ELÄVÄ MAAILMA

Yksikkö neljä. Elämän evoluutio ja monimuotoisuus

18. Sienet valloittavat maan

18.9. Sienten ekologiset roolit

Purkajat

Sienet ovat yhdessä bakteerien kanssa biosfäärin tärkeimmät hajottajat. Ne hajottavat orgaanisia aineita ja palauttavat näihin molekyyleihin lukkiutuneet aineet takaisin kiertoon ekosysteemissä. Sienet ovat käytännöllisesti katsoen ainoat eliöt, jotka pystyvät hajottamaan ligniiniä, joka on yksi puun tärkeimmistä ainesosista. Hajottamalla tällaisia aineita sienet saavat kuolleiden organismien ruumiista peräisin olevan hiilen, typen ja fosforin muiden organismien käyttöön.

Hajottaessaan orgaanista ainetta jotkut sienet hyökkäävät elävien kasvien ja eläinten kimppuun orgaanisten molekyylien lähteeksi, kun taas toiset hyökkäävät kuolleiden kimppuun. Sienet toimivat usein tauteja aiheuttavina organismeina sekä eläimille että kasveille. Kuvassa 18.12 esitetty sieni Armillaria saastuttaa havupuiden kasvustoa. Sieni saa alkunsa ympyröillä merkityn alueen keskeltä ja kasvaa ulospäin. Sienet aiheuttavat vuosittain miljardien dollarien tappiot maataloudessa.

Kuva 18.12. Maailman suurin organismi?

Armillaria, patogeeninen sieni, joka kuvassa vaivaa kolmea erillistä havumetsän aluetta Montanassa, kasvaa keskipisteestä yhtenä kloonina. Kuvan alareunassa oleva suuri laikku on lähes 8 hehtaarin kokoinen.

Kaupalliset käyttötarkoitukset

Sama aggressiivinen aineenvaihdunta, joka tekee sienistä ekologisesti tärkeitä, on otettu kaupalliseen käyttöön monin tavoin. Sekä leivän että oluen valmistus riippuu hiivojen, yksisoluisten sienten, jotka tuottavat runsaasti etanolia ja hiilidioksidia, biokemiallisesta toiminnasta. Juuston ja viinin hienostunut maku syntyy tiettyjen sienten aineenvaihduntaprosessien ansiosta. Laajat teollisuudenalat ovat riippuvaisia orgaanisten aineiden, kuten sitruunahapon, biokemiallisesta valmistuksesta sieniviljelmillä. Monet antibiootit, kuten penisilliini, ovat peräisin sienistä.

Syötävät ja myrkylliset sienet

Monet ascomycete- ja basidiomycete-sienetyypit ovat syötäviä (kuva 18.13a, b). Niitä viljellään kaupallisesti ja niitä voi myös poimia luonnosta. Basidiomykeetti Agaricus bisporus kasvaa luonnossa, mutta se on myös yksi maailman eniten viljellyistä sienistä. Se tunnetaan pienenä nimellä ”nappulasieni”, mutta suurempana sitä myydään myös nimellä portobellosieni. Muita esimerkkejä syötävistä sienistä ovat kantarelli (Cantharellus cibarius), morellit (ks. kuva 18.7b) ja shiitake (Lentinula edodes). Sieniä valittaessa on noudatettava suurta varovaisuutta, sillä monet lajit ovat myrkyllisiä niiden sisältämien myrkkyjen vuoksi. Myrkylliset sienet (kuva 18.13c) aiheuttavat monenlaisia oireita lievistä allergisista ja ruoansulatusreaktioista hallusinaatioihin, elinten vajaatoimintaan ja kuolemaan.

Kuva 18.13. Syötäviä ja myrkyllisiä sieniä.

Syötäviä sieniä ovat (a) nuppusienet (Agaricus bisporus) ja (b) keltaiset kantarellit (Cantharellus cibarius). Myrkyllisiä sieniä ovat mm. c) Amanita muscaria.

Sienten yhteydet

Sienet ovat mukana erilaisissa läheisissä yhteyksissä levien ja kasvien kanssa, joilla on erittäin tärkeä rooli biologisessa maailmassa. Näihin assosiaatioihin liittyy tyypillisesti kykyjen jakaminen heterotrofisen (sieni) ja fotosyntetisoivan (levä tai kasvi) välillä. Sienellä on kyky imeä mineraaleja ja muita ravinteita erittäin tehokkaasti ympäristöstä, ja fotosynteesin harjoittajalla on kyky käyttää auringonvaloa orgaanisten molekyylien rakentamiseen. Yksinään sienellä ei ole ravinnonlähdettä, fotosynteesi ei ravinteiden lähdettä. Yhdessä kumpikin saa sekä ravintoa että ravinteita, mikä on kumppanuus, josta molemmat osapuolet hyötyvät.

Mykorritsat. Sienten ja kasvien juurien välisiä yhteyksiä kutsutaan mykorritsoiksi (kreikaksi myko, sieni, ja rhizos, juuret). Noin 80 %:lla kaikista kasvilajeista juuret ovat osallisina tällaisissa yhteyksissä. Itse asiassa on arvioitu, että sienien osuus maailman kasvien juurten kokonaispainosta on jopa 15 prosenttia! Kuva 18.14 osoittaa, kuinka laaja tämä suhde voi olla. Vasemmalla olevat juuret ovat mäntyjen juuria, joihin ei ole liittynyt sieniä. Keskellä ja oikealla olevissa juurissa on mykorritsoja. Voit nähdä, kuinka mykorritsat lisäävät juuren pinta-alaa huomattavasti. Mykorritsassa sienen säikeet toimivat ylitehokkaina juurikarvoina, jotka työntyvät ulos juuren pääteosien epidermiksestä eli uloimmasta solukerroksesta. Sienifilamentit auttavat fosforin ja muiden kivennäisaineiden suorassa siirtymisessä maaperästä kasvin juuriin, kun taas kasvi toimittaa orgaanista hiiltä symbioottiselle sienelle.

Kuva 18.14. Mykorritsoja männyn juurissa.

Vasemmalta oikealle ovat männyn juuret, joihin ei ole liittynyt sieniä, Rhizopogonin muodostamat valkoiset mykorritsat ja Pisolithuksen muodostamat kellanruskeat mykorritsat.

Varhaisimmilla fossiilisilla kasveilla on usein mykorritsajuuria, joiden uskotaan olleen tärkeässä roolissa kasvien valloittaessa maata. Tuon ajan maaperästä olisi puuttunut kokonaan orgaaninen aines, ja mykorritsakasvit menestyvät erityisen hyvin tällaisessa hedelmättömässä maaperässä. Nykyisin elossa olevat alkeellisimmat verisuonikasvit ovat edelleen vahvasti riippuvaisia mykorritsasta.

Jäkälät Jäkälä on sienen ja fotosynteettisen kumppanin välinen yhteenliittymä. Ascomycetes ovat sienikumppaneita kaikissa paitsi 20:ssä niistä 15 000 eri jäkälälajista, jotka on luonnehdittu. Suurin osa jäkälän näkyvästä rungosta koostuu sen sienestä, mutta sienen sisällä olevien hyfakerrosten väliin on kietoutunut syanobakteereja, viherleviä tai joskus molempia. Läpikuultavien sienirihmastokerrosten läpi tunkeutuu riittävästi valoa, jotta fotosynteesi on mahdollista. Erikoistuneet sienihyfat ympäröivät fotosynteettisiä soluja ja joskus tunkeutuvat niiden sisään, ja ne toimivat väylinä, joiden kautta fotosynteettisten solujen tuottamat sokerit ja muut orgaaniset molekyylit kerätään ja siirretään sienirunkoon. Sieni lähettää erityisiä biokemiallisia signaaleja, jotka ohjaavat syanobakteereja tai viherleviä tuottamaan aineenvaihdunta-aineita, joita ne eivät tuottaisi, jos ne kasvaisivat sienestä riippumatta. Sieni ei itse asiassa pysty kasvamaan tai selviytymään ilman fotosynteesikumppaniaan. Monet biologit luonnehtivat tätä erityistä symbioottista suhdetta pikemminkin orjuudeksi kuin yhteistyöksi, eli sieni-isännän harjoittamaksi valvotuksi fotosynteettisen organismin loiseksi.

Sienen kestävä rakenne yhdistettynä sen kumppanin fotosynteettisiin kykyihin on mahdollistanut jäkälien tunkeutumisen ankarimpiinkin elinympäristöihin vuorten huipuista kuiviin, paljaisiin kallionpintoihin aavikolla. Kuvassa 18.15 kallioilla kasvava oranssi aine on jäkälä. Tällaisilla karuilla, alttiilla alueilla jäkälät ovat usein ensimmäisiä siirtolaisia, jotka hajottavat kallioita ja luovat pohjan muiden eliöiden invaasiolle.

Kuva 18.15. Kalliolla kasvavia jäkäliä.

Jäkälät ovat erittäin herkkiä ilmakehän epäpuhtauksille, koska ne imevät helposti sateeseen ja kasteeseen liuenneita aineita. Tämän vuoksi jäkäliä ei yleensä esiinny kaupungeissa ja niiden ympäristössä – ne ovat akuutisti herkkiä autoliikenteen ja teollisen toiminnan tuottamalle rikkidioksidille. Tällaiset epäpuhtaudet tuhoavat niiden klorofyllimolekyylejä ja vähentävät siten fotosynteesiä ja horjuttavat sienen ja levien tai syanobakteerien välistä fysiologista tasapainoa.

Avainoppimistulos 18.9. Sienet ovat keskeisiä hajottajia ja niillä on monia muita tärkeitä ekologisia ja kaupallisia tehtäviä. Mykorritsat ovat symbioottisia yhteyksiä sienten ja kasvien juurien välillä. Jäkälät ovat symbioottisia yhteenliittymiä sienen ja fotosynteettisen kumppanin (syanobakteeri tai levä) välillä.

Kysely & Analyysi

Are Chytrids Killing The Frogs?

Kuten opit aiemmin tässä luvussa, sytridi-sienten uskotaan olevan merkittävässä roolissa sammakkoeläinten maailmanlaajuisessa sukupuuttoon kuolemisen aallokossa, jota käsitellään paljon yksityiskohtaisemmin luvussa 38 (sivu 799). Tietoisuutemme sytridien mahdollisesta roolista alkoi Queenslandissa (Australian koillisosassa) vuonna 1993, kun ilmoitettiin sammakoiden joukkokuolemasta. Kaikki eri sammakkolajit näyttivät kärsivän siitä, ja kokonaisia populaatioita hävisi. Pohjois-Queenslandin sademetsissä havaittiin, että terävännokkaisen vesisammakon (Taudactylus acutirostris) populaatiot olivat niin vakavasti vahingoittuneet, että ne olivat vaarassa kuolla sukupuuttoon. James Cookin yliopistoon sekä Melbournen ja Tarongan eläintarhoihin perustettiin vankeudessa pidettäviä kolonioita lajin säilyttämiseksi. Valitettavasti lajin säilyttäminen epäonnistui. Jokainen siirtokuntien sammakko kuoli.

Mikä tappoi sammakot? Vastaus tähän kysymykseen saatiin vuonna 1998, kun tutkijat tutkivat sairaiden sammakoiden epiteeliä (ihoa) pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja näkivät sen, mitä näet oikealla olevissa valomikroskooppikuvissa. Normaalisti suhteellisen sileä pinta, mutta kuolevien sammakoiden epiteeli oli karhea, ja pinnasta työntyi esiin pallomaisia kappaleita.

Nämä ulokkeet ovat zoosporangioita, sytridisienen suvuttomia lisääntymisrakenteita. Yksi on esitetty läheltä (sisäkuva). Kukin zoosporangium on suunnilleen pallomainen, ja siinä on yksi tai useampi pieni ulkoneva putki. Kussakin zoosporangiumissa kehittyy miljoonia pieniä zoosporioita. Kun putken kärjen tukkiva tulppa katoaa, itiöt purkautuvat viereisten ihosolujen pinnalle tai veteen, jossa ne uivat lippulaivojensa avulla, kunnes ne kohtaavat toisen isännän. Kun yksi zoosporoista koskettaa toisen sammakon ihoa, se kiinnittyy ja muodostaa uuden zoosporangiumin ihon pintakerrokseen, jolloin tartuntakierto uudistuu.

Tartunnan saaneiden sytridien tutkiminen osoitti, että ne kuuluvat Batrachochytrium dendrobatidis -lajiin. Tämä oli odottamatonta. Sytridejä esiintyy tyypillisesti vedessä ja maaperässä, ja vaikka useita lajeja tiedetään tartuttavan kasveja ja hyönteisiä, yhdenkään sytridin ei ollut koskaan tiedetty tartuttavan selkärankaista.

Näiden ensimmäisten pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvaustulosten perusteella näytti melko vakuuttavalta, että sytridit olivat aiheuttaneet sammakoiden joukkokuoleman Queenslandissa. Suorempien todisteiden saamiseksi tehtiin kuitenkin sarja kokeita, joissa arvioitiin suoraan sytridisienen kykyä tappaa sammakoita.

Yksi tällaisessa kokeessa, joka oli tyypillinen monille, osa Dendrobates-suvun sammakoista altistettiin sytrideille ja osa ei. Kolmen viikon kuluttua kaikki sammakot tutkittiin irronneen nahan varalta, joka on sammakoita tappavan taudin kliininen merkki. Tulokset näkyvät yllä olevissa piirakkadiagrammeissa.

1. Käsitteiden soveltaminen. Onko tässä tutkimuksessa riippuvainen muuttuja? Jos on, mikä se on?

2. Tietojen tulkinta. Mikä on taudin esiintyvyys altistumattomilla sammakoilla? Altistuneilla sammakoilla?

3. Päätelmien tekeminen. Onko sytridille B. dendrobatidis altistumisen ja sellaisen ihotulehduksen kehittymisen välillä, joka on sammakoiden hengenvaarallisen sairauden kliininen merkki?

4. Johtopäätösten tekeminen. Mikä on sytridille altistumisen vaikutus sammakoita tappavan taudin kehittymisen todennäköisyyteen?

5. Lisäanalyysi

a. Monia sammakko- ja salamanterilajeja kuolee kaikkialla maailmassa. Ehdottaako tämä koe keinoa määrittää, kuinka yleistä sammakkoeläinten alttius sytriditartunnalle on?

b. Vaikka sammakkokuolemia on esiintynyt muutamia aiemminkin, yksikään niistä ei ole ollut läheskään näin vakava. Uskotko, että B. dendrobatidis on uusi laji, vai uskotko, että ympäristömuutokset, kuten ilmaston lämpeneminen tai otsonikatosta johtuva lisääntynyt UV-säteily, voisivat olla syynä? Keskustelkaa.

Testaa ymmärryksesi

1. Monimutkaisten monisoluisten eliöiden tärkein ominaisuus on

a. solujen välinen viestintä.

b. solujen kehitys.

c. solujen erikoistuminen.

d. solujen lisääntyminen.

2. Mikä seuraavista ei ole sienien valtakunnan ominaispiirre?

a. heterotrofinen

b. selluloosasoluseinät

c. solujen lisääntyminen. ydinmitoosi

d. liikkumaton siittiö

3. Sienen päärunko on

a. hyfa.

b. septa.

c. sieni.

d. mycelium.

4. Sienet lisääntyvät

a. sekä suvullisesti että suvuttomasti.

b. vain suvullisesti.

c. vain suvuttomasti.

d. pirstoutumalla.

5. Sienet lisääntyvät. Morellit ja tryffelit kuuluvat sienisukuun

a. Zygomycota.

b. Ascomycota.

c. Basidiomycota.

d. Chytridiomycota.

6. Zygomykeetat eroavat muista sienistä, koska ne eivät tuota

a. myseeliä.

b. hedelmöityskappaleita.

c. heterokaryonia.

d. sporangiumia.

7. Askomykeetat muodostavat lisääntymiskykyisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä itiöemäksisiä etiöemäksisiä erityisessä pussissa, jota kutsutaan ascusiksi.

b. basidiokarpin kiduksissa.

c. sporangioforeissa.

d. mykeliumissa.

8. Meioosi basidiomykeeteissä tapahtuu

a. hyfoissa.

b. basidioissa.

c. myseelissä.

d. basidiocarpissa.

9. Jäkälät ovat mutualistisia yhteenliittymiä

a. kasvien ja sienten välillä.

b. levien ja sienten välillä.

c. termiittien ja sienten välillä.

d. korallien ja sienten välillä.

10. Mykorritsat auttavat kasveja saamaan

a. vettä.

b. happea.

c. hiilidioksidia.

d. kivennäisaineita.