24.3: Ekolojia ya Fungi

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza jukumu la fungi katika mazingira
• Eleza uhusiano wa mutualistic wa fungi na mizizi ya mimea na viumbe vya photosynthetic
• Eleza uhusiano wa manufaa kati ya fungi na wadudu

Fungi ina jukumu muhimu katika usawa wa mazingira. Wao hukoloni makazi mengi duniani, wakipendelea hali ya giza, yenye unyevu. Wanaweza kustawi katika mazingira yanayoonekana ya uadui, kama vile tundra, kutokana na ushirikiano wa mafanikio zaidi na viumbe vya photosynthetic kama mwani kuzalisha lichens. Fungi si dhahiri kwa njia ya wanyama wakubwa au miti mirefu inayoonekana. Hata hivyo, kama bakteria, wao ni decomposers kuu ya asili. Kwa kimetaboliki yao inayofaa, fungi huvunja suala la kikaboni, ambalo haliwezi kutumiwa tena.

Makazi

Ingawa fungi kimsingi huhusishwa na mazingira ya baridi na ya baridi ambayo hutoa ugavi wa jambo la kikaboni, hutawala utofauti wa ajabu wa makazi, kutoka kwa maji ya bahari hadi ngozi ya binadamu na utando wa mucous. Chytrids hupatikana hasa katika mazingira ya majini. Fungi nyingine, kama vile Coccidioides immitis, ambayo husababisha nyumonia wakati spora zake zinavutwa, hustawi katika udongo kavu na mchanga wa kusini magharibi mwa Marekani. Fungi ambazo husababisha miamba ya matumbawe huishi katika bahari. Hata hivyo, wanachama wengi wa Fungi ya Ufalme hukua kwenye sakafu ya misitu, ambapo mazingira ya giza na yenye uchafu yana matajiri katika uchafu unaoharibika kutoka kwa mimea na wanyama. Katika mazingira haya, fungi huwa na jukumu kubwa kama watenganishaji na wasindikaji, na kuifanya iwezekanavyo kwa wanachama wa falme nyingine kutolewa na virutubisho na kuishi.

Decomposers na Recyclers

Mtandao wa chakula hautakuwa kamili bila viumbe vinavyoharibika jambo la kikaboni (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Baadhi ya elementi -kama vile nitrojeni na fosforasi—zinahitajika kwa wingi kwa mifumo ya kibiolojia, na bado si tele katika mazingira. Kazi ya fungi hutoa vipengele hivi kutokana na suala la kuoza, na kuwafanya kuwa inapatikana kwa viumbe vingine vilivyo hai. Kufuatilia mambo ya sasa kwa kiasi cha chini katika makazi mengi ni muhimu kwa ajili ya ukuaji wa uchumi, na ingekuwa kubaki amefungwa katika uozo jambo hai kama fungi na bakteria hawakuwa kurudi kwao kwa mazingira kupitia shughuli zao metabolic.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Fungi ni sehemu muhimu ya mzunguko wa virutubisho wa mazingira. Fungi hizi za bracket zinazoongezeka upande wa mti ni miundo ya matunda ya basidiomycete. Wanapata virutubisho vyao kupitia hyphae yao, ambayo huvamia na kuoza shina la mti. (mikopo: Cory Zanker)

Uwezo wa fungi kuharibu molekuli nyingi kubwa na zisizo na maana ni kutokana na hali yao ya lishe. Kama inavyoonekana mapema, digestion inatangulia kumeza. Fungi huzalisha exoenzymes mbalimbali ili kuchimba virutubisho Enzymes hutolewa ndani ya substrate au kubaki imefungwa kwa nje ya ukuta wa seli ya vimelea. Molekuli kubwa huvunjika kuwa molekuli ndogo, ambazo husafirishwa ndani ya seli na mfumo wa flygbolag za protini zilizoingia kwenye utando wa seli. Kwa sababu harakati za molekuli ndogo na enzymes hutegemea uwepo wa maji, ukuaji wa kazi unategemea asilimia kubwa ya unyevu katika mazingira.

Kama saprobes, fungi husaidia kudumisha mazingira endelevu kwa wanyama na mimea inayoshiriki makazi sawa. Mbali na kujaza mazingira na virutubisho, fungi huingiliana moja kwa moja na viumbe vingine kwa manufaa, na wakati mwingine kuharibu, njia (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Shelf fungi, hivyo kuitwa kwa sababu wao kukua juu ya miti katika stack, kushambulia na kuchimba shina au matawi ya mti. Wakati baadhi ya fungi ya rafu hupatikana tu kwenye miti iliyokufa, wengine wanaweza kuharibu miti hai na kusababisha kifo cha baadaye, hivyo huchukuliwa kama vimelea vya miti kubwa. (mikopo: Cory Zanker)

Mahusiano ya mutualistic

Symbiosis ni mwingiliano wa kiikolojia kati ya viumbe viwili vinavyoishi pamoja. Ufafanuzi hauelezei ubora wa mwingiliano. Wakati wanachama wote wa chama wanafaidika, uhusiano wa ushirikiano huitwa mutualistic. Fungi huunda vyama vya mutualistic na aina nyingi za viumbe, ikiwa ni pamoja na cyanobacteria, mwani, mimea, na wanyama.

Kuvu/Plant mutualism

Moja ya vyama vya ajabu zaidi kati ya fungi na mimea ni kuanzishwa kwa mycorrhizae. Mycorrhiza, inayotokana na maneno ya Kigiriki myco maana ya Kuvu na rhizo maana mizizi, inahusu uhusiano kati ya mizizi ya mimea ya mishipa na fungi yao ya symbiotic. Mahali fulani kati ya asilimia 80 na 90 ya aina zote za mimea zina washirika wa mycorrhizal. Katika chama cha mycorrhizal, mycelia ya vimelea hutumia mtandao wao mkubwa wa hyphae na eneo kubwa la uso katika kuwasiliana na udongo ili kuelekeza maji na madini kutoka kwenye udongo kwenye mmea. Kwa kubadilishana, mmea hutoa bidhaa za photosynthesis kwa mafuta ya kimetaboliki ya Kuvu.

Kuna aina kadhaa za mycorrhizae. Ectomycorrhizae (“nje” mycorrhiza) hutegemea fungi inayofunika mizizi kwenye ala (inayoitwa vazi) na wavu wa Hartig wa hyphae unaoenea kwenye mizizi kati ya seli (Kielelezo 24.3.3). Mshirika wa vimelea anaweza kuwa wa Ascomycota, Basidiomycota au Zygomycota. Katika aina ya pili, fungi ya Glomeromycete huunda mwingiliano wa vesicular—arbuscular na mycorrhiza ya arbuscular (wakati mwingine huitwa endomycorrhizae). Katika mycorrhiza hizi, fungi huunda arbuscules ambazo hupenya seli za mizizi na ni tovuti ya kubadilishana metabolic kati ya kuvu na mmea wa jeshi (Kielelezo\(\PageIndex{3}\) na Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Arbuscules (kutoka Kilatini kwa miti midogo) inaonekana kama shrub. Orchids hutegemea aina ya tatu ya mycorrhiza. Orchids ni epiphytes zinazounda mbegu ndogo bila kuhifadhi sana ili kuendeleza kuota na ukuaji. Mbegu zao hazitakua bila mpenzi wa mycorrhizal (kwa kawaida Basidiomycete). Baada ya virutubisho katika mbegu zimeharibika, ishara za vimelea zinaunga mkono ukuaji wa orchid kwa kutoa wanga na madini muhimu. Baadhi ya orchids huendelea kuwa mycorrhizal katika maisha yao.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) Ectomycorrhiza na (b) mycorrhiza ya arbuscular zina taratibu tofauti za kuingiliana na mizizi ya mimea. (mikopo b: MS Turmel, Chuo Kikuu cha Manitoba, Idara ya Sayansi ya mimea)

Ikiwa fungi ya symbiotic haipo kwenye udongo, unadhani hii ingekuwa na athari gani juu ya ukuaji wa mimea?

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): (a) maambukizi ya mizizi ya Pinus radiata (Monterey pine) na hyphae ya Amanita muscaria (kuruka amanita) husababisha mti wa pine kuzalisha mizizi mingi, matawi. Hyphae ya Amanita hufunika mizizi hii ndogo na vazi nyeupe. (b) Spores (miili ya pande zote) na hyphae (miundo kama thread) ni dhahiri katika micrograph mwanga wa mycorrhiza arbuscular kati ya kuvu na mizizi ya mmea wa mahindi. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Randy Molina, USDA; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Sara Wright, USDA-ARS; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Mifano mingine ya mutualism ya kuvu ya mimea ni pamoja na endophytes: fungi zinazoishi ndani ya tishu bila kuharibu mmea wa jeshi. Endophytes kutolewa sumu kwamba kurudisha herbivores, au kutoa upinzani dhidi ya mambo ya dhiki mazingira, kama vile maambukizi ya microorganisms, ukame, au metali nzito katika udongo.

Evolution Connection: Coevolution ya ardhi mimea na Mycorrhizae

Mycorrhizae ni chama cha manufaa cha manufaa kati ya mizizi ya mimea ya mishipa na fungi. Nadharia iliyokubaliwa vizuri inapendekeza kwamba fungi zilikuwa muhimu katika mageuzi ya mfumo wa mizizi katika mimea na kuchangia mafanikio ya Angiosperms. Bryophytes (mosses na liverworts), ambayo huhesabiwa kuwa mimea ya kwanza na ya kwanza kuishi kwenye nchi kavu, hawana mfumo wa mizizi ya kweli; wengine wana mycorrhizae ya vesicular-arbuscular na wengine hawana. Wanategemea rhizoid rahisi (chombo cha chini ya ardhi) na hawezi kuishi katika maeneo kavu. Mizizi ya kweli ilionekana katika mimea ya mishipa. Mimea ya mishipa iliyoanzisha mfumo wa upanuzi mwembamba kutoka kwa rhizoids (iliyopatikana katika mosses) inadhaniwa kuwa na faida ya kuchagua kwa sababu ilikuwa na eneo kubwa zaidi la kuwasiliana na washirika wa vimelea kuliko mosses na liverworts, hivyo kujipatia virutubisho zaidi chini.

Rekodi za kisukuku zinaonyesha kwamba fungi ilitangulia mimea kwenye nchi kavu. Ushirikiano wa kwanza kati ya fungi na viumbe vya photosynthetic kwenye ardhi ulihusisha mimea kama moss na endophytes. Vyama hivi vya mapema vilianzishwa kabla ya mizizi kuonekana kwenye mimea. Polepole, faida za mwingiliano wa endophyte na rhizoid kwa washirika wote wawili zilisababisha mycorrhizae ya leo; hadi asilimia 90 ya mimea ya mishipa ya leo ina vyama na fungi katika rhizosphere yao. Fungi zinazohusika katika mycorrhizae huonyesha sifa nyingi za fungi za asili; huzalisha spora rahisi, huonyesha mseto mdogo, hawana mzunguko wa uzazi wa kijinsia, na hawezi kuishi nje ya chama cha mycorrhizal. Mimea hiyo ilinufaika na chama kwa sababu mycorrhizae iliwawezesha kuhamia katika makazi mapya kwa sababu ya kuongezeka kwa matumizi ya virutubisho, na hii iliwapa faida ya kuchagua juu ya mimea ambayo haikuanzisha mahusiano ya symbiotiki.

Lichens

Lichens huonyesha rangi na textures mbalimbali (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)) na inaweza kuishi katika makazi yasiyo ya kawaida na ya chuki. Hufunika miamba, makaburi, gome la miti, na ardhi katika tundra ambako mizizi ya mimea haiwezi kupenya. Lichens inaweza kuishi muda mrefu wa ukame, wakati wao kuwa desiccated kabisa, na kisha haraka kuwa kazi mara moja maji inapatikana tena.

Unganisha na Kujifunza

Kuchunguza ulimwengu wa lichens kutumia tovuti hii kutoka Oregon State University.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Lichens zina aina nyingi. Wanaweza kuwa (a) kama ukoko, (b) nywele-kama, au (c) kama jani. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Jo Naylor; mikopo b: mabadiliko ya kazi na “djpmapleferryman” /Flickr; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Cory Zanker)

Lichens si viumbe moja, bali ni mfano wa mutualism, ambapo kuvu (kwa kawaida mwanachama wa Ascomycota au Basidiomycota phyla) anaishi katika kuwasiliana karibu na viumbe photosynthetic (eukaryotic alga au prokaryotic cyanobacterium) (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Kwa ujumla, wala kuvu wala viumbe vya photosynthetic vinaweza kuishi peke yake nje ya uhusiano wa usawa. Mwili wa lichen, unaojulikana kama thallus, hutengenezwa kwa hyphae amefungwa karibu na mpenzi wa photosynthetic. Viumbe vya photosynthetic hutoa kaboni na nishati kwa namna ya wanga. Baadhi ya cyanobacteria hutengeneza nitrojeni kutoka anga, na kuchangia misombo ya nitrojeni kwa chama. Kwa kurudi, kuvu hutoa madini na ulinzi kutoka kavu na mwanga mwingi kwa kuingiza mwani katika mycelium yake. Kuvu pia huunganisha viumbe vya symbiotic kwenye substrate.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Sehemu hii ya msalaba wa thallus ya lichen inaonyesha (a) kamba ya juu ya hyphae ya vimelea, ambayo hutoa ulinzi; (b) eneo la algal ambapo usanisinuru hutokea, (c) medula ya hyphae ya vimelea, na (d) chini ya kamba, ambayo pia hutoa ulinzi na inaweza kuwa na (e) rhizines kutunga thallus kwa substrate.

Thallus ya lichens inakua polepole sana, kupanua kipenyo chake milimita chache kwa mwaka. Kuvu zote na alga hushiriki katika malezi ya vitengo vya kueneza kwa uzazi. Lichens huzalisha soredia, makundi ya seli za algal kuzungukwa na mycelia. Soredia hutawanyika na upepo na maji na kuunda lichens mpya.

Lichens ni nyeti sana kwa uchafuzi wa hewa, hasa kwa viwango vya kawaida vya nitrojeni na sulfuri. Huduma ya Misitu ya Marekani na Huduma ya Hifadhi ya Taifa inaweza kufuatilia ubora wa hewa kwa kupima wingi wa jamaa na afya ya idadi ya watu wa lichen katika eneo hilo. Lichens kutimiza majukumu mengi ya kiikolojia. Caribou na reindeer hula lichens, na hutoa kifuniko kwa invertebrates ndogo ambazo huficha katika mycelium. Katika uzalishaji wa nguo, weavers walitumia lichens kwa rangi ya pamba kwa karne nyingi mpaka ujio wa dyes synthetic.

Unganisha na Kujifunza

Lichens hutumiwa kufuatilia ubora wa hewa. Soma zaidi kwenye tovuti hii kutoka Umoja wa Mataifa Forest Service.

Kuvu/Mutualism ya wanyama

Fungi zimebadilika mutualisms na wadudu wengi katika Phylum Arthropoda: jointed, legged uti wa mgongo. Arthropodi hutegemea kuvu kwa ajili ya ulinzi kutoka kwa wadudu na vimelea, ilhali kuvu hupata virutubisho na njia ya kusambaza spora katika mazingira mapya. Ushirikiano kati ya spishi za Basidiomycota na wadudu wadogo ni mfano mmoja. Mycelium ya vimelea inashughulikia na kulinda makoloni ya wadudu. Wadudu wadogo huendeleza mtiririko wa virutubisho kutoka kwenye mmea wa vimelea hadi kuvu. Katika mfano wa pili, mchwa wa kukata majani ya Amerika ya Kati na Kusini hutengeneza fungi. Wao kukata disks ya majani kutoka mimea na rundo yao juu katika bustani (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). 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.

Figure \(\PageIndex{7}\): A leaf cutting ant transports a leaf that will feed a farmed fungus. (credit: Scott Bauer, USDA-ARS)

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