Simbioza Si Evolutia Eucariotelor

INTRODUCERE Despre apariţia vieţii pe Terra Încă de când au apărut primele forme de viaţă de pe planetă, cele mai mari dintre acestea au avut tendinţa de a deveni încă şi mai mari. Pe parcursul a 3,6 miliarde de ani de evoluţie, dimensiunea maximă a vieţuitoarelor a crescut cu 16 ordine de mărime, aproximativ de 10 cvadralioane de ori, de la celule unice la masivii arbori sequoia de astăzi. Aşadar, indiferent de ceea ce spune lumea, mărimea contează!

O şansă întâmplătoare care a avut loc cu aproximativ 1,9 miliarde de ani în urmă a dus la apariţia vieţii pe Pământ, spun oamenii de ştiinţă. Noile cercetări avansează ideea că un organism asemănător amibei a inghiţit o bacterie care a dezvoltat puterea de a utiliza lumina solară în apă, pentru a produce oxigen. Deşi bacteria a fost iniţial o pradă, a devenit parte din corpul atacatorului, devenind 1

stramoşul fiecarui arbore, plantă sau algă aflate pe Pământ, în prezent. Paul Falkowski, profesor de biochimie şi biofizică la Universitatea Rutgers din New Jersey, SUA, spune că acest eveniment unic a transformat evoluţia vieţii de pe Pământ. “Urmaşii acelui organism minuscul au transformat atmosfera, completând-o cu oxigenul necesar pentru ca animalele şi, în cele din urmă omul, să evolueze”. Se credea şi anterior că asemenea organisme au existat pe Pământ, însa natura evenimentului a devenit clară abia acum, odată cu studiile asupra cloroplastelor, care absorb lumina soarelui şi utilizează energia pentru a genera substanţe nutritive şi oxigen. ''Nimic altceva nu poate furniza energia necesară cererilor organismelor multicelulare. Adevărata fotosinteză a evoluat o singură dată şi şansa acestei întalniri care a dat naştere plantelor s-a întamplat, de asemenea, doar o singură dată. Acestea au fost nişte accidente foarte ciudate în istoria de 3,5 miliarde de ani a vieţii de pe Pământ”, a declarat Nick Lane, cercetător în cadrul University College London . În concepţia evoluţionistă, în urmă cu trei miliarde şi jumătate de ani, într-un punct de pe Pământ, nişte substanţe anorganice, moarte, au decis să se unească, din proprie iniţiativă, fără nici o forţă externă (supranaturală) şi au format prima celulă vie. Pentru inlaturarea misterului existent privind originea vietii, Biologia moderna scoate in evidenta etapele parcurse de acest urias proces de formare a omului, a vietii, a tot ceea ce este viu. Astfel, urmare a multor cercetări, s-a elaborat o teorie stiintifica potrivit căreia viaţa n-a existat întotdeauna pe pământ, ci a apărut atunci cănd s-au creat condiţii favorabile- biochimişti A.J. Oparin şi J. B. Haldane. Ulterior, acestă teorie s-a completat cu rezultatele obţinute în domeniul geneticii. Ştim din arhiva fosilelor găsite că viaţa pe Pământ trebuie sa fi început cu organisme de tip vegetal, iar plantele sunt legătura de bază din lanţul alimentar care susţine o imensă diversitate de viaţă animală. Cele mai vechi plante cunoscute erau alge primitive structuri unicelulare în care toate funcţiile erau efectuate într-o singură celulă fără nucleu.

2

Apariţia şi evoluţia celulei eucariote Una dintre problemele centrale ale evoluţiei este cea a formării celulelor eucariote, care compun majoritatea speciilor vii (peste 99%). Pentru descifrarea acestei probleme trebuie să ştim mai întâi când au apărut primele eucariote şi apoi mecanismul prin care au apărut ele. Multiplele studii de geologie, geochimie şi paleobiologie, mai ales în ultimii 10-15 ani, pot să localizeze, cu aproximaţie, momentul apariţiei primelor celule eucariote. Astfel, trecerea de la viaţa anaerobă la viaţa aerobă marchează momentul apariţiei primelor celule eucariote. Se ştie că, practic, toate celulele nucleate sunt aerobe. Acestea nu puteau să se dezvolte deci decât într-o atmosferă bogată în oxigen; pe scara geologică a timpului aceasta ar însemna acum aproximativ 1800-2000 milioane de ani. Cele mai vechi structuri, asemanatoare celulelor eucariote unicelulare, datează de acum 1500 milioane de ani, fiind găsite în dolomiţii din Australia de Nord. De asemenea, microorganisme eucariote, probabil alge unicelulare şi ciuperci, au fost descrise în formaţiuni geologice din Australia centrală având o varstă de aproximativ 900 milioane de ani. Mai interesant este faptul că în acestea din urmă au fost găsite corpuri organice intracelulare care seamană a fi resturi de organite celulare, cum ar fi nucleul şi pirenoizii. Ceea ce i-a intrigat întotdeauna pe paleontologi a fost faptul că în Precambrian nu au fost găsite niciodată macrofosile, eucariote multicelulare. Acestea apar deodată, ca o explozie, numeroase şi foarte diferite (protozoare, alge macroscopice) la începutul Fanerozoicului (Cambrian), adică cu 700-600 milioane de ani în urmă. Deci de la apariţia primelor celule eucariote (1800 milioane de ani în urmă) şi până la apariţia primelor eucariote complexe, macroscopice (700 milioane de ani în urmă), s-au scurs aproape 1000 milioane de ani, timp în care, probabil, celulele nucleate au fost în plină evoluţie. De aceea a fost necesară o perioadă atât de lungă nu se stie înca, dar se pare că un rol important în apariţia eucariotelor macroscopice pluricelulare l-au avut dezvoltarea sexualitaţii şi apariţia protistelor consumatoare. Reproducerea asexuată prin mitoză oferă organismelor posibilitatea de a se înmulţi, dar variabilitatea lor este redusă la minimum, mutaţiile fiind foarte rare. Odată cu apariţia reproducerii sexuate prin meioză, la eucariote, posibilităţiile de evoluţie sunt mult mai mari şi mai rapide. 3

Organismele rezultate din meioză sunt mult mai diversificate, deoarece ele întrunesc trăsături care se combină diferit de la ambii parinţi. Al doilea fenomen biologic care ar fi contribuit la apariţia organismelor macroscopice multicelulare este dezvoltarea protistelor consumatoare. Golul de timp care mai rămâne între apariţia meiozei (1000 milioane de ani în urmă) şi explozia de organisme macroscopice de la începutul Cambrianului (700 milioane de ani în urmă) pare să fie completat de dezvoltarea unor relaţii între organisme: de prădător-pradă în interiorul diferitelor populaţii. Se ştie că astăzi ecosistemele, care sunt sediul unor astfel de relaţii, se caracterizează printr-o mare diversitate. Cu alte cuvinte, aplicând aceasta la Precambrianul cel mai recent, se poate bănui că majoritatea microorganismelor cunoscute din această perioadă, fiind producători primari, fotosintetizatori şi actionând meioza ca proces evolutiv, s-au diversificat foarte mult şi ca urmare au apărut tipuri noi. Presupunând că unele dintre ele au pierdut posibilitatea de a realiza fotosinteză, au devenit primii consumatori, ca protistele celulare ce se hrăneau cu resturi organice şi celule mici (erau omnivore). Apar apoi consumatorii mai complecşi, modificaţi morfologic: ierbivorele şi carnivorele. Dezvoltarea acestor relaţii la protozoare duce atât la diversificarea bazei nutritive, cât şi la evoluţia rapidă şi simultană a consumatorilor macroscopici (nevertebratele) şi a organismelor consumate (de regulă algele pluricelulare). După cum am văzut, este dificil de raspuns la întrebarea când au apărut primele celulele eucariote, dar este şi mai greu de dat un raspuns la cea de a doua intrebare: cum s-au format primele celule eucariote.

Celula Eucariotă Celulele eucariote sunt formate din: Membrana celulară (membrana plasmatică, plasmalema) este o structură celulară, ce delimitează si compartimentează conţinutul celular. Constituie o barieră selectivă pentru pasajul moleculelor şi ionilor. Este o structură bidimensională continuă (grosime de 6-9 nm) cu proprietăţi caracteristice de permeabilitate selectivă, ce conferă individualitate celulei (1996, Voiculeţ si Puiu).

4

Membrana celulară este formată din lipide şi proteine. Elementul structural fundamental al membranelor celulare este dublul strat lipidic care se comportă ca o barieră impenetrabilă pentru majoritatea moleculelor aqua-solubile. Proteinele membranare, asociate dublului strat lipidic, asigură funcţionalitatea membranei.

Celula eucariotă. Organite celulare: (1) nucleol (2) nucleu (3) reticul endoplasmatic granular (4) vezicule,(5) reticul endoplasmatic rugos, (6) aparatul Golgi, (7) citoschelet, (8) reticul endoplasmatic neted, (9) mitocondrie, (10) vacuole, (11) citoplasma, (12) lizozom, (13) centriol.

Membrana celulară constă din 3 tipuri de lipide: fosfolipide, glicolipide şi steroli. Fosfolipidele şi glicolipidele constau dintr-un cap hidrofil şi o coadă hidrofobă. Colesterolul, cel mai cunoscut dintre steroli, este cel care conferă mebranei rigiditatea, fiind poziţionat între capetele hidrofobe ale lipidelor şi nepermiţându-le să se contracte. Proteinele sunt fie înglobate în membrana lipidică (transmembranare) fie asociate suprafeţei acesteia (proteine membranare periferice si proteine legate prin lipide). Există mai multe tipuri de proteine, incluzând: - Proteină-marker; - Receptori; - de susţinere; - de transport.

5

Proteinele sunt implicate în multiple procese: - transportul molecular si ionic transmembranar; - realizarea conexiunilor intercelulare şi a ancorării celulelor în matricea extracelulară; - desfaşurarea reacţiilor enzimatice asociate structurilor membranare; - controlul fluxului de informaţie între celulă şi mediu prin recunoaşterea, legarea şi transmiterea moleculelor-semnal; - imunitatea celulară; Peretele celular este o structură ce înconjoară membrana plasmatică a celulelor de plante şi bacterii, având rolul principal de a păstra forma celulelor şi de a le conferi rezistenţă mecanică. La plante este format mai ales din celuloză, iar la bacterii din complexe lipopolizaharidice, cum este de exemplu mureina. Citoplasma şi componentele subcelulare Citoplasma reprezintă mediul intracelular, situat între membrana celulara şi nucleu, al unei celule, constituind masa fundamentală a acesteia. În citoplasmă se află organite comune, precum citoschelet, organite celulare, ribozomul, mitocondrie, centrozomul, aparat Golgi, vacuolă, lizozomul, plastida, reticul endoplasmatic, precum şi organite specifice (neurofibrile, miofibrile, corpul Nisl) aflate în citosol, fluidul vâscos în care se petrec toate reacţiile intracelulare. Citoplaasma este alcatuita din doua părţi : hialoplasma, granuloplasma şi incluziuni ergastice. Hialoplasma este formata din: citosol şi citoschelet. Stările hialoplasmei sunt : -starea de sol (apoasa)-este starea optimă de funcţionare a hialoplasmei -starea de gel (vâscoasă) Granuloplasma este formată din organite citoplasmatice ancorate de citoschelet. Organitele provin din : -mediul extern, introduse prin fagocitoză. Organitele pot fi: -comune (sunt prezente în toate celulele) -specifice (sunt prezente doar în anumite celule). Citoscheletul (schelet celular) reprezintă o structură subcelulară, care are forma unor tuburi şi filamente, alcătuite din molecule proteice specializate. Acesta conferă celulei formă proprie şi susţinere. De-asemenea, citoscheletul are rol în locomoţia celulară, în transportul intracelular şi în schimbul de substanţe cu mediul 6

extern si cu alte celule. Este comun tuturor celulelor eucariote (celule cu nucleu), ca de exemplu neuronul. Structuri citoscheletale au fost descrise şi pentru organismele procariote. Organitele celulare sunt structuri specializate din citoplasma celulară, care îndeplinesc funcţii specifice şi posedă membrană proprie. -Ribozomii sau corpusculii lui Palade generaţi de nucleoli sunt constituiţi din ARN. Ei se găsesc liberi în citoplasma celulară sau ataşaţi reticulului endoplasmatic, formând cu acesta reticulul endoplasmatic rugos. Ribozomii sunt sediul biosintezei proteinelor specifice. Ribozomii celulelor procariote au dimensiun mai mici decat la eucariote. Nu prezintă membrană la periferie şi sunt alcătuiţi din 2 subunităţi (una mică şi una mare). În timpul procesului de sinteză ribozomii acţionează ca punct de legatură între toate moleculele implicate, precis poziţionate unele faţă de celelalte. Diametrul ribozomilor este de aproximativ 20nm. Ribozomii au dimensiuni de aproximativ 20 nm în diametru şi sunt compuşi în 65% din ARN ribozomal şi 35% din proteine ribozomale (cunoscute şi sub numele de ribonucleoproteine). Rolul lor este de a decoda ARN mesager pentru construcţia lanţurilor polipeptidice din aminoacizi aduşi de ARN de transport. Ribozomii construiesc proteinele necesare pentru informaţia genetică conţinută în ARN-ul de transport. Ribozomii liberi se găsesc suspendaţi în citosol (partea semi-fluidă a citoplasmei), pe când ceilalţi ribozomi sunt legaţi de reticolul endoplasmatic rugos, dându-i acestuia aspectul caracteristic. Cum ribozomii sunt alcăzuiţi majoritar din ARN, se crede că ei sunt o reminescenţă a “lumii ARN”. Ribozomii sunt consideraţi de multe ori organite, însă acest termen se referă la componentele sub-celulare, subcomponenete ce se găsesc în relaţie cu membrana fosfo-lipidică, subcomponenete din care ei nu fac parte sau nu sunt ataşaţi. De aceea de multe ori se face referire la ribozomi ca fiind componente „non-membranare”. Subunităţile ribozomale sunt relativ identice în celula eucariotă şi cea procariotă. Ribozomii eucariotelor au dimensiuni de 80S, şi fiecare conţine o subunitate mică (40S) şi o subunitate mare (60S). Subunitatea mare este alcătuită din ARNS 5S (120 de nucleotide), ARN 28S (4700 de nucleotide), o subunitate de 5,8S (160 de nucleotide) şi aproximativ 49 de proteine. Subunitatea mică 40S conţine ARN 18S (1900 de nucleotide) şi aproximativ 33 de proteine. Ribozomii găsiţi în cloroplastele şi mitocondriile celulelor eucariote au subunitatea mare 7

şi mică conectate prin intermediul proteinlor la nivelul particulei 70S. Aceste organite sunt considerate a fi o reminescenţă de la bacterii, a căror ribozomi sunt similari inclusiv celor de la procariote. Diferitele tipuri de ribozomi au însă o structură comună, indiferent de diferenţele mari de dimensiuni. - Mitocontriile sunt organite celulare întâlnite în toate tipurile de celule. Ele mai sunt denumite şi „uzine energetice”, fiindcă ele conţin enzimele oxido-reducătoare necesare respiraţiei. Respiraţia produce energia necesară organismelor, iar această energie este înmagazinată în moleculele de ATP. Mitocondriile au material genetic propriu - ADN mitocondrial, care conţine informaţia genetică pentru sinteza enzimelor respiratorii.

Schiţa unei mitocondrii umane

Mitocondriile au forma unor vezicule alungite, sunt organite sferice, ovale sau sub forma de bastonase. Mitocondriile sunt formate din: - înveliş - membrană externă netedă - membrană internă pliată, ce formează criste. Membrana interna prin invaginari formează criste care pătrund în stromă fară a compartimenta complet, marindu-i foarte mult suprafata. Pe mebrana internă se observă nişte granule în care sunt acumulate anumite enzime care intervin în procesele energetice a celulei. Mitocondriile se fomează prin diviziune şi se transmit ereditar, pe linie maternă (fiindcă celulele feminine sunt mai mari, duc cu ele organite citoplasmatice, iar cele masculine duc numai nucleul). 8

Mitocondriile au următoarele roluri: - respiraţie celulară - ereditate extranucleară. - Centrozomul este un organit celular, specific majorităţii celulelor eucariote animale, situat lângă nucleu. Se afla în centrul celulelor (animale, plante, unele alge, în ciuperci). Este format din două formaţiuni numite centrioli, înconjuraţi de citoplasmă densă care poartă denumirea de centrosferă. - Aparatul Golgi (sau dictiozomul) este un organit celular celular găsit la majoritatea eucariotelor, situat în centrul celulei. A fost identificat în 1898 de către doctorul italian Camillo Golgi şi a fost numit după el. Funcţia principală a aparatului Golgi este procesarea şi împachetarea macromoleculelor precum proteinele şi lipidele care sunt sintetizate de celulă. Este deosebit de important în procesarea proteinelor pentru secreţie. Aparatul Golgi este o parte a sistemului endomembranal al celulei. Rol: -Stocarea polizaharidelor; -Modificarea proteinelor nou-sintetizate în reticulul endoplasmic. -Sortarea proteinelor cu diverse destinaţii celulare. -Prelucreză şi stochează proteinele şi lipidele care "curg" dinspre R.E. -Sintetizează polizaharidele şi le "impachetează" în vezicule care vor migra spre membrana plasmatică; la celulele vegetale şi fungi, aparatul golgi este implicat şi în formarea peretelui celular.

Imagine a aparatului Golgi, vizibil ca o stivă de inele negre semicirculare în partea inferioară. Numeroase vezicule circulare pot fi observate în vecinătatea organitului

9

Diagramă a procesului secretor din reticulul endoplasmatic (portocaliu) în aparatul Golgi (roz).

- Vacuola este organitul celular, specific mai mult celulelor vegetale (însă sunt şi prezente la unele celule animale). Rol: -Depozitează substanţe de rezervă; -Participă la menţinerea echilibrului osmotic; -Pot păstra în cadrul structurii lor deşeuri metabolice, pe care ulterior le elimină din cadrul lor; -Pot conţine diferite enzime, coenzime, substanţe organice şi anorganice, pigmenţi neasimilatori şi fermenţi, necesari unei bune funcţionări a celulei. - Lizozomul este un organit celular, cu rol în digestie. Rol: -Depozitarea enzimelor; -Distrugerea corpurilor străine sau bătrâne ale celulei. Membrana lizozomilor este mai groasă decât a celorlalte organite şi este impermeabilă (se opune trecerii enzimelor lizozomale în citosol). Ea conţine ATP-aze care pompează ioni de hidrogen în lizozomi pentru a menţine pH-ul acid. Matricea lizozomală are aspect diferit de la un lizozom la altul deoarece aceasta conţine materiale supuse digestie, materiale aflate in diferite stadii de degradare. Conţine peste 40 de hidrolaze acide (enzime hidrolitice): proteaze, lipaze, glicozidaze, fosfataze, etc.

10

Tipuri de lizozomi -Primari: nu şi-au început încă activitatea de digestie, sunt mici şi au matricea omogenă cu aspect fin granular. -Secundari: sunt activi (îşi desfăşoară activitatea digestivă), sunt mai mari decât lizozomii primari iar matricea are un aspect heterogen. Se împart în heterofagozomi si autofagozomi. Heterofagozomii conţin material provenit din mediul extracelular, înglobat de celulă prin fagocitoză (de ex. resturi celulare, bacterii). Autofagozomii conţin materiale provenite din interiorul celulei (de ex. organite celulare îmbătrânite) - se produce un fenomen de reciclare. -Terţiari: sunt corpi reziduali şi conţin materiale nedigerabile, care au rămas în urma digestiei ca urmare a epuizării echipamentului enzimatic. Sunt mari, prezintă o matrice foarte densă şi foarte heterogenă în care sunt incluse structuri de diverse mărimi şi densităţi. - Plastidele: sunt organite caracteristice celulelor vegetale. Forma relativ ovală. Sunt autodivizibile. - Reticulul endoplasmatic (RE) este un organit care se găseşte la celulele eucariote. "Endoplasmatic" înseamna "în interiorul citoplasmei", iar "reticul" înseamna "pânză/reţea mică". RE modifică proteine, produce macromolecule şi distribuie substanţele în celulă. În esenţă, reticulul endoplasmatic este sistemul elaborat de transport al celulei eucariote. Compoziţia RE este similară cu cea a membranei plasmatice, deşi acest organit este de fapt o extensie a membranei nucleare. RE este locul translaţiei genei şi mijlocul de transport al proteinelor ce urmează să devină parte din membrana celulară (de exemplu receptori transmembranari) sau care urmează să fie secretate prin exocitoză (de exemplu neurotransmiţători, enzime digestive, etc.). RE este format dintr-o reţea de tuburi şi cisterne. RE este acoperit în parte de ribozomi (care produc proteine din aminoacizi, bazat pe codul genetic). Deoarece aceste locuri par a fi "rugoase" văzute sub microscopul electronic, această parte a fost numită reticul endoplasmatic rugos. Părţile fără ribozomi se numesc reticul endoplasmatic neted. Ribozomii transferă proteinele gata produse în RE, care le transportă la aparatul Golgi.

11

RE rugos produce şi transportă proteinele. Acesta este acoperit de ribozomi care îl fac să arate "rugos". RE rugos se întâlneste în mai multe celule, de exemplu în celulele din pancreas, care sunt implicate în secreţia de insulină în circuitul sanguin. În plus, RE rugos este şi un producător de membrane, deoarece înglobează proteinele membranare în structura sa, iar când este nevoie de ele în alte locuri le transferî. Acest organit modifică proteinele şi le modifică calitatea.

Nucleu celular, reticul endoplasmatic şi aparat Golgi. 1. nucleu 2. por nuclear 3. reticul endoplasmatic rugos 4. reticul endoplasmatic neted 5. ribozom aflat pe RE rugos 6. proteine transportate 7. vezicule de transport 8. aparat Golgi 9. faţa Cis a aparatului Golgi 10. faţa Trans al aparatului Golgi 11. cisternele aparatului Golgi

RE neted este implicat în procese metabolice, ca de exemplu sinteza de lipide, metabolismul carbohidraţilor şi detoxificarea drogurilor şi otrăvurilor. RE neted produce şi steroizii, de exemplu steroizii sexuali la vertebrate şi steroizii secretaţi de glandele adrenale. Celule care secretă aceste substanţe sunt bogate în RE neted. Celulele din ficat sunt şi ele bogate în RE neted. Aceste celule depozitează carbohidraţii sub forma glicogenului. Hidroliza glicogenului produce fosfatul glucozei, o formă ionica de zahăr care 12

nu poate ieşi din celulă. O enzimă din RE neted al acestor celule indepărtează fosfatul, astfel încât glucoza poate ieşi din celulă. Astfel, ea pătrunde în circuitul sanguin prin care poate ajunge oriunde este nevoie. Enzimele din RE neted ajută la detoxifierea drogurilor şi otrăvurilor prin adăugarea unei grupări de hidroxil la substanţe, astfel încât ele devin mai solubile şi mai uşor de eliminat din corp. Reticulul sarcoplasmic Acesta se întâlneşte în celulele muşchilor, şi este adaptat pentru depozitarea şi eliberarea ionilor de calciu. Acest proces este realizat de pompele de calciu şi necesită energie furnizată de ATP (adenozintrifosfat). Pompele de calciu sunt proteine membranare adaptate pentru transportul activ al ionilor de calciu în mediul extraceleular (interiorul reticulului sarcoplasmic este de asemenea mediu extracelular). În fibra musculară striată scheletică pompele de calciu sunt reglate de calmodulină, iar în cele miocardice de fosfolamban. Calciul este necesar pentru contracţia fibrei, fiind eliberat din reticulul sarcoplasmic în momentul în care fibra respectivă este excitată, prin deschiderea canalelor de calciu dependente de voltaj. În perioadele dintre contracţii, pompele îl concentrează în lumenul reticulului sarcoplasmic.

DEOSEBIRI DINTRE CELE EUCARIOTE

CELULELE

PROCARIOTE

ŞI

Organismele procariote – fac parte bacteriile şi algele albastre –verzi. Organismele eucariote – pot fi unicelulare sau pluricelulare, pe cînd procariotele sunt numai unicelulare. Organismele procariotele şi cele eucariote diferă fundamental unele faţă de celalalte. Structura internă a celulelor procariote este mai puţin complexă decât la cele eucariote. Celelule procariotelelor nu prezintă nucleu, pe când celulele eucariote au un nucleu. La eucariote, nucleul celulei deţine material genetic într-o membrană. La procariote, materialul genetic este situat într-o regiune centrală a celulei şi se numeşte nucleoid - nefiind delimitat de nicio membrană. Procariotele se îmulţesc prin simplă scindare a celulei după ce s-au dublat componentele acesteia. Dimpotrivă eucariotele, se pot înmulţii pe mai multe căi: diviziune şi meioză. În cursul diviziunii celulare la eucariote materialul nuclear se condensează sub forma

13

mai multor cromozomi, al căror număr şi structură sunt caracteristice fiecărei specii. Eucariotele au în citoplasmă organite celulare (mitocondrii, lizozomi, peroximi, aparatul Golgi, reticolul endomplasmatic) delimitate prin membrane de restul citoplasmei care formează matricea citoplasmatică sau citoscheletul . Celula eucariotă are o compartimentare structurală şi funcţională a citoplamei. Procariotele nu au organite celulare şi deci nici compartimentarea citoplasmei. Procariotele au la periferia celulei o membrană citoplasmatică (ce nu poate avea prelungiri la interiorul citoplasmei numite mezozomi) şi în afara ei un perete celular. Eucariotele au în citosol un citoschelet ce determină forma şi mişcările celulei din care face parte şi curentul citoplamatic şi mişcărea locomotoriei amiboidală. Procariotele nu au aceste proprietăţi, locomoţia fiind asigurată de un flagel ce are structura mult mai simplă ca cei întîlniţi la unele eucariote . ADN-ul eucariotelor este ataşat la proteine (numite histone) şi este organizat în cromozomi; ADN-ul procariotelor nu este asociat cu proteine şi nici nu este organizat în cromozomi.

Desen ce ilustrează comparativ celula procariotă şi eucariotă

14

Principalele diferenţe intre celulele procariote şi eucariote Procariote Tipul de organisme

bacterie

Dimensiuni Tip de nucleu

~ 1-10 µm nucleoid; nu un nucleu veritabil circular

ADN ARN şi sinteza proteinelor

cuplată cu citoplasma

Ribosomi Structura citoplasmatică

23S+16S+5S structură simplă

Mişcarea celulelor

flagelară făcută de flagelină

Metabolism Mitocondrii Cloroplaste Organizare

anaerob nu au nu au de obicei celule izolate, dar pot forma şi colonii

Diviziunea celulelor

diviziune simplă

15

Eucariote protiste, ciuperci, plante, animale ~ 10-100 µm nucleu adevărat cu dublă membrană molecule liniare (cromozomi) cu proteine histone sinteza de ARN în nucleu sinteza de proteine în citoplasmă 28S+18S+5,8S+5S structură complexă cu membrane intracitoplasmatice şi citoschelet flagelară şi ciliară făcută de tubulină de obicei aerob de la una până la numeroase la alge şi la plante celule izolate, colonii, organisme evoluate cu celule specializate Mitoză (pentru celulele somatice) Meioză (la formarea gameţilor)

Progresul evoluţiei Evoluţia nu are loc neapărat într-o linie dreaptă continuă şi cu o viteză constantă. Există lacune în cunoştinţele noastre, şi traiectoria exactă a evoluţiei plantelor este necunoscută, deşi presupunerile logice au dus la unele dintre cel mai probabile sugestii. Următoarele grupuri de plante au evoluat aproape fără îndoială în ordinea dată aici, dar este important de reţinut că evoluţia este un proces continuu, încă în desfăşurare. Totuşi, schimbările pot fi detectate numai în perioade foarte lungi de timp. Bacteriile Primele organisme celulare au fost probabil asemănătoare cu bacteriile, trăind într-o „supă preistorică”. Bacteriile sunt în general considerate înrudite mai mult cu plantele decât cu animalele, dar ele au puţin în comun cu ambele grupe. Sunt microscopice şi unicelulare, dar capabile să se autoreproducă cu o viteză fenomenală în condiţii ideale. Multe bacterii sunt parazite sau saprofite(trăind pe materie organică moartă) şi nu prezintă fotosinteză, dar câteva pot trăi în substanţe organice precum amoniacul şi azotul, ceea ce ar putea să le reflecte vechile origini din vremea în care atmosfera Pământului conţinea cantităţi considerabile de amoniac. Algele albastre-verzi În ciuda numelui, aceste plante primitive seamănă foarte puţin cu adevăratele alge. Câteva fosile găsite în roci despre care se ştie că au 3.100 de milioane de ani dezvăluie dovezi ale unor plante care seamănă mult cu algele albastre-verzi moderne, indicând că ele sunt printre primele plante capabile de fotosinteză. Majoritatea algelor albastre-vezi, care sunt unicelulare şi nu conţin nucleu, sunt microscopice, dar unele, precum mâzga galben-verzuie care se formează pe poteci şi peluze, sunt vizibile deoarece coloniile lor sunt învelite în mâzgă. Fungii Organismele simple cunoscute sub numele de fungi nu au acea structură foarte specializată a plantelor mai evoluate, iar absenţa clorofilei înseamnă că fungii nu pot să pot să producă fotosinteză. În schimb, ei trăiesc ca paraziţi pe animale sau alte plante, sau ca saprofite pe rămăşiţe. 16

Algele Algele sunt o altă formă primitivă de plante care nu au frunze şi structuri florale specializate. Totuşi, aproape toate tipurile de alge sunt capabile să-şi producă singure hrana prin fotosinteză în prezenţa luminii solare naturale. Asemenea forme primitive de pantă domină oceanele(buruienile marine sunt alge pluricelulare iar planctonul constă în cea mai mare parte din alge pluricelulare). Atât algele terestre cât şi cele de apă dulce sunt răspândite, formând apa verde a eleşteelor şi învelişul care adesea acoperă sticla acvariilor, sau coloarea verde de pe unele recipiente. Unele alge sunt unicelulare, iar altele sunt pluricelulare şi pot forma filamente sau colonii. Câteva alge aproape că formează puntea dintre viaţa vegetală şi cea animală. De exemplu, euglenofitele se pot autopropulsa cu ajutorul flagelilor, au un „ochi” roşu sensibil la lumină(necesar în găsirea celei mai bune poziţii pentru fotosinteză), şi sunt capabile să îngereze particule de hrană solidă. Lichenii Lichenii sunt plante compuse format prin asocierea simbiotică(reciproc avantajoasă) a unei alge cu o fungă. Ei nu puteau evolua decât după ce aceste două tipuri distincte de plantă erau deja bine stabilite. În termeni evolutivi, ei au găsit o nişă care le permite să colonizeze locuri inospitaliere, precum stâncile, unde doar puţine alte plante supravieţuiesc. Briofitele Briofitele (muşchii frunzoşi şi muşchii pieloşi) seamănă cu plantele terestre primitive, deşi au continuat să evolueze. Ele au tulpini delimitate şi structuri asemănătoare cu frunzele, şi există semne ale începutului evoluţiei ţesutului conducător vascular. Muşchii frunzoşi şi muşchii pieloşi se reproduc prin spori, şi există două faze ale reproducerii. Întâi se formează o generaţie saprofită(cea care este forma dominantă şi poartă sporii), iar aceasta este urmată de generaţia gametofită. Acest proces este cunoscut sub numele de alternanţă de generaţii. Întregul proces complicat al reproducerii necesită prezenţa apei sau o atmosferă foarte umedă, lucru care sugerează de asemenea şi vechiul lor statut evolutiv şi care le limitează capacitatea de a se răspândi şi de a domina uscatul. Gimnospermele Gimnospermele, care sunt aproape toate arbori şi reprezintă o dezvoltare evolutivă mai recentă decât celelalte grupuri de plante 17

menţionate până acum, au apărut în perioada mezozoică(vezi tabelul dreapta). Ele au frunze şi seminţe(dar seminţele sunt goale, nu sunt închise în învelişuri ca în cazul angiosmermelor). Coniferele, precum pinii şi zadele, sunt cele mai cunoscute gimnosperme, dar există şi varietăţi tropicale precum cicadele erau deosebit de abundente. Imenşii arbori mamut sunt conifere care pot să crească la dimensiuni foarte mari. În unele părţi ale lumii, pădurile de conifere sunt vegetaţia dominantă. Coniferele au o imensă importanţă economică şi sunt crescute în multe locuri pentru producţia pastei de hârtie şi a cherestelei pentru industria de construcţii. Angiospermele Angiospermele sunt grupul de plante dominant al lumii moderne, şi cuprind de la arbori precum stejarul şi castanul porcesc, până la păpădii şi mărgărite de şes. Orhideele şi majoritatea legumelor consumate de noi sunt angiosperme, la fel şi ierburile, care includ cereale importante precum grâul şi ovăzul, sau speciile ornamentale de ierburi care formează peluzele în grădini. Angiospermele sau plante cu flori ale căror seminţe sunt închise într-un înveliş. Plantele au evoluat în multe direcţii diferite, vântul şi insectele fiind ambii factori importanţi în polenizare. Unele au evoluat pentru a fi polenizate de anumite specii de păsări sau insecte. Metodele de răspândire a seminţelor sunt de asemenea foarte variate.

• Simbioza Ca o definiţie generală, putem spune că reprezintă existenţa simultană a două sau mai multe organisme, care traiesc şi se dezvoltă în aceleasi condiţii de mediu. Printr-o influenţare reciprocă, ele se transformă şi dobândesc proprietaţi noi. De regulă, existenţa izolată a unuia din simbioţi nu este posibilă. Este o formă de convieţuire reciproc avantajoasă între două organisme. Simbioza este prezentă atât în lumea plantelor cât şi a animalelor.  Simbioza şi morfogeneza radiculară

Într-un mediu dat, plantele intră în competiţie la nivelul rădăcinilor lor pentru aprovizionarea cu apă şi săruri minerale. Ele sunt şi în competiţie cu microorganismele din sol (bacterii, cianobacterii, ciuperci). Invers, acestea din urmă pot profita de 18

substanţele organice produse de rădacini : celulele exfoliate ale scufiei, mucilagii şi alte polizaharide secretate în mediu. Se stabilşte astfel în jurul rădăcinii un fel de „sferă de influenţă” sau rizosferă, favorabilă multiplicării microorganismelor. Printre ele se află paraziţi susceptibili de a provoca maladii la plantele vasculare, dar eventuala lor nocivitate este contrabalansată de activitatea microorganismelor benefice plantei: organisme descompunătoare ce favorizează formarea humusului sau procariote capabile de a fixa azotul atmosferic, îmbogăţind astfel solul în ioni minerali. Adesea, nu este vorba decât de „relaţii de bună vecinătate”. Un anumit număr de microorganisme au mers mai departe şi au stabilit cu plantele vasculare adevărate simbioze, adică asociaţii strânse mai mult în plan morfologic decât fiziologic, în care fiecare dintre parteneri gaseşte un avantaj. S-au dezvoltat două tipuri de asocieri deosebit de eficace: într-unul din cazuri, partenerul plantei superioare este un organism fixator de azot, ce provoacă în general nodozităţi radiculare, în alt caz, este vorba de o ciupercă şi asocierea este numită atunci o micoriză. Simbiozele nu se întâlnesc exclusiv la nivelul rădăcinilor. Unele ciuperci se pot asocia cu talurile anumitor briofite sau cu protalele haploide ale pteridofitelor, formând micotaluri. Cianobacteriile sunt în mod normal prezente în frunzele de Azolla. Alte bacterii formează nodozităţi caulinare sau foliare la anumite plante tropicale.  Modificări ale dezvoltării radiculare în prezenţa microorganismelor fixatoare de azot Avantajul fiecărui membru al asociaţiei este evident. Planta asigură microorganismului prezent în rădăcinile sale în acelaşi timp un adăpost şi o nutiţie carbonatică uşoară, datorită compuşilor organici care circulă pe cale apoplastică. Pe de altă parte, azotul necesar plantei îi este furnizat fie direct prin secreţiile extracelulare ale simbiontului sau, fie indirect după moartea acestuia din urmă. Formarea unui nodul este un răspuns al gazdei potenţiale la o specie aparte de bacterii, aparţinând cel mai adese genului Rhizobium (vezi foto). În cazul mazărei, de exemplu, este vorba de Rhizobium leguminosrum.

19

Un oligozaharid specific, eliberat de Rhizobium induce „nodulaţia” la gazdă. El provoacă o curbură a părului, a cărui extremitate în creştere se repliază, inserând un grup de bacterii, care pătrund în el, dispunându-se în şir. Celula gazdă secretă un manşon format din celuloză şi hemiceluloză în jurul bacteriei, constituind astfel un cordon de infecţie; acesta pătrunde în scoarţă după 48 de ore, se ramifică şi circulă până întâlneşte celule-ţintă. În acest timp, prezenţa bacteriilor la nivelul părului absorbant a indus o reluare a mitozelor şi o dediferenţiere a anumitor celule din scoarţa radiculară; se constituie astfel, sub influenţa unui mediator chimic încă nedeterminat, o zonă meristematică a cărei activitate va provoca o excrescenţă a scoarţei – nodulul. Celulele nodulare, născute din funcţionarea acestui meristem neoformat, constituie ţinta cordoanelor de infecţie care pătrund aici şi eliberează bacteriile pe care le conţin. Modificările fiziologice ale bacteriilor şi ale celulelor gazdă care intervin atunci permit colaborarea între cele două organisme necesare fixării azotului. Meristemul nodular produce lateral cordoane procambiale care se diferenţiază în fascicule conducătoare legate de cilindrul central al rădacinii. Fiecare etapă a acestei secvenţe de evenimente depinde de o corelaţie optimă între genotipurile gazdei si ale bacteriei. Planta superioară este cea care controlează morfologia şi anatomia nodulilor, modalităţile formării lor putând varia dupa specie.

20

Microorganismele simbionte sau endofite aparţinând genului Frankia. Ele provoacă formarea, pe rădăcinile diferitelor plante, de nodozităţi simple sau ramificate; aceşti noduli derivă din activitatea unui meristem neoformat, născut din diviziunile celulelor corticale radiculare, sub influenţa endofilului (actinomicetului). Circa 175 de specii din 7 familii de dicotiledonate formează nodozităţi în simbioză cu Frankia; în acest fel plantele pot supravieţuii pe terenuri sărace cu azot.

21

Asemenea asociaţii se întâlnesc la Cicadale, microorganismele aparţinând genului Anabaena, capabile să dezvolte în meaturile scoarţei anumitor rădăcini, a căror creştere este modificată de prezenţa cianobacteriei: sunt scurte, umflate, cu ramificaţii aparent dicotomice şi creştere diageotropică (mai mult sau mai puţin orizontală): se numesc rădăcini coraloide datorită asemănarii lor cu anumiţi corali.  Varietatea asociaţiilor micoriziene Ectomicorize. Caracterizează majoritatea arborilor forestieri din regiunile temperate. Sistemul radicular al acestor plante constă dintr-un ansamblu de rădăcini principale şi secundare ramificate cu creştere continuă. Aceste asociaţii sunt rar specifice, un acelaşi arbore putând stabilii micorize cu diverse ciuperci şi invers. Endomicorize. Ciuperca nu formează manta externă şi miceliul său pătrunde în interiorul celulelor scoarţei radiculare. Ele se ramifică în spaţiul periplasmic, constituind arbusculi sau ghemuri. Perii absorbanţi sunt rari.

22

Ectoendomicorizele. Au atât trăsături de ectomicorize cât şi de endomicorize (sugători endocelulari). Se întâlnesc la specii din familia Ericaceae, dar şi la unii arbori forestieri tineri (Pinus). Simbioză, micotrofie şi colonizare în mediul aerian În majoritatea cazurilor (ectomicorize, endomicorize) relaţiile dintre cei doi parteneri (asocierea lor) pare să răspundă la definiţia de simbioză. Totuşi, plantele superioare limitează extinderea ciupercii; aceasta din urmă nu pătrunde nici în meristemul apical, nici în cilindrul central al rădăcinii. Anumite asocieri pot fi în avantajul exclusiv al plantei superioare; este cazul plantelor fără clorofilă (Monotropa, Neottia), care se hrănesc pe seama ciupercii: se spune că aceste plante sunt micotrofe, dar de fapt sunt parazitele ciupercii. Prezenta micorizelor ameliorează nutriţia hidrică şi minerală a plantelor vasculare şi uşurează instalarea lor pe terenuri sărace şi uscate. După unii autori, asocierile micoriziene ar fi unul din factorii decisivi care ar fi permis plantelor superioare să se elibereze din mediul acvatic şi să colonizeze mediul terestru. Oricum, se consideră tot mai mult că plantele ce cresc în mediu natural, micorizele sunt părţi integrante ale rădăcinilor. Pe lângă rolul lor în nutriţia plantei, în colonizarea de noi teritorii, micorizele asigură o „comunicare” între diferitele plante. Într-adevăr, cu excepţia orhideelor, asocierile micoriziene sunt puţin specifice. Un acelaşi miceliu poate stabilii conexiuni cu rădăcinile de la mai multe plante diferite, aparţinând sau nu la aceiaşi specie. Această reţea miceliană este susceptibilă a transporta molecule variate de la o plantă la alta: metaboliţi în mod sigur, regulatori de creştere poate şi, de ce nu, alte molecule ce pot transmite o informaţie. Concluzii. Simbiozele radiculare sunt fundamentale pentru buna dezvoltare a plantelor în condiţii naturale, dar ele sunt fragile. Într-adevăr, aportul de îngrăşăminte azotate (în cazul asocierilor cu organisme fixatoare de azot) sau de îngrăşăminte azotate şi fosforate (în cazul micorizelor) reduce considerabil dezvoltarea şi eficacitatea acestor simbioze.



 Simbioze uşoare la plantele superioare De exemplu întrajutorarea dintre epifite şi arbori, plante lianoide şi arbori într-o pădure tropicală densă. Aceste plante beneficiază de suporturi-mari srbori. Ventuzele şi cârceii permit

23

plantelor subţiri să acceadă la etajele superioare: totuşi, ramurile suportă adesea ferigi, orhidee, care înflorec doar sus. În regiunile semiaride, puţinii arbuşti sunt adesea locuri de dezvoltare privilegiată a altor specii (terofite anuale), grupate în jurul bazei lor. Această localizare particulară a terofitelor deşertice este legată în acelaşi timp de: - conţinutul în materie organică al solului, derivat din resturile arbustului şi din detritusuri aduse de vânt; - umbrirea, reducător eficace al evaporării şi deci, al transpiraţiei; - dispersia de seminţe de către păsări care se aşează pe masa lemnoasă; - protecţia contra prădătorilor de seminţe şi de plantule care derivă din ele. Cactusul Carnegia gigantea creşte adesea sub diferiţi arbori şi arbuşti deşertici (vezi foto).

Plantele lemnoase asigură la rândul lor protectia contra: - animalele consumatoare; - călcării în picioare; - temperaturilor extreme. 24

În zonele aride (cu două sezoane de ploi), efemerofitele pot prospera în timpul perioadei de umiditate, succedându-se fără a intra în competiţie. Unele plante perene îşi pierd frunzele în sezonul uscat (reducându-şi transpiraţia, deci exportul de apă), altele şi le păstrează, fac fotosinteză, absorb şi transpiră chiar în perioada de secetă. Această succesiune în timp permite plantelor să coexiste pe acelaşi teritoriu. Dar mutualismul între plante superioare şi microorganisme? La nivelul spermosferei Mediul din imediata vecinătate a seminţelor este ocupat de o microfloră specială, stimulată de exudatele acestor seminţe. De aceea în primele stadii, dezvoltarea cerealelor este mai rapidă dacă sunt „semănate” mai multe cariopse împreună, apropiate unele de altele. Seminţele eliberează substanţe bactericide sau fungicide cu efecte selective, care inhibă creşterea unor microorganisme –de ex. Rhizobium. În acest caz, practicienii ştiu că trebuie inactivate toxinele emise, dacă se vrea să reuşească inocularea acestor culturi cu Rhizobium. La nivelul filosferei (filoplanului) În pădurile tropicale se află o microfloră abundentă pe frunzele umede în permanenţă (într-o ambienţă caldă): bacterii, cianobacterii, alge şi ciuperci, dacă nu şi licheni. Aceste plante epifite beneficiază de diferiţi metaboliţi excretaţi de frunze. Acestea sunt deci fiinţe saprofite, dar care „trăiesc” cu plantele care le aprovizionează; aceasta este de fapt o formă de mutualism. În mediul ocupanţilorbacestei filosfere se întâlnesc anumite bacterii producătoare de gume, mucilagii, care uşurează aderenţa multor microbi la suprafaţa frunzelor supuse frecvent ploilor violente. La nivelul rizosferei Cazul lui Azotobacter: simbioză între suşe diferite (îndeosebi de A. paspali),fixatoare de azot liber atmosferic şi sistemele radiculare ale unor plante cultivate (mai ales tetraploide) de Pennisetum purpuseum şi Paspalum notatum. În orezării: excreţiile radiculare glucidice ale orezului sunt favorabile alimentării cu carbon a bacteriilor fixatoare de azot liber. Bacteriile implicate sunt Azobacter, Beijerinckia, Arthrobacter, Pseudomonas –toţi aerobi (oxigenul ajunge, cu azotul, prin reţeaua de meaturi şi lacune ale plantelor de orez). Populaţia rizosferei are şi alt rol: detoxifierea solurilor de către bacterii metanogene, degradatoare ale acizilor organici 25

fitotoxici, cu tendinţă de acumulare în jurul rădăcinii, sau de a oxida hidrogenul din jurul lor.  Simbioze intime între plante Aceste simbioze presupun: -o intimitate anatomică: asociere de organisme; -o intimitate fiziologică: schimburi nutriţionale reciproce. În 1953, Paul Buchner definea astfel simbioza: „coabitare regulată, fără tulburări aparente, între doi parteneri de la specii diferite, din care unul este inclus în corpul celuilalt (de obicei mai bine organizat) şi a cărei adaptare mutuală a atins un asemenea grad de intimitate încât ipoteza după care acesta ar putea fi un aranjament benefic pentru gazdă este justificat”. 1. Simbioze intime între microorganisme vegetale În natură, coloniile de Volvox aureus (algă verde dulcicolă) sunt bogate în bacterii şi actinomicete pe care el le găzduieşte. Cei mai fideli asociaţi ai acestor cloroficee coloniale sunt cei care aparţin speciei Pseudomonas fluorescens. Aceste bacterii par chiar necesare pentru a asigura creşterea normală a coloniei de Volvox. Culturile de alge lipsite de aceste procariote mor după câteva generaţii. Se crede că Pseudomonas ar sintetiza substanţe de creştere şi/sau ar asigura degradarea de metaboliţi algali autotoxici. Cianobacteriile (Rivularia, Nostoc, Oscillaria) sunt şi ele frecvente în cavităţile de la alge aparţinând la specii foarte diferite. Anumiţi biologi pun la îndoială fidelitatea celor doi parteneri. Ei consideră că procariotul utilizează mucilagiul algal ca adăpost şi că convieţuirea nu este atunci altceva decât o formă de parabioză. Alţi biologi nu exclud, dimpotrivă, un oarecare schimb de substanţe sintetizate de cei doi indivizi, chiar dacă nu s-au obţinut încă dovezi. 2. Simbioze între bacterii şi ciuperci ale endosferei În ţesuturile rădăcinii şi ale organelor tuberizate de natură caulinară pătrund bacterii şi ciuperci; ele profită de răni pentru a se instala sau creează porţi de intrare, lizând pereţii celulari. Această pătrundere nu este însoţită totuşi de vreo manifestare morfologică sau de vreo reacţie vizibilă din partea gazdei. Astfel de microorganisme au fost găsite şi în păstăile închise de bob (Vicia faba), în tuberculii de cartof (Solanum tuberosum), în fructul de tomate (Solanum lycopersicum), în rădăcinile tuberizate de sfeclă (Beta vulgaris) etc. S-a emis chiar ipoteza privind acţiunea favorabilă a acestor nepatogeni pentru gazdă (sfeclă, cartofi). 26

3. Simbioza lichenică Rprezintă o sfidare a legilor matematicii: 1+1=1 Lichenii pot coexista din Permo-Trias, chiar dacă fosilele lor indiscutabile datează numai de la sfârşitul erei secundare. Lichenii rezultă din simbioza unei eumicete cu o cianobacterie sau cu o chloroficee. Constituie o asociaţie stabilă, independentă dintre un micobiont şi un ficobiont, în care micobiontul este partenerul învelitor, extern. Lichenii exprima fenotipuri produse de două genotipuri profund diferite, dar intim asociate: al ciupercii şi al algei. Lichenii sunt răspândiţi peste tot, de la imensele întinderi boreale (unde ei domină) până în deşerturile cele mai calde, trecând prin munţii înalţi şi pădurile tropicale. Lichenii sunt apţi să colonizeze toate mediile, chiar pe acoperişuri, vitralii de biserici, lentile de telescop, pereţi, lemn prelucrat, pietre. Trăiesc pe humus, pe roci, pe substraturi bogate în azot (în cazul refugiilor păsărilor).

Ciuperca joacă rolul de reglator esenţial al morfologiei proprii fiecărei specii de lichen. Schimburile între cei doi bionţi sunt uşurate de contactele anatomo-citologice care privesc hifele şi celulele fitobiontului. 27

Mărturia simbiozei eficace: substanţele lichenice. Înafară de produşii proprii fiecăruia dintre cei doi bionţi, lichenii produc substanţe specifice, pe care le stochează la nivelul protoplasmei sau al pereţilor scheletici, dacă nu la exteriorul compartimentelor vii; se cunosc peste 300 de metaboliţi secundari de origine „mixtă”, numiţi global „acizi lichenici”, întâlniţi doar la licheni, sub formă de cristale minuscule sau ganulaţii dispuse la suprafaţa hifelor, reprezentând 0,15-10% din greutatea uscată a lichenului. Este utilă omului simbioza lichenică? Din antichitate însă, diverse etnii deţertice au consumat licheni. Sunt cunoscute felurile de bucate din Lecanora esculenta, pastele şi jeleurile de Cetraria islandica în ţările nordice, unde aceasă specie a fost considerată ca un analeptic eficace. Exemplul cel mai adesea citat din alimentaţia animala este Cladonia rangiferina –lichenul renului, dar se foloseşte şi pentru hrana porcilor, caprelor şi vacilor. Unele specii sunt tinctoriale (pentru coloranţi), medicinale (Usnea, Cetraria), bune pentru parfumuri, cosmetice, etc. Lichenii constituie un indicator de poluare (ochi biologici). Lichenii şi sănătatea arborilor: hifele unor licheni corticoli se insinuează în scoarţa suportului, până la vasele de lemn; alţi licheni difuzează în arbore metaboliţi speciali, chiar antibiotice, reducând atunci susceptibilitatea sa la atacurile patogenilor bacterieni şi fungici. „Simbioza este...mai mult decât o asociaţie aditivă;este o forţă creatoare care poate avea ca rezultat producerea de structuri, de funcţii, de proprietăţi noi şi imprevizibile” (René Dubos –Les Reves de la raison, Denoël éd. Paris 1961).  Simbioza în lumea animală O echipă de de cercetători de la Centrul Naţional de Cercetare Ştiinţifică (CNRS) din Tours,Franţa, a reuşit să răspundă la o întrebare veche de jumătate de secol: cum reuşeşte o specie de viespe Ichneumonidae să paralizeze trupul unor specii de omide pentru a îşi depune ouăle acolo, totodată fără ca sistemul imunitar al omidei să reacţioneze, sau ca omida să treacă la stadiul de fluture, fiind astel fi casă şi hrană larvelor de viespe. Este vorba de o alianţă veche de 100 de milioane de ani între viespe şi un nudivirus într-un ADN unic, care se reproduce împreună. Studiul a fost publicat pe 13 februarie 2009 în pretigioasa revistă Science.

28

În intestinul gândacilor care se hrănesc cu materie lemnoasă (scilofagi), moliilor, ţânţarilor, care sug sângele omului, trăiesc bacterii care ajută la fermentaţia hranei lor unilaterale, substanţele rezultate sunt absorbite de intestinul lor şi se răspândesc în corp ajutând la creştere şi dezvoltare. De exemplu flagelatele simbionte din intestinul termitelor, descompun substanţele complexe din lemn în produşi mai simpli pe care termitele îi folosesc în nutritia lor. La rândul lor flagelatele au hrana şi adăpost astfel că se realizează o asociaţie foarte stransă, ambii parteneri neputând traii independent. Exp: soarecii şi cobaii îşi consumă propriile fecale, deoarece ele conţin pilule vitaminizante numite cecotrofe. În lipsa lor animalele mor. Chiar şi în intestinul gros al omului există o mare cantitate de bacterii care îmbogaţesc în albumină şi vitamine hrana pe care o consumam. Vitaminele sunt produse de Bacterium coli şi Bacterium bifidum. Este un lucru cunoscut ca microflora intestinală are multe funcţii vitale în organismul uman. Înca din 1908, omul de ştiinţă de origine rusă, Ilya Mechnikov, a demonstrat că existenţa bacteriilor este necesară pentru "o viaţă lungă şi sănătoasă". Există mai mult de 400 de specii de microorganisme în tractul gastrointestinal al fiecarui om. Unele sunt benefice organismului, trăind în simbioză cu organismul.

29

Cel mai perfect, mai puternic şi mai economicos far al lămpaşilor marini este ochiul telescopic al caracatiţei. Becul cefalopodei este constituit din straturi deosebite. Lumina este produsa de celulele stratului intern, unde sunt adăpostite bacteriile luminoase. Fiind reflectată de celulele argintii ale stratului mijlociu, ea traversează capătul transparent al becului şi iese afară. “Oglinda” plasată lângă bec, amplifică lumina şi o dirijează asemenea unui far în direcţia dorită. Sacul cu bacterii comunică direct cu apa marină de unde caracatiţa şi rudele ei îşi procură direct din mare rezervele de generatori de lumină necesari felinarului. În lumea furnicilor, care trebuie să asigure hrana zilnică unui număr de câteva zeci sau sute de indivizi, se observă o simbioză între ele şi păduchii de frunze–afidele, care au o capacitate fantastică de înmulţire. Urmaşii unui singur afid, ar putea, înmulţindu-se, să acopere într-un an întreaga suprafaţă a pământului cu o peliculă de păduchi de plante. Furnicile acordă o extraordinară îngrijire acestor păduchi numiţi de popor “vacile furnicilor” (vezi foto).

Afidele sunt mici fabrici de substanţe zaharoase eliminate prin capătul posterior al abdomenului. Acestea sunt excrementele afidelor, formate din seva plantelor transformată în sirop de zahar care apare sub forma unor bobiţe care, daca insecta nu e crescută de furnici ce consumă aceste “bobiţe de miere”, aduc necazuri plantei astupând stomatele cu o peliculă de lac dulce. 30

CONCLUZII Unul din primele puncte ale disputei dintre evoluţionism şi creaţionism este cel referitor la originea vieţii. Creaţioniştii susţin că viaţa a fost creată de Dumnezeu, în timp ce evoluţioniştii susţin că materia ne-vie s-ar fi organizat în mod spontan şi ar fi dat naştere vieţii (teorie care a primit numele de generaţie spontanee). Mai există şi unii autori, relativ puţin numeroşi, care susţin o teorie hibridă: primul organism viu a fost creat de Dumnezeu iar celelalte au luat naştere din acesta prin evoluţie. Să încercăm să analizăm în continuare posibilitatea generaţiei spontanee. În mod evident, în condiţiile actuale, materia ne-vie nu se organizează spontan pentru a da naştere la organisme vii. Evoluţioniştii susţin, însă, că atmosfera primitivă şi oceanul primordial ar fi avut o altă compoziţie chimică, mai favorabilă apariţiei vieţii. Aceasta este o simplă ipoteză care nu poate fi demonstrată, dar să presupunem că ar fi adevărată. Ca urmare a acestui fapt s-ar fi format prin sinteză chimică, mai întâi o “supă organică” în ocean, după care, substanţele din această “supă” s-ar fi autoorganizat treptat pentru a da naştere vieţii, mai întâi în forme acelulare (virusuri), iar apoi în formele celulare. Fizicianul E. Schrodinger a demonstrat chiar că, din punct de vedere termodinamic nici măcar menţinerea vieţii nu ar fi posibilă dacă nu admitem şi existenţa unui principiu universal ordonator de natură spirituală (el se pronunţa pentru o divinitate impersonală, ca în religiile extrem orientale, dar modul deosebit de inteligent al organizării lumii pare să sugereze mai degrabă existenţa unui Dumnezeu personal). În faţa constatării că în zilele noastre nu vedem specii de plante sau de animale care să se transforme din unele în altele, evoluţioniştii aduc argumentul că evoluţia are loc treptat, într-un număr mare de generaţii şi de aceea nu poate fi percepută în mod normal. Numai că, acest argument nu poate fi invocat în cazul microorganismelor, deoarece acestea au o durată foarte mică a ciclului de reproducţie (în unele cazuri chiar 20 de minute) şi, de aceea, un număr mare de generaţii poate fi obţinut într-un timp relativ scurt. Astfel, într-o zi putem obţine 72 de generaţii, într-o lună 2160 de generaţii, într-un an 26 000 de generaţii, iar în 100 de ani 2,6 milioane de generaţii. În cei peste 100 de ani de când se fac studii sistematice în domeniul microbiologiei s-au observat unele modificări de caractere ale unor tulpini (populaţii) de microorganisme 31

dar, deşi numărul generaţiilor care s-au succedat este astronomic, speciile s-au “încăpăţânat” să rămână aceleaşi şi chiar s-a observat că tulpinile cu caractere mai deosebite (cum ar fi tulpinile înalt producătoare ale unui anumit metabolit), obţinute prin selecţie artificială, după un număr de generaţii “se sălbăticesc”, adică revin la tipul iniţial. Mai mult, tratatele de medicină scrise cu mii de ani în urmă descriu aceleaşi boli infecţioase ca şi în zilele noastre, ceea ce ne duce cu gândul la faptul că şi atunci existau aceleaşi specii de microbi. Vedem, deci, că în ciuda teoriilor evoluţioniste, speciile de microorganisme sunt deosebit de stabile. Încercând să explice originea eucariotelor, evoluţioniştii susţin că acestea ar fi apărut prin contopirea mai multor celule procariote. În acest fel s-ar explica, spun ei, existenţa mai multor cromozomi în aceeaşi celulă. În ceea ce priveşte mitocondriile, acestea ar fi nişte celule procariote care au ajuns să trăiască în simbioză cu celula gazdă. Mai menţionăm un amănunt: dacă speciile de eucariote ar fi evoluat unele din altele, de la simplu la complex, ar fi trebuit ca numărul cromozomilor la fiecare specie să fie mai mare sau mai mic, în funcţie de gradul de complexitate al organismului dar, în realitate s-a observat că nu există nici o corelaţie între numărul de cromozomi şi nivelul de complexitate al organismelor dintr-o anumită specie. In acest referat am încercat să arătăm importanţa simbiozei în evoluţie, iar dovezile şi exemplele ilustrate mai sus sunt clare în această privinţă.

„Simbioza este...mai mult decât o asociaţie aditivă;este o forţă creatoare care poate avea ca rezultat producerea de structuri, de funcţii, de proprietăţi noi şi imprevizibile” (René Dubos –Les Reves de la raison, Denoël éd. Paris 1961

32