Ο θαυμαστός συμβιωτικός κόσμος των λειχήνων

Αυτοδίδακτος φυσιοδίφης συμβάλλει με τις παρατηρήσεις και τις ιδέες του στην ανατροπή ατελών επιστημονικών γνώσεων παγιωμένων επί ενάμιση αιώνα

Οι λειχήνες, που εμφανίστηκαν τουλάχιστον πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια, βρίσκονται σε κάθε ήπειρο του πλανήτη και ευημερούν στα πιο αφιλόξενα μέρη. Επιβίωσαν ακόμα και στο Διάστημα επί ενάμιση χρόνο, πλήρως εκτεθειμένες στην κοσμική ακτινοβολία, τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου και τις συνθήκες κενού. Τα περίπου 14.000 διαφορετικά είδη λειχήνων, συναντώνται σε διάφορες μορφές: Στρογγυλές επίπεδες επικαλύψεις πάνω σε βράχια, οδοντωτά φύλλα ανάμεσα σε βρύα, κρούστες που κρέμονται από φλοιούς δέντρων, κλωστές που κρέμονται από κλαδιά, μικρές αναπτύξεις σαν τρομπέτες με κόκκινες άκρες.
Επί αιώνες, οι άνθρωποι πίστευαν ότι είναι φυτά. Μετά ότι είναι μύκητες. Τότε, τη δεκαετία του 1860, ο Ελβετός βοτανολόγος Σάιμον Σβέντενερ ανακάλυψε ότι αποτελούν συμβιωτικές συνεργασίες ανάμεσα σε έναν μύκητα (έναν οργανισμό που κατατάσσεται σε ξεχωριστό βασίλειο από τα φυτά, επειδή αντίθετα με εκείνα δεν μπορεί να φτιάξει την τροφή του μέσω φωτοσύνθεσης) και ένα πράσινο φύκι (άλγη) (οργανισμό που τρέφεται μέσω φωτοσύνθεσης, αλλά δεν έχει ρίζες και βλαστούς όπως τα φυτά). Ο μύκητας φαίνεται να προσφέρει τη δομή, τον σκελετό της λειχήνας και το φύκι τροφή για τον μύκητα. Αργότερα, ανακαλύφθηκε ότι σε μερικές λειχήνες, εκτός από το φύκι υπάρχει και ένα κυανοβακτήριο, μαζί με τον μύκητα. Η ανακάλυψη του Σβέντενερ, που αρχικά συνάντησε αντίθεση από μεγάλο μέρος της επιστημονικής κοινότητας, έγινε τελικά το υπόδειγμα της βιολογικής συμβίωσης, μιας αμοιβαία επωφελούς αλληλεπίδρασης μεταξύ βιολογικών οργανισμών. Από τότε, η επιστήμη της βιολογίας βρήκε πολλές συμβιώσεις μέσα στη φύση, με χαρακτηριστικότερη ίσως εκείνη των τρισεκατομμυρίων μικροβίων που ζουν στο έντερο, στο δέρμα και σε άλλους ιστούς των ανθρώπων.

Παρατήρηση που εμπνέει

Προσεκτική εξέταση αποκάλυψε ότι η λειχήνα Bryoria fremontii δεν είναι απλώς συμβιωτική συνεργασία ανάμεσα σε έναν μύκητα και πράσινο φύκι, αλλά και σε έναν ζυμομύκητα

Η επιστήμη τους τελευταίους δύο αιώνες της ραγδαίας ανάπτυξής της αντιμετώπιζε τα μόρια, τα κύτταρα και τα βιολογικά είδη ως μεμονωμένα άτομα. Η συμβίωση αμφισβητεί αυτήν τη μονομερή θεώρηση. «Μέσα σε μια λειχήνα», λέει ο Τόμπι Σπρίμπιλ, «τα κύτταρα του φυκιού και τα κύτταρα του μύκητα "αντιλαμβάνονται" το ένα το άλλο ως άτομα, αλλά μαζί σχηματίζουν τη λειχήνα, που ο τάρανδος που τρέφεται με αυτήν αντιμετωπίζει ως γευστικό όλον». Η φυσική επιλογή συμβαίνει ταυτόχρονα σε δύο κλίμακες. Ο αναγωγικός τρόπος που λειτουργεί η επιστήμη έκανε πολύ δύσκολη την πλήρη κατανόηση της συμβίωσης. «Η οικολογία υποτίθεται ότι είναι η επιστήμη των φυσικών διεργασιών και συνθέσεων, αλλά η ραχοκοκαλιά της περιορίζεται σοβαρά κάτω από τα μαθηματικά της ατομικότητας», υποστηρίζει ο Σπρίμπιλ, που τον Ιούλη του 2016, ενώ ήταν μεταδιδακτορικός φοιτητής στο πανεπιστήμιο της Μοντάνα, δημοσίευσε στο περιοδικό «Science» μια μελέτη που άφησε άναυδους τους συναδέλφους του λειχηνολόγους. Η ανακάλυψή του αμφισβητούσε την ίδια τη φύση της συμβίωσης στις λειχήνες, ρίχνοντας νέο φως στο πώς λειτουργεί η συμβίωση ευρύτερα στη βιολογία, πώς εξελίσσεται η φυσική επιλογή, ακόμη και πώς πρέπει να διατυπωθεί ένας ολοκληρωμένος ορισμός για τις μορφές ζωής. Ο Σπρίμπιλ εμπνεύστηκε για την εργαστηριακή μελέτη του από μια ιδέα που διατύπωσε ο Τρέβορ Γκάουαρντ, αυτοδίδακτος φυσιοδίφης που εδώ και δεκαετίες μελετά λεπτομερώς τις λειχήνες στο πάρκο Γουέλς Γκρέι της Βρετανικής Κολομβίας, της πιο δυτικής επαρχίας του Καναδά.

Η λειχήνα Bryoria tortuosa έχει τον ίδιο μύκητα και το ίδιο φύκι με τη βρώσιμη Bryoria fremontii, αλλά έχει πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση του ζυμομύκητα και γι' αυτό είναι δηλητηριώδης

Ο Γκάουαρντ είχε επιστήσει την προσοχή του Σπρίμπιλ σε δύο παρόμοιες λειχήνες: τη Bryoria fremontii, που μοιάζει με μαλλί, έχει καφετί χρώμα και τρώγεται από τους ιθαγενείς της περιοχής και τη Bryoria tortuosa, που είναι κιτρινοπράσινη και τοξική, με υψηλά επίπεδα βουλπινικού οξέος. Παρά τις διαφορές τους, μια γενετική ανάλυσή τους το 2009 - στην οποία είχε συμμετάσχει ο Σπρίμπιλ - είχε δείξει ότι αποτελούνται από τον ίδιο μύκητα και το ίδιο φύκι. Ομως ο Γκάουαρντ, όντας πολύ πολύ κοντά στη φύση, εκεί που αναπτύσσονται οι λειχήνες αυτές, είχε παρατηρήσει κάποιες ανεπαίσθητες οικολογικές διαφορές μεταξύ των δύο. Αν και ευδοκιμούν στα ίδια μέρη, η Bryoria tortuosa προτιμά τα πιο ξηρά άκρα της περιοχής ανάπτυξης της Bryoria fremontii. Ετσι, το 2009 διατύπωσε την εικασία ότι οι λειχήνες σχηματίζονται όχι με βάση το σχήμα του μυκητικού συνεταίρου, αλλά με βάση μια σειρά «επιλογών» που γίνονται στη διάρκεια του αναπτυξιακού «τανγκό» ανάμεσα στον μύκητα και το φύκι. Μια λειχήνα μπορεί να έχει διαφορετική εμφάνιση από μια άλλη, επειδή πήρε διαφορετικές «στροφές» κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής της. Ο Γκάουαρντ υπέθεσε ότι η διαφορά ανάμεσα στα δύο είδη Bryoria μπορεί να πηγάζει από την ύπαρξη ενός τρίτου συμβιωτικού συνεταίρου, ενός βακτηρίου.

Οταν στους δύο χωράει και τρίτος

Οι λειχήνες είναι εξαιρετικά ανθεκτικές. Αναπτύσσονται σε όλες τις ηπείρους και κατάφεραν να επιβιώσουν επί ενάμιση χρόνο στο εξωτερικό του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, πλήρως εκτεθειμένες στο κενό και την κοσμική ακτινοβολία

Υστερα από πέντε χρόνια εργαστηριακής δουλειάς, ο Σπρίμπιλ και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι και τα δύο είδη Bryoria πράγματι περιέχουν και έναν τρίτο συνέταιρο. Αλλά δεν ήταν κάποιο βακτήριο. Ηταν ένα άλλο είδος μύκητα, γνωστό ως βασιδιομυκητική ζύμη. Η τοξική Bryoria περιέχει πολύ περισσότερη από αυτήν τη ζύμη συγκριτικά με τη βρώσιμη. Η επιστημονική ομάδα απέδειξε ότι η ζύμη δεν ήταν αποτέλεσμα επιμόλυνσης, αλλά ότι είχε εξελιχτεί μαζί με τους συνεταίρους της επί περισσότερα από 200 εκατομμύρια χρόνια. Επεκτείνοντας την έρευνά τους, βρήκαν τη ζύμη αυτή σε 52 άλλα γένη λειχήνων. Η ανακάλυψη αυτή διεύρυνε ριζοσπαστικά την επιστημονική κατανόηση των λειχήνων, ανοίγοντας δρόμο και για μεγαλύτερο βάθεμα της γνώσης. «Μόλις τώρα καταλαβαίνουμε ότι οι λειχήνες πέτυχαν ένα πολύ ιδιαίτερο επίτευγμα στη βιολογική εξέλιξη: έναν μεγάλο πολυκύτταρο οργανισμό, που όμως αποτελείται εξολοκλήρου από μικρόβια - και εδώ βρίσκεται το εκπληκτικό στοιχείο - χωρίς κάποιο σκελετό», λέει ο Σπρίμπιλ και συμπληρώνει: «Αυτοσυναρμολογούμενες, αυτοαναπαραγόμενες, από συμβιωτική γενιά σε συμβιωτική γενιά».

Εξω από τον «φιλντισένιο πύργο»

Ο Σπρίμπιλ θεωρεί πολύ σημαντικό ότι ο Γκάουαρντ, με τις ανορθόδοξες ιδέες του τις βασισμένες στην παρατήρηση της φύσης, τον βοήθησε να σκεφτεί πέρα από τα καθιερωμένα και να αμφισβητήσει την επιστημονική βιβλιογραφία ενάμιση αιώνα, στην οποία είχε διαφύγει το ενδεχόμενο να υπάρχει και τρίτος συμβιωτικός μυκητιακός συνεταίρος στις λειχήνες. Ο Τζόναθαν Φόλεϊ, διευθυντής της Ακαδημίας Επιστημών της Καλιφόρνια, θεωρεί πολύ σημαντικό να μπορούν οι επιστήμονες να σκέφτονται «έξω από το κουτί». «Ο φιλντισένιος πύργος έχει γίνει τώρα φιλντισένιο κάστρο», λέει χαρακτηριστικά (αναφέρεται σε χαρακτηρισμό από παλιά για ορισμένους επιστήμονες, που κλείνονται μεταφορικά σε ένα γυαλιστερό αλλά κλειστό κόσμο μακριά από τους υπόλοιπους ανθρώπους και τη φύση).
Η αντιμετώπιση των λειχήνων ως συστημάτων ακολουθεί την τάση στη βιολογία να αντιμετωπίζεται όλο και περισσότερο ως θεμελιώδης μονάδα ζωής, όχι το άτομο, αλλά η κοινότητα και οι συνεργασίες. «Είτε πρόκειται για το μικροβίωμα μέσα στο ανθρώπινο σώμα, είτε για τα δέντρα που αλληλεπιδρούν με μυκητικούς συνεταίρους ... βλέπουμε ότι οι δικτυακές σχέσεις είναι πιο θεμελιώδεις και διαρκούν περισσότερο μέσα στα βιολογικά συστήματα απ' ό,τι τα άτομα», λέει ο βιολόγος Ντέιβιντ Τζορτζ Χάσκελ.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»