4. Vad definierar svampriket?
Finns det en egenskap som definierar svamp-riket precis som förmågan att producera mjölk definierar gruppen däggdjur? Det vill säga en egenskap som alla – eller i alla fall de allra flesta – svampar har, som kan spåras tillbaka till deras gemensamma föregångare och som inte finns i närbesläktade grupper? Trots idogt arbete har forskarna inte lyckats identifiera en sådan, de har helt enkelt gått bet. Under lång tid trodde man att sättet varpå svampen bildade aminosyran lysin var unikt för svamparna, men allteftersom forskning om biokemi i olika organismer utförts, har man förstått att denna egenskap finns i många andra eukaryoter och även i bakterier. När vi först läste mykologi som studenter fick vi lära oss att ergosterol i cellmembranet och kitin i cellväggen är egenskaper som definierar svampriket, men den uppgiften har man också fått revidera efter att dessa ämnen hittats i cellen hos många olika organismer, inte bara svamparna!
En av våra kollegor, Professor Tom Bruns från University of California at Berkeley, myntade Bruns lag. Den lyder: ”There is no fungal synapomorphy – get used to it.” Det tycker vi är ett rätt kul uttryck, vi kanske helt enkelt bara ska acceptera att det inte finns någon egenskap som på ett klockrent sätt diagnostiserar en organism som svamp.
Vill du läsa mer? Här är en bra review-artikel i ämnet.
Men, någonting måste ju ha hänt i svamparnas tidiga evolution som har resulterat i deras specifika biologi, och att de nått sådan framgång här på jorden! Forskarna har identifierat två sådana nyckelegenskaper som erhölls i svamparnas tidiga utveckling, och som i kombination har varit särskilt lyckade. Det är att 1) svamparnas anfader gick från att smälta maten inne i sin kropp till att bryta ner den utanför kroppen, och 2) att den utvecklade en rigid cell som kan vara både stark och flexibel och möjliggöra polariserad växt. Om vi då börjar med egenskapen att smälta sin mat utanför sin kropp. Alltså, svamparna bildar enzymer – proteiner som fungerar som cellens katalysatorer av kemiska reaktioner – inne i sina celler och skickar ut dessa i omgivningen. Enzymerna bryter ner födan i den omgivande miljön och sedan absorberar svampen den nedbrutna, mer lättillgängliga, födan tillbaka in i cellen! Absorptionen kan ske både passivt och aktivt, med hjälp av specialiserade transport-proteiner. Detta sätt att inta föda kallas osmotrofi, till skillnad från organismer som äter sin mat (de utövar så kallad fagotrofi).
Bild. 1 En schematisk illustration av en svamphyf som utsöndrar ett enzym (illustrerad som en sax) till omgivningen, där den bryter ner de komplexa molekylerna (blå bubblor) till mindre enheter, som sedan kan tas upp av svampen.
För en osmotrof är ytan allt! Hyferna, som ju bara är en enda cell breda (se kapitel 2), växer polariserat genom att de känner av var födan finns: de växer mot födan samtidigt som de utsöndrar enzymer som bryter ner den och tar upp den genom cellväggen. Svamparna växer alltså, och äter, på en och samma gång. Detta sätt att leva kräver en helt annan typ av cellvägg och cellmembran än den som de fagotrofa släktingarna har. Den förstärkta och samtidigt smidiga cellväggen som krävs för att klara både utsöndring av enzymer och upptag av nedbruten föda, gör att svampar är både mjuka och hårda samtidigt. Nyckeln till svampens särskilda cellväggar är dess unika sammansättning av polysackarider – kitin och glukaner- och proteiner samt lipider och pigment. Svampens cellvägg är flexibel att böja sig i stort sett hur som helst, men klarar också av att både motstå högt tryck och att penetrera hårda ytor. Tex har man uppmätt trycket av 8 MPa inom en endaste cell bred hyf i sporsäcksvampen Magnaporthe grisea, och den har trängt igenom artificiella substrat lika hårda som teflon!
Bild2: En schematisk bild över svampens cellvägg och cellmembran.
Vill du läsa mer? Här är tips på en relevant review om cellväggens uppbyggnad i svamp.
Men inte bara uppbyggnaden utan även mängden yta är av central betydelse för en svamp. Ju mer yta, desto mer möjlighet att absorbera föda – och alltså desto bättre för svampen. Det optimala för en osmotrof är att ha så stor yta som möjligt i förhållande till dess volym, och då är formen av en svamphyf perfekt! – med enkel geometri kan vi räkna ut att formen av en en-cell bred svamptråd maximerar ytan i förhållande till volymen. Och det funkar: beräkningar visar att de sammanlagt 1 km långa hyfrådarna som vi hittar en i cm3 jord, som jag nämnde i kapitel 2, har en kontaktyta av hela 300 cm2 med omgivningen. Yta som svampen kan använda sig av för att ta upp sin föda.
Att använda sig av osmotrofi för att livnära sig kan dock vara förenat med stora risker. Då osmotrofi innebär att svampen bryter ned föda utanför sin egen kropp, finns en hög risk att andra organismer – tex bakterier eller andra svampar – utnyttjar situationen och helt enkelt livnär sig på den lättillgängliga, redan nedbrutna födan från en växande svamphyf. Det uppstår livsviktig konkurrens! Och hur löser svampen det? Jo, svamphyferna formar ju mycel genom att förgrena sig, växa ihop, och därigenom bilda nätverk (se kapitel 2), vilket anses vara en strategi för att hantera konkurrensen om födan. Mycelets nätverk gör det möjligt för svampen att kolonisera ett tre-dimensionellt rum, och därmed blockera för andra att utnyttja läget.
Svampar producerar också en bred repertoar av substanser som är giftiga för andra mikroorganismer. Denna egenskap har utvecklats och förfinats hos svampen över evolutionens gång, sannolikt även den i respons till konkurrensen som uppstår vid extracellulär nedbrytning. Man brukar kalla produktionen av dessa substanser, som inte krävs för tillväxt och upprätthållande av cellfunktion, för sekundär metabolism. Många av dessa sekundära metaboliter är ämnen som vi människor använder som antibiotika för att bekämpa bakterieinfektioner i vår kropp, men det finns även många andra möjliga funktioner för sekundära metaboliter. Den sekundära metabolismen i svamp utgör definitivt en skattkista som vi bara börjat glänta på locket av, och som jag kommer att presentera mer om i kapitel 9.
Övergången från fagotrofi till osmotrofi är också centralt i interaktionen mellan svamp och växter. Tex kan de i symbiosen med växter utbyta näring och energi utan att äta upp växten.