Tiến hóa trong thể cộng sinh
1) Các loài vi sinh vật đã phát triển nở rộ và đa dạng từ trước khi xuất hiện những loài sinh vật đa bào có kích thước lớn hơn. Những cơ thể mới phát sinh này chính là một nơi cư ngụ đầy tiếm năng cho loài vi sinh vật, nơi mà các điều kiện ngoại sinh tương ...
1) Các loài vi sinh vật đã phát triển nở rộ và đa dạng từ trước khi xuất hiện những loài sinh vật đa bào có kích thước lớn hơn. Những cơ thể mới phát sinh này chính là một nơi cư ngụ đầy tiếm năng cho loài vi sinh vật, nơi mà các điều kiện ngoại sinh tương đối ổn định, giàu chất dinh dưỡng và bền vững (xét từ góc độ của vi sinh vật). Do đó, những sinh vật lớn, kể từ cây sồi cho đến con người, đều thường xuyên chung sống trong mối quan hệ qua lại phức tạp với những vi sinh vật cộng sinh trong suốt quá trình tiến hóa của mình. Nhiều nhà sinh học đã tiến hành nghiên cứu về những ảnh hưởng của vi sinh vật cộng sinh gây bệnh; dường như cùng quan điểm coi việc lây nhiễm thường gây độc hại hoặc chí ít cũng không phù hợp với sức sống và sinh sản của cơ thể vật chủ. Tuy nhiên, trong 15 năm trở lại, người ta ngày càng có được nhận thức đúng đắn về mối tương tác này trên phương diện có lợi đối với cả vật chủ và vật cộng sinh hợp tác. Những mối quan hệ phong phú này được gọi chung là "quan hệ cộng sinh" (symbiosis) và những vi sinh vật tham gia là những "thể cộng sinh" (symbionts). Mặc dù, thuật ngữ "thể cộng sinh" thông thường dùng cho những vi sinh vật có thiện chí (không gây hại) những với nghĩa rộng thì nó bao hàm tất cả các kiểu tương tác cộng sinh có ảnh hưởng khác nhau lên vật chủ.
Cấu trúc màu đỏ và vàng là cơ quan cộng sinh chuyên biệt (bacteriomes) của loài côn trùng Clastoptera arizonana (Cercopoidea)
2) Quan hệ cộng sinh là một mối quan hệ sinh thái cực kỳ phổ biến trong các quần xã sinh vật trên đất liền, ao hồ và dưới đại dương. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hợp thành các dạng sống chính trên Trái đất và tạo ra sự đa dạng sinh học vô cùng phong phú này. Nhiều nhà khoa học đã chỉ ra rằng Darwin đã không nhấn mạnh quan hệ cộng sinh như là một cơ chế của quá trình tiến hóa. Đương nhiên, vai trò của mối quan hệ này cũng không trái ngược gì đối với những quan điểm xương sống của học thuyết tiến hóa Darwin nhưng nó gần đây được chấp nhận như là một nhân tố trong quá trình tiến hóa. Tầm quan trọng này có lẽ được cụ thể rõ ràng nhất khi nói đến quá trình cộng sinh hình thành các bào quan trong cơ thể sinh vật nhân thực như lục lạp và ty thể từ những loài vi khuẩn cyannobacteria và alpha-Proteo cổ xưa.
Ảnh kính hiển vi điển tử về thể cộng sinh bắt buộc Buchnera aphidicola bên trong cơ thể loài rệp cây Acyrthosiphon pisum
3) Đối với những loài thực vật, việc hợp tác với các loài vi khuẩn và nấm chính là những phương thức hữu hiệu khi xâm chiếm lãnh thổ hoặc nơi cư ngụ. Các loài vi sinh vật hợp tác này thường là đối tác trung gian để thu nhận các nguồn dinh dưỡng khan hiếm hoặc cũng có thể là lực lượng bảo vệ thực vật khỏi các thiên địch hoặc loài gây bệnh bằng cách tiết ra các độc tố. Mối quan hệ hợp tác tương tự cũng diễn ra giữa vi sinh vật và các loài động vật để chúng có thể chiếm cứ các ổ sinh thái với thức ăn từ các mô động thực vật khác nhau. Thông thường, mối quan hệ hợp tác này diễn ra ổn định qua các thế hệ vật chủ bằng cách cơ thể mẹ truyền cho con cái những thể cộng sinh mình có. Những cơ thể cộng sinh này thường dung hợp tế bào với nhau đến mức không thể sống tách rời hoặc khó có thể nhận biết được từng thực thể riêng rẽ nếu không xem xét một cách cẩn thận.
4) Thực ra những nghiên cứu về mối quan hệ cộng sinh đã bắt đầu từ trước cả khi xuất hiện nghiên cứu di truyền tập trung vào những sinh vật mô hình. Kính hiển vi đã được sử dụng rộng rãi để chứng tỏ sự tồn tại của mối quan hệ này từ giữa thế kỷ 20. Tuy nhiên, lý do chính khiến các nghiên cứu không thể tập trung được cho đến tận những năm 1990 là do mối quan hệ này quá phức tạp. Một lý do khác là các thể cộng sinh không thích hợp để trở thành sinh vật mô hình cho các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm về các vấn đề di truyền và tiến hóa. Các sinh vật mô hình thường phải dễ dàng nuôi trồng, phân tích như vi khuẩn Escherichia coli, cây Arabidopsis thaliana, ruồi giấm Drosophila melanogaster và chuột Mus domesticus. Những loài này thường có đời sống tương đối cách ly với các loài sinh vật khác. Tuy nhiên, trong môi trường tự nhiên, hầu hết các loài vi sinh vật thường phải phụ thuộc vào hoạt động sống của loài khác, điều này giải thích tại sao 99% số loài vi sinh vật là khó hoặc không thể nuôi cấy phân lập. Cũng tương tự như vậy, các thể cộng sinh của thực vật và động vật không thể dễ dàng nuôi cấy tách rời cơ thể vật chủ để làm các phân tích vi sinh thông dụng (1-5).
Arnold, A.E., Mejia, L.C., Kyllo, D., Rojas, E.I., Maynard, Z., Robbins, N., and Herre, E.A. (2003). Fungal endophytes limit pathogen damage in a tropical tree. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 15649-15654.
Baumann, P. (2005). Biology of bacteriocyte-associated endosymbionts of plant sap-sucking insects. Annu. Rev. Microbiol. 59, 155-189.
Brownlie, J.C., and O'Neill, S.L. (2005). Wolbachia genomes: insights into an intracellular lifestyle. Curr. Biol. 15, 507-509.
Ley, R.E., Peterson, D.A., and Gordon, J.I. (2006). Ecological and evolutionary forces shaping microbial diversity in the human intestine. Cell 124, 837-848.
McFall-Ngai, M.J., and Gordon, J.I. (2006). Experimental models of symbiotic host-microbial relationships: understanding the underpinnings of beneficence and the origins of pathogenesis. In: Seifert, H.S., Dirita, V.J. (Eds.), Evolution of Microbial Pathogens. (2006). ASM Press, Washington, D.C.
