Sponsparenchymcellen uit het blad van de japanse siernetel

Virtuele veld emission scanning electronen microscoop (fesem)
Vaatbundels: het intra-net systeem van planten
Bron: http://www-vcbio.sci.kun.nl/fesem/applets/vein/
Surf naar de bron om de fesem simulator te
bedienen op deze en andere objecten, voor hoge
resolutie opnamen en om informatie in te zien
over de principes van het microscoop.
Fig. 1. Overzicht: Breukvlak door een vaatbundel
(hoofdnerf) van een blad van de siernetel (Coleus sp.).
Zoom: houtvaten: De opperhuid (= epidermis) is geel
ingekleurd, de bladharen (= trichomen) zijn paars en het
breukvlakte door de wand van de houtvaten is roze.
Communicatie bij planten
"Planten zijn domme, stomme, en passieve organismen die blijven wachten totdat ze
worden opgegeten (door dieren), gemeten (door wetenschappers) of geoogst (door
boeren)!" Deze gedachte dat planten organismen zijn zonder communicatie
mogelijkheden, onderling of met hun omgeving, heeft lang de overhand gehad in de
wetenschap. Dit is nog steeds de algemene gedachte van niet wetenschappers. Niets is
minder waar: planten hebben juist een goed ontwikkeld systeem voor het uitwisselen van
natuurlijke hulpbronnen en signalen, ze kunnen "luisteren" en "praten" met elkaar, maar
de manier waarop ze communiceren is fundamenteel anders dan dat van dieren en
mensen. (Josef F. Stuefer)
Voor communicatie is er transport van stoffen en signalen nodig. Het transport systeem
van de plant bestaat uit twee verschillende systemen van vaten: het xyleem (=
houtvaatstelsel; Fig. 1), dat verantwoordelijk is voor het transport van water, mineralen
nutrienten en andere vooral anorganische stoffen, en het floeem (= bastvaatstelsel), dat
verantwoordelijk is voor het interne transport van koolhydraten en andere organische
stoffen (signalen, hormonen). Een aantal xyleem en floeem vaten zijn gewoonlijk
samengesteld in zogenaamde vaatbundels (Fig. 2a en 2b ). Vaatbundels vormen een soort
van vertikale intra-net verbinding tussen de verschillende delen van een individuele plant:
bladeren (Fig. 1; Fig. 2c ), bloemen, stengels (Fig. 2d ; circulaire verdeling in dicotylen
en verspreid in monocotylen) en wortels.
Fig. 2. Lichtmicroscopische opnamen van vaatbundels van het blad van a mais en b Yucca (beide
monocotyl), c sering (hoofdnerf van het blad; sering is dicotyl), en d doorsnede door de stengels van
mono- en dicotylen met respectievelijke verspreide en circelvormig gerangschikte vaatbundels.
Vaatbundels zijn essentiele elementen voor transport en "intra-net" communicatie
in (klonale) planten netwerken
Er ook in de natuur ook horizontale vaatbundel verbindingen voor: klonale planten
kunnen door gemodificeerde stengels, genoemd stolonen als ze bovengronds groeien en
rhizomen als ze ondergronds groeien, met elkaar "gelinkt" zijn. Vaatbundels in deze
gespecialiseerde stengels funtioneren als communicatie kanalen tussen de verschillende
individuen (ramets) van een kloon. Ramets zijn ontstaan via asexuele vermeerdering van
een voorouder door middel van vegetatieve ontwikkeling van stolonen, rhizomen en
scheuten. Ramets van dezelfde kloon zijn dus genetisch identiek. Indrukwekkende
klonale verspreiding treft men aan bijvoorbeeld bij bamboekluiten, rietkragen,
zilverschoon- en cypergrasvegetatie(Fig. 3a, b, c en d).
Fig. 3. Klonen van a de dwergbamboe en b riet (Phragmites australis) verbonden via rhizomen, alsmede
c zilverschoon (Potentilla anserina) verbonden via stolonen. d Detail van rhizomen van een cypergras
(Scirpus olney)
Ecologische implicaties van ramet-ramet communicatie binnen een clonaal netwerk
Het transport van natuurlijke hulpbronnen (bijv.
water, nutrienten en koolhydraten) binnen een
kloon van planten die met elkaar verbonden zijn
(zie schema hier links) is van groot ecologisch
belang, omdat hiermee nieuwe nakomelingen
ondersteund kunnen worden ('voeden en
postnatale zorg'), en een herverdeling van die
hulpbronnen kan plaatsvinden tussen locaties
waar overvloed heerst en locaties waar weinig beschikbaarheid is (bijv. van zonrijke naar
schaduwrijke plaatsen). Experimenten hebben uitgewezen dat verbonden ramets dankzij
die uitwisselingen hun productie met meer dan 60% kunnen verhogen. Dit fenomeen
wordt ook wel ruimtelijke verdeling van arbeid
genoemd. De geleiding door een ramet
verbinding, en daarmee ook het vermogen om
hulpstoffen te vervoeren, lijkt bepaald te
worden door het totaal aantal vaatbundels en
door de maat van deze vaatbundels (zie foto hier
rechts). Deze mogelijkheid wordt momenteel bij
een van de groepen van de afdeling
plantenecologie onderzocht door metingen te
verrichten aan beelden van vaatbundels uit
verbindingsstolonen. Verder speelt het vervoer
van signalen tussen verbonden ramets die ruimtelijk verspreid zijn zeer waarschijnlijk
ook een rol in de reactie van die planten op aanvallen van herbivoren en pathogenen. De
hypothese is dat als een ramet beschadigd wordt, het een signaal produceert dat zich door
het hele netwerk uitspreidt en het afweermechanisme in niet beschadigde ramets
aanschakelt. Op dit ogenblik worden de ecologische implicaties van wat in vakjargon
"systemic induced resistance" heet verder bestudeerd en uitgezocht.
Ondanks alle duidelijke voordelen kleven er aan intra-net verbindingen toch nog nadelen,
net als in moderne, menselijke informatie systemen die bekend staan om hun vatbaarheid
voor wormen en virussen. Efficiente open transport kanalen via vaatbundels brengen als
risico met zich mee dat systemische ziektes, veroorzaakt door schimmels, plan-pathogene
virussen en giftige stoffen, zich ook snel tussen ramets van een kloon kunnen
verspreiden.
Link naar de Afdeling Experimentele Plantenecologie
Personen en copyright
Onderzoekers: Josef Stuefer en Annemiek Tiekstra
Beheerder van de cryo-FESEM: Huub Geurts
Technisch specialist Jeol: Rob Fase
Ontwerper van de FESEM simulator: Jeroen van Beurden
Webontwerper: Remco Aalbers
Aanzet + aanvraag subsidie virtueel FESEM project: Jan Derksen
Imaging-tekst: Josef Stuefer en Elisabeth Pierson
Contact: [email protected] of [email protected]
Copyright: Katholieke Universiteit Nijmegen