Geinfecteerde wortelharen

Nieuws

Symbiose kan plotseling ontstaan

Gepubliceerd op
4 juli 2014

Evolutie door natuurlijke selectie wordt meestal voorgesteld als een strijd om het bestaan (‘survival of the fittest’). Individuen van verschillende soorten werken echter ook duurzaam samen, zoals de natuur veelvuldig laat zien. Zulke symbioses bieden hun de nodige voordelen. Maar de oorsprong van samenwerking tussen soorten is nog steeds een van de meest uitdagende vragen. Amerikaanse onderzoekers doen in het julinummer van Science verslag van hun onderzoek naar het abrupte ontstaan van een symbiose. Dat is een belangrijke stap om de oorsprong van symbiose te begrijpen, zeggen de Wageningse onderzoekers Ton Bisseling en Duur Aanen in een commentaar op het onderzoek in dezelfde editie van Science.

Ontstaan van symbiose

Volgens de huidige inzichten kan symbiose op twee manieren ontstaan: via een geleidelijke aanpassing in een proces van zgn. co-evolutie, of abrupt waarbij soorten zonder genetische verandering in één klap afhankelijk van elkaar worden als de omstandigheden veranderen. De Amerikaanse onderzoekers Hom en Murray laten in Science zien dát en hóe een abrupt scenario werkt. Zij creëerden een ecologische conditie waarin een alg en een gist volledig van elkaar afhankelijk werden en waarbij zij een symbiose zagen ontstaan. Als beide soorten worden gekweekt met glucose als enige koolstofbron, en nitriet als enige stikstofbron, is de alg afhankelijk van de CO2 geproduceerd door gist, en gist van ammonium geproduceerd door de alg. Deze simpele manipulatie van de omgeving leidde tot een nauwe verbondenheid van beide organismen, ook zichtbaar in morfologische veranderingen in de celwand van beide organismen.  Dit is de eerste keer dat er experimenteel een symbiose gecreëerd wordt waarbij alleen door het veranderen van de omgeving individuen van twee soorten gaan samenwerken. Deze studie zal richting geven aan het begrijpen van het ontstaan van andere symbioses.

Gastheer en symbiont

Als maar een van de twee soorten afhankelijk is van de symbiose en de andere niet, schrijven Aanen en Bisseling, ontstaat alleen symbiose als de snelst groeiende soort afhankelijk is, anders zal deze soort de andere wegconcurreren. Dit is anders wanneer een van beide partners de ander kan controleren. Dat zie je in veel symbioses waarbij één partner als ‘gastheer’ fungeert en de andere als ‘symbiont’. Een voorbeeld hiervan zijn stikstof-fixerende planten waar prof. Ton Bisseling uitvoerig onderzoek aan doet. Deze planten huisvesten snel-delende stikstof-fixerende bacteriën in afgesloten compartimenten, de wortelknolletjes (rhizobia).

Aangezien de interactie tussen planten en rhizobia, aldus de Wageningse onderzoekers, in werking wordt gezet door zeer specifieke signaalmoleculen, zgn. Nod-factoren, die alleen in een kleine groep planten tot knolvorming leiden, is het aannemelijk dat deze symbiose is ontstaan via een proces van geleidelijke aanpassing. Aanen en Bisseling beschrijven in hun bijdrage in Science een nieuwe hypothese waarin de stikstof-fixerende bacteriën aanvankelijk tussen de cellen van plantenwortels leefden, zonder voor- of nadeel aan de plant te bieden. Pas later ‘ontdekte’ de plant de bacteriën als bron van stikstof, gevolgd door coëvolutie die uiteindelijk tot een symbiose heeft geleid.

Ecological fitting

Nu is aangetoond dat symbioses zeer snel kunnen ontstaan via een proces van ‘ecological fitting’, is de volgende vraag, zeggen de Wageningers in Science  hoe vaak dit is gebeurd in de evolutie, ten opzichte van de geleidelijke weg van coëvolutie. Onderzoek aan modelsystemen van symbiose, waarbij er variatie is in de ouderdom van een symbiose, zal antwoord moeten bieden op deze vraag, stellen zij.