Dlaczego małpki morskie kochają sól: baśń o kosztach symbiozy

Przez rozkładanie opornych i zazwyczaj niestrawialnych węglowodanów w substancji roślinnej bakterie pozwoliły ssakom na zostanie zwierzętami pasącymi się i spowodowały powstanie olbrzymich stad na równinach afrykańskich. Przez dostarczanie źródła energii, które nie jest związane z światłem słonecznym, bakterie pozwoliły robakom, małżom i setkom innych stworzeń na skolonizowanie głębi oceanów, a przy okazji utratę otworu gębowego i jelit.

Te przykłady podbudowują powszechny pogląd, że symbioza (partnerstwo) między zwierzętami i mikrobami prowadzi do wzajemnych korzyści i szerszych możliwości. Ale symbioza powoduje także koszty i ograniczenia. Mikroby mogą odciąć zwierzęta od cennych okazji, ograniczyć ich opcje i narzucić na nie ciężary – wszystko to bez powodowania zakażeń lub chorób.

Odrade Nougué i Thomas Lenormand z uniwersytetu w Montpellier znaleźli wspaniały przykład takich ograniczeń u zwierzęcia, które będzie znajome wszystkim dorastającym w latach 1970. i 1980.: u małpki morskiej [skorupiak sea monkey. Nazwa używana w języku angielskim. Po polsku nazywa się solowiec lub słonaczek. przyp. tłum.]

Te małe stworzonka bardziej formalnie znane są jako solowce lub Artemia. Jak ich nazwa wskazuje, żyją w słonej wodzie, ale wyewoluowały od przodków słodkowodnych. Dają sobie radę z solą przez wydajne pompowanie jej we własnym krwiobiegu. Im bardziej słona woda, tym ciężej muszą pracować i tym więcej energii spalają.

Można by więc oczekiwać, że Artemia czuje się najlepiej w lekko solonej wodzie. W rzeczywistości, nie tolerują tego. Przy ponad 40 gramach soli na litr czują się świetnie. Poniżej tego progu mają mniejsze szanse przeżycia. Dziwaczne! Z pewnością powinno być odwrotnie?

Nougué odkryła, że za ten dziwaczny paradoks odpowiadają mikroby jelitowe Artemia. Kiedy Nougué hodowała larwy Artemia w wysterylizowanych odżywkach, a więc wyrastały bez swojej zwykłej koterii mikrobów, te skorupiaki dawały sobie lepiej radę w nisko słonej wodzie. Również kiedy karmiła je drożdżami zamiast ich zwykłych posiłków z alg, dawały sobie lepiej radę z mniejszą ilością soli. Ich normalne preferencje dla bardzo słonej wody istnieją tylko, kiedy jedzą algi i mają w sobie mikroby. Dlaczego?

Te bakterie pomagają rozkładać węglowodany w algach, jak również poddają detoksykacji wiele trucizn w tych kęskach. Bez nich skorupiaki nie przeżyłyby swoich normalnych posiłków. I na tym polega szkopuł: te bakterie lubią sól. Gorzej rosną przy niskim zasoleniu. Tak więc Artemia, żeby dostarczyć swojemu partnerowi trawiennemu idealnych warunków, musi żyć w wodzie, która jest bardziej zasolona niż wolałaby normalnie i jest praktycznie rzecz biorąc odcięta od lekko zasolonych miejsc.

Mamy więc tu wypadek, w którym mikroby rozszerzają możliwości ekologiczne zwierzęcia (przez pozwolenie mu na spożywanie pokarmu, który byłby dla niego niedostępny), ale także ograniczają je (przez zmuszanie do migracji w bardziej zasolone środowisko). Dostarczają cennej usługi, ale nieświadomie wysuwają w zamian żądania. Nie są to też niewielkie żądania. Zasolenie jest największym czynnikiem definiującym, gdzie żyje Artemia, bardziej niż temperatura, drapieżniki lub pasożyty.

Istnieją inne przykłady takich ograniczeń. Symbionty owadów tego rodzaju, który pozwala im na przeżycie na soku roślinnym, są na ogół wrażliwsze na wysokie temperatury niż ich gospodarze, a więc ich liczba maleje raptownie przy gorącej pogodzie. (Można zapytać, co stanie się z tymi partnerami w ocieplającym się świecie?) A w niektórych wypadkach gospodarze i mikroby mogą stać się tak zależne wzajem od siebie, że oba ryzykują wyginięcie – pomyśl o cykadzie z 13-letnim cyklem i jej absurdalnie zdegenerowanych bakteriach.

Źródło: Nougué, Gallet, Chevin & Lenormand. 2015. Niche Limits of Symbiotic Gut Microbiota Constrain the Salinity Tolerance of Brine Shrimp. American Naturalist. http://www.jstor.org/stable/10.1086/682370

Why sea monkeys love salt a fable on the cost of symbiosis

Not Exactly Rocket Science, 23 września 2015
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska