Convergentie van de zandloper

Een recent onderzoek naar de embryologie van planten wijst uit dat ook planten, net als dieren, een fenomeen presenteren dat erop lijkt te wijzen dat de evolutie van het embryo een bepaalde wet volgt. Er is in dit onderzoek gekeken naar welke genen er afgeschreven worden gedurende de verschillende stadia van het embryo van de zandraket (Arabidopsis Thaliana), het laboratoriumplantje bij uitstek. Het blijkt dat er ook gedurende de ontwikkeling van de plant een zogenaamde zandloper te ontdekken valt.

Zandloper voor het rijk der dieren

Zandraket

In een eerder blogbericht werd de embryologie van verschillende dieren bekeken voor wat betreft de verschillende stadia. Men weet al langer dat de embryo’s van heel uiteenlopende dieren veel en zeker meer op elkaar lijken dan de volwassen vormen. Je zou verwachten dat de embryo’s in hun eerste stadia veel op elkaar lijken, maar dat is niet het geval. Voor wat betreft de morfologie blijkt er een soort zandloper te bestaan: de embryo’s lijken halverwege hun ontwikkeling het meest op elkaar. Daarvoor en daarna presenteren ze verschillen. Men heeft vervolgens kunnen aantonen dat deze verschillen en overeenkomsten zich ook laten zien in het transscriptoom, ofwel in het totaal aan afgelezen genen. Het bleek dat gedurende de stadia waarin de dieren morfologisch het meest verschillen, dus op het niveau van de ‘schouders’ van de zandloper, de afgelezen genen de meest ‘jonge’ genen waren op de evolutieschaal. Op niveau van het ‘middel’ werden de oudste genen afgelezen. Dus op niveau van het ‘middel’ lijken de embryo’s van de verschillende dieren niet alleen meer op elkaar, ook voor wat betreft de expressie van de genen komen ze overeen want de oudste genen lijken per definitie ook het meest op elkaar. Kortom , de zandloper in de embryologie wordt ook op moleculair niveau bevestigd.

Het is wel heel bijzonder dat hetzelfde lijkt te gebeuren in planten. Hoewel er geen vergelijking gemaakt kan worden voor wat betreft de morfologie blijkt door vergelijking van het transscriptoom van verwanten van de zandraket dat er ook hier sprake is van een zandloper. Het moet wel of deze zandloper is onafhankelijk van de dierenwereld geëvolueerd. De twee rijken zijn immers al van elkaar gesplitst voordat meercellige organismen zich begonnen te ontwikkelen. De auteurs benadrukken dat gedurende de ontwikkeling van het embryo de oude genen voortdurend actief zijn. Het zijn de jongere genen die aan het begin en het eind van de ontwikkeling actief worden. Misschien heeft het feit dat gedurende de eerste fase van het embryo jongere genen uitdrukt worden te maken met het feit dat zowel planten als dieren van het water naar het land zijn verhuisd en daar vaak verdere ontwikkelingen hebben ondergaan zoals het verschil in sporen en zaden of in visseneitjes, vogeleieren of interne eitjes. Ze moesten als het ware flexibel zijn en ontwikkelden nieuwe genen die het mogelijk maakten nieuwe omgevingen te exploreren.

Uit: Nature

 

Zonnebloem of artisjok

Van internet: fossiel van een composiet

 

 

Deze foto lijkt wel wat op een schilderij van van Gogh, maar zou ook zo een gedroogde bloem tussen twee pagina’s kunnen zijn die dan wel 47,5 miljoen jaar geleden geplukt is. Het is een fossiel dat deel uitmaakt van een grote familie van de Asteraceae of Composieten, die, na de orchideeën, de grootste plantenfamilie vormt. De Composietenfamilie bestaat uit veel uiteenlopende soorten als zonnebloemen, madeliefjes, chrysanten, sla en artisjokken.

 

De bloem werd gevonden in het Noordwesten van Patagonië en is één van de zeldzame fossielen van bloemen die er zijn. Vaak moeten de paleobotanici zich baseren op vondsten van stuifmeel. De vindplaats bevestigt de hypothese dat de familie haar oorsprong had in deze regio. Het fossiel toont ook aan dat deze familie zich eerder ontwikkelde dan men tot nu toe dacht. De voorouders ontwikkelden zich in Gondwana reeds voordat er zich natuurlijke barrières vormden waardoor de plant zich over alle continenten (behalve Antarctica) kon verspreiden.

 

Deze vondst werd in Science gepubliceerd en van commentaar voorzien. Ook Scientific American besteedde er aandacht aan.

 

Natuurmuziek

Onlangs verschenen er twee berichten over bijzondere eigenschappen van planten die wel enige nieuwsgierigheid opwekten. Een bericht gaat over de mogelijkheid van planten (bomen) om electrische stroom te produceren. Dit werd vermeld in het on-line magazine ScienceDaily, dat zich bezighoudt met onderzoek en wetenschap. Het tweede bericht vertelt dat planten muziek kunnen maken en was te vinden in de Repubblica, dat toch wel als een serieuze krant wordt beschouwd.

Van internet: Pan

Eigenlijk zijn dit zulke ‘mistige’ onderwerpen dat je er misschien geen serieus woord aan kan wijden. Toch wil ik proberen dit nieuws hier op te tekenen, omdat het misschien wel écht iets nieuws is.
Uit het eerste bericht blijkt dat het mogelijk is rond de 200 mV spanning op te wekken door één electrode in een boom te steken en één in de grond. Hier kan een horloge op lopen. Er wordt gedacht aan de mogelijkheid om deze sensors te laten werken als signalen voor milieuproblemen en ze kunnen wellicht ook aanwijzingen geven over de gezondheid van een boom. Het is nog niet duidelijk waar deze potentiaalverschillen vandaan komen.

Het tweede bericht gaat over de eigenschap van bomen en planten om muziek te maken. Ook hier worden electroden aangebracht, maar dit keer op de bladeren en de wortels van een boom of stengel van een plant. Zo worden ‘impulsen’ opgevangen die omgezet worden in muziek (ook al wordt er beweerd dat de planten zelf muziek maken). Deze impulsen worden veroorzaakt door het stromen van de lymphe ofwel het plantensap en hangen samen met een variatie in celdichtheid (??) van de lymphe. Overdag maakt de plant muziek, maar s’nachts slaapt hij en zijn de impulsen te zwak om waargenomen te worden. Laura Silingardi, musicologe, die dit werk doet, beweert dat woestijnplanten meer muziek gaan maken zodra je ze water geeft. Elke plant heeft zijn eigen muziek. Enkele voorbeelden zijn hier te horen. Opmerkelijk is dat de muziek gebaseerd zou zijn op de accoorden van een viersnarige lier die in de Griekse oudheid gebruikt werd.

Veel creatiever en oprechter is de muziek gemaakt door Jarbas Agnelli, die zich liet inspireren door een grote groep mussen op electriciteitsdraden.

http://vimeo.com/moogaloop.swf?clip_id=6428069&server=vimeo.com&show_title=1&show_byline=1&show_portrait=0&color=ffffff&fullscreen=1
Birds on the Wires from Jarbas Agnelli on Vimeo.

Bijgewerkt 29/09/09 om 13:10 en 30/09/09 om 21.50

De evolutie van bloemen

De blauwalg, of cyanobacterie was het eerste organisme dat gebruik maakte van fotosynthese, waarbij met behulp van zonlicht kooldioxide (CO₂) opgenomen wordt en zuurstof (O₂) geproduceerd wordt. Alle planten, de algen, de eerste landplanten zoals mossen, varens, en vervolgens de pijnbomen, loofbomen (met bloemen) en de bloemen bevatten allemaal chloroplasten, waarvan verondersteld wordt dat ze voortkomen uit endosymbiose van een ééncellige met de cyanobacterie. De bacterie werd door een ééncellig organisme opgeslokt en zette in deze cel fotosynthese voort, waarmee hij de gastheercel voorzag van energie.

Via de algen, ontstonden de eerste landplanten, de mossen. Vervolgens ontstonden de

conifeer

varens en paardestaart en later de gymnospermae of naaktzadigen. Deze laatste groep omvat coniferen, voornamelijk naaldbomen, die een mannelijke of vrouwelijke kegelvrucht dragen. Deze naaktzadigen leefden al zo’n 300 miljoen jaar geleden. Op een bepaald moment, aan het begin van het Krijt, zo’n 130 miljoen jaar geleden, deed zich een explosie voor in de evolutie van Angiospermae of bedektzadigen, de bloemplanten, die, in tegenstelling tot de naaktzadigen, twee geslachten of seksen in dezelfde bloem dragen.
De vondsten van fossiele resten van deze laatste groep, geven aan dat het om een ware explosie ging waar Darwin van zei dat het een: ‘abominable mystery’ was. Het gaat immers niet om een geleidelijke verandering zoals die door de evolutietheorie voorspeld wordt. De naaktzadigen (naaldbomen) verdwenen uit de tropen en groeiden uitsluitend nog in het hoge noorden, terwijl de planten met bloemen al deze gebieden overnamen. Het succes van de bedektzadigen (er zijn wel zo’n 400.000 soorten) wordt door deskundigen uit Wageningen ook wel toegeschreven aan het feit dat deze groep de omgeving naar haar hand zette. Deze angiospermae vormden veel blad dat de bodem voedde en een vruchtbare humuslaag vormde, terwijl de dode weefsels van planten als coniferen slecht afbreekbaar zijn en de bodem vrijwel steriel achterlaten.

Nog steeds heeft men niet kunnen aantonen hoe de bloemen hebben kunnen evolueren, al wordt er veel onderzoek naar gedaan. Dat ze zich afsplitsten van de naaktzadigen en een zijtak vormden is vrijwel uitgesloten want dan zouden er fossiele resten gevonden moeten zijn van overgangsvormen van tussen de 300 en 130 miljoen jaar geleden, en dat is niet het geval. Men gaat er dus vanuit dat de naaktzadigen de directe voorouders zijn van de bedektzadigen (planten met bloemen) en dat de bloem op een of andere manier uit de kegelvrucht geëvolueerd is.

levenscyclus gymnospermae

Men heeft inmiddels met een ABC-model kunnen aantonen, dat de coniferen een groep B- en C-genen hebben die verantwoordelijk zijn voor de vorming van de kegelvrucht. Daarbij heeft de expressie van zowel B als C-genen een mannelijke kegelvrucht tot gevolg (die stuifmeel produceert) en brengt de expressie van alleen de C-genengroep vrouwelijke kegelvruchten (met vruchtbeginsels) voort. De bloemen van de bedektzadigen daarentegen hebben ook een groep A-genen die de identiteit van de bloem vastleggen. Een recente studie heeft aangetoond dat de expressie van de ABC- genen kan variëren naar gelang het om de buitenste of  binnenste lagen van de bloem gaat. In dit verband zijn basale of primitievere bedektzadigen bestudeerd en geconfronteerd met de genregulatie in modernere bedektzadigen.

Een bloem bestaat uit vier ‘lagen’. Van buiten naar binnen de (1)  kelkbladen of sepalen

doorsnede bloem

(vaak groen van kleur), (2) de kroonbladen of petalen (variërend gekleurd), (3) de meeldraden, en (4) de stamper. Nadat het mannelijke stuifmeel op het vrouwelijke deel van de bloem (de stamper) is aangekomen, groeit uit de stuifmeelkorrels een buis in de richting van de eicel om die te bevruchten. De expressie van alleen A-genen bepaalt de groei van kelkbladen; A- en B-genen samen bepalen de vorming van meeldraden (die stuifmeel dragen). Expressie van alleen C-genen bepaalt de ontwikkeling van de stamper (met het vruchtbeginsel). Nu bestaan er wat primitievere bedektzadigen die i.p.v. sepalen en petalen alleen tepalen hebben. Voorbeelden zijn lelies en tulpen waar sepalen en petalen niet te onderscheiden zijn.

Een recent onderzoek op de avocadoboom (Persea americana), ook een primitieve bedektzadige, wees uit dat de expressie van de verschillende ABC-genen in elkaar overloopt en daardoor met combinatie van hogere en lagere expressies tot de vorming van tepalen overgaat. Bij de modernere bloemen is de expressie tussen de verschillende

Persea americana (avocadobloem)

onderdelen van de bloem wel duidelijk gescheiden. Dit zou kunnen betekenen dat deze ‘overlapping’ van gen-expressie een primitieve eigenschap is die zou kunnen verklaren hoe de bloemen genetisch gezien uit de kegelvrucht ontstaan zijn.
Het is nl. mogelijk te veronderstellen dat bepaalde (uitgestorven?) kegelvruchten i.p.v. een gescheiden expressie van B- en/of C-genen op een overlappende expressie overgingen, waardoor er theoretisch kegelvruchten konden ontstaan die zowel mannelijke als vrouwelijke onderdelen hadden. Met een hypothetische afplatting van deze kegelvrucht/bloem konden zo de eerste echte bloemen ontstaan.

Ondanks al dit onderzoek blijft het een hypothese dat bloemen geëvolueerd zijn uit de kegelvruchten, ook al bestaat er geen alternatieve hypothese.

Grotendeels uit: Annals of Botany

Hier is een video te zien van de BBC-serie ‘The Private Life of Plants’ met David Attenborough over de bloei van bloemen ‘Flowering’. Ten zeerste aanbevolen!!

De andere afleveringen van ‘The Private Life of Plants’ zijn:
The social struggle
Travelling
Growing
Living together
Surviving

Metablog van levensbelang

Gisteren stond er al eenvoudigweg een link geplaatst op het VKblog. Toch vind ik dat het onderwerp meer aandacht verdient en haal daarom enkele blogs aan die hierover gaan.

Het gaat om een probleem dat, na Amerika, ook Europa sinds enkele jaren zwaar treft. Nee, het gaat niet om de financiele crisis, maar om de bijensterfte. Albert Einstein beweerde al: „Als de bij uitsterft, dan heeft de mens nog slechts vier jaar te leven. Zonder bijen geen bestuiving. Geen bestuiving, geen dieren. Geen dieren, geen mensen.”

Vindt u het niet nodig om verder te lezen, teken dan direct de petitie voor maatregelen tegen de bijensterfte op: http://www.petities.nl/petitie/stop_de_bijensterfte/

Over de bijensterfte zijn tenminste drie blogs geschreven die op verschillende manieren de bijensterfte aankaarten: een blog van Anne d’ore, van Pas-Ivy en van mijzelf. Om enig idee te krijgen van dit probleem raad ik u aan om deze blogs te lezen.

Citaat en foto uit Anne d’ore’s blog ‘de bijen sterven’: … Een week later is er buiten noch binnen een bij te bekennen. de zweefvliegen die gelijk met de bijen aankwamen zijn er nog wel, maar het zijn er niet meer zoveel. nee dit ligt niet aan het weer, want bovengenoemde waarnemingen speelden zich in een week tijds af en toen was het alle dagen goed weer. dat ik geen gif gebruik in de tuin is evident en mijn verbazing geldt de grote hoeveelheid bijen die zomaar in een weekje tijd verdween. is hier een imker na de winter een heel volk kwijtgeraakt of waren dit solitaire bijen? inmiddels is het juni met andere bloemen en andere bijen. weer het zelfde verhaal. ik ben geen onbewogen waarnemer. hier raak ik van slag van…

Citaat uit het fabelachtige blog van Pas-Ivy, ‘de laatste imme’: … De laatste pot honing had de oude imker al jaren geleden verkocht voor vele honderden euro’s. Sindsdien hadden de bijen niet meer kunnen brengen dan ze zelf nodig hadden voor hun eerste levensbehoefte. En zelfs dat niet meer. Het ene na het andere volk was gestorven. Niet alleen bij hem. Over de hele wereld had de bijensterfte toegeslagen. Honing was zeldzamer dan het edelste goud. De telers van appels en aardbeien, van paprika’s en tomaten stonden in rijen voor zijn deur om tegen hoge beloning zijn volken te huren. Maar hij had glimlachend zijn hoofd geschud en zijn bijen in zijn eigen tuin gehouden. Nog hadden zij elk jaar kunnen eten van hun rijke oogst terwijl de omliggende moestuinen en boomgaarden vruchteloos de zomer doorstonden. Maar nu was ook voor hem het einde in zicht…

Citaat uit het nieuwsblog van mijzelf, ‘Bijensterfte. De oorzaak?’: … Het blijkt nu dat plantenzaden (vooral van maïs) die met pesticiden als neonicotinoids behandeld zijn, planten voortbrengen die zeer schadelijk zijn voor de bijen. dit niet alleen vanwege het feit dat het nectar en stuifmeel van deze planten gebruikt wordt (zoals tot nu toe gedacht werd), maar omdat de bijen de guttatie en dauw van deze planten drinken. ze krijgen daardoor veel hogere doses neonicotinoids binnen dan gedacht werd en sterven binnen 2-10 minuten als ze deze vloeistof drinken, of na 20-40 minuten als ze de vloeistof alleen maar ‘proeven’…

Ga nu naar: http://www.petities.nl/petitie/stop_de_bijensterfte/ om de petitie tegen bijenstefte te tekenen. De petitie is opgesteld door Jaap Molenaar (natuurbeheerder), Peter Slootweg (imker) en Jeroen van der Sluijs (hoogleraar natuurwetenschap en samenleving). Ga naar de site om meer te lezen over de mogelijke maatregelen tegen de bijensterfte.

Wilt u ook zo’n mooie widget voor de petitie tegen bijensterfte (rechts bovenaan, ontworpen door Kokopelli), ga dan naar deze webpagina, kopieer de HTML-tekst en plaats deze in HTML-modus in een nieuw widget. Wel zelf de kop invullen!

Op deze pagina van Wageningen UR, vind je allerlei informatie over de bijensterfte.