Symbiosen

In der Natur gibt es Symbiosen zwischen den verschiedensten Organismen. In allen Lebensräumen (Wasser, Land, Luft) finden sich Lebensgemeinschaften zwischen Bewohnern verschiedenster Gattungen, die teilweise in langer gemeinsamer stammesgeschichtlicher Entwicklung perfektioniert und modifiziert wurden. Bekannte Beispiele für Symbiosen sind u.a. der Bestäubungsdienst vieler Insekten bei Blütenpflanzen (Zoogamie), wofür sie im Gegenzug Nahrung in Form von Pollen bzw. Nektar erhalten; die Putzsymbiosen v.a. zwischen unterschiedlichen Fischarten (bei Landwirbeltieren beispielsweise zwischen Vögeln und Säugetieren), bei welchen der Symbiont das Maul des Wirtes von Parasiten und Nahrungsresten reinigt, die ihm gleichzeitig zur Ernährung dienen.

Eine der bekanntesten Symbiosen ist das Zusammenleben von Clownfischen und Seeanemonen (Aktinien), welches darauf beruht, dass die Anemonenfische die Seeanemonen reinigen und durch ihre Farbe und abschreckenden Geräusche vor Fressfeinden beschützen, wohingegen die Seeanemonen ihnen Schutz bieten, indem sie die Fische in ihrem Inneren wohnen und sogar schlafen lassen. Die für andere Tiere giftigen Stoffe der Seeanemone (Nesseltier) können den Clownfischen nichts anhaben. Ebenso nutzen Einsiedlerkrebse die feindabwehrende Eigenschaft der Aktinien und leben mit ihnen in enger Symbiose. Für den Schutz der Krebse bekommt die Seeanemone regelmäßig Nahrungsreste von ihnen.

Die Symbiose der Leguminosen

Beim Betreiben landwirtschaftlicher Nutzflächen gibt es eine strenge Fruchtfolge. Niemals wird die gleiche Nutzpflanze, z. B. Mais, zwei Jahre hintereinander auf dem gleichen Feld angebaut.
Da die meisten Pflanzen Stickstoffverbindungen aus dem Boden verbrauchen, werden von Zeit zu Zeit sogenannte Stickstoffsammler angebaut. Diese Funktion übernehmen Leguminosen (Schmetterlingsblütengewächse) und sorgen dadurch wieder für eine Stickstoffanreicherung im Boden. Deshalb werden Süßlupinen, Luzernen, Puffbohnen und Klee als Futterpflanzen sowie Erbsen und Bohnen als Gemüsepflanzen auf diesen Flächen angebaut. Manchmal dienen Luzerne- und Kleefelder auch als Gründünger. Dann werden im Herbst die Kulturen vollständig untergepflügt. Die verrottenden Pflanzen verbessern die Bodenstruktur und reichern durch ihre Zersetzung den Boden erneut mit Mineralsalzen an.

Rhizobium ist in der Lage, den Luftstickstoff zu binden und der Pflanze zur Verfügung zu stellen. Die Pflanze ihrerseits liefert den Bakterien organische Stoffe wie Kohlenhydrate. Auf diese Weise gelangen Schmetterlingsblütengewächse an die größte Stickstoffquelle der Natur – den Luftstickstoff ${\text{(N}}_{\text{2}}\text{in der Luft}\approx \text{80}\text{\%)}\text{.}$ Alle anderen Pflanzen sind auf die Nitrat-Ionen aus dem Boden als Stickstoffquelle angewiesen.
Die jährlich von Mikroorganismen fixierte Menge an Luftstickstoff wird auf ${\text{10}}^{\text{11}}\text{kg}$ geschätzt.

Bleibt die Frage, welche besondere Eigenschaft hat Rhizobium, um den Luftstickstoff anzapfen zu können. Die Dreifachbindung zwischen den Stickstoff-Atomen der Luft ist sehr stabil und gegen chemische Angriffe widerstandsfähig. Seine Reaktionsträgheit ist ausgeprägt. Für die Stickstoff-Fixierung besitzt Rhizobium ein Enzymsystem mit mehreren Redoxzentren. Davon ist der Nitrogenase-Komplex der wichtigste. An ihm laufen die Reduktionen ab.

Darüber hinaus spielen bei allen Stoff- und Energieflüssen symbiontische Beziehungen eine entscheidende Rolle. Die enge Partnerschaft zwischen Pilzen und Pflanzen, Pilzwurzel oder Mykorrhiza genannt, besteht vermutlich schon seit der Entstehung der ersten Landpflanzen im Silur. Heute nehmen die Mykorrhizapilze zwischen 10 und 20 % der fotosynthetischen Primärproduktion von Pflanzen direkt auf. Für die erfolgreiche Behauptung von Gefäßpflanzen in teresstrischen Lebensräumen dürften Mykorrhizen eine entscheidende Bedeutung haben.

Besondere Bedeutung haben sie für den Phosphor- und Stickstoffhaushalt, da sie kurzschlussartige Verbindungen zwischen organischen Abfallstoffen und Primärproduzenten herstellen und so den Export dieser Elemente aus Ökosystemen deutlich verringern. Schließlich können Pilze auch tierliche Eiweißquellen für höhere Pflanzen erschließen. Der Zweifarbige Lacktrichterling (Laccara bicolor) „frisst“ beispielsweise Springschwänze. Da der Lacktrichterling mit Waldbäumen eine Mykorrhiza eingeht, werden die tierlichen Stickstoffverbindungen über den Pilz an die Bäume weitergegeben.