BASISCRITERIA VOOR CLASSIFICATIE VAN HET DIERENRIJK Algemene kenmerken van dieren: Heterotrofe organismen (hebben andere organische materialen nodig om te overleven) Meercellige organismen (celdifferentiatie) (protista worden tot dieren gerekend) Beweeglijkheid (zijn niet allemaal bewegelijk) Grote diversiteit aan vormen en habitats Seksuele reproductie (vorming van gameten OF ongeslachtelijke voortplanting) Embryonale ontwikkeling: alle dieren doorlopen een blastula-stadium Diversiteit van het Regnum Animalia: Klassieke classificatie van dieren: meercellige dieren ingedeeld in ca. 34 phyla 5 belangrijke innovaties in evolutie van dier: 1. Symmetrie 2. Weefsels, toelaten van gespecialiseerde structuren en functies 3. Lichaamsholte 4. Verschillende patronen van embryonale ontwikkeling 5. Segmentatie of herhaalde lichaamsdelen Regnum Animalia = Metazoa Radiale of bilaterale symmetrie: Radiale symmetrie: elk longitudinaal vlak dat door centrale as gaat verdeelt organisme in helften die ongeveer spiegelbeelden zijn dieren met deze symmetrie: Radiata Bilaterale symmetrie: rechter en linkerhelften zijn spiegelbeelden van elkaar dieren met deze symmetrie: Bilateria geconcentreerde groep van zenuwcellen van voor in lichaam => cefalisatie (hersenenontwikkeling) Weefsels: Parazoa: vormen geen afzonderlijke weefsels en organen (wel reeds verschillende celtypes te onderscheiden) Eumetazoa: hebben een bepaalde, symmetrische lichaamsvorm en beschikken over aparte weefsels en organen 1 Lichaamsholte: In proces van embryonale ontwikkeling organiseren cellen van organismen zich in 3 lagen (kiemlagen): 1. Ectoderm 2. Endoderm 3. Mesoderm Tijdens volwassen worden van embryo bepaalde organen en orgaansystemen ontwikkelen uit bepaalde lagen Cnidaria hebben maar 2 lagen Porifera (= sponzen) hebben geen lagen => Bilateria zijn alle dieren met 3 lagen 3 ‘body plans’ voor bilaterale symmetrische dieren: geen opening tss laag afkomstig van mesoderm en laag afkomstig van endoderm hebben lichaamsholte: pseudocoeloom; tss laag afkomstig van mesoderm en laag afkomstig van enoderm hebben lichaamsholte: coeloom; ontwikkelt zich volledig uit weefsels van mesoderm Sommige dieren hebben geen lichaamsholte => Acoelomata Sommige dieren lichaamsholte = pseudocoeloom; betekend vals coeloom => Pseudocoelomata Andere dieren lichaamsholte = coeloom => Coelomata 2 Aanwezigheid van lichaamsholte: » Laat toe dat spijsverteringskanaal groter en langer wordt × Stockage van onverteerd voedsel × Meer complete digestie × Meer ruimte voor expansie van gonaden (gameten-producerende voortplantingsorganen) Circulatiesysteem: » Netwerk van bloedvaten » Brengt vloeistoffen van ene kant van lichaam naar andere kant » Open circulatiesysteem: × Bloed (hemolymfe) stroomt van bloedvaten naar grote holten, vermengt zich met lichaamsvloeistof en treedt opnieuw de bloedvaten binnen op andere locatie » Gesloten circulatiesysteem: × Bloed is fysisch gescheiden van andere lichaamsvloeistoffen en kan apart gereguleerd worden Verschillende patronen van embryonale ontwikkeling: Vorming van bilateraal symmetrisch dier begint met: mitotische celdeling (genaamd klievingen) leidt tot vorming van holle bal van cellen leidt tot 2 lagige bal interne ruimte gecreëerd door deuk = archenteron (= oerdarm); communiceert met buitenwereld via blastoporus Bilateria kunnen ingedeeld worden in: » Protostomia: × Mond is 1ste lichaamsopening » Deuterostomia: × Mond niet gevormd uit blastoporus × Anus wordt gevormd uit blastoporus × Mond is gevormd als 2de lichaamsopening (anus als 1ste) Klievingspatronen: » Bij sommige Protostomia: spiraalvormige klievingspatroon => Spiralia » Bij Deuterostomia: radiaal klievingspatroon Vorming van coeloom: » Coeloom ontstaat binnen mesoderm » Protostomia cellen bewegen weg van elkaar creëren coelomische holte binnen massa van mesodermale cellen Schizocoelomata » Deuterostomia cellen bundelen samen op einde van archenteron Enterocoelomata 3 Segmentatie: Lineair gerangschikte compartimenten die er hetzelfde uitzien (toch in de vroege ontwikkeling; kan verschillende functies hebben) Voordelen van vroege embryonale segmentatie: » In zeer gesegmenteerde dieren (regenwormen) elk segment kan complete set van volwassen organensysteem ontwikkelen schade aan segment is niet dodelijk want andere segmenten dupliceren functies » Meer flexibiliteit als individuele segmenten onafhankelijk t.o.v. elkaar kunnen bewegen Classificatiesysteem: Nieuwe kijk op de stamboom van Metazoa (= Eumetazoa): » Moleculaire gegevens leiden tot nieuwe conclusies m.b.t. evolutionaire verwantschappen × Morfologische kenmerken (die worden gebruikt in) het klassieke classificatiesysteem corresponderen niet helemaal met de genetische evolutielijnen » Moleculaire systematiek gebruikt unieke sequenties binnen bepaalde (sets van) genen om verwantschappen tussen diergroepen te analyseren » Moleculaire gegevens: × Minder verwante organismen accumuleren (steeds meer worden of laten worden) een groter aantal evolutionaire verschillen (mutaties) dan nauw verwante soorten Fylogenie van dieren werd afgeleid van hun anatomie en aspecten v/d embryonale ontwikkeling MAAR laatste jaren gen sequentiedata opgekomen en bracht enkele fouten aan het licht Er worden constant nieuwe ontdekkingen gedaan en die phyla die ze nu hebben zijn ook niet met 100% zekerheid dus dat kan nog veranderen 1 zekerheid: 4 » Porifera is monofyletische groep die voorouders deelt met andere dieren (moleculaire data bevestigd dit) Moleculaire gegevens in overeenstemming met traditionele gegevens dat Cnidaria de boom afbreken VOOR oorsprong van dieren met bilaterale symmetrie (= Bilateria) Vroeger dacht men dat 1ste dieren waren Acoelomata, die evolueerden in Pseudocoelomata, die evolueerden in Coelomata => klopt niet; interne holte is vele meer geëvolueerd dan dat Protostomia en Deuterostomia: Protostomia bestaan nog uit: Spiralia en Ecdysozoa Spiralia bestaan nog uit: » Lophotrochozoa: bewegen door spiercontracties; meeste Protostomia met coeloom » Platyzoa: bewegen d.m.v. kringspieren, meestal Acoelomata Deuterostomia bestaan nog uit: Chordata (mens) en stekelhuidigen (zeesterren) delen een wijze van ontwikkeling dat bewijs is dat ze een gemeenschappelijke voorouder hebben wat hen scheidt van andere dieren 5 PORIFERA 6 PORIFERA Rijk van dieren bestaat uit 2 takken: » Parazoa: geen symmetrie en geen weefsel => Porifera (sponzen) » Eumetazoa: symmetrie en definitieve vorm, hebben weefsels en vaak organen Sponzen hebben losse lichaamsorganisatie: Er bestaan heel veel soorten sponzen, klein & groot Sommige sponzen hebben symmetrie, meeste hebben dat niet sommigen hebben een lage met korst bedekte vorm, anderen zijn recht en gelobd, anderen hebben complexe structuren Sponslichaam bestaat uit verschillende celtypes: Spons bestaat uit verschillende soorten cellen, elk met eigen functie Sponzen zijn multicellulair, maar functioneel hetzelfde Adulten zijn sessiel Structuur: » Vaasachtige vorm » Wanden van vaas heeft 3 functionele lagen: × Choanocyten: geflageerde cellen; zitten aan binnenkant van wand wnr water doorheen geflageerde kamer is gegaan komt terecht in grote opening: osculum; vanuit hier gaat water naar buiten × Aan de buitenkant bedekkend epitheel (pinacoderm) − Poriën (= ostia/porocyten) zorgen ervoor dat water in en uit spons kan − Er bestaan sponzen met meerdere oscula, maar er zijn altijd veel meer ostia − Sommige epitheelcellen zitten rond ostia kunnen contraheren wnr aangeraakt of blootgesteld aan juiste prikkels ostia sluiten 7 × Mesohyl: laag tss choanocyten en bedekkend epitheel − Bestaat uit verschillende amoebocyten − In veel sponzen secreteren sommige amoebocyten spicula en sponginevezels Spicula: naalden gemaakt van calciumcarbonaat Sponginevezels: vezels van taai proteïne => versterken lichaam v/d spons skeletelementen verschillende celtypes 8 Choanocyten helpen water te circuleren doorheen spons: Elke choanocyt lijkt op protist met 1 flagellum Druk die de flagellum creëren dragen bij tot circuleren v/h water voedsel en zuurstof komen binnen en afvalstoffen worden uitgevoerd In grote sponzen binnenkant is gedraaid/gespiraliseerd vergroting v/h oppervlak meer flagellum aanwezig Choanocyten vangen ook voedseldeeltjes van het voorbijkomende water => spons kan alleen dingen eten die kleiner zijn dan choanocyt Sponzen vermenigvuldigen zich aseksueel en seksueel: gemmulae Sponzen meestal hermafrodiet, indien niet moeilijk te onderscheiden indien man of vrouw Aseksueel: » Sponzen breken in stukken, elke stuk kan individueel groeien OF » Ontstaan van gemmulae: stevig ingekapselde clusters van cellen waaruit later een nieuwe spons groeit zoetwatersponzen: als adaptatie aan seizoenswisseling (in water bevriezen ze, in zomer verdampen ze drm die structuur) Seksueel: » Spons-sperma wordt gecreëerd door transformatie van choanocyten » Worden vrijgelaten in water (rookgordijn van spermatozoa) en kunnen zo naar andere sponzen van dezelfde soort gaan indien sperma terecht komt in verkeerde soort spons versteend die » Wnr sperma gevangen wordt door choanocyt choanocyt veranderd van vorm, verliest flagellum wordt naar een eicel gedragen in mesohyl » In sommige sponzen ontwikkeling van extern gecilieerde larve komt voor in moeder andere sponzen: bevruchte eicel wordt losgelaten in water, waar de ontwikkeling plaats vindt, na korte drifting fase zet het zich vast op substraat larve geflageerde cellen hechten zich vast 9 Verschillende types van sponzen op basis van interne organisatie: Ascon-type Sycon-type Leucon-type Porifera aparte evolutielijn?: Vertegenwoordigen Porifera aparte evolutielijn? OF eerder een ‘tussenstadium’/‘zijtak’ zijn in evolutie naar echte weefseldieren? vraag bleef lang onbeantwoord Choanocyten lijken op choanoflagellaten (ééncelligen) als celtype duiken ze op bij andere diergroepen waar zij functioneren als solenocyten of elementen v/d protonefridia Sommige verwezen naar de structuur-overeenkomsten tss spongine en matrixproteïne collageen idee van verwantschap met andere dieren te ondersteunen Op basis van bijkomende moleculaire gegevens (betreffende het voorkomen van diverse collageentypes bij sponsen) aanname dat organismen samen met de Eumetazoa een (hypothetische) gemeenschappelijke voorouder hebben 10 11 PHYLUM DER CNIDARIA Diblastische dieren opgebouwd uit ectodermale en endodermale kiemlaag uit ectodermale kiemlaag ontstaat: epidermis en zenuwstelsel uit endodermale kiemlaag ontstaat gastrodermis Alle Cnidaria zijn carnivoren: Lichamen van Cnidaria: » Radiaal symmetrisch (Cnidaria en Ctenophora => zijn dus Radiata) rest is Bilateria » Bestaan uit verschillende weefsels » Reproduceren, wisselen gas uit, vangen en verteren prooien en verdelen organische moleculen over cellen » Hebben geen concentratie van zenuwweefsel dus niks van hersenen ofso zenuwsysteem is roosternetwerk, cellen hebben knooppunten zoals de Bilateria hebben zenuwreceptoren gevoelig voor aanraking, sommige hebben zwaartekracht en lichtreceptoren (inclusief beeldvormende ogen) elke neuraal gecommuniceerde reactie is ‘lichaamsreactie’ en i.p.v. reactie v/e specifiek lichaamsonderdeel Vangen prooi met nematocysten: » Ook cnidocyten genoemd » Intercellulaire structuren uniek voor de phyla » Voedsel gevangen door Cnidaria wordt met tentakels naar mond gebracht 12 Basic body plan: » Komen voor onder 2 vormen: × Poliep: − Cilindrisch − Mond omgeven door tentakels aan andere kant dan waar het vast zit op substraat − Hechten zich aan stevig substraat sommige zijn deel v/e kolonie hechten zich aan massa van koloniaal weefsel × Meduse: − Paraplu-vormig − Mond aan zelfde kant als tentakels, mond omgeven door tentakels − Leven vrij in water » Hebben 1 opening dat leidt naar gastrovasculaire ruimte (plaats van spijsvertering) of darmblindzak 13 » Lichaamswand bestaat uit epidermis (buitenkant) en gastrodermis (binnenkant) tss 2 lagen is er nog een mesogloea (kan superdun zijn maar ook heel dik en stevig) er is bepaald niveau van weefselorganisatie » Gastrovasculaire ruimte speelt ook rol als hydrostatisch skelet, 2 functies: × Zorgt voor stijve structuur waartegen spieren kunnen werken × Geeft dier vorm » Moet mond opendoen voordat er water kan ontsnappen, maar dier is stevig en kan water ook binnenhouden waardoor tentakels kunnen bewegen en het dier kan buigen Levenscyclus van Cnidaria: » Sommige leven alleen als poliep, sommigen leven alleen als meduse meeste wisselen af tss poliep én meduse » Soorten met beide levensvormen meduse vormt de gameten » Individu is man/vrouw, geslachten zijn gescheiden » Eicel + spermacel = zygote, genaamd planulalarve, transformeert in poliep poliep produceert meduses aseksueel verspreiding treedt op bij larve en meduse poliep kan ook aseksueel ander poliep produceren, als ze aan elkaar verbonden blijven ontstaan van kolonie » Sommige Cnidaria planulalarve ontwikkelt zich direct in meduse stadium, gaat niet door poliep stadium » Sommige Cnidaria alleen voorkomen van poliep in levenscyclus, geen meduse poliep vormt gameten, resulterende planulalarve groeit uit tot poliep » Sommige Cnidaria poliep kan aseksueel andere poliepen produceren door stukken af te breken of te verdelen die zich kunnen regenereren (aangroeien van missende delen) Spijsvertering: » Extracellulaire vertering van eten in het dier » Vertering vindt deels plaats in gastrovasculaire ruimte » Cnidaria kunnen groter voedsel eten dan sponzen doordat ze enzymen hebben dat eten deels afbreekt en andere cellen fagocyteren eten Nematocysten » Cnidaria vangen eten met nematocysten » Capsules die steken, gesecreteerd in cel nematocyt » Indien gestimuleerd uitstoten van netelcellen/nematocysten sluiting aan einde van capsule springt open buisje wordt uitgestoten » Ontlading v/d nematocyst blijft een mysterie » Harpoen-achtige beweging; buisje keert binnenstebuiten » Kan binnendringen of rond voorwerp binden » Sommige buisjes prikken, anderen hebben gif » Worden 1 keer gebruikt » Enige afweersysteem 14 Cnidaria zijn gegroepeerd in vijf klassen: Verdeeld volgens tussenschotten in verteringruimte Anthozoa (bloemdieren): » Grootse klasse » 6/meer tussenschotten/septa » Komen alleen onder poliepvorm voor » Zitten meestal vast op substraat, kunnen loskomen indien gevaar » Gameten ontstaan in gastrovasculaire ruimte die opgedeeld is in compartimenten » Tentakels zijn hol » Zeeanemonen (individu) » Koralen (kolonie): × Poliep v/e koraal secreteert calciumcarbonaat rond en onder zichzelf wnr individu of kolonie omhoog groeit ophoping van dood skelet daar onder in ondiep water vormt dat koraalriffen × Koralen van economisch belang: − Dienen als schuilplaats voor jonge zeedieren die men eet − Bieden bescherming aan kusten van tropische eilanden − Worden bedreigd door klimaatverandering: ‘coral bleaching’: verdwijnen van fotosynthetische eencelligen (= zooxanthellae, endosymbionten) van koraal, komt ook door duikers, zwemmers en zonnecrème − Doodt de koralen niet per se maar is wel stresserend 15 Hydrozoa: » Geen tussenschotten/septa » Zowel poliep (meestal koloniaal) als meduse stadium » Poliepen in kolonies kunnen verschillende functies hebben » Kunnen zich ongeslachtelijk (via knopvorming) en geslachtelijk voortplanten (via stadium met medusevorm afhankelijk van soort) » Bioluminescentie » Enige klasse met zoetwater leden Hydra vulgaris (zoetwaterpoliep): heeft geen meduse stadium en is eenzaam (geen kolonie); kan zich losmaken van substraat » Portugees oorlogschip (Physalia): complexe kolonie, bestaat uit heterogene populatie van poliepen of medusen 16 » Obelia: vormen kolonies; uitgesproken taakverdeling tss individuen » Polyorchis: geen poliepvorm aanwezig » Hydractinia: voorbeeld van kolonie vorming, staat op exoskelet van krab/kreeft Scyphozoa: » 4 septa » Meduse vorm is meer opvallend en ingewikkeld dan poliepvorm » Medusevorm: kan wit zijn, maar ook felle kleuren » Poliepvorm: smal, onopvallend, klein van structuur, witte kleur, ontbreekt in bepaalde Scyphozoa » Vrij zwemmende kwal, paddenstoel vorm » Lichaam extra volume door dikke acellulaire mesogloea (ligt tss endo- en ectoderm) » Aurelia aurita: × Oorkwal’ × Herkenbaar aan: aflijning v/h scherm met korte tentakels; mondlappen bezaaid met cnidocyten; hoefijzervormige gonaden × Meestal meedrijver, maar kan zichzelf voortbewegen door contractie van epitheelspiercellen hierbij wordt water uit verteringsruimte gestuwd 17 » Bezitten aan rand van hun scherm: zintuigorganen: rhopalia via lichtperceptie-, gevoelsen evenwichtsfuncties ruimtelijke oriëntatie mogelijk maken 18 Cubozoa: » Verwant aan Scyphozoa » Hebben overheersende kwalvorm » Rondzwemmende predatoren » Kubusvormig lichaam » Lange netelende tentakels (kunnen zwemmers pijn doen) Staurozoa: verwant aan Scyphozoa; adulten zijn sessiele organismen Ctenophora: » ‘Ribwalnoten’ » Gebruiken lijmcellen (= colloblasten) op tentakels om prooi te vangen » Hebben 8 ribben/kammen waarop cilia staan die instaan voor de beweging » Zijn allemaal hermafrodiet » Doorlopend spijsverteringskanaal » Behoort niet meer tot Cnidaria, want spijsverteringsstelsel is geen darmblindzak maar anale poriën 19 20 BIOLUMINESCENTIE Wat?: = ontdekking en gebruik van aequorine en ‘green fluorescent protein’ (GFP) v/d Aequoria victoriakwal Wie heeft het?: Bioluminescentie/produceren van licht = wijdverspreid fenomeen bij organismen van Cnidaria en Ctenophora Ook aangetroffen bij sommige bacteria Bij vertegenwoordigers v/d voornaamste invertebraten-phyla Bij Chordata Bij licht-producerende vissen Functie?: Defensieve functies: bij afschrikmiddel tegen predatoren Offensieve functies: bij het vangen van prooien (verwarring, misleiding) Communicatieve functies: bij het herkennen, aantrekken van soortgenoten en van seksuele partners Onderzoek: Bioluminescentie van kwallen minder bestudeerd dan bij en bacteria Genen coderend voor luciferase worden in de moleculaire biologie veelvuldig aangewend als ‘reportergenen’ a.d.h.v. reportergen-bevattende expressieconstructen analyseren van functionaliteit van genpromoters in een cellulaire omgeving Expressie v/h reportergen wordt onder invloed geplaatst van bepaalde genpromoters, detectie v/h geproduceerde luciferase geschiedt onder de vorm v/e analyse van vlot aantoonbare lichtemissie (bioluminescentie) De behandelde cellen homogeniseren/permeabiliseren en gepaste enzymsubstraat (= luciferine) samen met ATP toe te voegen indien luciferase aanwezig resulteert de reactie in de kwantificeerbare emissie van licht Momenteel in het moleculair onderzoek veel gebruik gemaakt van elementen v/h bioluminescentiesysteem van Cnidaria: » Ca2+-gevoelig bioluminescent eiwit: aequorine en het “green fluorescent protein” GFP, » Afkomstig v/d kwal Aequorea victoria (behoord tot klasse Hydrozoa) » GFP geen nood aan substraten of andere co-factoren voor visualisatie (in tegenstelling tot luciferase en andere lichtproducerende merkereiwitten) excitatie met licht v/d gepaste golflengte zorgt voor direct observeerbare emissie van groen licht GFP niet invasieve merker die rechtstreeks, zelfs herhaaldelijk in een in vivo situatie kan gevisualiseerd en gekwantificeerd worden 21 Historiek en ontdekking van het bioluminescentiesysteem bij Aequorea victoria: Tijdens pogingen tot zuivering van componenten uit licht producerende orgaantjes van A. victoria werd een Ca2+ activeerbaar, bioluminescent eiwit, het aequorine, geïdentificeerd (Shimomura; 1962) In tegenstelling tot de in vivo situatie (kwal) bleek het door aequorine in vitro uitgezonden licht niet groen maar eerder blauw Daarnaast werd in de weefselhomogenaten ook een ‘partnereiwit’ aangetroffen dat heldergroene fluorescentie vertoonde eiwit kreeg bekendheid als “green fluorescent protein” of GFP In 1992 (Prasher) vrij kleine proteïne werd (bestaande uit 238 aminozuren) volledig geïdentificeerd en het cDNA en een genomisch DNA klone werden geïsoleerd De in vivo rol van GFP is: om de blauwe bioluminescentie (460 nm) gegenereerd door aequorine via energietransfer om te zetten in een heldergroen fluorescent licht (509 nm) Voor een efficiënte transfer dienen aequorine en GFP op korte afstand van elkaar te liggen Structuur van GFP: Opgebouwd als cilinder (-barrel) waarvan de wand gevormd wordt door 11 -strands Bodem & deksel bestaan uit: verbindende -helices Covalent gebonden chromofoor (bestaande uit gemodificeerde aminozuren) zit opgeborgen in cilinder hierdoor moeilijk bereikbaar voor agentia die quenching (uitdoving, maskering) tot gevolg kunnen hebben Hoge structurele en functionele stabiliteit van molecule geschikt als reportereiwit In bacteria geproduceerd GFP blijkt efficiënt te fluoresceren GFP bruikbaar als fluorescent merker-molecule in N- of C-terminale fusieconstructen met andere eiwitten Analyse van de natuurlijke genetische variabiliteit (lees sequentieverschillen bij isovormen) leidde tot identificatie van enkele functioneel belangrijke aminozuurposities in het GFP experimentele mutaties in deze gebieden leveren GFP’s op met gewijzigde eigenschappen zoals: verhoogde fluorescentie per eiwithoeveelheid en/of gewijzigde excitatie- en emissiespectra Ook werden er nieuwe fluorescente proteïnen uit andere organismen geïsoleerd 22 Toepassingen gebaseerd op aequorine en/of GFP: Directe aantoonbaarheid via lichtexcitatie (zonder tussenkomst van enig substraat of cofactor) maakt op zeer korte tijd van GFP een frequent gebruikte moleculaire merker met behulp v/e fluorescentie-microscoop kan (ook in levende cellen) productie en lokalisatie van GFP, en van GFP-gekoppelde fusie-eiwitten (N- of C-terminale fusieconstructen) gevisualiseerd en onderzocht worden Ter vorming van reporter expressieconstructen kan de GFP-coderende DNA-sequentie stroomafwaarts v/e (veronderstelde) genpromoter ingebouwd worden OF ze kan voorzien worden in constructen waarmee de functionaliteit van cis-elementen, als promoter-enhancers, silencers, hormoon-responsieve elementen (GRE, glucocorticoid responsieve elementen; EcRE, ecdysteroid responsieve elementen) etc., kan getest worden Tijdens transgenese experimenten kan GFP als merker makkelijk en snel informatie verschaffen omtrent stadium- of weefselafhankelijke genexpressie wnr de proefdieren doorschijnend zijn (cfr. fruitvliegjes, C. elegans, zebravisembryo’s, …) kan dit in vivo waargenomen worden GFP blijft vaak functioneel wnr tot expressie gebracht als onderdeel v/e hybride/chimeer eiwit bestaande uit GFP gekoppeld aan ander proteïne Celbiologen maken gebruik van GFP voor het bestuderen van intracellulaire ‘targetting’ of translocatie van aangemaakte (fusie)eiwitten (GFP-arrestine) Moleculaire biologen gebruiken GFP als merker bij het bestuderen van eiwit-eiwit interacties Aequorine: Ca2+-gevoelig bioluminescent complex v/h eiwit apo-aequorine en cofactor coelenterazine wordt vaak toegepast als middel voor detectie van calciumionen in biologische systemen In dierlijke cellen calciumionen spelen rol in de regulatie van signaaloverdracht (‘signal transduction’) Zo kan men met behulp van aequorine de activiteit van bepaalde membraanreceptoren (o.a. Geiwit gekoppelde receptoren) en calciumkanalen onderzoeken Sommige analyses gebaseerd op GFP of aequorine worden door de farmaceutische en/of agrochemische industrie geëxploiteerd in hun onderzoek naar allerhande nieuwe producten Zo maakt men onder meer gebruik van detectiesystemen gebaseerd op aequorine als Ca2+indicator om te screenen naar synthetische receptorliganden die aanleiding zouden kunnen geven tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of plaagbestrijdingsmiddelen 23 24 ACOELOMATA Platwormen hebben een onvolledige darm: Structuur: » Dorsoventraal afgeplat (vandaar de naam) » Triblastische dieren (3 kiemlagen) » Geen echte lichaamsholte/coeloom » Vertonen cefalisatie (concentratie aan zintuigen vooraan) » Onderscheiding van inwendige organen » Flagellen en cilia opgebouwd volgens 9+1 configuratie van microtubuli (normaal is het 9+2) Spijsvertering bij platwormen: » Indien aanwezig: interne holte met 1 opening (= darmblindzak) mond zit aan onderkant van lichaam ergens in het midden » Nemen voedsel op, scheuren het in stukken d.m.v. spiercontracties in ‘farynx’ » Darm: dient voor vertering en verdeling van voedsel via takken v/d darm » Kunnen niet tegelijkertijd voedsel opnemen, verteren en voedselresten elimineren » Hebben geen circulatiesysteem voor transport van zuurstof en voedselmoleculen » Lintwormen: hebben mond van voor aan lichaam, geen spijsvertering, nemen voedsel op doorheen celwand Excretie en osmoregulatie: » Hebben excretiesysteem voor het verwijderen van afvalstoffen v/h metabolisme en voor lichaamsregulatie van water en mineralen excretieorganen » Netwerk van fijne buisjes doorheen lichaam, bestaan uit vlamcellen » Vlamcellen reguleren waterhuishouding Zenuwstelsel en sensorische organen: » Hebben voorste hersenganglion met zenuwkoorden die doorheen lichaam lopen » Hebben oogvlekken op hoofd (staan in verbinding met zenuwstelsel) kunnen hiermee licht van donker onderscheiden wormen gaan weg van fel licht 25 Reproductie: » Meeste zijn hermafrodiet, hebben zowel mannelijke als vrouwelijke seksuele structuren » Reproductie is complex » Paring gebeurd tss 2 individuen, bevruchting gebeurt intern, storten allebei spermacellen in elkaar die gaan naar de eitjes » Zoetwater platwormen: bevruchte eieren worden in cocons gelegde en aan elkaar geregen ter vorming van lint, komen uit wnr ze miniatuur volwassen zijn zeewater platwormen: bevruchte eicel ondergaat spiraalvormig klievingspatroon; embryo geeft aanleiding tot larve, die blijft drijven totdat geschikte habitat gevonden en veranderd dan » Regeneratieve capaciteit: wnr platworm in 2 wordt gehakt elk deel kan missend deel terug aanmaken Er bestaan vrij-levende en parasitaire platwormsoorten Succes van diergroep te danken aan parasitaire levenswijze van vele vertegenwoordigers, MAAR parasitaire levenswijze gaat vaak gepaard met verlies van fylogenetische kenmerken, (afwezigheid v/e eigen spijsverteringstelsel bij de lintwormen) Platwormen klassen: Klasse Turbellaria: » = trilhaarwormen » Komen vooral voor in aquatische milieus (zout en zoetwater) » Leven op/in substraat » Hebben gecilieerde epidermis met huidkliertjes (produceren stoffen die dienen als adhesie en glijmiddel) kunnen over substraat kruipen sommige kunnen zwemmen of voortbewegen » Planaria en Dugesia: × Zitten in beekjes × Hebben kopgedeelte met oogvlekken × Hebben mondopening en vertakte blinddarmzak × Zenuwstelsel dat vertrekt vanuit kopganglia × Gasuitwisseling via diffusie via lichaamsoppervlak × Excretiestelsel: bestaat uit protonefridia (paar aangelegde zijdelingse, overlangs verlopende kanaaltjes) worden gevoed vanuit netwerk van blind eindigende buisjes met 26 bijhorende geflagelleerde vlamcellen (solenocyten) excretiekanaaltjes monden uit via nefridioporus in buitenwereld Klasse Trematoda: » Zuigwormen » Parasitaire levenswijze » Leverbot » Zetten zich vast aan gastheerlichaam d.m.v. zuigers, ankers of haken » Neemt voedsel op via mond » Sommige gebruiken maar 1 gastheer meeste gebruiken 2/meer gastheren doorheen levenscyclus » 1ste tussengastheer is altijd slak laatste gastheer altijd een vertebraat (hierin leeft leverbot en reproduceert zich) daartss kunnen nog andere gastheren voorkomen (maar overgang van ene gastheer naar andere: zeer gevaarlijk en dodelijk) » Levenscyclus: × Miracidiumlarve: komt uit eitjes × Redialarven: langwerpig, niet-gecilieerde larven × Cercarialarven: bewegelijk larvestadium × Metacercaria: cysten die verder ontwikkelen tot volwassen platworm 27 × Cercarialarven verlaten slak en hechten zich aan plant (Fasciola hepaticaI; leverbot van rund, schaap en geit) OF nestelen zich in 2de gastheer (Clonorchis sinensis) wachten beide af tot ze verorberd worden door hoofdgastheer Levenscyclus van leverbot (= Clonorchis sinensis) in mens: » Platworm dat parasiteert in mens (in honden, katten, varkens) » Leeft in galbuis v/d lever » Komt veel voor in Azië » Hoe verloopt dat proces?: × Bevruchte eicel (bevat miracidiumlarven) wordt doorgegeven aan uitwerpselen × Kunnen in water terecht komen en opgegeten worden door waterslak (kans is zeer klein dat dit gebeurt) × In slak veranderd miracidiumlarve in sporocyst (zakachtige structuur, bevat embryonale kiemcellen) sporocyst ontwikkeld tot redia (langgerekte, niet-gecilieerde larve) larven groeien en worden cercarialarven × Cercarialarven komen in water terecht boort zich daar in lichaam van vis en groeit uit tot metacercarialarven » Wnr mens rauwe vis opeet met metacercarialarven cyste lost op in darm migreert naar galbuis en nestelt zich daar en wordt volwassen » Kan 15-30 jaar leven in lever veroorzaakt levercirrose en doodt 28 Bloedleverbot van geslacht Schistosoma: » Leven in bloedvaten van darm (S. mansoni en S. japonicum) en urineblaas (S. haematobium) leidt tot bloedarmoede en/of hematurie (bloed in urine) » Bevruchte eicel moet doorheen bloedvatwand om naar darm of urineblaas te gaan zodat ze uit lichaam kunnen gaan » Hebben gescheiden geslachten: vrouw ligt ventrale groeve van man » Levenscyclus: 1. Eitjes komen via uitwerpselen in buitenwereld terecht 2. Uit eitjes komen miracidiumlarven 3. Miracidiumlarven dringen binnen in weefsels van slak 4. Miracidiumlarve veranderd in sporocyst in slak 5. Sporocyst ontwikkeld tot cercarialarve (geen redia stadium), wordt vrijgelaten in water en zwemt vrij rond 6. Dringt huid van mens binnen 7. Verliest staart en veranderd in schistosomulae 8. Komt in bloedbaan 9. Gaat zo dan naar lever/blaas wordt volwassen 29 Klasse Monogenea: Klasse Cestoda: » Lintwormen » Leven in gastheer en absorberen voedsel via lichaamswand (hebben geen spijsvertering) » Tussengastheer: rund of varken Resulteert in vrijkomen van oncosfeer larven doorboren darmwand via bloedbaan migreren naar skeletspieren kapselen zich in als cysticercus (=blaasworm/vin) Wnr zo’n gortig vlees onvoldoende gekookt wordt en door mens geconsumeerd besmetting en volwassen lintworm in dunne darm krijgen » Mens kan besmet worden met eitjes v/d hondenlintworm Echinococcus granulosus als “tussengastheer” produceert grote cysten in verschillende weefsels en organen, ook hersenen » Bestaan uit: × Scolex: aanhechtingsorgaan (geen hoofd) × Halsgebied × Proglottiden: repetitieve structuurtjes (geen segmenten); elke proglottide is hermafrodiet, bevatten mannelijke en vrouwelijke voortplantingsorganen » Uiterste stukje van proglottiden breekt af en komt zo via uitwerpselen terecht in buitenwereld » Kan tot 10 m lang worden 30 PHYLUM DER NEMATODA (Pseudocoelomata) Komen voor in zout en zoetwater Veel parasiteren op planten en dieren Veel nematoden leven in grond Kunnen bij ongunstige omstandigheden door cryptobiose (= schijndood) overleven Structuur van nematode: Bilateraal symmetrisch; geen segmenten Epidermis bedekt met dikke flexibele cuticula tijdens groeien ondergaan ze 4 keer vervelling Geen ademhalingssysteem wisselen zuurstof en koolstofdioxide door cuticula Hebben longitudinale spieren kunnen in lengte samentrekken, maar diameter blijft hetzelfde wriemelende beweging Goed ontwikkeld spijsverteringssysteem doorlopend spijsverteringskanaal Mond met styletten Voedsel komt in mond door zuigende werking van sterk gespierde farynx gaat dan in darm geëlimineerd via anus Reproductie en ontwikkeling: Seksuele reproductie Mannelijke en vrouwelijke nematoden verschillen van vorm: seksuele dimorfisme man: staart einde is gehaakt, kleiner dan vrouw vrouw: staart einde is recht Sommige zijn hermafrodiet: hebben bifunctionele gonaden (ovatestis); doen aan zelfbevruchting Spermatozoa zijn niet geflagelleerd Sommige soorten: hebben vast aantal lichaamscellen in volwassen stadium = eutelie kunnen nog groeien door cel volume te laten toenemen C. elegans: veel onderzoek gedaan want volwassen in 3 dagen Levensstijl van nematode: Jagen op protista of kleine dieren Parasiteren op plant of leven in grotere dieren Door nematode veroorzaakte menselijke ziektes: Trichinosis: » Wormen van geslacht van Trichinella spiralis leven in kleine darm van zoogdieren » Proces: × Bevrucht vrouwtjes graven doorheen wand van darm laten levende jongen vrij × Komen terecht in lymfekanaal gaan zo naar spieren × Worden daar volwassen en worden cystes » Door eten van ongekookt varken/beer waar cystes inzit kan worm overdragen » Fatale zaken zijn zeldzaam 31 proces trichinosis Aarsworm: » Wormen van geslacht Enterobius » Leven in menselijk rectum (laatste stuk van dikke darm) » Orale opname van eitjes » Vooral bij kinderen » Zorgen ervoor dat anus jeukt » Makkelijk doden door medicijnen proces aarsworm 32 Spoelworm: » Wormen van geslacht Ascaris » Orale opname van eitjes » Proces: × Volwassen vrouwtje kan dagelijks zeer veel eitjes loslaten in darm van gastheer × Eitjes gaan uit lichaam door in uitwerpselen te gaan × Kunnen jaren onder grond levensvatbaar zijn stof zorgt voor eten, maar kan ze ook op lippen dragen × Embryo is ontwikkeld voordat het werd uitgeworpen komt uit × Larven boren zich doorheen celwand van darmen gaan in bloedbaan (gebruiken soms longen als tussenstadium) × Na ophoesten van larven en herinslikken ontwikkelen zich tot volwassenen proces spoelworm 33 Filariasis: » Veroorzaakt door heel veel verschillende soorten nematoden » Infectie door Wuchereria bancrofti veroorzaakt aandoening: elephantiasis: × Opzwellen onderste ledematen tot misvormde proporties × Komt doordat worm lymfekanalen verstopt veroorzaakt enorme ontsteking lymfe aan opzwellen om te voorkomen dat ze circuleren Haakwormen: » Ancylostoma » Hebben maar 1 gastheersoort: mens » Larven kunnen via huid doorheen lichaam van gastheer, belanden uiteindelijk in bloedvaten van darmwand » Kan leiden tot ernstig bloedverlies, bloedarmoede en weefselschade 34 35 Caenorhabditis elegans: Eerste dier met volledig gekend genoom Kleine (1mm) vrijlevende bodemnematode In het labo zeer gemakkelijk te kweken op agarbodems bezaaid met bacteria Dankzij hun cryptobiotische eigenschappen kan men deze wormpjes ook lange tijd levensvatbaar bewaren in ingevroren toestand. Er komen oftewel zelfbevruchtende hermafrodieten voor oftewel mannetjes. De generatieduur (van eitje tot mature worm) bedraagt 3 dagen. Zoals bij andere nematoden komt ook bij dit rondwormpje het verschijnsel van eutelie voor. De volwassenen zijn opgebouwd uit iets minder dan 1000 somatische cellen (959 in de hermafrodiet), waaronder ca. 300 neuronen en 81 spiercellen. Elke lichaamscel is éénduidig omschreven en de embryonale ontwikkeling die aanleiding geeft tot al deze cellen is volledig en in detail gekend. C. elegans was de allereerste diersoort waarvan de genoomsequentie werd bepaald (ca. 100 miljoen basenparen verdeeld over 4 chromosomen, met naar schatting ca. 19.000 eiwitcoderende genen). Een vergelijkend bio-informatica onderzoek gaf aan dat voor het merendeel van de menselijke eiwit-coderende genen een ortholoog (Stel dat uit een voorouderlijke soort, soort "X", twee soorten, "X1", en "X2" ontstaan. Dan beschikken beide soorten "X1", en "X2" grotendeels over eenzelfde set genen. Van (vrijwel) elk gen in soort "X1" bestaat er dan een overeenkomstig gen in soort "X2". Genen die op deze wijze zijn gerelateerd, zijn ontstaan uit hetzelfde gen in de laatste gemeenschappelijke voorouder, worden ortholoog genoemd) wordt aangetroffen bij C. elegans. Dit wormpje is uitgegroeid tot een interessant onderzoeksmodel dat toelaat genfunctionaliteit te koppelen aan specifieke processen. Kennis van gedetailleerde informatie m.b.t. belangrijke, evolutionair geconserveerde processen en biochemische pathways van C. elegans, kan ook interessante inzichten bijbrengen i.v.m. gelijkaardige processen bij de mens. Zo bv. draagt basisonderzoek bij C. elegans in belangrijke mate bij tot nieuwe inzichten in de regulatie van het verouderingsproces bij Metazoa. Onderzoek bij C. elegans leidde ook tot de ontdekking van ‘RNA interference’ (RNAi), een post-transcriptioneel silencing proces dat gebruik maakt van korte niet-coderende RNA’s. Via deze methode kan met behulp van een specifiek, dubbelstrengig (ds) RNA een functionele “knock-down” gerealiseerd worden. De methode steunt op een vrij universeel, natuurlijk verdedigingsmechanisme van eukaryote cellen tegen het voorkomen van dsRNA’s, in hoofdzaak van virale oorsprong. Hoewel de techniek initieel werd op punt gesteld met C. elegans, een diertje dat een uitgebreide, systemische RNAi respons vertoont, blijkt dit basisprincipe ook operationeel te zijn in cellen afkomstig van andere eukaryoten. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van dsRNA (geproduceerd via in vitro transcriptie, of door chemische synthese van korte ‘small interfering’ (si) RNA’s, of aan de hand van speciale cDNA expressieconstructen) teneinde een gerichte sequentiespecifieke degradatie van het corresponderend transcript (mRNA) te induceren. Bij ongunstige levensvoorwaarden (hoge populatiedensiteit, voedselgebrek, temperatuur) treedt een reversibel mechanisme in werking waarbij de normale groei en ontwikkeling van C. elegans tijdens het 3de larvaal stadium tot stilstand (“developmental arrest”) komen. Dit alternatief larvaal diapauzestadium staat bekend als het ‘dauer stadium’. In vergelijking met de normale larven, vertonen de dauerlarven verschillen in morfologie, fysiologie en gedrag. Zij hebben bovendien een significant langere levensduur en zijn beter bestand tegen allerlei stressfactoren. 36 Deze door omgevingsfactoren gereguleerde ontwikkelingsrespons (keuze tussen dauer en normale ontwikkeling) die leidt tot fenotypische plasticiteit, is dus een belangrijke adaptatie die het deze kleine rondworm mogelijk maakt om niet-favorabele milieuomstandigheden te overleven. Het al dan niet optreden van een dauerstadium staat tevens mede onder invloed van verschillende interne signaaltransductiewegen, zoals o.a. de cyclisch guanosine monofosfaat (cGMP), de ‘transforming growth factor ’ (TGF-), en de insuline/IGF (insulin-like growth factor) signaalwegen (‘signaling pathways’). Mutaties van genen coderend voor factoren betrokken bij de insuline/IGF signaalweg [bv. daf-2: insuline receptor (daf: “dauer formation”); age-1: fosfatidylinositol-3-OH-kinase (PI3K)] kunnen aanleiding geven tot verhoogde dauervorming en verlenging van de levensduur. Ook bij andere Metazoa vervult de evolutionair geconserveerde insuline/IGF signaalweg een cruciale rol bij de regulatie van een aantal zeer fundamentele, onderling verwante, organismale processen zoals metabolisme, groei, voortplanting en veroudering. 37 ‘RNA interference’ in C. elegans: » Elegante methode om de functie(s) van welbepaalde genen te bestuderen in vivo » Gerichte post-transcriptionele ‘gene silencing’ geïnduceerd door dsRNA (sequentie-specifiek) » Verband met allerhande gentranscript ‘silencing’ fenomenen waargenomen bij andere organismen (± universeel principe) » Systemisch (=organismaal) effect bij C. elegans, zelfs doorgegeven via de kiemcellen naar de volgende generaties (dit laatste is echter zeker niet het geval bij vele andere oganismen) » ‘Reverse Genetics’ methode bij C. elegans (je kent verschillende genen, gen waar je functie niet van kent functie bepalen) Mechanisme van RNAi: » Algemeen verdedigingsmechanisme tegen dsRNA » Het dsRNA wordt eerst in kleinere (“small interfering”) ‘siRNA’ fragmenten opgesplitst door een dsRNA-specifiek endonuclease (“DICER”) » siRNA induceert een gerichte, sequentie-afhankelijke nuclease activiteit die welbepaalde mRNA’s degradeert » Bij C. elegans wordt dit effect bovendien versterkt (geamplificeerd): er zijn indicaties voor het voorkomen van een ‘RNA-directed RNA-polymerase’ (RdRP) ketting reactie, waarbij siRNA’s als primers fungeren » Een transmembraaneiwit zou een rol spelen bij het genereren van de systemische RNAi in C. elegans wordt herkend door dicer-enzym ds wordt ontwonden tot helicase 38 Levenscyclus van C. elegans: dauerstadium laag metabolisme stadium, overlevingsstadium, kunnen teruggaan naar normale cyclus als alles terug normaal is vervelt meerdere keren: L1, L2… 39 Regulatie van larveontwikkeling door milieuomstandigheden: » Bij C. elegans wordt onder ongunstige levensvoorwaarden (populatiedensiteit, voedselgebrek, temperatuur) een alternatief 3de larvaal stadium (in diapauze-toestand) geïnduceerd. » Larven in dit dauer stadium gaan morfologische, fysiologische en gedragsveranderingen vertonen (= fenotypische plasticiteit). » Ze hebben een langere levensduur en verhoogde stress-tolerantie. » Dit is een belangrijke adaptatie om ongunstige perioden te overbruggen. » Dauervorming staat ook onder invloed van interne signaal-transductie- wegen (“pathways”), zoals onderzocht via mutanten en RNAi. » o.a. cGMP, TGF en insuline/IGF signaalwegen Insule/IGF signaalweg bij Metazoa: » Voedselopname (+ gedrag) » Metabolisme » Groeiprocessen (op cel-, weefsel- en organisme-niveau) » Ontwikkelingsprocessen (o.a. zenuwstelsel) » “Cell survival”/anti-apoptosis » Diapauze-toestand (vb. dauerlarven bij C. elegans) » Reproductiefysiologie/fertiliteit » Stress tolerantie » Levensduur (“life span”): Mutanten die veel langer leven dan wt! De ‘insuline superfamilie’: » Moleculaire en genetische diversiteit (insuline, IGF, relaxine, INSL; ook voorkomend bij insecten, mollusken, wormen, ...) » Geconserveerde precursor-organisatie (B-C-A ‘chains’) » Geconserveerde RTK-signaalwegen » Centrale rol bij de regulatie van een aantal zeer fundamentele, onderling verbonden processen (bv. metabolisme, groei, reproductie, veroudering) » Interactie met gesecreteerde bindingsfactoren (cfr. IGF-BP) 40 41 COELOMATA 2 groepen binnen Protostomia: » Lophotrochozoa: × Platwormen (Plathyhelminthes) × Weekdieren (Mollusca) × Gesegmenteerde wormen (Annelida) » Ecdysozoa (vervelling): × Rondwormen (Nematoda) × Geleedpotigen (Arthropoda) PHYLUM DER ANNELIDA Lichaamsbouw van Annelida: Hebben hydroskelet en coeloom dat gevuld is met vloeistof (schizocoeloom) coeloom is goed ontwikkeld Vertonen metamerisatie: segmentatie gekoppeld aan coeloom-compartimentalisering en repetitieve vermenigvuldiging v/d meeste structuren van ectodermale en mesodermale oorsprong 42 Voortbeweging: Bewegen door contractie van longitudinale (worm wordt korter en dikker) en circulaire (worm wordt langer en dunner) spieren v/d lichaamswand tegen het hydroskelet Leven vooral in bodem Annelida hebben gesloten circulatiesysteem: Excretie en osmoregulatie gebeurd via nefridia (vergelijkbaar met nieren van ons), elk segment bevat nefridia Gas en voedselmoleculen via bloed doorheen lichaam vervoerd Gesloten bloedvatensysteem, waarvan bloed vaak een ademhalingspigment bevat (hemoglobine) Annelida bestaat uit 3 klassen: Klasse Polychaeta: borstelwormen » Mariene wormen » Leven in U-vormige gangen in zand » Parapodia: × Segmentaal voorkomende uitstulpingen v/h integument (orgaansysteem dat lichaam beschermt tegen beschadigingen) × Op meeste segmenten × Spelen rol bij voortbeweging en zwemmen × Onderverdeeld in notopodium (dorsaal deel) en neuropodium (ventraal deel) » Veel borstelharen (setae) » Hebben soms kieuwen ter verbetering van ademhaling » Gescheiden geslacht » Sommige soorten vertonen zwermgedrag: individuen die massaal naar zeeoppervlak zwemmen en gezamenlijk eitjes en zaadcellen leggen (uitwendig bevruchting) » Hebben trochofore larven: × Larvestadium dat ook bij andere phyla werd aangetroffen × Lichaamsbouw: gordel van cilia ter hoogte v/d mond (= prototrog); bundeltje van apicale cilia » Voorbeelden: × Arenicola 43 × Nereis 44 Klasse Oligochaeta: regenwormen » Zoetwater- en landdieren » Geen parapodia en minder setae » Functionele specialisatie van segmenten volgens de lengteas » Hermafrodiet » Clitellum: × Zadelvormige verdikking × Draagt huidkliertjes × Speelt belangrijke rol in secretie van cocon, die schuift verder over lichaam zodat eicellen en zaadcellen worden gecollecteerd » Kruisbevruchting: zaadcellen afkomstig van copulerende partner (geslachtsgemeenschap hebben, dus partner waarmee je geslachtsgemeenschap hebt) » Kunnen heel lang worden (tot 3m) 45 » Voorbeelden: × Tubifex × Lumbricus 46 Klasse Hirudinea: bloedzuigers » Zoetwater- en landdieren » Hebben vast aantal segmenten: 34, zonder setae » Hebben 2 zuignappen (mond + anale zuignap) hebben functie bij adhesie (aan substraat/gastheer) en voortbeweging » Hermafrodiet » Clitellum » Meeste soorten: ectoparasieten (uitwendige parasieten) » Typevoorbeeld: Hirudo medicinalis: × Wondverzorgende en aderlatende eigenschappen; maakten lange tijd deel uit van medische methodologie × Maakt met kaken sneden in huid coagulatie (stolling) v/h bloed wordt geremd door hirudine (= antistollingseiwit) bloedzuiger pompt zich vol met bloed d.m.v. gespierde farynx (kan 5 keer eigen lichaamsgewicht opnemen) overtollige vocht wordt via nefridia afgevoerd in darm blijft er vaste bloedmassa met bloedcellen over hebben traag verteringsproces lang overleven zonder eten Hirudo medicinalis 47 48 PHYLUM DER MOLLUSCA Mollusca zijn divers en belangrijk voor mensen: Diverse en soortenrijke groep Belangrijke voedselbron voor mens Economisch belang: parels Dienen vaak als tussengastheer van parasieten Exoskelet goede bewaareigenschappen veel fossielen Lichaamsbouw: Bilaterale symmetrie Gespierde voet en mantel; mantel vormt 1/meer uitwendige schelpen die bestaan uit gesecreteerd eiwit (conchioline) verstevigd met afzettingen van calciumcarbonaat (aantal en vorm bepaald mee de klassen v/d Mollusca) Laterale plooien vormen een mantel die een externe schelp kan secreteren » Toename van oppervlak voor gasuitwisseling (bv. kieuwen) Schelp zorgt voor protectie (tegen predatie) Hebben allemaal een rasptong (= radula) (behalve Bivalvia): gebruikt bij voeding Spijsverterings-, excretie-, en reproductie- organen zijn geconcentreerd in een centrale viscerale massa Hart + open circulatiesysteem (uitz.: Cephalopoda) radula 49 Hebben trochofore larven en ook veligere larven (verder stadium dan de trochofore larven, vormt al voet, schelp en mantel) 4 klassen: 50 Gastropoda (slakken): » Komen voor in: zout- en zoetwater, en op land » Lichaamsbouw: × Spiralig gewonden schelp (vooral rechtsdraaiend) × Opening kan worden afgesloten met deksel (= operculum) × Kopgedeelte met gesteelde ogen × Voet: functioneert als kruipzool (kruipvlak is functioneel en structureel vergelijkbaar met integument van Turbellaria) » Excretie en osmoregulatie gebeuren door tussenkomst van nierorgaan vergelijkbaar met nefridia » Beperkt zenuwstelsel interessant onderzoeksmodel » Geen bilaterale symmetrie, maar asymmetrie door schelp die gedraaid is » Adaptieve radiatie waargenomen worden (hebben zich aangepast aan verschillende levensomstandigheden en voedselregimes) » Voortplanting: complex, soortafhankelijk, inwendige bevruchting, complex reproductiesysteem » Overzomeren van slakken: aquatische soorten die zomers droog komen te staan kunnen lange droogteperiodes overleven door zomerdiapauze in te lassen » Voorbeelden: × Lymnea stagnalis (poelslak) (Genus) × Aplysia (zeenaaktslak; verschillende verwante soorten) (Genus) => Neuronale en hormonale factoren betrokken bij de regulatie van gedragspatronen wordt bij hen onderzocht (eiafleg) × Conus: − Belang voor biochemisch en farmacologisch onderzoek − Carnivoren − Leven in tropische mariene milieus − Geadapteerd aan het capteren en verlammen (of afdoden) van prooien m.b.v.e. mengsel van neurotoxines (geproduceerd in gifklier) maken gebruik van harpoen (omgevormde radula) − Mensen kunnen dodelijk getroffen worden door gif harpoen van dieren 51 Conus Aplysia » Bivalvia (tweekleppigen): Lichaamsbouw: 52 » » » » × Lamelvormige kieuwen met cilia (zowel voor voedsel als ademhaling) × Mantel: produceert 2 kleppen (schelpen) die dorsaal t.o.v. het dier met elkaar scharnieren × Ontstaan parels: mantel (van oesters) voor lange periode zijn secretieproducten rondom kleine kiem heeft afgezet (zandkorreltje) × Voet: dient om te graven of te boren Leven in aquatisch milieu Voedsel: × Bivalvia zijn filtervoeders × Planktonisch voedsel wordt ter hoogte v/d kieuwen uit ademwater gevangen (in slijmlaag) via cilia naar mondopening geleid verder in verteringskanaal ‘getrokken’ met draaiende beweging (roterende kristalsteel in de darm) Hart: zit rondom gedeelte v/d darm hartcontractie dragen bij tot voortstuwen van voedselresten doorheen verteringskanaal Voortplanting: × Geslachtelijke voortplanting zonder copulatie × Trochofore larve ontwikkelt zich verder tot veliger larve × Soms voorkomen van parasitaire larvestadia (bij zoetwatermossel Anodonta, waarbij de glochidiumlarven zich vestigen op kieuwen v/e vis) A + B = trochofore larven C = glochidium larve 53 Evolutie van kieuwen 54 Cephalopoda (koppotigen) (inktvissen): » Lichaamsbouw: × Gefusioneerde kop en voet × Tentakels/vangarmen aan kopvoet × Radula × Bek × Ogen × Sommige dragen uitwendige schelp die meestal spiralig is(vooral vroeger bij fossielen), bestaat uit verschillende septa, laatste (grootste, jongste) deel is bewoond, rest: gevuld met lucht om drijvend en zwemmend vermogen v/h dier te vergroten (Nautilus) × Anderen: kleine inwendige schelp (Sepia) × Sommige: geen schelp (Octopus) » Goed ontwikkeld zintuig- en zenuwstelsel intelligente dieren » Benaming “inktvis” aanwezigheid v/e inktzak bij gevaarsituaties in omgevingswater wordt die geleegd ter verdediging » Goede zwemmers en predatoren die uitgerust zijn om prooien te vangen (tentakels, ogen, radula, bek) Nautilus Sepia 55 Scaphopoda: enkelvoudige schelp die eruitziet als een klein slagtandje met open uiteinde Monoplacophora: één enkelvoudige schelp; overwegend fossiele groep waartoe nog enkele hedendaagse Neopilina species behoren; vormen relictpopulaties v/e in het verre verleden meer succesvolle diergroep Polyplacophora (of Amphineura): keverslakken/chitons; hebben 8 afzonderlijke schaaltjes op rug; bilateraal symmetrisch; leven in branding 56 57 SUPERPHYLUM DER LOPHOPORATA Typisch voor deze groep: lofofoor = cilia bezette tentakelkrans (circulair rond de mond gelegen, of omgevormd tot hoefijzervormige uitstulping) die dienstdoet als voedselverzamel-apparaat Tentakels zijn meestal hol, indien er coeloomvloeistofkanaal in voorkomt Deze situatie ontstaat in de loop v/d ontwikkeling door opsplitsing v/h coeloom in voorste en achterste holte, waarbij de voorste in de tentakelkrans opsplitst en rond de farynx ligt achterste (‘somatisch coeloom’ of lichaamscoeloom) rond de belangrijkste viscerale organen Uitwendig tentakels dragen cilia zorgen voor waterstroom doorheen lofofoor en voor transport naar mondopening van gecapteerde voedselpartikeltjes (plankton) die uit de waterstroom gefilterd zijn (suspensie- of filter-voeding) U-vormig spijsverteringskanaal; gesitueerd in zakvormig lichaam lichaamswand secreteert een beschermend omhulsel (exoskelet) => Vele van deze kenmerken zijn adaptaties aan de sessiele levenswijze en aan de daarmee samenhangende manier om zich te voeden Embryogenese: bij sommige Protostomia soorten aantal kenmerken die vaak bij Deuterostomia voorkomen: namelijk radiale klievingen en enterocoeloom-vorming => Sommige Lophophorata zou men bijgevolg kunnen beschouwen als ProtostomiaEntercoelomata 58 PHYLUM DER BRYOZOA Soortenrijke groep van kolonievormende, sessiele lofofoordiertjes Zitten in: zout- en zoetwatermilieu’s De individuen in zo’n kolonie zijn zelden groter zijn dan 0,5 mm Secreteren doosvormig exoskelet: fungeert als individuele leefruimte (‘zoëcium’) kan worden afgesloten met dekseltje (operculum) Gegroepeerde zoëcia (ten gevolge van de kolonievorming) vormen structuren die gelijkenis vertonen met korstmossen/mossen => vandaar benaming Bryozoa of ‘mosdiertjes’ PHYLUM DER BRACHIOPODA Leven in zee; zijn sessiel Uitwendige gelijkenis met tweekleppige Mollusca (Bivalvia) Schelpen v/d Brachiopoda zijn ventraal (grootste schelp) en dorsaal gelegen en niet lateraal => gelijkenis beschouwd worden als voorbeeld van convergente evolutie t.g.v. gelijkaardige levenswijze en manier van voedsel verzamelen (filtervoeding uit een opgewekte waterstroming) Lofofoor bestaat uit 2 armen of ‘brachia’ (vandaar de naam) hierop staan cilieerde tentakels ingeplant (Meestal) gescheiden van geslacht geproduceerde gameten worden afgevoerd via nefridia (1-2 paar) Veel fossiele Brachiopoda-soorten beschreven (spirifers) Soorten behorende tot het nog steeds overlevende Genus Lingula werden reeds in het Ordovicium (ca. 450 miljoen jaar geleden) aangetroffen 59 PHYLUM DER ARTHROPODA (Ecdysozoa) (geleedpotigen) Lichaamsbouw: Huidlaag/cuticula dingen: » Stevig exoskelet; bieden steun, bescherming, aangrijpingspunt voor de skeletspieren beperking voor lichaamsgroei => vervelling (ecdysis): afschudden van buitenste cuticula-laag » Hypodermis (= nieuwe cuticula), wordt door epidermis gesecreteerd opgebouwd uit eiwitten + chitine, vormen samen complex glycoproteïnair geheel » Epicuticula: bij land-arthropoden: bevat waterafstotend en beschermend waslaagje » Exocuticula: bevat kleurstoffen (o.a. afvalstoffen v/h metabolisme) sterk verhard (“sklerotisatie”) d.m.v. additionele ‘cross-linking’ v/d glycoproteïnaire basisMen structuur (en die bv. bij Crustacea geïmpregneerd is met minerale zouten zoals onderscheidt: calciumcarbonaat en calciumfosfaat) » Endocuticula: later gevormd » Cuticula komt voor in: × Naar binnen geplooide, versterkte aanhechtingsplaatsen voor de spieren × Als afboording van andere ectodermale epithelia Vervellingsproces: » Oude cuticula komt los v/h onderliggend epitheel; wordt ervan gescheiden door vervellingsvloeistof die enzymen (o.a. chitinasen en proteasen) voor afbraak v/d endocuticula bevat » Epitheel begint nieuw epitheel (= hypodermis) te secreteren » Op bepaald moment: oude cuticula scheurt volgens bepaalde vervellingsnaden (ondersteund door volumetoename en gecoördineerde bewegingen van het dier in kwestie) en wordt afgeworpen soms: oude cuticula opgegeten worden verdere toename v/h lichaamsvolume vooraleer nieuwe cuticula wordt uithardt (= sklerotiseren) » Meeste soorten (insecten en spinnen) stoppen met vervellen na volwassenstadium bereikt is !!! vele Crustacea gaan hiermee door tijdens hun hele leven » Proces wordt hormonaal gereguleerd: ‘vervellingshormoon’: 20-hydroxy-ecdyson (20E) is belangrijke endocriene factor Ecdyson zelf: geproduceerd door bepaalde endocriene klieren (epidermis bij embryo; prothoracale klieren bij juveniele insecten; gonaden bij adulte insecten) wordt via open bloedsomloop (hemolymfe) vervoerd in bepaalde perifere weefsels worden omgezet tot 20E » Moleculair werkingsmechanisme van 20E: × Vergelijkbaar met dat v/d steroïdhormonen bij vertebraten × Verloopt via activering v/e heterodimeer nucleair receptorcomplex (EcR-Usp) dat transcriptieactiviteit ter hoogte van welbepaalde genen reguleert 60 vervellingsproces Complexogen: » Samengesteld uit meerdere ommatidia (= elk is een aparte visuele unit (met eigen lens)) » Enkelvoudige ogen (ocelli) » Onderscheid licht-donker Coeloomreductie Open circulatiesysteem: hemolymfe Zenuwstelsel: in oorsprong een dubbele keten van segmentaal aangelegde ventrale ganglia (touwladdersysteem) Gelede aanhangsels; bestaande uit t.o.v. elkaar beweeglijke onderdelen => biedt veel mogelijkheden tot specialisatie van verschillende lichaamsonderdelen en hun respectievelijke aanhangsels ter adaptatie aan verschillende levenswijzen en voorwaarden => gelede aanhangsels en hun specialisaties gekoppeld aan bezit van een stevig exoskelet (vrij korte generatieduur, hoge reproductiecapaciteit, ontstaan v/h vliegvermogen (bij insecten)) => spelen rol bij succes van Arthropoda 61 Complexe inwendige orgaanstructuur: Gasuitwisselingsorganen (kieuwen, boeklongen, tracheeënstelsel) Complexogen Skeletspieren en hun complexe meervoudige bezenuwing via inhibitorische of via ‘trage’ en ‘snelle’ excitatorische motorische neuronen Verschillende soorten Arthropoda: Trilobita: » Uitgestorven groep » Leefden in mariene milieu » Ooit zeer succesvol Chelicerata: » Lichaamsbouw: × Bezitten cheliceren (monddeel), pedipalpen (tastorganen) => gedifferentieerde, gepaarde aanhangsels × Functie: verzamelen van voedsel, vastgrijpen van prooien, zintuigdragers (tast-, reuk- en smaakzin) × Lichaamsindeling in prosoma (= kopborststuk) en opisthosoma (= achterlijf van spin) » Carnivoren » Merostomata (degenkrabben) en Pycnogonida (zee-spinnen) zijn mariene dieren Arachnida zijn terrestrisch (hebben vaak 4 paar looppoten) » Naast spinnen en hooiwagens behoren schorpioenen, pseudoschorpioenen, Acarina (teken en mijten), en nog andere orden tot deze klasse » Schorpioenen: × Bezitten terminale gifstekel; functie: prooi te verlammen/zichzelf te beschermen × Gif bevat neurotoxines en spierverlammende stoffen × Steek kan pijnlijk zijn, maar meestal ongevaarlijk voor groot dier/mens » Spinnen: × Prooi verlammen: gifstoffen die via kanaaltje doorheen cheliceren worden geleid × Beet v/d meeste spinnen: ongevaarlijk voor mens !!! aantal soorten waarvan beet heel gevaarlijk en dodelijk is (zwarte weduwe) × Injecteren gevangen en verlamde prooien met verteringsenzymen na digestie zuigen ze prooien leeg m.b.v. gespierde farynx × Bezitten een abdominale spinklier met spintepels × Vloeibaar secretieproduct bevat eiwitten die snel uitharden vormen zeer stevige, flexibele spindraad functies van spindraad (al naargelang de soort): − Adhesie aan een substraat − Veiligheidslijn − Nestbouw (cocon) − Transport (zeilen/surfen op luchtstromingen) − Bouw van vangnet of web Trilobita degenkrab 62 Myriapoda: » = Chilopoda (duizendpoten) + Diplopoda (miljoenpoten) » Chilopoda: 1 paar aanhangsels per segment Diplopoda: 2 paar aanhangsels per segment Crustacea: » Leven in aquatische milieu » Lichaamsbouw: × 2 paar antennen × 1 paar oogstelen als voorste gepaarde aanhangsels × Naupliuslarven: heeft mediaan, enkelvoudig oog (of ‘naupliusoog’) Achterlijf Levenscyclus Crustacea Ecdysis 63 Daphnia » Belangrijkste klassen: × Branchiopoda (watervlo Daphnia; pekelkreeftje Artemia) × Ostracoda (mosselkreeftje, omgeven met een tweekleppig carapax), × Copepoda (vele planktonische soorten) × Cirripedia (zeepokken en eendemossels, hebben ook parasitaire vormen) × Malacostraca: Orden: − Decapoda: 5 paar looppoten; kreeften, garnalen, krabben, heremietkreeften − Isopoda: pissebedden, dorsoventraal afgeplat − Amphipoda: vlokreeftjes, lateraal afgeplat Euphausiacea Amphipoda − Euphausiacea: krill; pelagische diertjes (plankton-etende filtervoeders); worden enkele cm groot, vormen grote ‘zwermen’; hoofdvoedsel voor walvissoorten » Belangrijke voedselbron voor mens » Crustacea in gevangenschap: × Artemia: pekelkreeftje; van groot belang voor aquacultuur (kweek van o.a. vissen, kreeften en garnalen in gevangenschap); veelvuldig gekweekt als voedselbron voor vissen en grotere schaaldiersoorten heeft snelle levenscyclus × Moeilijk om kreeften en garnalen in gevangenschap hun volledige levenscyclus te laten doorlopen komt door: bij wijfjes is dooierproductie en de ovariële follikelgroei geremd 64 => Therapie die remming tegengaat: oogsteel-ablatie remmende invloed uitgaande van neurosecretorische producten aanwezig in sinusklier (in de oogstelen gelegen neuro-endocrien orgaantje). » Androgene klier v/d Isopoda: endocrien orgaan dat aanwezig is bij sommige Crustacea; speelt rol bij geslachtsbepaling Hexapoda/Insecta: » Lichaamsbouw: × 3 delen: Kop, thorax, en abdomen × 3 paar poten × 1 paar antennen × Monddelen (gelede aanhangsels kopgedeelte; vervullen rol bij voeding) × 2 paar vleugels, zitten aan thorax (soms 1 paar) » Complexe inwendige organisatie: × Tracheënstelsel voor gasuitwisseling × Efficiënte spijsvertering × Vetlichaam voor stockage van voedingsstoffen × Excretiestelsel: buisjes van Malpighi (afvoer van afvalstoffen) 65 » Zintuigen: × Bevinden zich in hoofd × Complexogen en ocelli (enkelvoudige ogen) × Tympanum (geluidstrillingen opvangen) (deel van tympanaal orgaan = gehoororgaan) × Mechanosensorische haartjes × Geur- en smaakperceptie op antennen, tarsen en monddelen (feromonen: chemische communicatiesignalen tussen soortgenoten) » Metamorfose: × Holometabola: volledige metamorfose; via popstadium dier dat uit ei komt lijkt niet op volwassen stadia Ei -> bevruchting -> zygote -> groei en ontwikkeling -> larve -> verpopping -> popstadium -> ontpopping -> imago (volwassen dier) -> geslachtelijke voortplanting -> ei × Heterometabola: geleidelijke, onvolledige metamorfose; v/d larvale stadia naar volwassen, gevleugelde stadium (geen popstadium) dier dat uit ei komt lijkt op volwassen stadia Ei → bevruchting → zygote → groei en ontwikkeling → 1/meer nimfenstadia → groei en ontwikkeling →(subimago) → imago (volwassen dier) → geslachtelijke voortplanting → ei springstaart » Klassen: × Apterygota: vleugellozen; meest primitieve; Collembola (springstaarten) Thysanura (zilvervisje) Protura × Pterygota: insecten waarbij vleugelaanleg voorkomt − Exopterygota: juveniele (jonge) stadia uitwendig zichtbare vleugelaanleg; Heterometabola − Endopterygota: inwendige vleugelaanleg in juveniele stadia; Holometabola zilvervisje 66 » Ecologisch, economisch en wetenschappelijk belang v/d insecten: × Ongeveer 2/3 van alle bloeiende plantensoorten blijken afhankelijk van insecten voor hun pollinatie × Ectoparasitaire insecten verantwoordelijk voor verspreiding van ziektekiemen voor mens, dier en plant (= vector-dieren (= vector is organisme parasieten kan overbrengen van ene gastheer naar andere)); (malariamug Anopheles gambiae) × Herbivore insecten (voedselconcurrenten v/d mens) zorgen voor verliezen in de landbouwsector plaagsoorten behoren tot orden: Lepidoptera (vlinders en motten) Coleoptera (kevers) Homoptera (bladluizen) × Worden gekweekt voor economisch nut: − Honingbij (Apis mellifera; orde der Hymenoptera of ‘vliesvleugeligen’) − Zijderups (Bombyx mori) × Belang voor wetenschap als onderzoeksmodel: − Fruitvliegje (Drosophila melanogaster; orde der Diptera of ‘tweevleugeligen’) » Orthoptera (sprinkhanen en krekels) en Dictyoptera (kakkerlakken): Heterometabola die beschikken over bijtende-kauwende monddelen × Treksprinkhanen: eigenschap om bij bepaalde omstandigheden (zoals: hoge populatiedensiteiten) een geleidelijk ‘gregarisatieproces’ te ondergaan resulteert in drastische wijzigingen (qua gedrag en qua morfologische ontwikkeling) => fasepolymorfisme en fasetransitie => resulteren in ontstaan van zeer grote zwermen die miljarden individuen (in ‘gregaire fase’) kunnen bevatten kunnen zich uitstrekken over meerdere 100den vierkante kilometers gaan vliegend rondtrekken, hele landschap kaalvreten, acute hongersnood veroorzaken » Diptera: × Vliegen en muggen × 2de paar vleugels gereduceerd tot halters (= kleine, soms knotsvormig orgaantjes achter de vleugels) × Hebben vectordieren die van groot belang zijn in ‘medische entomologie’ × Van aantal Diptera soorten werd genoomsequentie achterhaald: fruitvlieg, Drosophila melanogaster malariamug, Anopheles gambiae: aan malaria sterven jaarlijks + miljoen mensen wereldwijd 67 1. Mug draagt parasiet in speekselklieren wnr die mens prikt sporocyten komen in bloedbaan 2. Levercellen worden geïnfecteerd sporocyten vermenigvuldigen zich daar merozoites 3. Komt in bloedbaan (hoge koorts) infecteren daar rode bloedcellen 4. Voortplantingscel van parasiet kan terug worden opgenomen door mug in darm van mug ontwikkelen 2 gametocyten veranderen in zygote » Lepidoptera: × Vlinders of schubvleugeligen × Hebben sterk variërende monddelen: van bijtend (herbivore rupsen) tot likkend (roltong van nectar zoekende vlindersoorten) » Coleoptera: × Kevers × Grootste aantal beschreven soorten (>300.000) × Voorste paar vleugels (mesothoracaal) verhard zijn tot beschermende dekschilden » Hemiptera: × Wantsen × Hebben driehoekig pronotum (= rugschild van 1ste thoraxsegment) en deels verharde vleugels » Homoptera: × Bladluizen × Enorme reproductieve capaciteit bij gunstige levensvoorwaarden (cfr. parthenogenese) × Vele ectoparasitaire insecten (vlooien en luizen): voorbeelden van secundair vleugelloze insecten × Er bestaan insecten met parasitair larvestadium (cfr. paardehorzel; sluipwespen) dat zich in een gastheer ontwikkelt 68 » Sociale insecten: × Sommige insectensoorten goed aangepast aan leven in sociale staten (termieten (Isoptera); bijen, wespen en mieren (Hymenoptera)) × Meest geëvolueerde, ‘eusociale’ soorten hebben doorgedreven functionele en structurele differentiatie v/d individuen, met taakverdeling (kastedifferentiatie) × Beperkt aantal dieren (koning en koningin bij termieten; koningin bij de bijen, wespen en mieren) verzekeren de voortplanting v/d hele populatie × Samenlevingsvormen is gebaseerd op: volledige (zelf)opoffering v/h individueel belang in functie v/h overleven v/d groep × Sociale karakter van insectenkolonies: grotendeels gebaseerd op chemische communicatie via feromonen (geproduceerd in exocriene kliertjes) ook andere vormen van ‘taal’ (‘danstaal’ bij honingbijen als middel om lokalisatie van een nieuwe voedselbron te communiceren) × Sommige kolonies: eigen vorm van nestconstructie (termietenheuvels, architectuur van honingraten van bijen) van ‘landbouw’ (cultuur van bepaalde Fungi-soorten als voedselbron) van ‘veeteelt’ (onderhouden en ‘melken’ van bladluizen door mieren) te hebben ontwikkeld 69 70 Geïntegreerde bestrijding van plaagsoorten (IPM) Momenteel: zo efficiënt mogelijk duurzame wijze het voorkomen van insectenplagen tegen te gaan. Men maakt gebruik v/e combinatie van strategieën die zo weinig mogelijk het milieu verstoren en gebruik van chemische producten beperken. Voorbeelden van biologische bestrijdingsmethoden: Importeren en uitzetten van biologische vijanden voor plaaginsecten: » Bacteria, virussen, schimmels, parasieten, parasitoïden, predatoren » VB: gebruik gemaakt van parasitoïden om aan biologische bestrijding van plaagsoorten te doen: uitzetten van sluipwespsoorten in serres » Lieveheersbeestjes (efficiënte predatoren van bladluizen): worden voor biologische bestrijdingsdoeleinden uitgezet » Om het verstoren van natuurlijke evenwichten (mogelijke competitie met inheemse soorten) te vermijden aangewezen om introductie van uitheemse soorten voor insectenbestrijding zeer goed onder controle te houden Bescherming van de natuurlijke vijanden (+ ‘habitat management’): » A.d.h.v. goed uitgebouwde natuurbescherming voortbestaan v/d natuurlijke habitats verzekeren » Op die manier grote verscheidenheid aan (potentiële) inheemse natuurlijke vijanden voor plaagsoorten in stand houden » Bijgevolg kan een degelijk natuurbehoud de lokale landbouw ten goede komen (omdat de diversiteit aan natuurlijke biotopen zoveel mogelijk geconserveerd wordt) Gebruik van transgene planten (Bt toxines): » Biotechnologische toepassingen laten toe om genen (die coderen voor producten die schadelijk zijn voor welbepaalde categorieën van plaagsoorten) op een stabiele wijze in te bouwen in planten (tomaten, katoen, maïs, rijst, soja) » Laat toe gebruik van chemische insecticiden te doen dalen MAAR publieke opinie in diverse landen is vaak tegen grootschalige teelt van genetisch gemodificeerde gewassen Steriele mannetjestechniek: » Vooral toegepast in gebieden waar frequent grote populaties van ziekte-overdragende vectorinsecten (dikwijls Diptera soorten) voorkomen » Gebaseerd op het massaal uitzetten van steriele mannetjes (gesteriliseerd via bestraling) met het oog op het onderdrukken van de reproductie van deze dieren Gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen: In grootschalige landbouw (van cruciaal belang, want aangroeiende menselijke wereldbevolking moet gevoed worden) gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen onmogelijk volledig uitschakelen Er is moraal naar verminderd gebruik, vooral schadelijke gevolgen voor het milieu beperken Probleem: insectenpopulaties gaan vertonen resistentie komt door: onverstandig gebruik van bepaalde insecticiden noodzaak om steeds nieuwe middelen te blijven ontwikkelen Elk nieuw product moet aan uitgebreide testen zijn onderworpen en moet aan strikte voorwaarden voldoen, vooraleer het op de markt mag worden gebracht => Maakt het onderzoeks- en ontwikkelingswerk van nieuwe bestrijdingsmiddelen immens duur enkele zeer grote agrochemische bedrijven zich deze activiteit kunnen veroorloven 71 Neurotoxische insecticiden en hun doelwitproteïnen (of ‘targets’): Voorbeelden: Gechloreerde koolwaterstoffen: » DDT (verboden) Na+ kanalen » Cyclodiënen GABA-receptoren (Cl-) Organofosfaten: » Acetylcholinesterase Carbamaten: » Acetylcholinesterase Pyrethroïden: » Na+ kanalen Nicotinoïden: » Acetylcholine receptoren Formamidines: » Fenolamine receptoren Groeiregulatoren (IGR: Insect Growth Regulators): hebben trager effect; remmen groei tijdens voedingsfase Voorbeelden: Agonisten en antagonisten van de klassieke insectenhormonen JH (‘juveniel hormoon’) en 20E (20-hydroxy-ecdyson): » Methopreen, Fenoxycarb (JH) » ‘RH compounds’ (‘Rohm and Haas’) (niet-steroïdale 20E agonisten) Benzoylphenylureas en anderen: interfereren met de synthese van chitine Gedragsbeïnvloeding door gebruik van chemicaliën: Gebruik van producten die de chemische communicatie tussen insecten onderling (feromonen; bv. gebruik van ‘feromoonvallen’) of tussen insecten en hun doelwit-planten/dieren (bv. repulsie-verwekkende stoffen) verstoren Meer recent besteden een aantal agrobiotechnologische bedrijven bovendien veel aandacht aan de ontwikkeling van mogelijke toepassingen in insectenbestrijding op basis van de RNA-interferentie (RNAi) technologie (bvb. ‘BiodirectTM technology’) 72 Genoomsequencing van insecten Modelorganisme voor moleculaire genetica: Fruitvliegje (Drosophila melanogaster; orde der Diptera of ‘tweevleugeligen’) In laboratorium gemakkelijk te kweken op artificiële voedingsbodems Heeft korte generatieduur modelorganisme voor genetisch en ontwikkelingsbiologisch onderzoek Door polytene chromosomen (reuze chromosomen) opstellen van gedetailleerde chromosoomkaarten (volledige genoomsequentie gekend) Goed uitgewerkte methoden en bruikbare tools (constructen, mutanten) Door kleine afmetingen en gering economisch belang (geen uitgesproken belangrijke plaagsoort) D. melanogaster minder geschikt als proefdier voor fysiologisch en toepassingsgericht onderzoek => gebruik gemaakt van grotere insecten zoals: » Vleesvlieg (orde Diptera): Neobellieria bullata » Kakkerlakken (orde Dictyoptera): Diploptera punctata, Leucophaea maderae, Periplaneta americana » Treksprinkhanen (orde Orthoptera): Locusta migratoria, Schistocerca gregaria » Vlinderachtigen (orde Lepidoptera): Manduca sexta, Bombyx mori 73 Woestijnsprinkhaan (Schistocerca gregaria): Heterometabool insect (onvolledige metamorfose) Modelorganisme voor fysiologisch en neurobiologisch onderzoek Polyfenisme: proces van fasetransitie: solitair – gregair » Solitair: × Vermijden elkaar × Minder actief × Nocturne activiteit × Groene kleur × Grotere dieren × Morfometrie (ratio) × Langere levensduur × Hogere fecunditeit » Gregair: × Aggregeren (zwermvorming) × Meer actief × Activiteit gedurende de dag × Zwart-geel patroon × Kleiner (5 vervellingen) × Anatomische verschillen × Kortere levensduur × Minder eitjes × Geel gekleurde mature mannetjes Bedreigt op onregelmatige basis tot 20% v/d landoppervlakte van planeet Voedsel- en landbouworganisatie v/d VN (FAO) permanent bewakingssysteem om locaties waar grote sprinkhanenplagen zouden kunnen ontstaan te detecteren en in kaart te brengen Indien nodig enorme landbouwoppervlakten met insecticiden besproeid om socioeconomische ramp te vermijden Door menselijke activiteit geïnduceerde invloeden, zoals overbegrazing en klimaatwijzigingen kans op ontstaan van zwermen doen toenemen 74 Chitine afvalproduct? Net als cellulose is chitine een natuurlijk polymeer op basis van glucose (N-acetylglucosamine). Chitine wordt nochtans niet uitsluitend aangetroffen bij Arthropoda. Het maakt bv. ook deel uit van de celwand van Fungi (schimmels en paddestoelen). Als gevolg van natuurlijke vervelling en afsterven van Arthropoda, komen dagelijks tonnen chitine als restproduct in het milieu terecht. Zo zou de zee (cfr. zooplankton en krill) zonder een goed recyclagesysteem vrij snel uitgeput raken aan de elementen C en N. Gelukkig blijken bv. vibrio bacteria chitine in de natuur snel af te breken tot zijn elementaire bouwstenen die naderhand opnieuw in de voedselketen opgenomen en door andere organismen aangewend kunnen worden. Een afgeleid polymeerproduct, chitinosan, werd ontwikkeld dat diverse praktische toepassingen heeft. Zo zou het van nut zijn bij de behandeling van brandwonden en zou het een serumcholesterol-verlagende werking hebben. Voor de landbouw zou chitinosan hogere oogsten garanderen en het zou zelfs zijn toepassing vinden bij het reinigen en helder houden van aquaria, vijvers en zwembaden. Chitosan kan ook als polymere grondstof gebruikt worden in bepaalde industriële toepasingen. 75
