24.3: Ecología de Hongos

Habilidades para Desarrollar

• Describir el papel de los hongos en el ecosistema
• Describir las relaciones mutualistas de hongos con raíces vegetales y organismos fotosintéticos
• Describir la relación beneficiosa entre algunos hongos e insectos

Los hongos juegan un papel crucial en el equilibrio de los ecosistemas. Colonizan la mayoría de los hábitats de la Tierra, prefiriendo condiciones oscuras y húmedas. Pueden prosperar en ambientes aparentemente hostiles, como la tundra, gracias a una simbiosis de mayor éxito con organismos fotosintéticos como algas para producir líquenes. Los hongos no son obvios en la forma en que aparecen animales grandes o árboles altos. Sin embargo, al igual que las bacterias, son los principales descomponedores de la naturaleza. Con su metabolismo versátil, los hongos descomponen la materia orgánica, que de otra manera no sería reciclada.

Hábitats

Aunque los hongos se asocian principalmente con ambientes húmedos y fríos que proporcionan un suministro de materia orgánica, colonizan una sorprendente diversidad de hábitats, desde el agua de mar hasta la piel humana y las membranas mucosas. Los quítridos se encuentran principalmente en ambientes acuáticos. Otros hongos, como Coccidioides immitis, que causa neumonía cuando se inhalan sus esporas, prosperan en el suelo seco y arenoso del suroeste de Estados Unidos. Los hongos que parasitan los arrecifes de coral viven en el océano. Sin embargo, la mayoría de los miembros de los Hongos del Reino crecen en el suelo del bosque, donde el ambiente oscuro y húmedo es rico en escombros en descomposición de plantas y animales. En estos ambientes, los hongos juegan un papel importante como descomponedores y recicladores, haciendo posible que los miembros de los otros reinos sean abastecidos de nutrientes y vivan.

Descomponedores y Recicladores

La red alimentaria estaría incompleta sin organismos que descompongan la materia orgánica (Figura\(\PageIndex{1}\)). Algunos elementos, como el nitrógeno y el fósforo, son requeridos en grandes cantidades por los sistemas biológicos y, sin embargo, no son abundantes en el ambiente. La acción de los hongos libera estos elementos de la materia en descomposición, poniéndolos a disposición de otros organismos vivos. Los oligoelementos presentes en bajas cantidades en muchos hábitats son esenciales para el crecimiento, y permanecerían ligados a la materia orgánica podrida si los hongos y bacterias no los devuelven al ambiente a través de su actividad metabólica.

Figura\(\PageIndex{1}\): Los hongos son una parte importante de los ciclos nutritivos ecosistémicos. Estos hongos corchetes que crecen en el costado de un árbol son las estructuras fructíferas de un basidiomiceto. Reciben sus nutrientes a través de sus hifas, que invaden y descomponen el tronco del árbol. (crédito: Cory Zanker)

La capacidad de los hongos para degradar muchas moléculas grandes e insolubles se debe a su modo de nutrición. Como se vio anteriormente, la digestión precede a la ingestión. Los hongos producen una variedad de exoenzimas para digerir los nutrientes. Las enzimas se liberan en el sustrato o permanecen unidas al exterior de la pared celular del hongo. Las moléculas grandes se descomponen en moléculas pequeñas, que son transportadas a la célula por un sistema de portadores de proteínas incrustados en la membrana celular. Debido a que el movimiento de moléculas pequeñas y enzimas depende de la presencia de agua, el crecimiento activo depende de un porcentaje relativamente alto de humedad en el ambiente.

Como saprobes, los hongos ayudan a mantener un ecosistema sustentable para los animales y plantas que comparten el mismo hábitat. Además de reponer el ambiente con nutrientes, los hongos interactúan directamente con otros organismos de manera beneficiosa, y a veces dañina, (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Hongos de plataforma, llamados así porque crecen en árboles en una pila, atacan y digieren el tronco o ramas de un árbol. Si bien algunos hongos de plataforma se encuentran solo en árboles muertos, otros pueden parasitar árboles vivos y causar la muerte eventual, por lo que se consideran patógenos de árboles graves. (crédito: Cory Zanker)

Relaciones mutualistas

La simbiosis es la interacción ecológica entre dos organismos que conviven. La definición no describe la calidad de la interacción. Cuando ambos miembros de la asociación se benefician, la relación simbiótica se llama mutualista. Los hongos forman asociaciones mutualistas con muchos tipos de organismos, incluyendo cianobacterias, algas, plantas y animales.

Mutualismo de hongos/plantas

Una de las asociaciones más notables entre hongos y plantas es el establecimiento de micorrizas. Micorriza, que proviene de las palabras griegas myco que significa hongo y rhizo que significa raíz, se refiere a la asociación entre las raíces vasculares de las plantas y sus hongos simbióticos. En algún lugar entre 80 y 90 por ciento de todas las especies de plantas tienen parejas micorrízicas. En una asociación micorrízica, los micelios fúngicos utilizan su extensa red de hifas y gran superficie en contacto con el suelo para canalizar el agua y los minerales del suelo hacia la planta. A cambio, la planta suministra los productos de la fotosíntesis para alimentar el metabolismo del hongo.

Hay una serie de tipos de micorrizas. Las ectomicorrizas (micorrizas “externas”) dependen de hongos que envuelven las raíces en una vaina (llamada manto) y una red Hartig de hifas que se extiende hacia las raíces entre las células (Figura 24.3.3). El compañero fúngico puede pertenecer a Ascomycota, Basidiomycota o Zygomycota. En un segundo tipo, los hongos Glomeromicetos forman interacciones vesiculares-arbusculares con micorrizas arbusculares (a veces llamadas endomicorrizas). En estas micorrizas, los hongos forman arbusculos que penetran en las células radiculares y son el sitio de los intercambios metabólicos entre el hongo y la planta huésped (Figura\(\PageIndex{3}\) y Figura\(\PageIndex{4}\)). Los arbusculos (del latín para árboles pequeños) tienen una apariencia arbustiva. Las orquídeas dependen de un tercer tipo de micorriza. Las orquídeas son epífitas que forman pequeñas semillas sin mucho almacenamiento para sostener la germinación y el crecimiento. Sus semillas no germinarán sin un compañero micorrícico (generalmente un Basidiomiceto). Después de que se agotan los nutrientes en la semilla, los simbiontes fúngicos apoyan el crecimiento de la orquídea al proporcionar los carbohidratos y minerales necesarios. Algunas orquídeas siguen siendo micorrízicas a lo largo de su ciclo de vida.

Conexión de arte

Figura\(\PageIndex{3}\): (a) La ectomicorriza y (b) la micorriza arbuscular tienen diferentes mecanismos para interactuar con las raíces de las plantas. (crédito b: MS Turmel, Universidad de Manitoba, Departamento de Ciencias de Plantas)

Si los hongos simbióticos están ausentes del suelo, ¿qué impacto cree que esto tendría en el crecimiento de las plantas?

Figura\(\PageIndex{4}\): La (a) infección de raíces de Pinus radiata (pino Monterey) por las hifas de Amanita muscaria (amanita mosca) hace que el pino produzca muchas raicillas pequeñas ramificadas. Las hifas Amanita cubren estas pequeñas raíces con un manto blanco. b) Esporas (cuerpos redondos) e hifas (estructuras filiformes) son evidentes en esta micrografía ligera de una micorriza arbuscular entre un hongo y la raíz de una planta de maíz. (crédito a: modificación de obra de Randy Molina, USDA; crédito b: modificación de obra de Sara Wright, USDA-ARS; datos de barra de escala de Matt Russell)

Otros ejemplos de mutualismo hongo-planta incluyen los endófitos: hongos que viven dentro del tejido sin dañar la planta hospedadora. Los endófitos liberan toxinas que repelen a los herbívoros, o confieren resistencia a factores de estrés ambiental, como infección por microorganismos, sequía o metales pesados en el suelo.

Conexión Evolutiva: Coevolución de Plantas Terrestres y Micorrizas

Las micorrizas son la asociación simbiótica mutuamente beneficiosa entre raíces de plantas vasculares y hongos. Una teoría bien aceptada propone que los hongos fueron instrumentales en la evolución del sistema radicular en las plantas y contribuyeron al éxito de las angiospermas. Las briófitas (musgos y hepáticas), consideradas las plantas más primitivas y las primeras en sobrevivir en tierra firme, no tienen un verdadero sistema radicular; algunas tienen micorrizas vesiculares-arbusculares y otras no. Dependen de un rizoide simple (un órgano subterráneo) y no pueden sobrevivir en áreas secas. Las raíces verdaderas aparecieron en las plantas vasculares. Se cree que las plantas vasculares que desarrollaron un sistema de extensiones delgadas de los rizoides (que se encuentran en musgos) tuvieron una ventaja selectiva porque tenían una mayor superficie de contacto con los socios fúngicos que los musgos y hepáticas, aprovechando así más nutrientes en el suelo.

Los registros fósiles indican que los hongos precedieron a las plantas en tierra firme. La primera asociación entre hongos y organismos fotosintéticos en tierra involucró plantas parecidas a musgo y endófitos. Estas asociaciones tempranas se desarrollaron antes de que las raíces aparecieran en Poco a poco, los beneficios de las interacciones endófitos y rizoides para ambos socios llevaron a micorrizas actuales; hasta alrededor del 90 por ciento de las plantas vasculares actuales tienen asociaciones con hongos en su rizósfera. Los hongos involucrados en las micorrizas presentan muchas características de hongos primitivos; producen esporas simples, muestran poca diversificación, no tienen un ciclo reproductivo sexual y no pueden vivir fuera de una asociación micorrízica. Las plantas se beneficiaron de la asociación porque las micorrizas les permitieron trasladarse a nuevos hábitats debido al aumento de la captación de nutrientes, lo que les dio una ventaja selectiva sobre las plantas que no establecieron relaciones simbióticas.

Líquenes

Los líquenes muestran una gama de colores y texturas (Figura\(\PageIndex{5}\)) y pueden sobrevivir en los hábitats más inusuales y hostiles. Cubren rocas, láminas, corteza de árboles y el suelo en la tundra donde las raíces de las plantas no pueden penetrar. Los líquenes pueden sobrevivir a largos períodos de sequía, cuando se desecan por completo, y luego se vuelven activos rápidamente una vez que el agua está disponible nuevamente.

Enlace al aprendizaje

Explora el mundo de los líquenes usando este sitio de la Universidad Estatal de Oregón.

Figura\(\PageIndex{5}\): Los líquenes tienen muchas formas. Pueden ser (a) como costras, (b) parecidas a pelos o (c) parecidas a hojas. (crédito a: modificación de obra de Jo Naylor; crédito b: modificación de obra por “djpmapleferryman” /Flickr; crédito c: modificación de obra de Cory Zanker)

Los líquenes no son un solo organismo, sino un ejemplo de un mutualismo, en el que un hongo (generalmente un miembro del filo Ascomycota o Basidiomycota) vive en estrecho contacto con un organismo fotosintético (una alga eucariota o una cianobacteria procariota) (Figura\(\PageIndex{6}\)). Generalmente, ni el hongo ni el organismo fotosintético pueden sobrevivir solos fuera de la relación simbiótica. El cuerpo de un liquen, denominado talo, está formado por hifas envueltas alrededor de la pareja fotosintética. El organismo fotosintético aporta carbono y energía en forma de carbohidratos. Algunas cianobacterias fijan nitrógeno de la atmósfera, aportando compuestos nitrogenados a la asociación. A cambio, el hongo suministra minerales y protección contra la sequedad y la luz excesiva al envolver las algas en su micelio. El hongo también une el organismo simbiótico al sustrato.

Figura\(\PageIndex{6}\): Esta sección transversal de un tallo de liquen muestra (a) la corteza superior de las hifas fúngicas, que proporciona protección; la (b) zona algal donde se produce la fotosíntesis, la (c) médula de hifas fúngicas, y la (d) corteza inferior, que también brinda protección y puede tener (e) rizinas para anclar el talo al sustrato.

El talo de los líquenes crece muy lentamente, expandiendo su diámetro unos milímetros al año. Tanto el hongo como el alga participan en la formación de unidades de dispersión para la reproducción. Los líquenes producen sóredios, racimos de células de algas rodeadas de micelios. Los soredios son dispersados por el viento y el agua y forman nuevos líquenes.

Los líquenes son extremadamente sensibles a la contaminación del aire, especialmente a niveles anormales de nitrógeno y azufre. El Servicio Forestal de Estados Unidos y el Servicio de Parques Nacionales pueden monitorear la calidad del aire midiendo la abundancia relativa y la salud de la población de líquenes en un área. Los líquenes cumplen muchos roles ecológicos. Caribú y reno comen líquenes, y proporcionan cobertura a pequeños invertebrados que se esconden en el micelio. En la producción de textiles, los tejedores utilizaron líquenes para teñir la lana durante muchos siglos hasta el advenimiento de los tintes sintéticos.

Enlace al aprendizaje

Los líquenes se utilizan para monitorear la calidad del aire. Lee más en este sitio del Servicio Forestal de Estados Unidos.

Mutualismo de hongos/animales

Los hongos han evolucionado mutualismos con numerosos insectos en Phylum Arthropoda: invertebrados articulados de patas. Los artrópodos dependen del hongo para protegerse de depredadores y patógenos, mientras que el hongo obtiene nutrientes y una forma de difundir esporas a nuevos ambientes. La asociación entre especies de Basidiomycota y cochinillas es un ejemplo. El micelio fúngico cubre y protege las colonias de insectos. Los cochinillas fomentan un flujo de nutrientes desde la planta parasitada hasta el hongo. En un segundo ejemplo, las hormigas cortadoras de hojas de América Central y del Sur literalmente cultivan hongos. Cortan discos de hojas de plantas y las apilan en jardines (Figura\(\PageIndex{7}\)). 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