Αμοιβαιότητα (Βιολογία): Ορισμός, Τύποι, Γεγονότα & Παραδείγματα

Τα οικοσυστήματα στον φυσικό κόσμο αποτελούνται από ζωντανούς οργανισμούς που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με διάφορους τρόπους. Ο όρος αμοιβαιότητα αναφέρεται σε έναν τύπο σχέσης που αμοιβαία οφέλη δύο είδη που μοιράζονται ένα περιβάλλον.

Τα ζωντανά πλάσματα έχουν προσαρμόσει ενδιαφέροντες και ασυνήθιστους τρόπους αλληλοβοήθειας, αν και τα κίνητρά τους είναι αυτοεξυπηρετούμενα.

Συμβίωση στη βιολογία αναφέρεται σε στενή σχέση μεταξύ διαφορετικών ειδών που εξελίχθηκαν μαζί. Μια μονόπλευρη σχέση που βοηθά ένα είδος χωρίς να επηρεάζει το άλλο ονομάζεται κοινοπραξία.

Μια μονόπλευρη σχέση που ωφελεί το ένα είδος σε βάρος του άλλου ονομάζεται παρασιτισμός. Μια χρήσιμη αμφίδρομη σχέση αναφέρεται ως αμοιβαιότητα.

Η αμοιβαιότητα στη βιολογία αναφέρεται σε αλληλεπιδράσεις συμβιωτικών ειδών που είναι αμοιβαία επωφελείς, ή ακόμη και απαραίτητες, για την επιβίωση. Μια αμοιβαία σχέση σχηματίζεται όταν δύο διαφορετικά είδη ωφελούνται το καθένα από τη στενή συνεργασία.

Ωστόσο, η σχέση μπορεί να είναι λίγο περίπλοκη. Για παράδειγμα, ένα είδος μπορεί να αποκομίσει μεγαλύτερο όφελος και η αλληλεπίδραση μπορεί να συνορεύει με τον παρασιτισμό.

Ο αμοιβαισμός είναι κοινός σε όλα τα οικοσυστήματα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου σώματος. Για παράδειγμα, Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ εκτιμά ότι τρισεκατομμύρια βακτήρια που ονομάζονται μικροβιότα του εντέρου ζουν στο έντερο του ανθρώπου και βοηθούν στην πέψη και τη γενική υγεία. Όταν μια αμοιβαία επωφελής σχέση είναι στενή και μακροχρόνια, είναι ένα παράδειγμα αμοιβαία συμβίωση.

Δεν είναι όλες οι συμβιωτικές σχέσεις αμοιβαίες.

Η αμοιβαία συμβίωση προέκυψε μέσω της εξέλιξης. Η αμοιβαιότητα μεταξύ των ειδών συνεργατών βελτιώνει την καλή φυσική κατάσταση στο περιβάλλον και ενισχύει την αναπαραγωγική επιτυχία. Οι οργανισμοί διαφορετικών ειδών που έχουν προσαρμοστεί για να προσαρμόζονται στη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά του άλλου ονομάζονται συμβιβασμοί. Ορισμένα είδη έχουν γίνει τόσο αλληλεξαρτώμενα που δεν μπορούν να επιβιώσουν χωρίς το άλλο.

Όταν η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή ή η διαβίωση των ζωντανών οργανισμών είναι συνυφασμένη, η σχέση αντιπροσωπεύει υποχρεώστε τον αμοιβαισμό. Για παράδειγμα, ορισμένοι τύποι φυτών Yucca και ειδών σκώρων εξαρτώνται ο ένας από τον άλλο για να ολοκληρώσουν τον κύκλο αναπαραγωγικής ζωής τους. Όταν μια τακτική αλληλεπίδραση ωφελεί τους οργανισμούς αλλά δεν είναι απαραίτητη για την επιβίωση, δηλαδή προφορική αμοιβαιότητα.

Υπάρχουν αμέτρητα παραδείγματα αμοιβαισμού στη Γη. Οι αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις μπορούν να αναπτυχθούν μεταξύ δύο ζώων, δύο φυτών, ζώων και φυτών, και βακτηρίων και φυτών, για παράδειγμα.

Οι ειδικές αλληλεπιδράσεις συμβάλλουν στη διατήρηση σταθερών πληθυσμών και το αντίστροφο. Η απώλεια ενός είδους μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια άλλων λόγω της αλληλεξαρτώμενης φύσης του ιστού των τροφίμων.

ο βόδι είναι ένα μικρό πουλί που έχει ισχυρά δάχτυλα για να πιάσει τα παλτά των ζώων και ένα πολύχρωμο ράμφος τέλειο σχήμα για την αποκόλληση των παρασίτων. Αν και οι ελέφαντες δεν θέλουν να κάνουν τίποτα με το πουλί, ο βοοειδής έχει μια μακροχρόνια αμοιβαία σχέση με ζέβρες, καμηλοπάρδαλες και ρινόκερους στη Νότια Αφρική. Τα πουλιά ψάχνουν πάντα για ψείρες, κρότωνες και ψύλλους που απορροφούν το αίμα που πηδούν στο δέρμα του ζώου.

Μαζί με την εξάλειψη των παρασίτων, οι βοοειδή καθαρίζουν τις πληγές. Μερικοί επιστήμονες αμφισβήτησαν εάν τέτοιες συμπεριφορές είναι αμοιβαίες ή παρασιτικές επειδή το ραμφισμό στην πληγή καθυστερεί την επούλωση. Ωστόσο, η τροφοδοσία με σφάλματα, γράσο και κερί αυτιού είναι μια χρήσιμη υπηρεσία περιποίησης.

Έτσι, ο βοοειδής και ορισμένα οπλικά είδη γενικά θεωρούνται αμοιβαίοι. Περαιτέρω, οι βοοειδείς ηχεί τον συναγερμό με έναν ήχο φωνής όταν ένας αρπακτικός κρύβεται στο γρασίδι, δίνοντας στα πουλιά και στο θηρίο περισσότερο χρόνο να φύγουν.

Τα ανθοφόρα φυτά χρειάζονται ένα επικονιαστής φυτών όπως οι νέκταρ μέλισσες για αναπαραγωγική επιτυχία κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Ορισμένα φυτά και δέντρα χρειάζονται ακόμη και ένα ειδικά για είδη έντομο για γονιμοποίηση.

Για παράδειγμα, η συκιά και η μικρή Σφήκες Agaonidae συνυπάρχουν ειρηνικά και κερδίσουν από την αλληλεπίδρασή τους. Οι συκιές και τα αμοιβαία είδη σφήκες τους αποτελούν υπέροχα παραδείγματα αμοιβαιότητας και συν-εξέλιξης.

Τα σύκα είναι τροποποιημένα στελέχη με πολλά λουλούδια στο εσωτερικό που ωριμάζουν σε σπόρους εάν γονιμοποιηθούν. Τα λουλούδια σύκων εκπέμπουν μυρωδιά που προσελκύει μια γονιμοποιημένη θηλυκή σφήκα που θα φέρει γύρη και θα γεννήσει αυγά στο λουλούδι σύκων πριν πεθάνει. Μερικοί σπόροι ωριμάζουν και άλλοι παρέχουν τροφή για την καλλιέργεια σφήκας. Οι φτερωτές αρσενικές σφήκες ζευγαρώνουν και πεθαίνουν, και τα φτερωτά θηλυκά φεύγουν αναζητώντας ένα νέο σύκο.

Οσπρια, όπως η σόγια, οι φακές και τα μπιζέλια, προσφέρουν μια εξαιρετική πηγή πρωτεΐνης στη διατροφή. Επομένως, τα όσπρια χρειάζονται τη βέλτιστη ποσότητα αζώτου για τη σύνθεση αμινοξέων και τη δημιουργία πρωτεϊνών.

Τα όσπρια έχουν αμοιβαία σχέση με τα βακτήρια. Τα όσπρια και ορισμένα βακτήρια ανταποκρίνονται στις ανάγκες του άλλου χωρίς να προκαλούν βλάβη, σε αντίθεση με τα παθογόνα βακτήρια.

Βακτήρια Rhizobium στο έδαφος σχηματίζουν ογκώδη οζίδια στις ρίζες των φυτών και «στερεώνουν» άζωτο μετατρέποντας το Ν₂ στον αέρα προς την αμμωνία, ή NH₃. Η αμμωνία είναι μια μορφή αζώτου που τα φυτά μπορούν να χρησιμοποιήσουν ως θρεπτικά συστατικά. Με τη σειρά τους, τα φυτά παρέχουν υδατάνθρακες και ένα σπίτι για βακτηρίδια στερέωσης αζώτου.

Η εξάρτηση από βακτήρια κατά την καλλιέργεια καλλιεργειών όπως η σόγια μειώνει τη χρήση χημικών λιπασμάτων που μπορούν να εισχωρήσουν στις πλωτές οδούς και να προκαλέσουν τοξικές φυκιές.

Πολλά οικολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι τα πουλιά και τα ζώα παίζουν ρόλο στη διασπορά των σπόρων. Τώρα οι επιστήμονες ρίχνουν μια πιο προσεκτική ματιά στις αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις φυτών και ερπετών, ειδικά στα νησιωτικά οικοσυστήματα. Οι σαύρες που τρώνε τα φρούτα, οι μύγες και τα γκέκο παίζουν βασικό ρόλο στη βιοποικιλότητα και τη βιωσιμότητα των φυτών.

Επειδή τα φυτά δεν μπορούν να κινηθούν, εξαρτώνται από εξωτερικά μέσα διασποράς σπόρων. Μερικά είδη σαυρών φαράγγι με πολτό φρούτα, μαζί με αρθρόποδα, και εκκρίνουν άπεπτους σπόρους σε άλλη τοποθεσία. Η διασπορά σπόρων μειώνει τον ανταγωνισμό με το μητρικό φυτό για θρεπτικά συστατικά και διευκολύνει ανταλλαγή γονιδίων εντός του φυτικού πληθυσμού.

Οι θαλάσσιες ανεμώνες είναι ένα αρχαίο είδος που έχει χαρακτηριστικά φυτού και ζώου. Όταν ανυποψίαστα μικρά ψάρια κολυμπούν, η θαλάσσια ανεμώνη χρησιμοποιεί τα θανατηφόρα πλοκάμια της για να παραλύσει το θήραμά της.

Παραδόξως, το πορτοκαλί και το λευκό ΨΑΡΙ κλοουν κάνει το σπίτι του μέσα στη θάλασσα ανεμώνη. Το Clownfish έχει προσαρμόσει μια παχιά επίστρωση βλέννας που προσφέρει προστασία από το θανατηφόρο τσίμπημα της ανεμώνης.

Τα έντονα χρωματισμένα ψάρια κλόουν δελεάζουν άλλα ψάρια στους συμπλέκτες της ανεμώνης στη θάλασσα και στη συνέχεια επωφελούνται από τα υπολείμματα του γεύματος της ανεμώνης στη θάλασσα. Τα ψάρια κλόουν παρέχουν επίσης κυκλοφορία αέρα στην ανεμώνη της θάλασσας κολυμπώντας ανάμεσα στα πλοκάμια. Διατηρούν τη θαλάσσια ανεμώνη καθαρή και υγιή, απαλλάσσοντας την περίσσεια τροφής.

Αμερικανοί ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Binghamton, Κρατικό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης πρόσφατα μελέτησε τους μηχανισμούς για το πώς οι αμοιβαία επωφελείς σχέσεις μεταξύ μικρών οργανισμών βελτιώνουν τις πιθανότητες επιβίωσής τους.

Η μελέτη έδειξε ότι τα πλεονεκτήματα είναι μεγαλύτερα όταν οι μικροί οργανισμοί ζουν σε ένα οικοσύστημα που κυριαρχείται από μεγάλους οργανισμούς. Περαιτέρω όφελος μπορεί να αποκτηθεί από αμοιβαίες συνεργασίες μεταξύ τριών συμβιβασμών.

Για παράδειγμα, το δέντρο της ακακίας με το αγκάθι της Αφρικής παρέχει νέκταρ και βιότοπο για μυρμήγκια που δαγκώνουν ελέφαντες που τρελάνουν στο δέντρο. Κατά τα ξηρά ξόρκια, τα μυρμήγκια τρέφονται με μελιτώματα που εκκρίνονται από έντομα κλίμακας που ζουν από το χυμό δέντρου.

Μια αλλαγή σε ένα συμβιβασμό θα προκαλούσε αλυσιδωτή αντίδραση. Για παράδειγμα, εάν τα μυρμήγκια πέθαναν, οι ελέφαντες θα καταστρέψουν το δέντρο και το έντομο της κλίμακας θα χάσει τον βιότοπό του και την κύρια πηγή τροφής.

Οι διάφοροι τύποι και παραδείγματα αμοιβαιότητας δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Παραμένουν πολλά ερωτήματα σχετικά με τη συν-εξέλιξη και την επιμονή των διαφόρων τύπων αλληλεπιδραστικών αλληλεπιδράσεων.

Μεγάλο μέρος της εργασίας μέχρι σήμερα έχει επικεντρωθεί σε ευεργετικές σχέσεις φυτών και μικροβίων. Η μαθηματική μοντελοποίηση μπορεί να εμβαθύνει την κατανόηση της γενετικής και της φυσιολογίας των συν-εξελικτικών φαινομένων στον φυσικό κόσμο.

Η προγνωστική μοντελοποίηση εξετάζει επίσης πώς παράγοντες όπως η διαθεσιμότητα πόρων και η εγγύτητα μπορούν να επηρεάσουν τις συνεργατικές συμπεριφορές. Τα δεδομένα σε κυτταρικό, ατομικό επίπεδο, πληθυσμό και κοινότητα μπορούν να ενσωματωθούν με μαθηματικά μοντέλα για ολοκληρωμένη ανάλυση των αλληλεπιδράσεων του οικοσυστήματος. Τα μοντέλα μπορούν να δοκιμαστούν και να αναδιαμορφωθούν καθώς συσσωρεύονται δεδομένα.