Życie w symbiozie – jak mikroorganizmy kształtują świat zwierząt

Wokół tajemnicy życia na Ziemi

Ciało człowieka to złożony ekosystem miliardów mikroorganizmów – bakterii, grzybów, archeonów i wirusów – bez których nie moglibyśmy żyć. To samo dotyczy innych istot żywych: każde zwierzę nosi w sobie własną, unikalną społeczność drobnoustrojów, współewoluującą z gospodarzem i niezbędną dla jego przetrwania. Jak podkreśla Gilbert i współautorzy (2018), „żadne zwierzę nie istnieje w pojedynkę” – życie toczy się zawsze w relacji i współzależności między mikro- i makroświatem. Zwierzęta hodowane w warunkach jałowych („germ-free”) wykazują upośledzoną budowę narządów, takich jak serce czy śledziona oraz skróconą długość przewodu pokarmowego – co pokazują badania, np. opisujące mniejsze serca i śledziony u myszy germ-free (Gabay et al. 2020).

Przyjrzyjmy się więc kilku wybranym dowodom, które ukazują, jak ważną rolę u zwierząt pełnią ich mikroskopijni sojusznicy – mikrobiota endogenna. Celuloza, stanowiąca najobficiej występujący polisacharyd na Ziemi, wraz z towarzyszącymi jej związkami wspierającymi – jak lignina, pektyna czy hemiceluloza – tworzy podstawowy składnik ściany komórkowej roślin wyższych, niektórych glonów, grzybów i bakterii. Ściany te są odpowiedzialne za znaczną część biomasy roślinnej. Chociaż wiele zwierząt nie wytwarza własnych enzymów zdolnych do rozkładu celulozy, mogą one wykorzystywać ten surowiec dzięki współpracy z mikrobami (Ali et al. 2019).

W przypadku roślinożernej krowy rozwiązanie tego, jak trawi ona błonnik roślinny, jest typowym przykładem symbiozy pomiędzy zwierzęciem a mikroorganizmami. W przewodzie pokarmowym krowy – głównie w żwaczu – bytują bakterie celulolityczne, które rozkładają celulozę obecną w ścianach komórkowych roślin. Proces ten polega na bardzo szybkim działaniu mikroorganizmów przy jednoczesnym wpływie m.in. pH i czasu przebywania pokarmu w żwaczu (Weimer 2022). Nie sama krowa, lecz jej mikrobiota „robi ciężką pracę” – przekształca włókniste części roślin w lotne kwasy tłuszczowe, które krowa może wykorzystać jako źródło energii.

W martwym drewnie znajduje się pokarm niezwykle trudny do rozkładu – drewno o wysokiej zawartości celulozy, hemicelulozy i ligniny. Wiele grup owadów lądowych (głównie w stadium larwalnym) zasiedla takie pnie, jednak owe drewnojady nie radziłyby sobie bez wsparcia swoich mikroorganizmów symbiotycznych. Badania pokazują, że owady współpracują z bakteriami i grzybami, które umożliwiają im trawienie i wykorzystywanie tego surowca. Mikrobiota drzewożernych owadów jest kluczowa w rozkładzie drewna i obiegu materii w ekosystemie leśnym (Maurice-Lira et al. 2025).

Dla organizmów żywiących się krwią lub sokiem roślinnym kluczowe znaczenie mają ich endosymbionty – mikroorganizmy wewnątrz organizmu, które uzupełniają dietę gospodarza w niezbędne związki. Na przykład u owadów pijących krew (np. u przedstawicieli rodzaju Glossina – muchy tse-tse) substancja pokarmowa jest uboga w witaminy z grupy B. Symbiont Wigglesworthiaglossinidia produkuje te witaminy, a ich brak skutkuje spadkiem płodności i kondycji gospodarza (Sonenshine et al. 2021). Z kolei u owadów ssących sok roślinny – np. mszyc – dieta oparta na soku roślinnym zawiera bardzo niski poziom aminokwasów egzogennych. W takich przypadkach bakterie symbiotyczne (np. Buchnera aphidicola u mszyc) uzupełniają te braki, produkując aminokwasy niezbędne dla rozwoju gospodarza (Moran et al. 2003).

W świecie, w którym każde istnienie splecione jest z milionami niewidzialnych współtowarzyszy, warto pamiętać, że życie nie jest samotnym wysiłkiem jednostki, lecz wspólnym dziełem wielu – widzialnych i niewidzialnych – form istnienia.

Prof. Piotr Skubała

Literatura:
- Ali H. R. K., Hemeda N. F., Abdelaliem Y. F. 2019. Symbiotic cellulolytic bacteria from the gut of the subterranean termite Psammotermes hypostoma Desneux and their role in cellulose digestion. „AMB Express” 9, 111. doi.org/10.1186/s13568-019-0830-5.
- Gabay O., Vicenty J., Smith D., Tiffany L., Ascher J. et al. 2020. Using a Model of Germ-Free Animals to Study the Impact of Gut Microbiome in Research: A Step by Step Sterility Setting and Management. „Methods and Protocols” 3(1): 18. doi.org/10.3390/mps3010018.
- Gilbert S. F., Sapp J., Tauber A. I. 2018. A symbiotic view of life: We have never been individuals. „The Quarterly Review of Biology” 87(4): 325–341.
- Maurice-Lira J. V., Pérez-Moreno J., Delgadillo-Martínez J., Salcedo-Vite K. 2025. Future perspectives in the study of mutualistic interactions between insects and their microorganisms. „Web Ecology” 25: 39–45. doi.org/10.5194/we-25-39-2025.
- Moran N. A., Plague G. R., Sandström J. P., Wilcox J. L. 2003. A genomic perspective on nutrient provisioning by bacterial symbionts of insects. „PNAS” 100 (suppl_2) 14543-14548. doi.org/10.1073/pnas.2135345100.
- Sonenshine D. E., Stewart P. E. 2021. Microbiomes of Blood-Feeding Arthropods: Genes Coding for Essential Nutrients and Relation to Vector Fitness and Pathogenic Infections. A Review. „Microorganisms” 9(12):2433. DOI: 10.3390/microorganisms9122433.
- Weimer P. J. 2022. Degradation of Cellulose and Hemicellulose by Ruminal Microorganisms. „Microorganisms” 10(12): 2345. doi.org/10.3390/microorganisms10122345.