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 CO₂ 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 CO₂ 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.