همزیستی: رقص زندگی در طبیعت
همزیستی چیست و چه انواعی دارد؟
در طبیعت، هیچ جانداری به‌طور کامل جدا از دیگران زندگی نمی‌کند. همزیستی الگویی از زندگی است که در آن دو گونهٔ مختلف، برای مدتی طولانی در تماس نزدیک با یکدیگر قرار می‌گیرند. این رابطه می‌تواند برای هر دو طرف سودمند، برای یکی سودمند و برای دیگری بی‌ضرر، یا حتی برای یکی سودمند و برای دیگری مضر باشد.
| نوع رابطه | تأثیر بر گونهٔ اول | تأثیر بر گونهٔ دوم | مثال مشهور |
|---|---|---|---|
| همسفرگی3 | سود می‌برد | بی‌ضرر است | گیاهان کوچک روی درختان بلند |
| زندگی‌گری4 | سود می‌برد | آسیب می‌بیند | کَنه روی پوست جانوران |
| همیاری5 | سود می‌برد | سود می‌برد | گیاه و ریزوبیوم |
همیاری جذاب‌ترین نوع همزیستی است، زیرا هر دو شریک از بودن با یکدیگر نفع می‌برند. مانند رابطهٔ بین گیاهان خانوادهٔ نخود و باکتری‌های ریزوبیوم. گیاهان به تنهایی نمی‌توانند نیتروژن هوا را جذب کنند، اما این باکتری‌ها این کار را برای آن‌ها انجام می‌دهند.
یک مثال کلاسیک: گیاه نخود و باکتری ریزوبیوم
این رابطه یک نمونهٔ کامل از همیاری است. گیاه نخود ترکیباتی به نام ترشحات ریشه‌ای تولید می‌کند که مانند یک پیام شیمیایی برای باکتری‌های ریزوبیوم عمل می‌کند. باکتری‌ها به سمت ریشه جذب می‌شوند و از طریق تارهای کشنده به داخل آن نفوذ می‌کنند. گیاه در پاسخ به این ورود، یک ساختار ویژه به نام گرهک7 یا گرهٔ ریشه‌ای ایجاد می‌کند که مانند یک خانهٔ کوچک برای باکتری‌ها است.
داخل این گرهک‌ها، باکتری‌ها آنزیم ویژه‌ای به نام نیتروژناز8 تولید می‌کنند. این آنزیم مانند یک کارخانهٔ شیمیایی کوچک عمل کرده و نیتروژن گازی ($N_2$) موجود در هوا را به آمونیاک ($NH_3$) تبدیل می‌کند. گیاه سپس این آمونیاک را به موادی مانند اسیدهای آمینه تبدیل می‌کند که برای رشدش حیاتی هستند. در ازای این لطف بزرگ، گیاه باکتری‌ها را در یک محیط امن و راحت نگه می‌دارد و به آن‌ها کربوهیدرات‌ها و سایر مواد غذایی که از فتوسنتز تولید می‌شوند، می‌دهد.
| شریک رابطه | دریافتی‌ها | داده‌ها |
|---|---|---|
| گیاه (میزبان) | نیتروژن قابل جذب (مانند آمونیاک) | محل زندگی و غذا (کربوهیدرات) |
| باکتری ریزوبیوم (همزیست) | محل زندگی و غذا (کربوهیدرات) | نیتروژن قابل جذب (مانند آمونیاک) |
همزیستی در خدمت کشاورزی و محیط زیست
کشاورزان از دیرباز، بدون آن که از علم پشت آن اطلاع داشته باشند، از مزایای این رابطه استفاده می‌کردند. آن‌ها متوجه شده بودند که اگر در یک زمین، به‌طور متناوب گیاهان خانوادهٔ نخود (مانند لوبیا، نخود و یونجه) را بکارند، خاک حاصلخیزتر می‌شود و محصولات بعدی بهتر رشد می‌کنند. دلیل این پدیده، فعالیت باکتری‌های ریزوبیوم است که پس از برداشت محصول نیز در خاک باقی می‌مانند و نیتروژن آن را غنی می‌کنند. این یک روش طبیعی و ارزان برای کاهش استفاده از کودهای شیمیایی است که می‌تواند به سلامت محیط زیست کمک کند.
امروزه دانشمندان سعی می‌کنند با استفاده از مهندسی ژنتیک، این توانایی باکتری‌ها را به گیاهان مهم دیگر مانند ذرت یا گندم منتقل کنند. اگر این تلاش موفقیت‌آمیز باشد، انقلابی در کشاورزی پایدار ایجاد خواهد شد.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. این رابطه بسیار اختصاصی است. برای مثال، باکتری‌هایی که با گیاه لوبیا همکاری می‌کنند، معمولاً نمی‌توانند با گیاه نخود ارتباط برقرار کنند. این موضوع شبیه به داشتن یک کلید ویژه برای قفل خاص است.
خیر. همان‌طور که در جدول انواع همزیستی دیدیم، تنها نوع "همیاری" برای هر دو طرف سودمند است. در انواع دیگر مانند "زندگی‌گری"، یکی سود می‌برد و دیگری آسیب می‌بیند. بنابراین اصطلاح همزیستی فقط به معنای "زندگی کردن با هم" است و لزوماً به معنای دوستی و همکاری کامل نیست.
نیتروژن موجود در هوا ($N_2$) از دو اتم نیتروژن تشکیل شده که با یک پیوند سه‌گانهٔ بسیار قوی به هم متصل هستند. شکستن این پیوند نیاز به انرژی بسیار زیادی دارد که گیاهان فاقد آنزیم لازم (نیتروژناز) برای انجام این کار هستند. باکتری‌های ریزوبیوم این آنزیم را دارند و می‌توانند این واکنش دشوار را انجام دهند.
پاورقی
1 همزیستی (Symbiosis): به رابطهٔ بادوام و نزدیک بین دو گونهٔ زیستی مختلف گفته می‌شود.
2 ریزوبیوم (Rhizobium): نوعی باکتری که در گره‌های ریشه‌ای گیاهان تیرهٔ نخود زندگی می‌کند و نیتروژن هوا را تثبیت می‌نماید.
3 همسفرگی (Commensalism): نوعی رابطهٔ همزیستی که در آن یک گونه سود می‌برد و گونهٔ دیگر نه سود می‌برد و نه زیان.
4 زندگی‌گری (Parasitism): نوعی رابطهٔ همزیستی که در آن یک گونه (زندگی‌گر) سود می‌برد و گونهٔ دیگر (میزبان) آسیب می‌بیند.
5 همیاری (Mutualism): نوعی رابطهٔ همزیستی که در آن هر دو گونه از زندگی با هم سود می‌برند.
6 تثبیت نیتروژن (Nitrogen Fixation): فرآیند تبدیل نیتروژن مولکولی ($N_2$) غیرقابل استفاده برای موجودات زنده به ترکیباتی مانند آمونیاک ($NH_3$) که برای آن‌ها قابل جذب است.
7 گرهک (Nodule): برآمدگی یا گره‌های کوچکی روی ریشهٔ گیاهان که در نتیجهٔ همزیستی با باکتری‌های تثبیت‌کنندهٔ نیتروژن تشکیل می‌شوند.
8 نیتروژناز (Nitrogenase): آنزیمی که توسط باکتری‌های تثبیت‌کنندهٔ نیتروژن تولید می‌شود و کاتالیزور تبدیل $N_2$ به $NH_3$ است.