24.3: إيكولوجيا الفطريات
- Page ID
- 196789
المهارات اللازمة للتطوير
- وصف دور الفطريات في النظام البيئي
- وصف العلاقات التبادلية للفطريات مع جذور النباتات والكائنات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي
- وصف العلاقة المفيدة بين بعض الفطريات والحشرات
تلعب الفطريات دورًا مهمًا في توازن النظم البيئية. يستعمرون معظم الموائل على الأرض، ويفضلون الظروف المظلمة والرطبة. يمكن أن تزدهر في بيئات تبدو معادية، مثل التندرا، وذلك بفضل التعايش الأكثر نجاحًا مع كائنات التمثيل الضوئي مثل الطحالب لإنتاج الأشنات. الفطريات ليست واضحة في طريقة ظهور الحيوانات الكبيرة أو الأشجار الطويلة. ومع ذلك، مثل البكتيريا، فهي المحللة الرئيسية للطبيعة. من خلال عملية التمثيل الغذائي المتنوعة، تقوم الفطريات بتكسير المواد العضوية، والتي لن يتم إعادة تدويرها بطريقة أخرى.
موائل
على الرغم من أن الفطريات ترتبط بشكل أساسي بالبيئات الرطبة والباردة التي توفر إمدادًا من المواد العضوية، إلا أنها تستعمر تنوعًا مدهشًا من الموائل، من مياه البحر إلى جلد الإنسان والأغشية المخاطية. توجد الكيتريدات بشكل أساسي في البيئات المائية. تزدهر الفطريات الأخرى، مثل Coccidioides immitis، التي تسبب الالتهاب الرئوي عند استنشاق جراثيمها، في التربة الجافة والرملية في جنوب غرب الولايات المتحدة. تعيش الفطريات التي تتطفل على الشعاب المرجانية في المحيط. ومع ذلك، فإن معظم أعضاء المملكة الفطرية تنمو على أرضية الغابة، حيث البيئة المظلمة والرطبة غنية بالحطام المتحلل من النباتات والحيوانات. في هذه البيئات، تلعب الفطريات دورًا رئيسيًا في عمليات التحلل وإعادة التدوير، مما يجعل من الممكن تزويد أعضاء الممالك الأخرى بالعناصر الغذائية والعيش.
أجهزة التحلل وإعادة التدوير
ستكون شبكة الغذاء غير مكتملة بدون الكائنات الحية التي تتحلل المواد العضوية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). بعض العناصر - مثل النيتروجين والفوسفور - مطلوبة بكميات كبيرة من قبل الأنظمة البيولوجية، ومع ذلك فهي ليست وفيرة في البيئة. يؤدي عمل الفطريات إلى إطلاق هذه العناصر من المواد المتحللة، مما يجعلها متاحة للكائنات الحية الأخرى. تعتبر العناصر النادرة الموجودة بكميات منخفضة في العديد من الموائل ضرورية للنمو، وستظل مرتبطة بالمواد العضوية المتعفنة إذا لم تعيدها الفطريات والبكتيريا إلى البيئة من خلال نشاطها الأيضي.
تعود قدرة الفطريات على تحلل العديد من الجزيئات الكبيرة وغير القابلة للذوبان إلى طريقة تغذيتها. كما رأينا سابقًا، يسبق الهضم الابتلاع. تنتج الفطريات مجموعة متنوعة من الإنزيمات الخارجية لهضم العناصر الغذائية. يتم إطلاق الإنزيمات إما في الركيزة أو تظل مرتبطة بالجزء الخارجي من جدار الخلية الفطرية. يتم تقسيم الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات صغيرة يتم نقلها إلى الخلية بواسطة نظام من ناقلات البروتين المضمنة في غشاء الخلية. نظرًا لأن حركة الجزيئات والإنزيمات الصغيرة تعتمد على وجود الماء، فإن النمو النشط يعتمد على نسبة عالية نسبيًا من الرطوبة في البيئة.
تساعد الفطريات، مثل السابروبس، في الحفاظ على نظام بيئي مستدام للحيوانات والنباتات التي تشترك في نفس الموائل. بالإضافة إلى تجديد البيئة بالمغذيات، تتفاعل الفطريات مباشرة مع الكائنات الحية الأخرى بطرق مفيدة وأحيانًا ضارة (الشكل\(\PageIndex{2}\)).
العلاقات التبادلية
التكافل هو التفاعل البيئي بين كائنين يعيشان معًا. لا يصف التعريف جودة التفاعل. عندما يستفيد كل من أعضاء الجمعية، تسمى العلاقة التكافلية بالتبادل. تشكل الفطريات ارتباطات متبادلة مع العديد من أنواع الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء والطحالب والنباتات والحيوانات.
التبادلية الفطرية/النباتية
واحدة من أبرز الارتباطات بين الفطريات والنباتات هي إنشاء mycorrhizae. تشير كلمة Mycorrhiza، التي تأتي من الكلمات اليونانية myco التي تعني الفطر وrhizo بمعنى الجذر، إلى الارتباط بين جذور النباتات الوعائية والفطريات التكافلية. ما بين 80 و 90 في المائة من جميع الأنواع النباتية لديها شركاء فقيريون. في رابطة الفطريات، تستخدم الفطريات الفطرية شبكتها الواسعة من الخيوط ومساحة السطح الكبيرة الملامسة للتربة لتوجيه المياه والمعادن من التربة إلى النبات. في المقابل، يوفر النبات منتجات التمثيل الضوئي لتغذية عملية التمثيل الغذائي للفطر.
هناك عدد من أنواع الفطريات. تعتمد Ectomycorhizae (mycorrhiza «الخارجية») على الفطريات التي تغلف الجذور في غلاف (يسمى الوشاح) وشبكة Hartig من الخيوط التي تمتد إلى الجذور بين الخلايا (الشكل 24.3.3). يمكن أن ينتمي الشريك الفطري إلى Ascomycota أو Basidiomycota أو Zygomycota. في النوع الثاني، تشكل فطريات الكبيبات تفاعلات حويصلية - مفصلية مع الميكوريزا المفصلية (تسمى أحيانًا إندوميكوريزا). في هذه الفطريات، تشكل الفطريات المفصليات التي تخترق الخلايا الجذرية وهي موقع التبادلات الأيضية بين الفطريات والنبات المضيف (الشكل\(\PageIndex{3}\) والشكل\(\PageIndex{4}\)). تتميز الشجيرات (من اللاتينية للأشجار الصغيرة) بمظهر يشبه الشجيرات. تعتمد بساتين الفاكهة على النوع الثالث من الميكوريزا. بساتين الفاكهة عبارة عن نباتات نباتية تشكل بذورًا صغيرة دون تخزين كبير للحفاظ على الإنبات والنمو. لن تنبت بذورها بدون شريك فطري (عادة ما يكون باسيديوميسيت). بعد استنفاد العناصر الغذائية الموجودة في البذرة، تدعم الكائنات الحية الفطرية نمو الأوركيد من خلال توفير الكربوهيدرات والمعادن الضرورية. تستمر بعض بساتين الفاكهة في أن تكون فطرية طوال دورة حياتها.
آرت كونيكشن
إذا كانت الفطريات التكافلية غائبة عن التربة، فما تأثير ذلك في رأيك على نمو النبات؟
تشمل الأمثلة الأخرى على التبادلية بين الفطريات والنباتات النباتات الداخلية: الفطريات التي تعيش داخل الأنسجة دون الإضرار بالنبات المضيف. تطلق النباتات الداخلية السموم التي تطرد الحيوانات العاشبة، أو تمنح مقاومة لعوامل الإجهاد البيئي، مثل العدوى بالكائنات الحية الدقيقة أو الجفاف أو المعادن الثقيلة في التربة.
اتصال التطور: التطور المشترك للنباتات الأرضية والفطريات
الفطريات الفطرية هي الرابطة التكافلية ذات المنفعة المتبادلة بين جذور النباتات الوعائية والفطريات. تقترح نظرية مقبولة جيدًا أن الفطريات كانت مفيدة في تطور نظام الجذر في النباتات وساهمت في نجاح أنجيوسبرم. لا تمتلك النباتات البريوفيتية (الطحالب وحشيشة الكبد)، التي تعتبر أكثر النباتات بدائية وأول من يعيش على الأرض الجافة، نظامًا جذريًا حقيقيًا؛ فبعضها يعاني من الفطريات الحويصلية - الشجرية والبعض الآخر لا يحتوي عليها. تعتمد على ريزويد بسيط (عضو تحت الأرض) ولا يمكنها البقاء على قيد الحياة في المناطق الجافة. ظهرت الجذور الحقيقية في النباتات الوعائية. يُعتقد أن نباتات الأوعية الدموية التي طورت نظامًا من الامتدادات الرقيقة من الجذور (الموجودة في الطحالب) تتمتع بميزة انتقائية لأنها كانت تتمتع بمساحة سطحية أكبر من التلامس مع الشركاء الفطريين مقارنة بالطحالب وديدان الكبد، وبالتالي استفادت من المزيد من العناصر الغذائية في الأرض.
تشير السجلات الأحفورية إلى أن الفطريات سبقت النباتات على الأراضي الجافة. شمل الارتباط الأول بين الفطريات والكائنات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي على الأرض النباتات الشبيهة بالطحالب والنباتات الداخلية. تطورت هذه الارتباطات المبكرة قبل ظهور الجذور في النباتات. ببطء، أدت فوائد تفاعلات الإندوفيت والجريزويد لكلا الشريكين إلى ظهور الفطريات في الوقت الحاضر؛ ما يصل إلى 90 في المائة من نباتات الأوعية الدموية اليوم لها ارتباطات بالفطريات في جذورها. تُظهر الفطريات المشاركة في الفطريات الفطرية العديد من خصائص الفطريات البدائية؛ فهي تنتج جراثيم بسيطة، وتظهر تنوعًا ضئيلًا، ولا تحتوي على دورة تناسلية جنسية، ولا يمكنها العيش خارج رابطة الفطريات. استفادت النباتات من الارتباط لأن الفطريات سمحت لها بالانتقال إلى موائل جديدة بسبب زيادة امتصاص العناصر الغذائية، مما منحها ميزة انتقائية على النباتات التي لم تنشئ علاقات تكافلية.
الأشنات
تعرض الأشنات مجموعة من الألوان والقوام (الشكل\(\PageIndex{5}\)) ويمكنها البقاء على قيد الحياة في أكثر الموائل غرابة وعدائية. وهي تغطي الصخور وشواهد القبور ولحاء الأشجار والأرض في التندرا حيث لا يمكن لجذور النباتات اختراقها. يمكن أن تعيش الأشنات لفترات طويلة من الجفاف، عندما تصبح جافة تمامًا، ثم تصبح نشطة بسرعة بمجرد توفر المياه مرة أخرى.
الأشنات ليست كائنًا حيًا واحدًا، بل هي مثال على التبادلية، حيث يعيش الفطر (عادة ما يكون عضوًا في Ascomycota أو Basidiomycota phyla) على اتصال وثيق مع كائن حيوي (طحالب حقيقية النواة أو زرقة بدائية النواة) (الشكل\(\PageIndex{6}\)). بشكل عام، لا يمكن للفطريات ولا كائن التمثيل الضوئي البقاء بمفردهما خارج العلاقة التكافلية. يتكون جسم الحزاز، الذي يشار إليه باسم ثالوس، من خيوط ملفوفة حول شريك التمثيل الضوئي. يوفر الكائن الضوئي الكربون والطاقة في شكل كربوهيدرات. تقوم بعض البكتيريا الزرقاء بتثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي، مما يساهم بالمركبات النيتروجينية في الارتباط. في المقابل، توفر الفطريات المعادن والحماية من الجفاف والضوء الزائد عن طريق تغليف الطحالب في أفطارها. يربط الفطر أيضًا الكائن التكافلي بالركيزة.
ينمو عظم الأشنات ببطء شديد، ويوسع قطره بضعة ملليمترات في السنة. يشارك كل من الفطريات والطحالب في تكوين وحدات التشتت للتكاثر. تنتج الأشنات سوريديا، وهي مجموعات من الخلايا الطحلبية محاطة بالميسيليا. تنتشر سوريديا بفعل الرياح والمياه وتشكل أشنات جديدة.
الأشنات حساسة للغاية لتلوث الهواء، وخاصة لمستويات غير طبيعية من النيتروجين والكبريت. يمكن لخدمة الغابات الأمريكية وخدمة المتنزهات الوطنية مراقبة جودة الهواء من خلال قياس الوفرة النسبية وصحة سكان الأشنة في المنطقة. تؤدي الأشنات العديد من الأدوار البيئية. تأكل الكاريبو والرنة الأشنات، وتوفر غطاءً للافقاريات الصغيرة التي تختبئ في الميسيليوم. في إنتاج المنسوجات، استخدم النساجون الأشنات لصبغ الصوف لعدة قرون حتى ظهور الأصباغ الاصطناعية.
رابط إلى التعلم
تستخدم الأشنات لمراقبة جودة الهواء. اقرأ المزيد على هذا الموقع من خدمة الغابات بالولايات المتحدة.
التبادلية الفطرية/الحيوانية
طورت الفطريات علاقات متبادلة مع العديد من الحشرات في Phylum Arthropoda: اللافقاريات المفصلية ذات الأرجل. تعتمد المفصليات على الفطريات للحماية من الحيوانات المفترسة ومسببات الأمراض، بينما تحصل الفطريات على العناصر الغذائية وطريقة لنشر الجراثيم في بيئات جديدة. ومن الأمثلة على ذلك الارتباط بين أنواع Basidiomycota والحشرات القشرية. تغطي الفطريات الفطرية مستعمرات الحشرات وتحميها. تعمل الحشرات القشرية على تعزيز تدفق العناصر الغذائية من النبات المتطفل إلى الفطريات. في المثال الثاني، يقوم النمل القاطع للأوراق في أمريكا الوسطى والجنوبية بزراعة الفطريات حرفيًا. يقومون بقطع أقراص الأوراق من النباتات وتكديسها في الحدائق (الشكل 1)\(\PageIndex{7}\)). Fungi are cultivated in these disk gardens, digesting the cellulose in the leaves that the ants cannot break down. Once smaller sugar molecules are produced and consumed by the fungi, the fungi in turn become a meal for the ants. The insects also patrol their garden, preying on competing fungi. Both ants and fungi benefit from the association. The fungus receives a steady supply of leaves and freedom from competition, while the ants feed on the fungi they cultivate.
Fungivores
Animal dispersal is important for some fungi because an animal may carry spores considerable distances from the source. Fungal spores are rarely completely degraded in the gastrointestinal tract of an animal, and many are able to germinate when they are passed in the feces. Some dung fungi actually require passage through the digestive system of herbivores to complete their lifecycle. The black truffle—a prized gourmet delicacy—is the fruiting body of an underground mushroom. Almost all truffles are ectomycorrhizal, and are usually found in close association with trees. Animals eat truffles and disperse the spores. In Italy and France, truffle hunters use female pigs to sniff out truffles. Female pigs are attracted to truffles because the fungus releases a volatile compound closely related to a pheromone produced by male pigs.
Summary
Fungi have colonized nearly all environments on Earth, but are frequently found in cool, dark, moist places with a supply of decaying material. Fungi are saprobes that decompose organic matter. Many successful mutualistic relationships involve a fungus and another organism. Many fungi establish complex mycorrhizal associations with the roots of plants. Some ants farm fungi as a supply of food. Lichens are a symbiotic relationship between a fungus and a photosynthetic organism, usually an alga or cyanobacterium. The photosynthetic organism provides energy derived from light and carbohydrates, while the fungus supplies minerals and protection. Some animals that consume fungi help disseminate spores over long distances.
Art Connections
Figure \(\PageIndex{3}\): If symbiotic fungi are absent from the soil, what impact do you think this would have on plant growth?
- Answer
-
Without mycorrhiza, plants cannot absorb adequate nutrients, which stunts their growth. Addition of fungal spores to sterile soil can alleviate this problem.
Glossary
- arbuscular mycorrhiza
- mycorrhizal association in which the fungal hyphae enter the root cells and form extensive networks
- ectomycorrhiza
- mycorrhizal fungi that surround the roots with a mantle and have a Hartig net that extends into the roots between cells
- lichen
- close association of a fungus with a photosynthetic alga or bacterium that benefits both partners
- mycorrhiza
- mutualistic association between fungi and vascular plant roots
- soredia
- clusters of algal cells and mycelia that allow lichens to propagate