정보

17.4A: 공생 - 생물학

17.4A: 공생 - 생물학


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

종 간의 상호 작용의 대부분은 음식, 즉 동일한 식량 공급을 위해 경쟁하고 먹기(포식) 및 먹히지 않기(포식 피하기)와 관련됩니다. 이러한 상호 작용은 종종 짧습니다. 그러나 두 종이 오랫동안 밀접하게 연관되어 사는 경우가 많습니다. 그러한 협회를 공생 ("동거"). 공생에서 적어도 한 쌍의 구성원은 관계에서 이익을 얻습니다. 다른 멤버가 부상을 입을 수 있습니다(기생), 상대적으로 영향을 받지 않음(공생주의) 또는 혜택을 받을 수도 있습니다(상호주의). (어떤 사람들은 공생이라는 용어를 이러한 상호 유익한 상호 작용에만 제한하지만 우리는 그렇지 않습니다.)

상호주의

공생 관계 각 종 혜택 상호주의적이다. 종속 영양 생물과 조류 사이의 상호주의에 대한 수백 가지 예가 있습니다.

  • 파라메시움 부르사리아 단세포 녹조류를 세포 내 액포로 삼키는 섬모입니다.
    • paramecium은 확실히 조류에 의해 합성된 식품의 혜택을 받습니다. 조류와는 별도로 배양할 수 있지만 추가 먹이를 주어야 합니다.
    • 조류는 아마도 숙주에 의해 생성된 이산화탄소와 충분한 빛이 있는 곳으로 이동시키는 숙주의 능력으로부터 이익을 얻을 것입니다.
  • 다른 많은 수생 종속 영양
    • 스펀지
    • 말미잘
    • 플라나리아
    • 조개
    또한 세포 안에 조류를 품습니다.

식물과 곰팡이 사이의 상호 관계는 매우 일반적입니다. 균류는 2차 뿌리의 피질 세포에 침입하여 삽니다. 협회는 균근. 곰팡이는 숙주 식물이 토양에서 무기 질소와 인을 흡수하도록 도와줍니다. 일부 균근 균류는 또한 기생 균류 및 박테리아의 침입으로부터 숙주를 보호하는 데 도움이 될 수 있는 항생제를 분비합니다. 많은 버섯은 균근 균류의 포자 형성체입니다. 트러플을 생산하는 곰팡이가 참나무 뿌리에 균근을 형성하기 때문에 트러플은 종종 참나무 숲에서 발견됩니다.

내공생

내공생은 상호주의 숙주와 그 몸이나 세포 안에 사는 유기체 사이의 관계.

완두콩 진딧물과 그 내공생체

완두콩 진딧물, 아키르토시폰 피숨, 기주식물의 즙을 빨아먹는 해충이다. 그러나 식물 수액에는 몇 가지 필수 아미노산이 결핍되어 있습니다. 그럼에도 불구하고 완두 진딧물은 감마 프로테오박테리움을 포함하는 체내 특수 세포 덕분에 번성합니다. 부흐네라 아피디콜라, 다른 곳에서는 살 수 없습니다. 이 절대 세포 내 그람 음성 박테리아의 게놈은 숙주가 필요로 하는 아미노산 합성을 완료하는 데 필요한 많은 효소를 암호화합니다. 그 대가로 진딧물의 게놈은 다음에 필요한 효소를 암호화합니다. 부흐네라 지질다당류 세포벽을 합성하기 위해 그람 음성 박테리아에 의한 감염을 격퇴할 수 있는 유전자를 잃었습니다.

공생 질소 고정

생물권의 전체 경제에서 공생의 가장 중요한 예 중 하나는 특정 질소 고정 박테리아와 콩과 식물 숙주 사이의 내공생 관계입니다. 많은 증거가 세포 내 공생 관계가 미토콘드리아 및 엽록체와 함께 진핵생물을 발생시켰다는 견해를 뒷받침합니다.

청소 공생

그림은 이집트 물떼새가 잇몸에 붙어 있는 거머리를 먹을 수 있도록 입을 벌리고 있는 나일강 악어를 보여줍니다. 청소 공생은 물고기에서 더 일반적입니다.

공생주의

공생은 "함께 식탁에"를 의미합니다. 그것은 한 유기체가 다른 유기체의 사용하지 않은 음식을 소비하는 공생 관계에 사용됩니다. 몇 가지 예:

  • 레모라와 상어. remora(경골어류)의 등지느러미는 빨판으로 변형되어 상어에 일시적으로 부착됩니다. 상어가 먹이를 줄 때 레모라는 스크랩을 줍습니다. 상어는 레모라를 잡아먹으려 하지 않습니다.
  • 따개비의 일부 종은 고래의 턱에서 공생으로만 발견됩니다. 그리고 그 따개비에서 공생으로만 발견되는 다른 종류의 따개비도 있습니다!
  • 우리의 대장에 살고 있는 많은 박테리아. 그들은 우리가 소화할 수 없는 음식을 먹고 해를 끼치지 않습니다. 그리고 일부는 우리를 돕습니다. 즉, 관계는 상호주의적입니다. 무균 조건에서 사육된 동물(예: 생쥐)은 여러 면에서 비정상적입니다.
    • 그들은 NKT 세포의 하위 집합의 수준이 높아졌습니다.
    • 감소된 수준의 조절 T 세포(Treg) - 두 가지 모두 동물에게 다음과 같은 경향이 있습니다.
    • 천식과 장의 염증
    따라서 이제 동물이 정상적으로 발달할 수 있도록 의도적으로 여러 종의 미생물을 감염시키는 것이 표준 관행입니다.

착생식물

착생식물은 더 튼튼한 식물에 자리 잡고 사는 식물입니다. 그들은 숙주로부터 어떤 영양도 섭취하지 않으며 단순히 햇빛에 더 잘 노출되는 혜택을 받습니다. 몇 가지 예에는 많은 난초와 많은 브로멜리아드(예: "스페인 이끼" 및 파인애플과의 다른 구성원)가 포함됩니다.

기생

기생충은 다른 유기체(숙주)의 조직에 서식하거나 조직에서 영양을 공급받고 일부 손상을 입히는 유기체입니다. 동물은 바이러스, 박테리아, 곰팡이, 원생동물, 편형동물(촌충 및 흡충), 선충류, 곤충(벼룩, 이) 및 거미류(응애)에 의해 기생합니다. 식물은 바이러스, 박테리아, 균류, 선충류 및 기타 몇 가지 식물에 의해 기생합니다. 기생충은 두 가지 주요 방법으로 숙주를 손상시킵니다.

  • 구충과 같은 조직 섭취
  • 예를 들어 독소를 방출하고
    • 파상풍균은 시냅스 전달을 방해하는 파상풍 독소를 분비합니다.
    • 디프테리아균은 리보솜에 의한 단백질 합성을 억제하는 독소를 분비합니다.

기생충과 숙주 사이의 관계는 짧은 기간 동안 숙주에 살다가 첫 번째를 죽이거나 죽이지 않고 다른 기생충으로 이동하는 "뺑소니" 기생충에서부터 만성 감염을 일으키는 기생충에 이르기까지 스펙트럼에 따라 다양합니다. 기생충과 숙주는 둘 다 생존을 보장하기 위해 진화해야 합니다. 기생충이 이동하기 전에 숙주를 죽이면 자신의 식사권을 파괴하기 때문입니다.

호주의 토끼

1859년에 유럽 토끼가 스포츠를 위해 호주에 도입되었습니다. 중요한 포식자가 없었기 때문에 폭발적으로 증식했습니다. 양(또 다른 수입종)의 사육은 토끼가 마초를 놓고 경쟁하면서 심한 고통을 겪었습니다. 이 사진(Dunston 제공 검은 별) 아이디어를 제공합니다. 일반적으로 물과 음식을 공급하는 모든 마초를 제거한 토끼는 웅덩이에서 물을 마셔야 했습니다.

1950년에는 점액종 바이러스 브라질에서 가져와 풀려났습니다. 뒤이은 전염병으로 수백만 마리의 토끼(아마도 인구의 99.5%)가 죽었습니다. 푸른 풀이 돌아오고 양 사육이 다시금 수익을 냈습니다. 그러나 토끼는 제거되지 않았습니다. 사실, 비록 작은 전염병이 여전히 발생하지만 토끼 개체수는 다소 회복되었습니다(1950년 이전 수준에는 미치지 못함). 무슨 일이에요? 세심한 계획 덕분에 우리는 알고 있습니다.

  • 오늘날 토끼는 이전 토끼보다 감염에 더 강합니다. 이것은 실험실에서 유지되고 있는 원래의 균주로 그들을 감염시켜 측정할 수 있습니다.
  • 동시에, 야생 토끼에서 순환하는 바이러스는 덜 독성이 되었습니다. 이것은 실험실 토끼가 현재 바이러스 변종에 감염되었을 때 사망률을 측정하여 측정할 수 있습니다.

그래프(Sir Macfarlane Burnet 및 D.O. White의 데이터 기반)는 바이러스가 도입된 후 처음 6년 동안 이러한 상호 진화적 적응을 보여줍니다.

기생충의 "퇴화"

숙주의 조건에 적응하는 과정에서 기생충은 종종 조상(및 자유생활을 하는 친척)에게 필수적인 구조와 기능을 잃습니다. 촌충은 눈도 없고 소화관도 없으며 신경계, 배설 및 근육계의 흔적만 있습니다. 이들을 퇴화라고 부를 수 있지만 이러한 손실은 효율성의 이득과 향상된 전문화를 나타냅니다. 어쨌든 이러한 구조가 인간의 장에서 무슨 소용이 있겠습니까? 반면에 촌충은 수백 개의 성문을 생산합니다. 즉, 촌충이 다른 숙주에 도달하는 자손을 남길 가능성을 높이는 난자 형성 기계입니다.

재생산에 대한 이러한 강조는 다음에서도 볼 수 있습니다.

  • 라플레시아, 말레이시아에서 발견되는 기생 속씨식물. 뿌리, 줄기 또는 잎이 없지만 숙주의 조직을 관통하는 관이 있습니다. 그러나 그것은 거대한 꽃(직경 3피트 또는 1미터)을 가지고 있습니다.
  • 사쿨리나, 게에 기생하는 따개비. 성체는 생식 기관이 들어 있는 주머니(따라서 이름이 붙음)에 불과합니다. 애벌레가 발견되기 전까지는 Sacculina가 갑각류라는 사실조차 알 수 없었습니다.

Mycobacterium leprae: pseudogenes

엠. 레프레 나병(한센병)을 일으킵니다. 그것은 세포 내 기생충으로 Schwann 세포에 거주하며 적절한 시기에 자가면역 공격을 일으켜 파괴를 유발합니다. 감각 상실로 인해 사지 부상을 피하기가 어렵습니다. 엠. 레프레 마이코박테리움과 가까운 친척이다. M. 결핵, 결핵의 원인.

미디엄. 나병환자 감염은 앨라배마에서 텍사스까지 이어지는 남부 주에 사는 야생 아르마딜로에서도 자연적으로 발생합니다. 그 지역의 39명의 나병 환자를 대상으로 한 조사에서 25명이 지역 아르마딜로에서 발견되는 동일한 변종에 감염된 것으로 나타났습니다. 1873년에 인간 질병의 원인으로 확인된 최초의 세균이었지만, 어떤 세균학자도 시험관 내 배양에 성공한 적이 없습니다. 그러나 그것은 9줄무늬 아르마딜로에서 (천천히) 전파될 수 있으며, 이것은 전체 게놈을 시퀀싱하기에 충분한 물질을 제공했습니다.

그 시퀀스는 2001년 2월 22일호에 게재되었습니다. 자연 (콜, S. T. et al.) — 다음과 비교할 때 M. 결핵 — 유전자 수준에서 퇴화의 생생한 데모를 제공합니다. 그것의 게놈은 그것의 게놈보다 약 25% 작음에도 불구하고 M. 결핵, 그것은 사촌의 유전자의 40%만 가지고 있습니다. 누락된 유전자 중 상당수는 여전히 감지할 수 있지만 이제는 가유전자 — 단백질 제품에서 더 이상 발현할 수 없도록 돌연변이된 유전자.

M. 결핵엠. 레프레
게놈 크기(bp)4,411,5323,268,203
단백질 코딩 유전자3,9591,604
구연산 합성 효소 유전자(구연산 회로용)31
피루브산 탈수소효소 유전자(구연산 회로용)62
젖산 탈수소효소 유전자(세포 호흡)21
phosphofructokinase 유전자(해당)1

엠. 레프레 예외는 아닙니다. 현재 시퀀싱된 많은 박테리아 게놈은 절대 세포 내 기생충인 박테리아가 배양 배지에서 살 수 있는 박테리아보다 훨씬 적은 단백질을 발현한다는 것을 보여줍니다.

기생충의 예에 대한 링크 모음

  • 바이러스
    • AIDS의 원인인 HIV-1을 포함한 레트로바이러스
    • 인플루엔자
    • 다른 사람들의 구색
  • 박테리아, 에이전트
    • 파상풍, 보툴리누스 중독 및 탄저병
    • 장티푸스, 콜레라 및 전염병
    • 포도상 구균 및 연쇄상 구균 감염
    • 임질
    • 결핵, 나병 및 디프테리아
    • 매독과 라임병
    • 발진티푸스 및 로키산반점열
  • 원생주의자
    • 변형체(말라리아 병원체)
    • 트리파노솜
  • 무척추 동물
    • 촌충
    • 흡혈귀
  • 게임 기생충 플레이 (숙주와 기생충 사이의 흥미로운 상호 작용).

공생의 진화

기생 관계로 시작하는 것이 시간이 지남에 따라 두 유기체가 숙주에 대한 피해를 최소화하기 위해 진화함에 따라 상호 공생 관계로 진화할 수 있다는 것이 그럴듯해 보입니다.

그리고 이것에 대한 몇 가지 증거가 있습니다. 1966년에 전경은 세균에 감염된 아메바 배양물을 발견했습니다(세포당 60,000~150,000개). 감염은 성장 속도를 늦추고 훨씬 더 취약하게 만들었습니다. 그러나 5년이 지난 후에도 아메바는 여전히 감염되었지만 지금은 어떠한 부작용도 볼 수 없습니다. 우리 질문에 대해 가장 흥미로운 점은 아메바 또는 적어도 그들의 핵이 박테리아에 의존하게 되었다는 것입니다.

  • 감염된 아메바에서 핵을 제거하고 감염되지 않은 아메바의 핵으로 교체했을 때 조합이 잘 작동했습니다.
  • 그러나 감염되지 않은 세포의 핵이 감염된 세포의 핵으로 대체되었을 때, 그 조합은 대개 생존에 실패했습니다.

분명히 5년 후에 핵은 박테리아 기능(박테리아에 의해 생성되지만 더 이상 숙주에 의해 생성되지 않는 효소)에 의존하게 되었습니다. 기생으로 시작된 것이 상리공생으로 진화했습니다(박테리아는 숙주 밖에서 자랄 수 없음). 그러나 항상 그렇게 작동하지는 않습니다. 상호주의적 관계가 공생적이거나 기생적인 관계로 발전한 것처럼 보이는 다른 예가 있습니다. 일부 기생 균류는 이끼류의 상호 협력 관계에 살고 있는 조상으로부터 진화한 것으로 보입니다.

대장에 사는 박테리아 중 일부는 우리에게 비타민 K를 공급하여 공생에서 상생으로 진화합니다.

상호 유익한 공생 관계는 또한 "퇴화"로 이어질 수 있습니다. 일부 해양 환형동물 벌레는 친척의 소화관을 완전히 상실했습니다(일반 지렁이처럼). 한 종은 외피 아래에 살고 있는 적어도 5종의 박테리아로부터 영양을 얻습니다. 그 중 가장 풍부한 것은 화학독립영양생물 (그러나 이들 박테리아는 베타-프로테오박테리아가 아니라 감마- 및 델타-프로테오박테리아임) 무기 물질(H22) 벌레가 사는 퇴적물에서.

공생 관계의 성격도 상황이 변화함에 따라 변할 수 있습니다. 우리 대부분에게 무해하게 살고 있는 일부 곰팡이, 박테리아 및 원생동물은 다음을 유발할 수 있습니다. 기회 감염 — 그것은 기생충이 됩니다 — 면역 결핍 환자(예: AIDS 환자)에서.


산호 공생의 세포 생물학: 기초 연구는 산호초 위기에 대한 해결책을 알려줄 수 있습니다

인류가 지구 온도 상승을 막을 수 없다면 산호초는 지구 온난화로 인해 세기말까지 거의 완전한 파괴에 직면해 있습니다. 이제 산호초를 구하기 위한 다양한 솔루션을 개발하기 위한 경쟁이 벌어지고 있습니다. 이러한 관점에서 산호초-편모체 공생의 세포생물학을 이해하여 산호초 보호 솔루션 개발에 도움이 되는 사례를 제시합니다. 말미잘 Exaiptasia pallida를 포함한 산호 공생 연구를 위한 실험실 모델 시스템은 산호를 구하기 위한 싸움에서 귀중한 도구로 등장합니다. 숙주 선천성 면역의 역할과 파트너 간 영양 역학의 발병, 지속적인 유지 및 공생 조절 장애에 대해 검토하고 논의합니다. 글리칸-렉틴 상호작용, 스핑고신 가변저항 및 사이토카인 변형 성장 인자 베타와 같은 주요 타고난 면역 유전자 및 경로는 공생 상태에서 숙주 면역 반응을 조절하는 것으로 나타났습니다. 열 스트레스와 높은 외인성 영양소 가용성 동안 항상성 무기 영양소 균형의 혼란은 조절 장애 및 산호 표백을 향한 파트너십을 주도한 것으로 알려져 있습니다. 파트너 전환 및 순응 프로토콜의 가치에 대한 명확한 한계를 보여주는 연구를 포함하여 공생의 세포 생물학에 대한 지식이 솔루션 개발을 알리는 특정 예가 제공됩니다. 마지막으로, 솔루션에 대한 긴급한 요구를 충족시키기 위해 지식의 급속한 발전에 중점을 둡니다. 여기에는 성공과 실패에 대해 동료들과의 실시간 공개 커뮤니케이션, 자원 및 정보 공유, 산호초를 구하기 위한 공동 사명의 정신으로 협력하는 것이 포함됩니다.

통합 및 비교 생물학 2019년을 대신하여 Oxford University Press에서 발행함.


SYMBIOSIS — 생물학 뉴스레터 가을 2020

UF는 최근 인공 지능(AI) 연구 및 교육 분야의 리더가 되기 위한 캠페인을 시작했습니다. 생물학과에서 이미 진행 중인 AI 프로젝트에 대해 알아보세요.

AI와 스트레스 행동

생물학 연구자들은 인공 지능을 사용하여 스트레스 유발 행동을 이해하고 있습니다. 여기에 표시된 것은 zebrafish 모델 유기체입니다. 사진 제공: Matt McHenry.

스트레스 때문에 때때로 침대에 기어 들어가 이불 아래로 숨고 싶습니까? 당신은 혼자가 아닙니다. 많은 동물 종에서 스트레스는 피난처 찾기를 증가시키고 탐색 행동을 감소시킵니다. James Strother 박사와 그의 학생들은 모델 유기체로 제브라피쉬 유충을 사용하여 이러한 효과를 담당하는 신경 회로를 조사합니다.

AI 기반 신경 활동 매핑은 제브라피쉬 유충의 후뇌에서 스트레스 자극을 인코딩하는 뉴런을 강조 표시합니다. 이미지 크레디트: 제임스 스트로더

팀은 활성화될 때 뉴런이 형광을 발하는 유전자 변형 제브라피쉬를 사육합니다(사진). 이를 통해 연구자들은 다광자 현미경을 사용하여 뇌 전체에 걸쳐 수만 개의 개별 뉴런의 활동을 기록할 수 있습니다. AI 기반 기계 학습 방법은 이 방대하고 복잡한 이미징 데이터 세트를 분석하는 데 핵심입니다. AI 알고리즘은 또한 스트레스 관련 행동을 중재하는 데 중심 역할을 하는 것으로 보이는 후뇌 내의 작은 영역을 식별하는 데 사용되었습니다.

머신 러닝과 열대 나무

파나마의 열대 우림 캐노피의 항공 이미지. 사진 제공: Stephanie Bohlman 및 Rich Grotefendt.

생물학 박사 과정 학생인 John Park는 기계 학습을 사용하여 파나마 열대림 나무의 잎 생성 및 탈락 시기에 대한 잎 현상학을 연구했습니다. 무인 항공기(UAV 또는 '드론')에서 1~2주마다 획득한 캐노피 이미지의 시계열을 현장 관찰, 인간 이미지 해석 및 머신 러닝 알고리즘과 결합하여 John은 더 많은 개별 나무의 현상을 모니터링하는 데 성공했습니다. 이전에 가능했던 것보다 종. John의 분석은 이전에 문서화되지 않은 열대 나무 종 내부와 종 사이의 잎 현상학적 변이를 보여주었습니다.

식물 표본 수집품의 디지털화

플로리다 대학 식물 표본관에서 디지털화된 Acer palmatum(일본단풍나무) 표본.

식물 표본 상자 컬렉션에는 식물 특성에 대한 대부분 미개척 정보가 많이 있습니다. 기후 변화가 현상학에 미치는 영향과 같은 문제를 연구하기 위해 과학 커뮤니티에서 이러한 컬렉션을 보다 쉽게 ​​액세스할 수 있도록 하려면 표본을 디지털화해야 합니다.

AI 알고리즘은 이러한 디지털 기록에서 정보를 해석하고 추출하기 위해 개발되고 있지만 중요한 병목 현상은 알고리즘 교육을 위해 정확하게 주석이 달린 데이터 세트의 가용성입니다. 한 가지 접근 방식은 크라우드 소싱입니다. 자원 봉사 시민 과학자의 도움을 받는 것입니다. 물론 이러한 자원 봉사자를 교육하는 것도 중요하며 COVID-19 전염병 동안 그렇게 하는 것은 특히 어렵습니다.

논문 연구의 일환으로 생물학 박사 과정 학생인 Laura Brenskelle은 직접 훈련을 받은 자원자와 온라인에서 훈련을 받은 자원자가 생성한 데이터 세트의 정확도를 비교했습니다. 두 그룹의 지원자는 식물 표본 상자에 꽃, 펼쳐진 잎 및 과일이 포함되어 있는지 여부를 동일하게 식별하는 데 능숙했습니다. 이는 온라인 자원 봉사자가 AI 기반 분석을 위한 고품질 데이터 세트를 생성하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 보여줍니다.

국제적 다양성

“뛰어난 정신과 아이디어는 지구 곳곳에서 발견되며, 최고의 과학은 이 모든 것에서 배우고, 구축하고, 포함합니다.” Marta Wayne, 교수 겸 의장

우리는 그들의 관점을 공유하기 위해 생물학부의 국제 학자들을 소개합니다.

쉐타 차제드, 대학원생, 인도
“다양한 국제 경험이 저를 더 자신감 있는 사람으로 만들었습니다. 이번 노출로 인해 인도에서 미국으로 오게 될 정도로 개인으로 성장했다”고 말했다.

샤민드리 텐나쿤, 대학원생, 스리랑카
“저는 항상 생물학과에서 환영받는다고 느꼈습니다. 저는 광범위한 현장 경험을 쌓고, 연구를 개발 및 발표하고, 공동 작업자와 협력하고, 많은 전문 개발 활동에 참여하고, 봉사 프로그램 및 멘토링 활동에 참여할 기회를 가졌습니다.”

박사. 안드레아 곤잘레스 곤잘레스, 박사후 연구원, 멕시코
“UF에서 저는 학부생들을 멘토링할 수 있는 특권을 가지고 있습니다. 그들은 모두 다른 배경을 가진 미국 시민입니다. 저는 그들이 멕시코와 여기 미국에서의 저의 학업 여정에 대해 배움으로써 유익을 얻었다고 생각합니다.”

박사. 마야 사르, 박사후 연구원, 이스라엘
“저는 분자 생물학을 깊이 배우고 미래 경력을 위한 새로운 도구를 얻기 위해 UF Biology에 왔습니다. 여러 관점에서 현상을 연구하는 것은 특히 해충 개미 관리와 같은 복잡한 문제를 해결할 때 중요합니다.”

박사. 데이비드 더피, 조교수, 아일랜드
“나의 국제적 경험은 다른 UF 교수진과의 긴밀한 협력뿐만 아니라 전 세계의 바다거북, 야생 동물 및 정밀 종양학 연구자 네트워크와의 긴밀한 협력을 촉진합니다. 이는 대규모 국경을 초월한 연구 프로젝트를 촉진하여 범위와 관련성을 향상시킵니다.”

박사. 화옌, 조교수, 중국
얀 박사는 UF로의 이적을 회상하며 “생물학과의 지적인 연구 폭이 매우 인상적이었습니다. 진사회성 곤충을 연구하고 협력 관계를 구축하기에 이상적인 학문적 환경이 될 것이라고 생각했습니다.”

이번 SYMBIOSIS 판은 원래 UF College of Liberal Arts and Sciences에 게재되었습니다.


공생: 이름에 무엇이 들어 있습니까?

자연계에서 어떤 종도 섬이 아닙니다. 모든 생물은 다른 종과의 상호 의존성의 그물망에 얽혀 있습니다. 가장 넓은 의미에서 모든 생물은 다른 종의 신진대사에 의존하여 필요한 영양소를 사용할 수 있는 형태로 전달합니다. 세계의 거대한 숲, 산호초, 조류층의 광합성이 없다면 숨을 쉴 산소도 없고 나머지 우리에게 연료를 공급할 탄수화물과 기름도 없을 것입니다. 토양과 바다에 사체를 분해하는 곰팡이와 박테리아가 없으면 광합성에 사용할 수 있는 이산화탄소가 없을 것입니다(모두 죽은 나무에 가두어 둠). 모든 유기체는 음식(탄수화물이든 이산화탄소이든)에 의존하며 그 음식은 주기의 반대쪽 끝에 있는 다른 종에 의해 생산됩니다. 그리고 그것은 탄소 순환일 뿐입니다. 우리가 지구상의 생명체라고 부르는 엄청난 양분 순환을 가능하게 하는 많은 영양 순환 중 하나입니다.

이러한 광범위한 의존 외에도 모든 종은 환경에서 다른 종과의 구체적이고 직접적인 상호 작용에 의존하고 있습니다. 장에 있는 공생 박테리아는 음식을 규칙적으로 전달하는 데 의존하고, 당신은 그 음식을 분해하는 박테리아에 의존합니다. 소는 그들이 먹는 풀 없이는 생존할 수 없으며 공생 쇠고기 촌충은 그들이 기생하는 소 없이는 지속되지 않을 것입니다(그러나 소는 촌충 없이는 할 수 있음). 생물학자들은 두 종에 대한 “피트니스 효과”(생식 능력에 대한 영향)를 기반으로 이러한 직접적인 생물학적 상호작용을 분류했습니다.

“Symbiosis:” 미끄러운 용어

위의 표에 “공생”이라는 용어가 포함되지 않았음을 알 수 있습니다. 공생이 특정 피트니스 효과 세트를 설명하지 않기 때문입니다. '공생'이라는 용어는 일반 어휘에 들어가 두 종에 긍정적인 영향을 미치는 상호 작용을 의미하는 데 사용되며 생물학자들은 이러한 종류의 상호 작용을 '상생'이라고 부릅니다. 생물학적 용어로 말하자면, “공생”은 단지 긴밀한 관계 속에서 함께 사는 것을 의미합니다. 그 정의가 모호하게 들린다면, 그것은 그렇습니다. 용어의 불투명성은 공생을 연구하는 생물학자들 사이에서 많은 골치거리를 야기했습니다. “공생”이라는 단어는 원래 식물학자, 미생물학자, 외과의사, 균류학자인 Heinrich Anton de Bary(1831-1888)에 의해 만들어졌습니다. 원래 정의는 독일어로 그의 책 “Die Erscheinung der Symbiose”에서 다음과 같이 주어졌습니다.

“Die Erscheinung des Zusammenlebens ungleichnamiger Organismen” – Heinrich Anton de Bary

하인리히 안톤 드 바리. 출처: 위키미디어

이것은 일반적으로 “다른 유기체의 동거” 또는 그런 의미로 번역됩니다. 저명한 식물학자 Peter Raven은 교과서에서 이를 “둘 이상의 서로 다른 유기체의 긴밀한 연합으로 동거'로 번역했습니다. 식물 생물학, 그리고 공생은 기생과 상리를 포함한다고 언급했습니다. 다른 많은 정의에는 한 파트너가 혜택을 받고 다른 파트너는 영향을 받지 않는 공생 및 상호 작용이 포함됩니다. 더 나아가 그 관계는 “친밀”(또한 정의되지 않음) 또는 “일정해야 한다는 생각이 포함됩니다. 기술적으로, 촌충은 기생하는 소와 공생 관계를 형성하며 – 단지 상호 공생 관계가 아닙니다!

마굴리스 테이크

Lynn Margulis는 공생의 진화 연구의 선구자였습니다. 그녀는 우리 세포의 미토콘드리아가 수십억 년 전에 우리 세포에 삼켜지고 노예가 된 한때 자유 생활 박테리아였다는 것을 보여준 최초의 현대 과학자였습니다. 그녀는 또한 하나의 생태적 및 진화적 단위로 기능하는 공생적 상호주의자들의 일관된 공동체를 지칭하기 위해 “holobiont”이라는 용어를 만들었습니다.

린 마굴리스. 출처: 위키미디어

Margulis’ 책 “Acquiring Genomes”(그녀와 Carl Sagan’의 아들 Dorion Sagan과 공동 저술)에서 나는 그녀가 de Bary’의 정의를 “함께 살기 다른 이름 유기체.” 이 정의는 그녀의 “홀로비온” 주장 – 유기체가 “다르게 명명되지만” 반드시 분리되는 것은 아닙니다. Margulis는 그 용어가 웅글라이크나미거 콜린스 독일어 사전에 따르면 “다른 이름”로 번역됩니다.

양극화 논쟁

호기심이 생겨 현재 박사 과정에 있는 좋은 친구 Bryan Klausmeyer에게 물었습니다. 이 번거로운 오래된 정의를 번역하기 위해 Johns Hopkins의 독일 문학 프로그램. 그의 견해: “동거에서 (극지) 반대 유기체의 출현” “이름이 다른” 또는 “비슷한 것이 아니라” Bryan은 이 용어가 웅글라이크나미거 “은 수학에서도 사용되며 극성 전하에 대한 전기의 영향을 설명하는 기술 용어입니다.”

이 양극성 해석이 de Bary’의 원래 의도를 포착했는지 여부에 상관없이, 나는 Bryan’의 번역이 de Bary가 원래 언급한 지의류를 포함하여 많은 상호 공생적 공생 관계의 실제 성격에 대해 깊은 통찰력을 가지고 있음을 발견했습니다. 파트너가 매우 다르기 때문에 종종(항상 그런 것은 아니지만) 상호주의가 잘 작동합니다. 상호 공생은 일반적으로 각 파트너가 다른 파트너가 절대 제공할 수 없는 서비스를 테이블에 가져오기 때문에 성공적입니다.

히비스커스 꽃과 수분하는 꿀벌 사이의 상호작용을 생각해 보십시오. 각 종은 수백만 년 진화의 통합 산물입니다. 땅벌의 감각과 비행은 생존을 위한 일관된 전략을 구성하는 데 도움이 되며, 히비스커스의 광합성 능력과 정교한 꽃도 마찬가지입니다. 꿀벌은 광합성을 하고 스스로 에너지, 꽃가루, 꿀을 생산하도록 진화할 수 없습니다. 마찬가지로 히비스커스 꽃은 꽃가루를 다른 꽃에 전달하는 데 필요한 날개와 감각 기관을 진화시키지 않습니다. 식물이라는 생리적 제약으로 인해 불가능하므로 히비스커스는 그 서비스를 위해 벌과 다른 곤충에 의존합니다.

이 서비스는 두 종의 파트너가 아닌 한 상호 액세스할 수 없습니다. 히비스커스와 벌은 어떤 의미에서는 ~이다 진화론적인 홀수 커플처럼 (영양 순환의) 반대 극에서. 그리고 거기에 공생으로 간주되든 아니든 파트너십의 열쇠가 있습니다.

Wilkinson, David M. “교차 목적에서.” 자연 412.6846(2001): 485-485. DOI

Martin, Bradford D. 및 Ernest Schwab. “공생 및 관련 용어의 현재 사용.” 국제 생물학 저널 5.1(2013). DOI

Sagan [Margulis], 린. “세포 유사분열의 기원” 이론 생물학 저널 14.3(1967): 225-IN6. DOI

마굴리스, 린, 도리온 세이건. 게놈 획득: 종의 기원 이론. Basic Books, 2008. 링크

*히비스커스와 벌도 진화 공간과 형태 공간의 반대 극에 있다고 주장할 수 있습니다. 이에 대해서는 향후 게시물에서 자세히 설명하겠습니다.