Azolla adalah unik karena merupakan salah satu tanaman yang paling cepat berkembang - namun tidak membutuhkan tanah untuk tumbuh. Tidak seperti hampir semua tanaman lain, Azolla mampu mendapatkan pupuk nitrogen secara langsung dari atmosfer. Itu berarti bahwa ia mampu menghasilkan pupuk organik, pakan ternak, makanan dan biofuel, pada saat yang sama, penarikan sejumlah besar CO
2 dari atmosfer dapat membantu untuk mengurangi ancaman perubahan iklim.
Bagaimana Azolla dapat melakukan hal ini ?
Azolla mampu melakukan ini semua karena memiliki sahabat sejati
cyanobacterium (alga biru-hijau) yang bernama
Anabaena, ia tinggal di rongga daun
Azolla. Antara
Azolla dan
Anabaena terjalin hubungan yang saling menguntungkan (simbiosis mutualisme)
Hubungan yang saling menguntungkan antara Azolla dan Anabaena
Karena oksigen adalah racun bagi
cyanobacteria,
Azolla menyediakan lingkungan bebas oksigen untuk
Anabaena dalam rongga daunnya. Sebagai imbalannya,
Anabaena menyerap nitrogen langsung dari atmosfer yang kemudian diberikan pada
Azolla untuk pertumbuhannya.
Azolla Adalah Superorganism
Simbiosis antara Azolla dan Anabaena adalah sebuah sistem biologis yang unik, layak disebut
superorganism yang menggabungkan kemampuan individu dari dua organisme yang sangat berbeda.
Cyanobacterium Anabaena berevolusi selama sejarah awal Bumi lebih dari tiga miliar tahun yang lalu ketika atmosfer planet itu tidak memiliki oksigen. Organisme lain adalah pakis-Azolla .
Daun mengambang
Azolla yang mengandung rongga diisi dengan nitrogen oleh
Anabaena dan
Azolla menyediakan lingkungan mikro untuk
Anabaena. Nitrogen yang ditarik oleh Anabaena dapat mencapai 1000 kg nitrogen atmosfer per hektar per tahun. Nitrogen ini menyediakan pupuk alami bagi pertumbuhan
Azolla , membebaskan tanaman dari ketergantungan pada tanah dan memungkinkan untuk tumbuh mengambang bebas pada permukaan air tawar.
Tidak ada hubungan simbiosis lainnya di mana
cyanobacterium dan tanaman mewariskan bersama-sama selama reproduksi dari generasi ke generasi. Beberapa tanaman lain memiliki hubungan simbiosis dengan
cyanobacteria, termasuk beberapa sikas dan Gunnera anthophyte, namun hubungan tersebut harus diperbaharui setiap generasi, melainkan rusak setelah tanaman mati dan
cyanobacteria baru harus menjajah kembali tanaman dalam rangka untuk melanjutkan hubungan.
Sebaliknya,
Azolla dan
Anabaena tidak pernah terpisah, mereka belum berpisah selama hampir seratus juta tahun. Mereka telah berevolusi bersama secara terus menerus selama periode waktu yang panjang tersebut.
Morfologi
Azolla adalah tidak seperti yang tanaman lain yang bersimbiosis dengan
cyanobacteria misalnya pakis. truktur daun yang telah berkembang untuk menyediakan lingkungan yang ideal untuk
Anabaena. Siklus hidup
Azolla juga memungkinkan
Anabaena untuk meneruskan generasi tanpa gangguan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Hal ini memungkinkan dua organisme berkembang terus bersama-sama selama lebih dari 90 juta tahun, hubungan yang tidak diketahui di tempat lain di planet ini.
Daun Azolla yang terjadi dalam dua baris di sepanjang setiap sisi batang tanaman . Setiap daun memiliki lobus ventral sangat tipis dan lobus fotosintesis dorsal tebal , kehijauan atau kemerahan berisi rongga yang merupakan kunci untuk Azolla dan Anabaena bersimbiosis.
Rongga adalah struktur yang sangat khusus yang terbentuk selama pertumbuhan Azolla oleh bagian epidermis daun lipat ke dalam selama perkembangan Azolla ini. ukuran rongga sekitar 0,15 x 0,3 mm dan membuka dengan lingkungan eksternal melalui pori yang dikelilingi oleh dua lapisan sel.
Rongga daun Azolla yang memberikan rumah bebas oksigen untuk Anabaena.
Pusat rongga diisi dengan gas atau cairan dan bakteri yang bergerak di bidang perifer rongga oleh jaringan urat saraf mucilaginous. Daun rongga Azolla yang memberikan lingkungan mikro yang ideal untuk
heterocyst pembentuk nitrogen filamen bakteri
Anabaena azollae.Inilah kunci kemampuan
Azolla sehingga mampu menyerap sejumlah besar CO
2 di atmosfer .
Siklus Hidup Azolla
Tidak seperti simbiosis antara tanaman dan cyanobacterial dalam tumbuhan vaskular, sistem simbiosis
Azolla - Anabaena ditopang selama siklus hidup Azolla, di mana
cyanobacterium dan bakteri yang selalu hadir, baik dalam rongga daun dorsal lobus atau dalam struktur seksual (sporocarps). Tanaman
Azolla tidak pernah terinfeksi de novo, karena Anabaena ditransfer antar generasi sebagai inokulum akinete. Ini mempertahankan kelangsungan simbiosis selama reproduksi seksual.
Anabaena ditularkan secara langsung dari generasi ke generasi berikutnya melalui spora reproduksi Azolla itu. Gambar dari Carrapiço (2001).
Selama sporulasi
Azolla ini, filamen
Anabaena dikemas ke dalam sporocarps yang berkembang. Sebagai sporocarp jender ditentukan kemudian dalam perkembangan Azolla itu, Anabaena hadir di kedua megasporocarps dan microsporocarps, tapi Anabaena hanya dikelola oleh megasporocarps, dengan demikian dapat mempertahankan kelangsungan simbiosis .
Simbion Bakteri Lainnya Dalam Rongga Daun Azolla
Rongga daun Azolla menyediakan lingkungan mikro yang ideal untuk sebuah komunitas bakteri yang mencakup berbagai strain dari genus
Anthrobacter, Corynobacterium dan
Agrobacterium ditambah
heterocyst pembentuk nitrogen filamen bakteri
Anabaena azollae.
Bakteri lain yang hadir dalam rongga daun Azolla dan termasuk
Arthrobacter yang umumnya terjadi pada tanah. Seperti Anabaena, bakteri ini juga ada sepanjang siklus hidup
Azolla dan memiliki pola perkembangan yang identik dengan
Anabaena. Peran mereka dalam simbiosis tersebut belum sepenuhnya dipahami, tetapi data ini menunjukkan bahwa
Anabaena adalah satu-satunya simbion bakteri
Azolla sebagi penghasil nitrogen.