Lumea vie

Unitatea 4. Evoluția și diversitatea vieții

18. Ciupercile invadează pământul

18.9. Rolul ecologic al ciupercilor

Decompozitori

Fungii, împreună cu bacteriile, sunt principalii descompozitori din biosferă. Ei descompun materialele organice și repun în circulație în ecosistem substanțele care fuseseră blocate în acele molecule. Ciupercile sunt practic singurele organisme capabile să descompună lignina, unul dintre principalii constituenți ai lemnului. Prin descompunerea acestor substanțe, ciupercile pun la dispoziția altor organisme carbonul, azotul și fosforul din corpurile organismelor moarte.

În descompunerea materiei organice, unele ciuperci atacă plantele și animalele vii ca sursă de molecule organice, în timp ce altele le atacă pe cele moarte. Ciupercile acționează adesea ca organisme care cauzează boli atât pentru animale, cât și pentru plante. Ciuperca Armillaria, prezentată în figura 18.12, infectează un arboret de conifere. Ciuperca își are originea în centrul unei zone indicate de cercuri și crește spre exterior. Ciupercile sunt responsabile de pierderi de miliarde de dolari în agricultură în fiecare an.

Figura 18.12. Cel mai mare organism din lume?

Armillaria, o ciupercă patogenă prezentată aici care afectează trei regiuni discrete de pădure de conifere din Montana, crește dintr-un focar central ca o singură clonă. Pătura mare din partea de jos a imaginii are aproape 8 hectare.

Utilizări comerciale

Același metabolism agresiv care face ca ciupercile să fie importante din punct de vedere ecologic a fost folosit în scopuri comerciale în multe moduri. Fabricarea atât a pâinii cât și a berii depinde de activitățile biochimice ale drojdiilor, ciuperci unicelulare care produc cantități abundente de etanol și dioxid de carbon. Brânza și vinul își obțin aromele delicate datorită proceselor metabolice ale anumitor ciuperci. Industrii vaste depind de fabricarea biochimică a unor substanțe organice, cum ar fi acidul citric, de către ciupercile aflate în cultură. Multe antibiotice, inclusiv penicilina, sunt derivate din ciuperci.

Fungii comestibile și otrăvitoare

Multe tipuri de ciuperci ascomicete și basidiomicete sunt comestibile (figura 18.13a, b). Ele sunt cultivate în scop comercial și pot fi, de asemenea, culese din natură. Basidiomiceta Agaricus bisporus crește în sălbăticie, dar este, de asemenea, una dintre cele mai cultivate ciuperci din lume. Cunoscută sub numele de „ciuperca buton” atunci când este mică, este vândută și sub denumirea de ciuperca portobello atunci când este mai mare. Alte exemple de ciuperci comestibile includ chanterellele galbene (Cantharellus cibarius), morcovii (a se vedea figura 18.7b) și shiitake (Lentinula edodes). Trebuie să se acorde o mare atenție atunci când se selectează ciupercile pentru consum, deoarece multe specii sunt otrăvitoare din cauza toxinelor pe care le conțin. Ciupercile otrăvitoare (figura 18.13c) provoacă o serie de simptome, de la ușoare reacții alergice și digestive, până la halucinații, insuficiență de organe și moarte.

Figura 18.13. Ciuperci comestibile și otrăvitoare.

Cele comestibile includ (a) ciupercile de tip buton (Agaricus bisporus) și (b) chanterelles galbene (Cantharellus cibarius). Ciupercile otrăvitoare includ (c) Amanita muscaria.

Asociații fungice

Fungii sunt implicați într-o varietate de asociații intime cu algele și plantele care joacă roluri foarte importante în lumea biologică. Aceste asociații implică, de obicei, o partajare de abilități între un heterotrof (ciuperca) și un fotosintetizator (alga sau planta). Ciuperca contribuie cu capacitatea de a absorbi foarte eficient minerale și alți nutrienți din mediul înconjurător; fotosintetizatorul contribuie cu capacitatea de a folosi lumina solară pentru a alimenta construirea de molecule organice. Singură, ciuperca nu are nicio sursă de hrană, iar fotosintetizatorul nicio sursă de nutrienți. Împreună, fiecare are acces atât la hrană, cât și la nutrienți, un parteneriat în care ambii participanți au de câștigat.

Micorize. Asociațiile dintre ciuperci și rădăcinile plantelor se numesc micorize (din greacă myco, ciupercă, și rhizos, rădăcini). Rădăcinile a aproximativ 80% din toate tipurile de plante sunt implicate în astfel de asociații. De fapt, s-a estimat că ciupercile reprezintă până la 15% din greutatea totală a rădăcinilor plantelor din lume! Figura 18.14 arată cât de extinsă poate fi această relație. Rădăcinile din stânga sunt rădăcini de pin care nu sunt asociate cu ciuperci. Rădăcinile din mijloc și din dreapta prezintă micorize. Puteți vedea cum micorizele măresc considerabil suprafața rădăcinii. Într-o micoriză, filamentele ciupercii acționează ca niște fire de păr radicular supraeficiente, ieșind din epidermă, sau stratul celular cel mai exterior, al porțiunilor terminale ale rădăcinii. Filamentele fungice ajută la transferul direct al fosforului și al altor minerale din sol în rădăcinile plantei, în timp ce planta furnizează carbon organic ciupercii simbiotice.

Figura 18.14. Micorize pe rădăcinile pinilor.

De la stânga la dreapta sunt rădăcini de pin neasociate cu o ciupercă, micorize albe formate de Rhizopogon și micorize galbene-maronii formate de Pisolithus.

Principalele plante fosile au adesea rădăcini micorizice, despre care se crede că au jucat un rol important în invazia pământului de către plante. Solurile din acea perioadă ar fi fost complet lipsite de materie organică, iar plantele micorizice au un succes deosebit în astfel de soluri infertile. Cele mai primitive plante vasculare care supraviețuiesc astăzi continuă să depindă puternic de micorize.

Licheni Un lichen este o asociere între o ciupercă și un partener fotosintetic. Ascomicetele sunt partenerii fungici în toate speciile de licheni, cu excepția a 20 dintre cele 15.000 de specii diferite de licheni care au fost caracterizate. Cea mai mare parte a corpului vizibil al unui lichen este formată din ciuperca sa, dar între straturile de hifă din interiorul ciupercii sunt împletite cianobacterii, alge verzi sau, uneori, ambele. În straturile translucide de hifă pătrunde suficientă lumină pentru a face posibilă fotosinteza. Hifele specializate ale ciupercii învelesc și, uneori, pătrund în celulele fotosintetice, servind ca autostrăzi pentru a colecta și transfera în corpul ciupercii zaharurile și alte molecule organice produse de celulele fotosintetice. Cianobacteria transmite semnale biochimice speciale care determină cianobacteriile sau algele verzi să producă substanțe metabolice pe care nu le-ar produce dacă ar crește independent de ciupercă. Într-adevăr, ciuperca nu este capabilă să crească sau să supraviețuiască fără partenerul său fotosintetic. Mulți biologi caracterizează această relație simbiotică particulară ca fiind una de sclavie mai degrabă decât de cooperare, un parazitism controlat al organismului fotosintetic de către gazda fungică.

Construcția durabilă a ciupercii, combinată cu abilitățile fotosintetice ale partenerului său, a permis lichenilor să invadeze cele mai dure habitate, de la vârfurile munților până la pereții stâncoși uscați și goi din deșert. Substanța portocalie care crește pe rocile din figura 18.15 este un lichen. În astfel de zone aspre și expuse, lichenii sunt adesea primii coloniști, descompunând rocile și pregătind terenul pentru invazia altor organisme.

Figura 18.15. Licheni care cresc pe o stâncă.

Lichenii sunt extrem de sensibili la poluanții din atmosferă, deoarece absorb cu ușurință substanțele dizolvate în ploaie și rouă. Acesta este motivul pentru care lichenii sunt în general absenți în interiorul și în jurul orașelor – ei sunt extrem de sensibili la dioxidul de sulf produs de traficul auto și de activitatea industrială. Astfel de poluanți le distrug moleculele de clorofilă, diminuând astfel fotosinteza și perturbând echilibrul fiziologic dintre ciuperci și alge sau cianobacterii.

Rezultatul-cheie al învățării 18.9. Ciupercile sunt descompunători cheie și joacă multe alte roluri ecologice și comerciale importante. Micorizele sunt asociații simbiotice între ciuperci și rădăcinile plantelor. Lichenii sunt asociații simbiotice între o ciupercă și un partener fotosintetic (o cianobacterie sau o algă).

Întrebare & Analiză

Are Chytrids Killing The Frogs?

Așa cum ați învățat mai devreme în acest capitol, se crede că ciupercile chytrid joacă un rol major într-un val mondial de dispariție a amfibienilor, discutat mult mai detaliat în capitolul 38 (pagina 799). Conștientizarea noastră cu privire la posibilul rol al chytridelor a început în Queensland (partea de nord-est a Australiei) în 1993, când a fost raportată o dispariție în masă a broaștelor. Toate tipurile diferite de broaște păreau să fie afectate, iar populații întregi au fost distruse. În pădurile tropicale din nordul Queensland, s-a constatat că populațiile de broască de torent cu nasul ascuțit (Taudactylus acutirostris) au fost atât de grav afectate încât erau în pericol de dispariție. Au fost înființate colonii captive la Universitatea James Cook și la grădinile zoologice din Melbourne și Taronga, în încercarea de a conserva specia. Din păcate, conservarea speciei a eșuat. Toate broaștele din colonii au murit.

Ce a ucis broaștele? Răspunsul la această întrebare a venit în 1998, când cercetătorii au examinat epiteliul (pielea) broaștelor bolnave la microscopul electronic cu scanare și au văzut ceea ce puteți vedea în fotomicrografiile din dreapta. În mod normal, o suprafață relativ netedă, epiteliul broaștelor muribunde era aspră, cu corpuri sferice care ieșeau de la suprafață.

Aceste proeminențe sunt zoosporangii, structuri reproductive asexuate ale unei ciuperci chytrid. Una dintre ele este prezentată de aproape (inset). Fiecare zoosporangie este aproximativ sferică, cu unul sau mai multe tuburi mici și proeminente. Milioane de zoospori minusculi se dezvoltă în fiecare zoosporangiu. Atunci când dispare dopul care blochează vârful unui tub, sporii sunt descărcați pe suprafața celulelor pielii adiacente sau în apă, unde flagelul lor le permite să înoate până când întâlnesc o altă gazdă. Atunci când unul dintre zoospori intră în contact cu pielea unei alte broaște, se atașează și formează un nou zoosporangiu în stratul subsuperficial al pielii, reînnoind ciclul de infecție.

Studiul chytridelor infectante a arătat că acestea sunt membre ale speciei Batrachochytrium dendrobatidis. Acest lucru a fost neașteptat. Chytridele se găsesc de obicei în apă și în sol și, deși există mai multe tipuri cunoscute pentru a infecta plantele și insectele, nu se știa ca vreun chytrid să fi infectat vreodată o vertebrată.

Aceste rezultate inițiale ale micrografiei electronice de scanare păreau să constituie un caz destul de convingător că chytridele au cauzat moartea în masă a broaștelor din Queensland. Cu toate acestea, pentru a furniza dovezi mai directe, au fost efectuate o serie de experimente în care a fost evaluată direct capacitatea ciupercii chytrid de a ucide broaștele.

Într-un astfel de experiment, tipic pentru multe altele, unele broaște din genul Dendrobates au fost expuse la chytrid, iar altele nu. După trei săptămâni, toate broaștele au fost examinate pentru depistarea pielii vărsate, un semn clinic al bolii care ucide broaștele. Rezultatele se văd în graficele circulare de mai sus.

1. Aplicarea conceptelor. În acest studiu, există o variabilă dependentă? Dacă da, care este aceasta?

2. Interpretarea datelor. Care este incidența bolii la broaștele neexpuse? La broaștele expuse?

3. Efectuarea de deducții. Există vreo asociere între expunerea la chytrid B. dendrobatidis și dezvoltarea infecției cutanate care este un semn clinic de boală care pune în pericol viața broaștelor?

4. Formularea de concluzii. Care este impactul expunerii la chytride asupra probabilității de a dezvolta boala care ucide broaștele?

5. Analiză suplimentară

a. Multe tipuri de broaște și salamandre sunt pe cale de dispariție în întreaga lume. Sugerează acest experiment o modalitate de a determina cât de generală este susceptibilitatea amfibienilor la infecția cu chytrid?

b. Deși în trecut au avut loc câteva cazuri de dispariție a broaștelor, niciunul nu a fost aproape atât de grav. Credeți că B. dendrobatidis este o specie nouă sau credeți că schimbările de mediu, cum ar fi încălzirea globală sau creșterea radiațiilor UV ca urmare a epuizării stratului de ozon, ar putea fi cauza? Discutați.

Testă-ți înțelegerea

1. Cea mai importantă caracteristică a organismelor multicelulare complexe este

a. comunicarea intercelulară.

b. dezvoltarea celulară.

c. specializarea celulară.

d. reproducerea celulară.

2. Care dintre următoarele nu este o caracteristică a regnului ciupercilor?

a. heterotrofă

b. pereții celulosiți ai celulelor

c. mitoza nucleară

d. spermatozoizi nemotori

3. Corpul principal al unei ciuperci este

a. hifă.

b. septuri.

c. ciupercă.

d. miceliu.

4. Ciupercile se reproduc

a. atât pe cale sexuată cât și asexuată.

b. numai pe cale sexuată.

c. numai pe cale asexuată.

d. prin fragmentare.

5. Morsele și trufele fac parte din phylumul ciupercilor

a. Zygomycota.

b. Ascomycota.

c. Basidiomycota.

d. Chytridiomycota.

6. Zygomicetele sunt diferite de alte ciuperci deoarece nu produc

a. miceliu.

b. corpuri fructifere.

c. un heterocariot.

d. un sporangiu.

7. Ascomicetele formează spori reproducători în

a. un sac special numit ascus.

b. branhii pe basidiocarp.

c. sporangiofori.

d. miceliu.

8. Meioza la basidiomicete are loc în

a. hifă.

b. bazidie.

c. miceliu.

d. basidiocarp.

9. Lichenii sunt asociații mutualiste între

a. plante și ciuperci.

b. alge și ciuperci.

c. termite și ciuperci.

d. corali și ciuperci.

10. Micorizele ajută plantele să obțină

a. apă.

b. oxigen.

c. dioxid de carbon.

d. minerale.

.