artikel afdrukken
bionieuws 12, 05-07-2014

nieuws
Symbiose is af te dwingen

Het is mogelijk twee soorten te dwingen tot symbiose door de omgevingsomstandigheden experimenteel te manipuleren.

Door Gert van Maanen
© bionieuws


'Het gemak waarmee we samenwerking tussen schimmels en algen kunnen creŽren, lijkt erop te wijzen dat zulke ecologische interacties relatief gemakkelijk kunnen ontstaan.í Dit schrijven de Harvard-biologen Erik Hom en Andrew Murray op 4 juli in Science over onderzoek waarin ze voor het eerst experimenteel een schimmel en een alg tot symbiose weten te dwingen via ecological fitting. Hierbij worden de omgevingsomstandigheden experimenteel zodanig ingesteld dat de betrokken soorten min of meer gedwongen worden tot samenwerking.

In dit geval gebruikten Hom en Murray twee bekende modelsoorten: bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) en de eencellige groenalg Chlamydomonas reinhardtii, waartussen geen symbiotische relaties bekend zijn. In mengcultures kregen de twee soorten als koolstofbron uitsluitend glucose en als stikstofbron uitsluitend nitriet aangeboden. Alleen gist kan glucose als koolstofbron gebruiken, terwijl alleen de alg in staat is nitriet om te zetten. De kooldioxide die vrijkomt bij de glucoseafbraak door gist gebruikt de alg vervolgens in de fotosynthese, terwijl de gist de ammonia gebruikt die ontstaat als de alg nitriet afbreekt.

Door de mengcultuur af te sluiten van toevoer van kooldioxide ontstaan zo vrij simpel twee obligate mutualisten, symbionten die compleet afhankelijk zijn van de samenwerking. Die symbiose komt tot stand zonder genetische manipulaties en zonder zeer exacte afstemming van de nutriŽntconcentraties en starthoeveelheden van de twee soorten, schrijven Hom en Murray. De match lijkt geen toeval, want ook andere soorten gist en minstens vier Chlamydomonas-soorten zijn op vergelijkbare manier tot symbiose te dwingen.

ĎDat het zo gemakkelijk gaat, heeft ons ook verbaasd. Hoewel we natuurlijk van korstmossen weten dat symbiose uit vrij levende soorten schimmels en algen kunnen ontstaaní, zegt de Wageningse evolutiebioloog Duur Aanen. Samen met moleculair bioloog Ton Bisseling schreef hij in Science een toelichting op het Amerikaanse onderzoek. Aanen onderzoekt zelf de symbiose tussen schimmels en termieten, terwijl Bisseling gespecialiseerd is in de symbiose tussen vlinderbloemige planten en stikstofbindende bacteriŽn. ĎVoor de oorsprong van symbiose bestaan globaal twee hypotheses: een geleidelijke aanpassing door co-evolutie of meer abrupt door ecological fitting. In dit geval laten Hom en Murray zien dat het laatste kan gebeuren. Alleen door omgevingsaanpassing kunnen soorten zonder genetische veranderingen in ťťn klap van elkaar afhankelijk worden. Het is voor het eerst dat die route experimenteel is aangetoondí, aldus Aanen. Opmerkelijk is volgens hem dat de alg zich ook in morfologische structuren aan de symbiose lijkt aan te passen.

Generatietijd speelt volgens Aanen een belangrijk rol bij het ontstaan van onderlinge afhankelijkheid. ĎAls maar een van beide soorten afhankelijk is van de interactie en de andere niet, ontstaat alleen symbiose als de snelgroeiende soort afhankelijk is. Dat is logisch, want anders zal de snelgroeiende soort de andere wegconcurrerení, aldus Aanen.

Voor de oorsprong van symbiose bij vlinderbloemigen, die als gastheer stikstofbindende bacteriŽn in hun wortelknolletjes huisvesten, beschrijven Aanen en Bisseling in Science een nieuwe hypothese. De stikstofbindende bacteriŽn leefden daarbij aanvankelijk tussen de cellen van plantenwortels, zonder wederzijds voor- of nadeel. Pas toen de plant de bacteriŽn als stikstofbron ging exploiteren, ontstond geleidelijk symbiose door co-evolutie.
Nu is aangetoond dat symbiose zeer snel afdwingbaar is door omgevingsomstandigheden aan te passen is het volgens Aanen de vraag hoe vaak dit is gebeurd in de evolutie ten opzichte van de geleidelijke weg via co-evolutie.