los conjuntos de datos generados por voluntarios capacitados en persona con los capacitados en línea. Los dos grupos de voluntarios fueron igualmente buenos para identificar si las muestras de herbario incluían flores, hojas desplegadas y frutos. Esto muestra que los voluntarios en línea pueden desempeñar un papel importante en la generación de conjuntos de datos de alta calidad para análisis basados ​​en inteligencia artificial.

DIVERSIDAD INTERNACIONAL

“Mentes e ideas brillantes se encuentran en todos los rincones de la tierra, y la mejor ciencia aprende de ellas, se basa en ellas e incluye a todas.”Marta Wayne, profesora y presidenta

Presentamos a algunos de los académicos internacionales del Departamento de Biología para que compartan sus perspectivas.

SHWETA CHHAJED, estudiante de posgrado, India
“La diversa experiencia internacional me ha convertido en una persona con más confianza. Debido a esta exposición, he crecido como individuo a un nivel en el que estoy inspirando a la gente a venir a los EE. UU. Desde la India ".

SHAMINDRI TENNAKOON, estudiante de posgrado, Sri Lanka
“Siempre me he sentido bienvenido en el Departamento de Biología. He tenido la oportunidad de adquirir una amplia experiencia de campo, desarrollar y presentar mi investigación, trabajar con colaboradores, participar en muchas actividades de desarrollo profesional y participar en programas de divulgación y actividades de tutoría ".

DR. ANDREA GONZÁLEZ GONZÁLEZ, investigadora postdoctoral, México
“En la UF, tengo el privilegio de asesorar a estudiantes de pregrado, todos ellos ciudadanos estadounidenses con diferentes antecedentes. Creo que se han beneficiado al conocer mi trayectoria académica en México y aquí en Estados Unidos ”.

DR. SAAR MAYA, investigador postdoctoral, Israel
“Vine a UF Biology para aprender biología molecular en profundidad y obtener nuevas herramientas para mi futura carrera. Estudiar un fenómeno desde múltiples perspectivas es importante, especialmente cuando se resuelve un problema complejo, como el manejo de las hormigas plagas ”.

DR. DAVID DUFFY, Profesor asistente, Irlanda
“Mi experiencia internacional facilita colaboraciones cercanas no solo con otros profesores de la UF, sino también con una red de investigadores de tortugas marinas, vida silvestre y oncología de precisión a nivel mundial. Esto facilita proyectos de investigación transfronterizos a gran escala, mejorando su alcance y relevancia ”.

DR. HUA YAN, Profesor asistente, China
Reflexionando sobre su traslado a la UF, el Dr. Yan explicó: “La amplitud intelectual de la investigación en el Departamento de Biología fue muy impresionante para mí. Pensé que este sería un entorno académico ideal para estudiar insectos eusociales y establecer colaboraciones ".

Esta edición de SYMBIOSIS apareció originalmente en UF College of Liberal Arts and Sciences.


Simbiosis: ¿Qué & # 8217s en un nombre?

En el mundo natural, ninguna especie es una isla. Cada ser vivo está enredado en una red de interdependencia con otras especies. En el sentido más amplio, todos los seres vivos dependen del metabolismo de otras especies para entregar los nutrientes que necesitan en una forma que puedan usar. Sin la fotosíntesis de los grandes bosques, arrecifes de coral y lechos de algas del mundo, no habría oxígeno para respirar ni carbohidratos y aceites para alimentar al resto de nosotros. Sin hongos y bacterias en el suelo y el océano para descomponer los cadáveres, no habría dióxido de carbono disponible para la fotosíntesis (todo estaría encerrado en madera muerta). Todos los organismos dependen de los alimentos (ya sean carbohidratos o dióxido de carbono), y esa comida es producida por otra especie en el extremo opuesto del ciclo. Y eso es solo el ciclo del carbono, uno de los muchos ciclos de nutrientes que permiten la extravagancia que llamamos vida en la tierra.

Además de esta amplia dependencia, cada especie también depende (y está plagada de) interacciones directas específicas con otras especies en su entorno. Las bacterias simbióticas en su intestino dependen de que usted entregue alimentos con regularidad y usted depende de esas bacterias que descomponen esos alimentos. Las vacas no podrían sobrevivir sin las hierbas que comen, y las tenias simbióticas de la carne de res no persistirían sin las vacas que parasitan (aunque las vacas podrían prescindir de las tenias). Los biólogos han categorizado estas interacciones biológicas directas basándose en el & # 8220fitness effect & # 8221 (impacto en la capacidad de reproducción) en ambas especies.

& # 8220Simbiosis: & # 8221 Un término resbaladizo

Notará que el término simbiosis no está incluido en la tabla anterior, esto se debe a que la simbiosis no describe un conjunto específico de efectos de aptitud física. El término & # 8220simbiosis & # 8221 ha entrado en el vocabulario general, donde se usa para significar una interacción con efecto positivo en ambas especies & # 8211 los biólogos llamarían a este tipo de interacciones & # 8220 mutualismos & # 8221. En términos biológicos, sin embargo, & # 8220simbiosis & # 8221 simplemente significa vivir juntos en estrecha asociación. Si esa definición le suena vaga, es porque lo es. La opacidad del término ha causado muchos quebraderos de cabeza entre los biólogos que estudian la simbiosis. La palabra & # 8220simbiosis & # 8221 fue acuñada originalmente por Heinrich Anton de Bary (1831-1888), botánico, microbiólogo, cirujano y micólogo (porque así era como la gente rodaba en los años 1800 & # 8217). La definición original se dio así, en alemán, en su libro & # 8220Die Erscheinung der Symbiose & # 8221:

& # 8220Die Erscheinung des Zusammenlebens ungleichnamiger Organismen & # 8221 & # 8211 Heinrich Anton de Bary

Heinrich Anton de Bary. Fuente: Wikimedia.

Esto generalmente se traduce como & # 8220La convivencia de organismos diferentes, & # 8221 o algo por el estilo. El eminente botánico Peter Raven lo tradujo como & # 8220La convivencia en estrecha asociación de dos o más organismos diferentes & # 8221 en el libro de texto. Biología de las plantas, y señaló que la simbiosis & # 8220 incluye parasitismo & # 8230 y mutualismo & # 8221. Muchas otras definiciones incluyen comensalismo & # 8211 interacciones donde un socio se beneficia mientras que el otro no se ve afectado. Aún más incluyen la idea de que la relación debe ser & # 8220 íntima & # 8221 (también indefinida) o & # 8220 constante & # 8221. Técnicamente, una tenia forma una relación simbiótica con la vaca a la que parasita & # 8211 ¡pero no una relación mutualista!

La toma de Margulis

Lynn Margulis fue pionera en el estudio de la evolución de la simbiosis. Ella fue la primera científica moderna en demostrar que las mitocondrias en nuestras células alguna vez fueron bacterias de vida libre que fueron engullidas y esclavizadas en nuestras células hace miles de millones de años. También acuñó el término & # 8220holobiont & # 8221 para referirse a comunidades coherentes de mutualistas simbióticos que funcionan como una unidad ecológica y evolutiva.

Lynn Margulis. Fuente: Wikimedia.

En Margulis & # 8217 book & # 8220Acquiring Genomes & # 8221 (coescrito con ella y Carl Sagan & # 8217s hijo, Dorion Sagan) noté que ella tradujo la definición de Bary & # 8217 como & # 8220 The living together of nombre diferente organismos. & # 8221 Esta definición promueve su argumento & # 8220holobiont & # 8221 & # 8211 los organismos se & # 8220 nombran de manera diferente & # 8221 pero no necesariamente separados. Margulis sostiene que el término ungleichnamiger se traduce como & # 8220 con otro nombre & # 8221 en lugar de & # 8220 diferente. & # 8221 Y, de hecho, & # 8220gleichnamiger & # 8221 se traduce como & # 8220 del mismo nombre & # 8221 según el diccionario alemán de Collins.

Un debate polarizante

Intrigado, le pregunté a mi buen amigo Bryan Klausmeyer, quien actualmente está en el doctorado. programa de literatura alemana en Johns Hopkins, para traducir esta antigua y problemática definición. Su opinión: & # 8220La aparición de organismos opuestos (polares) en cohabitación. & # 8221 En lugar de & # 8220 nombre diferente & # 8221 o & # 8220 diferente & # 8221, Bryan señaló que el término ungleichnamiger & # 8220 también se utiliza en matemáticas y es un término técnico que describe un efecto de la electricidad en las cargas polares. & # 8221

Ya sea que esta interpretación de & # 8220polarity & # 8221 capture o no la intención original de Bary & # 8217, encontré que la traducción de Bryan & # 8217s es profundamente reveladora en cuanto a la naturaleza real de muchas relaciones simbióticas mutualistas, incluidos los líquenes a los que de Bary se refería originalmente. A menudo (pero no siempre) los mutualismos funcionan tan bien porque los socios son muy diferentes. Las simbiosis mutualistas suelen tener éxito porque cada socio aporta un servicio a la mesa que el otro socio nunca podría prestar por sí mismo.

Considere el mutualismo entre una flor de hibisco y una abeja polinizadora. Cada especie es el producto integrado de millones de años de evolución. Los sentidos y el vuelo del abejorro ayudan a conformar una estrategia coherente para su supervivencia, y lo mismo puede decirse de las habilidades fotosintéticas y sofisticadas flores del Hibiscus. Las abejas no pueden evolucionar para realizar la fotosíntesis y producir su propia energía, polen y néctar. Del mismo modo, una flor de hibisco nunca desarrollará las alas y los órganos sensoriales necesarios para entregar su polen a otra flor. Las limitaciones fisiológicas de ser una planta lo hacen imposible, por lo que el Hibiscus depende de las abejas y otros insectos para ese servicio.

Estos servicios son mutuamente inaccesibles a menos que las dos especies se asocien. El hibisco y la abeja, en cierto sentido, están en polos opuestos (del ciclo de los nutrientes, por ejemplo *) como una extraña pareja evolutiva. Y ahí radica la clave de su asociación, ya sea que cuente o no como una simbiosis.

Wilkinson, David M. & # 8220 En propósitos cruzados. & # 8221 Naturaleza 412.6846 (2001): 485-485. DOI

Martin, Bradford D. y Ernest Schwab. & # 8220 Uso actual de simbiosis y terminología asociada. & # 8221 Revista internacional de biología 5,1 (2013). DOI

Sagan [Margulis], Lynn. & # 8220Sobre el origen de las células mitosas. & # 8221 Revista de biología teórica 14,3 (1967): 225-IN6. DOI

Margulis, Lynn y Dorion Sagan. Adquirir genomas: una teoría de los orígenes de las especies. Libros básicos, 2008. enlace

* Se podría argumentar que el Hibiscus y la abeja también están en polos opuestos del espacio evolutivo y el morfospacio, que discutiré más a fondo en una publicación futura.