Mikroorganismen lösen nicht nur Krankheiten aus, sondern sind auch wichtige Symbionten, ohne die das Leben von Tieren nicht denkbar wäre. Ihnen wird das Leben erst durch eine Symbiose mit Bakterien oder anderen Mikroorganismen ermöglicht. Die Symbiose ist eine nützliche Strategie in der Natur, von der neben Mikroorganismen noch viele andere Lebensformen Gebrauch machen.
Symbiose – Definition
Die Symbiose ist eine Form des Zusammenlebens artverschiedener Organismen mit beidseitigem Vorteil. Das Wort stammt aus dem Griechischen und bedeutet übersetzt syn = zusammen und bios = Leben. Die Partner innerhalb einer Symbiose werden Symbionten genannt.
Bedeutung der Symbiose
Vielen Organismen ist das Leben erst durch die Symbiose mit anderen Organismen möglich. Der Mensch beispielsweise lebt mit Billionen Bakterien und Mikroorganismen in Symbiose. Da Symbiosen für beide Partner Vorteile bringen, wirkt sich das positiv auf die gesamte Art der Symbionten aus. Symbiosen erhöhen die biologische Fitness oder verbessern den Stoffwechsel und bewirken so eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit. Das schützt die Art vor dem Aussterben.
Arten der Symbiose
Eine Symbiose kann anhand verschiedener Merkmale in unterschiedliche Arten unterteilt werden. Dabei werden folgende Faktoren betrachtet:
- Gegenseitige Abhängigkeit der Symbionten
- Zeitliche Beziehung der Symbionten
- Räumliche Beziehung der Symbionten
- Gezogener Nutzen aus der Beziehung
Unterscheidung nach Abhängigkeit der Symbionten
Eine Möglichkeit der Unterscheidung von Symbiosen bietet der Grad der Abhängigkeit zwischen den Symbionten. Hierbei ist besonders relevant, ob die Beziehung obligat (für mind. einen Partner lebensnotwendig) oder nicht obligat (nicht lebensnotwendig) ist.
Protokooperation
Die Protokooperation (auch als Allianz bezeichnet) gehört zu den lockeren, nicht obligaten symbiotischen Beziehungen. Sie ist für keinen der Symbionten lebensnotwendig und beide Partner können sich voneinander lösen und getrennt weiterleben.
Ein Beispiel der Protokooperation stellt die Beziehung zwischen Hummel und Rotklee dar. Die Hummeln helfen dem Rotklee bei der Bestäubung, während die Hummel ihren Nutzen aus den Pollen als Nahrungsquelle zieht. Die beiden Arten sind jedoch nicht aufeinander angewiesen, da es für die Hummel neben dem Rotklee noch viele weitere Nahrungsquellen gibt. Auch der Rotklee kann von vielen anderen Arten bestäubt werden. So gehört ihre Beziehung zu den nicht obligaten Symbiosen.
Eusymbiose
Die Eusymbiose hingegen beschreibt eine obligate Beziehung. Bei dieser Art der Symbiose sind beide Symbionten aufeinander angewiesen, da sie ohne einander nicht fähig wären zu überleben.
Eine Eusymbiose ist bei fast allen Lebewesen zu finden. Ein Beispiel dafür ist die Symbiose zwischen eukaryotischen Zellen und Mitochondrien (nach der Endosymbiontentheorie). Mitochondrien sind als die sogenannten Kraftwerke der Zelle lebensnotwendig für den Menschen, Tiere und Pflanzen. Nur Bakterien und einige Einzeller sind nicht auf eine Symbiose mit Mitochondrien angewiesen.
Mutualismus
Eine weitere Form der Symbiose, die nach dem Grad der Abhängigkeit unterschieden werden kann, ist der sogenannte Mutualismus. Der Mutualismus gehört zu den teil-obligaten symbiotischen Beziehung, da die Symbiose für einen Partner von hoher Bedeutung ist, aber nicht zwingend lebensnotwendig. Ohne diese Beziehung wäre einer der Partner jedoch sehr eingeschränkt.
Ein Beispiel für den Mutualismus ist die Beziehung zwischen Schmetterling und Blütenpflanzen. Der Schmetterling saugt Nektar aus der Blüte und trägt dabei Pollen von einer Blüte zur anderen. So hilft der Schmetterling bei der Bestäubung der Pflanze und gewinnt selbst dabei Nahrung.
Die Symbiose ist für die Blütenpflanze hierbei von besonders hoher Bedeutung: Ohne die Hilfe bei der Bestäubung durch Schmetterlinge wäre die Fortpflanzung der Pflanze sehr stark eingeschränkt bzw. reduziert und in manchen Fällen nicht mehr möglich. Für den Schmetterling hingegen ist diese Symbiose nicht so relevant, da er auch woanders Nahrung suchen kann.
Unterscheidung nach zeitlicher Beziehung der Symbionten
Eine weitere Einteilung der Arten der Symbiosen, kann nach dem zeitlichen Verhältnis der Symbionten getroffen werden. Es wird unterschieden, ob die Symbiose dauerhaft ist oder nur gelegentlich stattfindet.
Allianz – eine fakultative Symbiose
Die Allianz gehört zu den nicht obligaten Symbiosen und ist somit nicht zwingend dauerhaft, sondern findet nur gelegentlich statt. Da diese Art der Symbiose also eine freie Wahl darstellt, wird sie auch als fakultative Symbiose bezeichnet.
Eine Allianz bilden beispielsweise der Büffel und Madenhackerstare. Keiner dieser beiden Arten ist angewiesen auf den jeweils anderen. Trotzdem bilden sie eine gelegentliche Symbiose aufgrund der Vorteile, die sie beide dadurch erlangen. Die Madenhacker sammeln Parasiten aus dem Fell des Büffels und erhalten so Nahrung und Schutz. Der Büffel wird so von den Parasiten befreit und profitiert von der Säuberung. Diese Art der Symbiose wird auch Putzsymbiose genannt.
Abbildung 1: Madenhacker auf dem Rücken eines BüffelsQuelle: pixabay.com
Mutualismus
Eine Symbiose, die dauerhaft stattfindet, wird ebenfalls Mutualismus genannt. Auch in diesem Fall ist die enge symbiontische Beziehung von sehr hoher Bedeutung für mindestens einen der Partner. Deshalb fällt der Mutualismus unter die (teil-)obligaten Beziehungen.
Der Begriff Mutualismus kann sich sowohl auf den Grad der Abhängigkeit und der zeitlichen Beziehung zweier Symbionten beziehen. Das heißt, nur weil eine symbiontische Beziehung nach dem Grad der Abhängigkeit dem Mutualismus zugeordnet wird, muss nicht zwingend auch die zeitliche Beziehung dem eines Mutualismus entsprechen.
Unterscheidung nach räumlicher Beziehung der Symbionten
Die Partner einer Symbiose können sich am Körper des jeweils anderen Partner befinden oder sich sogar im Körper des Anderen aufhalten. Diese Arten der Symbiose werden Ekto- und Endosymbiose genannt.
Ektosymbiose
Bei der Ektosymbiose befindet sich einer der Symbionten außerhalb des Körpers des jeweils anderen. Die Symbionten sind also räumlich voneinander getrennt.
Ein Beispiel für eine Ektosymbiose ist Deine Hautflora. Auf Deiner Haut leben viele verschiedene Mikroorganismen, wie Pilze und Bakterien. Sie schützen Dich unter anderem vor dem Eindringen von Krankheitserregern in die Haut. Deine Haut stellt für die Mikroorganismen einen Lebensraum mit ausreichend Nahrung dar. Da diese Organismen nicht in die Haut eindringen, spricht man von einer Ektosymbiose.
Endosymbiose
Bei der Endosymbiose befindet sich ein Symbiont innerhalb des Körpers des Anderen. Man bezeichnet den äußeren Partner dann als Wirt. Die beiden Partner sind somit räumlich miteinander vereint.
Die Darmflora ist ein typisches Beispiel für eine Endosymbiose. Sie beschreibt die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die im Darm angesiedelt sind. Die Darmflora erfüllt viele wichtige Aufgaben für den Wirt: Nahrungsverdauung, Produktion von Vitaminen, Neutralisation von Giftstoffen, Immunabwehr. Der Körper des Wirts dient den Mikroorganismen wiederum als Lebensraum und stellt Nahrung zur Verfügung.
Unterscheidung nach Nutzen
Streng genommen, spricht man nur von einer Symbiose, wenn beide Partner einen Nutzen daraus ziehen. Trotzdem werden Kommensalismus und Parasitismus häufig unter den Arten der Symbiosen mit aufgezählt.
Neben Kommensalismus und Parasitismus gibt es ebenfalls den Neutralismus. Hierbei handelt es sich um eine Wechselbeziehung zwischen zwei Organismen, die für beide Partner weder Vor- noch Nachteile erzeugt.
Kommensalismus
Der Kommensalismus (auch als Probiose bezeichnet) beschreibt eine Form des Zusammenlebens, bei der einer der Partner aus der Beziehung Vorteile zieht. Dieser Partner wird als Kommensal bezeichnet. Für den anderen Partner entstehen weder negative noch positive Folgen.
Aasgeier folgen größeren Raubtieren wie Löwen, um die Reste ihrer Beute fressen zu können. Die Aasgeier ziehen daraus einen positiven Nutzen, während für die Raubtiere keine Vor- oder Nachteile davon tragen. Somit handelt es sich hierbei um einen Kommensalismus.
Parasitismus
Beim Parasitismus handelt es sich um eine Form des Zusammenlebens artverschiedener Organismen, bei der ein Organismus (Parasit) dem anderen Organismus (Wirt) schadet, ohne ihn zu töten. Sollte der Parasit den Wirt töten, so spricht man von Parasitismus. Der Schaden beim Wirt entsteht meist durch Stoffentzug oder Gewebeschädigungen durch den Parasiten.
Misteln sind Parasiten, die auf Bäumen leben und deren Wasser- und Nährstoffversorgung anzapfen. Einige Mistelarten nutzen auch die Photosyntheseprodukte der Bäume, während andere selbst Photosynthese betreiben können.
Abbildung 2: Misteln an einem BaumQuelle: pixabay.com
Der Parasitismus kann wie die Symbiose in viele Arten aufgeteilt werden.
Mehr über den Parasitismus und die einzelnen Arten kannst Du im gleichnamigen Artikel erfahren!
Beispiele für Symbiosen
Es können die verschiedensten Formen der Symbiose sowohl im Pflanzen- und im Tierreich als auch am Menschen selbst gefunden werden
Symbiosen in der Tier- und Pflanzenwelt
Einige Beispiele für Symbiosen aus der Tier- und Pflanzenwelt sind:
Symbiose Flechten
Symbiosen aus Pilzen und einem oder mehreren Partnern, die Photosynthese betreiben (z. B. Algen), werden Flechten genannt.
Abbildung 3: Flechten an einem ObstbaumQuelle: pixabay.com
Algen bilden über Photosynthese Glucose, wovon sich die Pilze ernähren können. Die Pilze geben dafür Wasser und Mineralstoffe an die Algen, um so unter anderem das Austrocknen zu verhindern. Beide Symbionten sind hierbei aufeinander angewiesen – Es handelt sich um eine Eusymbiose.
Symbiose Mykorrhiza
Eine besonders wichtige Symbiose ist die Mykorrhiza. Ein Großteil der Pflanzen des Festlands sind von dieser symbiotischen Wechselbeziehung abhängig. Mykorrhiza beschreibt dabei eine Symbiose zwischen den Wurzeln einer Pflanze und Pilzen. Die Pilze ermöglichen der Pflanze eine bessere Nährstoffaufnahme aus dem Boden, während die Pflanze das Photosyntheseprodukt Glucose an die Pilze abgibt. Diese Beziehung kann mutualistisch, neutral oder parasitisch auftreten.
Symbiose zwischen Clownfisch und Seeanemone
In Riffen leben Clownfische in einer Symbiose mit Seeanemonen. Die Seeanemonen haben nesselnde Tentakel, welche den Clownfischen Schutz vor Feinden bietet. Für diese Giftstoffe entwickelt der Clownfisch mit der Zeit eine Schutzschicht. Von Nahrungsresten der Anemone profitieren die Fische ebenfalls.
Abbildung 4: Clownfisch in Symbiose mit der SeeanemoneQuelle: pixabay.com
Für die Anemone dient der Clownfisch als Lockmittel für Fressfeinde, die dann von den nesselnden Tentakeln erwischt und zu Nahrung werden. Außerdem schwemmt der Fisch beim Schwimmen frisches Wasser zur Anemone, was ihr bei der Atmung hilft. Die Symbionten sind hierbei nicht zwingend aufeinander angewiesen – Es handelt sich um eine nicht obligate Symbiose/Allianz.
Symbiose zwischen Korallen und Algen
Korallen sind häufig in Symbiose mit Zooxanthellen (Algen). Diese Algenart siedelt sich an der Außenhaut der Koralle an und erhält von ihr lebenswichtige Nährstoffe. Im Gegenzug gibt die Alge die Photosyntheseprodukte Sauerstoff und Glucose an die Koralle ab. Da diese symbiotische Beziehung für einen der Symbionten lebenswichtig ist, handelt es sich hierbei um einen Mutualismus.
Symbiosen des Menschen
Der Körper des Menschen beinhaltet mehr Bakterien, Mikroorganismen und weitere Symbionten als körpereigene Zellen. Diese werden benötigt für die Gesundheit von Haut und Schleimhäuten, für die Herstellung bestimmter Nährstoffe und für die Verdauung. Der Mensch stellt dabei Lebensraum und Nahrungsquelle für die Organismen dar und so leben sie in gemeinsamer Symbiose.
Die Haut- und Darmflora des Menschen stellt auch eine Form der Symbiose dar. Die Mundflora ist ein weiteres Beispiel der Symbiosen des Menschen.
In deinem Mund leben etwa 700 verschiedene Arten von Mikroorganismen. Einige von ihnen tragen zur Bildung von Karies und Zahnfleischerkrankungen bei. Der Rest hingegen ist notwendig für eine gesunde Mundschleimhaut. Der Mensch lebt in Symbiose mit diesen Organismen, denn sie tragen zu einer funktionierenden Verdauung bei und filtern bereits manche Krankheitserreger aus dem Essen. Außerdem hemmen sie die Verbreitung von den krankheitsauslösenden Bakterien im Mund.
Symbiose und Koevolution
Eine Symbiose, bei der beide Partner Vorteile davon ziehen, kann zu einer Koevolution führen.
Die Koevolution beschreibt einen evolutionären Prozess, bei dem die Entwicklung und Anpassung einer Art die einer anderen Art bewirkt. Sie stehen in Wechselbeziehung zueinander und beeinflussen sich dabei gegenseitig.
Durch eine dauerhafte Symbiose passen sich die beiden Organismen im Laufe der Evolution immer weiter zum gegenseitigen Vorteil aneinander an. So kommt es zur Koevolution. Ein Beispiel hierfür ist die Wechselbeziehung der Sternorchidee und des Nachtfalters.
Die Sternorchidee findet man auch Madagascar und hat einen etwa 40 cm langen Blütensporn, in dessen Inneren sich Nektar befindet. Zum Zeitpunkt der Entdeckung durch Charles Darwin war noch kein Insekt mit einem entsprechend langen Rüssel bekannt. Darwin sagte aber, dass es solch ein Insekt geben muss, da die Blüten der Orchidee sonst nicht bestäubt werden könnten. Nach über Hundert Jahren wurde dann die Nachtfalterart Xanthopan morganii entdeckt, welche einen besonders langen Rüssel aufwies. Mit diesem Rüssel war es dem Nachtfalter möglich, die Sternorchidee zu bestäuben.
Abbildung 5: Die Sternorchidee mit einer Voraussage Darwins, wie der entsprechende Bestäuber aussehen könnte (links) und der tatsächliche Bestäuber der Orchidee Xanthopan morganii (rechts)Quelle: simplyscience.ch
Beide Arten hatten durch ihre durch Koevolution entstandenen Eigenschaften Vorteile. Der Falter erlangt durch die Orchidee eine sichere Nahrungsquelle ohne jeglicher Konkurrenz (maximal intraspezifische Konkurrenz). Die Orchidee profitiert vom Nachtfalter als Bestäuber, der sicher nur mit Pollen der eigenen Art bestäubt.
Symbiose - Das Wichtigste
- Symbiose ist eine Form des Zusammenlebens artverschiedener Organismen mit beidseitigem Vorteil.
- Vielen Lebewesen wäre ein Leben ohne Symbiosen nicht möglich.
- Symbiosen verbessern den Stoffwechsel und erhöhen die biologische Fitness und die Überlebenswahrscheinlichkeit.
- Symbiosen werden unterschieden nach:
- gegenseitiger Abhängigkeit der Symbionten: Allianz, Eusymbiose, Mutualismus
- räumlicher Beziehung der Symbionten: Endosymbiose, Ektosymbiose
- zeitlicher Beziehung der Symbionten: Allianz (/fakultative Symbiose), Mutualismus
- gezogenem Nutzen aus der Beziehung: (Symbiose), Kommensalismus, Neutralismus, Parasitismus.
- Beispiele für Symbiosen sind Flechten, Haut- und Darmflora und Mykorrhiza.
- Bei einer dauerhafte Symbiose mit beidseitigem Vorteil kann es mit der Zeit zur Koevolution kommen.
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