Nutriția simbiontă

Unele viețuitoare obțin resurse mai eficient atunci când trăiesc în asociere strânsă cu alte viețuitoare. O astfel de relație se numește simbioză. În multe exemple de nutriție simbiontă, ambii parteneri au un avantaj, dar termenul „simbioză” nu garantează singur că beneficiile sunt egale sau că orice relație este mutualistă.

Un lichen este o asociere între o ciupercă și un partener care face fotosinteză, de obicei o algă verde sau o cianobacterie. Partenerul fotosintetic produce substanțe organice, iar ciuperca contribuie la structura și la accesul la apă și minerale. O micoriză este asocierea dintre rădăcina unei plante și o ciupercă: planta oferă produși ai fotosintezei, iar ciuperca poate îmbunătăți accesul la apă și substanțe minerale.

La plantele leguminoase, unele bacterii trăiesc în noduli ai rădăcinii și transformă azotul din aer în compuși pe care planta îi poate folosi. Planta le oferă, la rândul ei, substanțe organice și un mediu potrivit. Nu orice plantă are astfel de noduli și nu orice bacterie din sol fixează azotul. Când analizezi o simbioză, desenează doi parteneri și două săgeți: ce primește fiecare? Răspunsul trebuie să arate substanțe sau servicii concrete, nu doar să spună că „se ajută”.

Simbioza este asocierea strânsă dintre două specii. În cele trei forme importante la plante și fungi, ambii parteneri câștigă (relație mutualistă).

Lichenul este alcătuit dintr-o ciupercă, de obicei ascomicetă, și o algă verde unicelulară (Trebouxia) sau o cianobacterie (Nostoc). Alga produce prin fotosinteză substanțe organice; ciuperca fixează lichenul de substrat, reține apa și furnizează săruri minerale. După formă, talusul este crustos (pe stânci), foliaceu (Parmelia, Xanthoria) sau fruticulos (Usnea, Cladonia). Lichenii sunt specii pionier pe stânci și indicatori ai poluării: în aerul cu mult dioxid de sulf ei dispar.

Micoriza este asocierea dintre rădăcină și o ciupercă. În ectomicoriză, hifele formează o manta în jurul rădăcinii, fără să intre în celule (fag, stejar, pin, molid; ciuperci ca hribul și trufa). În endomicoriză, hifele pătrund în celulele scoarței rădăcinii (ierburi, orhidee). Ciuperca absoarbe apă și fosfor din volumul de sol pe care rădăcina nu îl atinge; planta îi dă glucide.

Bacteriile fixatoare de azot din genul Rhizobium trăiesc în nodulii rădăcinilor de leguminoase (trifoi, lucernă, fasole, mazăre, soia). Nitrogenaza reduce azotul atmosferic: ${\mathrm{N}}_2+8{\mathrm{H}}^{+}+8e^{-}+16\mathrm{ATP}\to 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2+16\mathrm{ADP}+16{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}$. Enzima este inhibată de oxigen; leghemoglobina din noduli leagă oxigenul și dă secțiunii nodulului culoarea roz. Planta primește amoniac, încorporat în aminoacizi, și oferă glucide. Arinul este asociat cu Frankia, iar feriga acvatică Azolla cu cianobacteria Anabaena.

Exemplu rezolvat 1: azotul fixat. O fermă seamănă mazăre pe 5 ha. Se presupune că bacteriile din noduli fixează 60 kg azot pe hectar. Ce cantitate de azotat de amoniu ($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$, $M=80$ g/mol) ar înlocui acest azot?

1. Azot fixat: $5\cdot 60=300$ kg.
2. Azotatul de amoniu conține $28/80=35\%$ azot (2 atomi de N, $2\cdot 14=28$).
3. Masa necesară: $300/0,35\approx 857$ kg.
4. Concluzie: cultura de leguminoase reduce nevoia de îngrășământ azotat.

Exemplu rezolvat 2: recunoașterea simbiozei. Cum încadrezi următoarele observații?

1. O crustă gri-verzuie pe scoarța unui prun, uscată în secetă, care își revine după ploaie. La microscop se văd hife și celule verzi unicelulare: lichen.
2. Un hrib la baza unui fag; hifele înconjoară vârful rădăcinilor, fără să intre în celule: ectomicoriză.
3. Noduli de pe rădăcinile unei plante de mazăre, care au interiorul roz: nodulii sunt activi, fiindcă au leghemoglobină și fixează azot.

Simbiozele au importanță practică. În agricultură, rotația culturilor cu trifoi sau lucernă lasă în sol azot utilizabil de culturile următoare. Lichenul Cladonia rangiferina este hrană de iarnă pentru reni, iar din unii licheni (Roccella) se extrage turnesolul, indicator de pH. Micorizele ajută puieții de pin și de fag să se instaleze pe soluri sărace.

Greșeli frecvente

• Greșit: Un lichen este doar o ciupercă.
  Corect: Include cel puțin un partener fungic și unul fotosintetic.
• Greșit: Plantele leguminoase folosesc direct azotul molecular din aer fără ajutor.
  Corect: Bacteriile fixatoare îl transformă în compuși utilizabili.
• Greșit: Toate bacteriile fixatoare de azot trăiesc în simbioză cu plantele.
  Corect: Azotobacter și Clostridium pasteurianum fixează azot în sol, fără simbioză.

Înainte și după