Het is weer hoogseizoen voor virussen. Niet alleen jij en ik worden er weer mee geconfronteerd, maar ook onze wetenschappers. De ontdekking van het zogenaamde Mimivirus en andere verwante virussen voedt opnieuw de vraag wat virussen eigenlijk zijn.

Het Mimivirus werd oorspronkelijk, in 1992, verkeerdelijk beschouwd als een bacterie die als parasiet binnenin een eencellig organisme leeft. Het voorvoegsel “mimi”, wat staat voor “microbe mimicking” (wat zoveel betekent als “bacterienabootsend”), verwijst daar naar. Pas na meer dan 10 jaar onderzoek kwam de ware aard van het “beestje” naar boven: het bleek om een virus te gaan, maar dan wel eentje met extreme afmetingen van niet minder dan 750 nanometer in diameter. Hoe onooglijk klein dat ook moge zijn (1 nanometer = een miljoenste van een mm), in het land der virussen is dit gigantisch. Ondertussen zijn er meerdere van dergelijke gigagrote virussen ontdekt en spreekt men ook wel van girussen.

Het Mimivirus. Eenmaal binnengedrongen in een cel, opent de eiwitmantel zich en kan het erfelijke materiaal van het virus via de "stargate" naar buiten. (bron: American Scientist)

Historisch worden virussen beschouwd als infectueuze partikels die door filterporiën kleiner dan 500 nanometer geraken. Dit is ook de wijze waarop men virussen isoleert van andere microben, die met hun cellulaire bouw heel wat groter zijn. Paradoxaal genoeg is dus de grote afmeting van het Mimivirus de reden dat het zolang ongedetecteerd bleef: het was simpelweg te groot om geïsoleerd te worden met de gangbare technieken! Toen het erfelijke materiaal van het mimivirus grondig bestudeerd werd, was de wetenschap weer verrast. Het genoom van dit virus bevat meer dan 1000 genen, veel meer dan ooit werd nodig geacht voor iets relatief eenvoudigs als een virus.

Alhoewel virussen zich reproduceren en evolueren, twee eigenschappen die algemeen als criterium voor leven worden beschouwd, worden ze traditioneel als niet-levend beschouwd. Dit heeft alles te maken met de afwezigheid van een eigen metabolisme, een derde criterium dat minimaal nodig is om van leven te kunnen spreken. Hierdoor kunnen virussen zo klein zijn: een viruspartikel is immers niet meer dan wat erfelijk materiaal dat omhuld wordt door een eiwitrijke mantel. Cellen daarentegen, die de fundamentele bouwstenen zijn van levende wezens (of het nu om bacterieel leven gaat of om onszelf), hebben naast een zone waar het erfelijke materiaal ligt, een uitgebreid cytoplasma waarbinnen een cellulaire machinerie actief is die een ingewikkeld metabolisme mogelijk maakt.

Door de afwezigheid van een eigen metabolisme, zijn viruspartikels gedoemd om cellen als gastheer te gebruiken als ze zich willen vermenigvuldigen. De cellulaire machinerie wordt daarbij letterlijk gekaapt voor eigen gebruik, wat uiteindelijk tot de dood van de cel leidt. Bacteriën die zich als parasiet binnenin een cel vestigen, onttrekken doorgaans niet meer dan bouwstenen aan het cytoplasma van de gastheer. Een virus gaat duidelijk nog een flinke stap verder. Opvallend nu voor het Mimivirus is dat er in het complexe genoom genen teruggevonden zijn voor de meest essentiële onderdelen van een eigen metabole machinerie die dan in de gastheercel kan uitgebouwd worden. Het verschil tussen het Mimivirus en parasiterende bacteriën is daardoor beduidend kleiner geworden, zelfs in die mate dat wetenschappers zich beginnen afvragen of virussen dan misschien toch als levend dienen beschouwd te worden.

Volgens Claverie en Abernel (2010) is het alvast tijd om het compacte viruspartikel dat we altijd als “het virus” hebben beschouwd, puur als een vehikel ter verspreiding van het viraal genoom te gaan beschouwen (een beetje als een gezipt bestand). Het echte virus (althans voor girussen) is dan het actieve “organisme” dat ontstaan eenmaal het girus de controle over de gastheercel heeft over genomen en zijn deels eigen metabole machinerie heeft uitgerold. Opvallend in dit verband is dat er een virus bestaat, het zogenaamde Sputnikvirus, dat op zijn beurt weer parasiteert op het actieve Mimivirus.

Als je nog eens geveld wordt door een virus, bedenk dan dat zelfs een girus met 1000 genen nog steeds peanuts is tegen onze goliatcellen met hun 30 000 genen. Maar net als David kan het virus Goliat toch platleggen!

Door Peter Roels, met dank aan Bert De Groef

Claverie, J.-M. & C. Abergel (2010).
Mimivirus: the emerging paradox of quasi-autonomous  viruses,
Trends in Genetics, 26: 431-437

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Dat vrouwen langer leven, vaker levensbedreigende situaties overleven en minder onderhevig zijn aan bacteriële en virale infecties in vergelijking met mannen, is algemeen bekend. Menige cafédiscussie ten spijt: vrouwen zijn het sterke geslacht! Ook in verband met het ontstaan van kanker is er een vergelijkbaar verschil tussen de geslachten. De sterkere immuniteit die karakteristiek is voor vrouwen, is hieraan zeker niet vreemd. De keerzijde van de medaille is dat vrouwen op latere leeftijd een grotere kans hebben om een autoimmuunziekte te ontwikkelen waarbij het afweersysteem zich ook richt tegen het eigen lichaam, met alle noodlottige gevolgen vandien.

Het verschil tussen de geslachten inzake immuniteit heeft deels een genetische basis. Om dit te begrijpen, moeten we eerst weten hoe de chromosomen in onze cellen georganiseerd zijn.

De meeste cellen in ons lichaam hebben een celkern met 46 chromosomen waarin het grootste deel van ons erfelijke materiaal ligt opgeslagen. De chromosomen bevatten, naast eiwitten, DNA, de eigenlijke drager van de erfelijke informatie. Bepaalde stukken van het DNA, de genen, zijn als informatiepakketjes die uiteindelijk bepalen wie we zijn. Voor eigenschappen zoals onze bloedgroep, is de relatie met de genen zeer direct; in andere gevallen zijn er meerdere genen betrokken in het tot stand komen van een bepaalde eigenschap of speelt de interactie met omgeving een cruciale rol (vb. ons lichaamsgewicht).

De geslachtschromosomen buiten beschouwing gelaten, kan je chromosomen (autosomen) in een celkern per 2 groeperen op basis van hun lengte, hun uiterlijk (het typische bandenpatroon na kleuring, zie foto) én, belangrijker in ons verhaal, de inhoud. Eén chromosomoom van een chromosomenpaar kan je telkens benoemen als “moederlijk”, het andere als “vaderlijk” omdat het telkens werd overgeërfd van de ouders op het moment van de conceptie, via eicel, respectievelijk zaadcel. Alhoewel beide ouders via hun chromosomen dezelfde genen aanvoeren (coderend voor eenzelfde eigenschap, zoals de bloedgroep), kan de precieze inhoud van deze genen verschillen (voor bloedgroep bv. “A” op het moederlijk en “B” op het vaderlijk chromosoom); de precieze combinatie van beide genen bepaalt finaal hoe de eigenschap zich zal manifesteren. Je zou dus kunnen zeggen dat alle informatie om een mens te maken tweemaal aanwezig is in de chromosomen van onze lichaamscellen. Bij de geslachtschromosomen is de situatie complexer. Bij de mens (en andere zoogdieren) komen er 2 types van voor, het welbekende (grote) X- en (kleinere) Y-chromosoom, die onderling net sterk in grootte en inhoud verschillen. Vrouwen bezitten twee X-chromosomen en mannen een X- en Y-chromosoom. Logischerwijs komen er bij een vrouw dan ook dubbel zoveel X-gebonden genen voor dan bij een man. Terwijl het dubbel voorkomen van genen in een cel op zich geen probleem is – het is de standaardsituatie voor de genen van autosomen – is echter het verschil in het aantal genen tussen de geslachten dat wel. Het leidt immers tot een soort dosageprobleem; er zullen bij een vrouw dubbel zoveel genproducten van X-gebonden genen aanwezig zijn dan bij een man.

De natuur heeft hier echter iets op gevonden - uiteraard niet bewust of doelgericht, maar puur als een toevallige wijziging waardoor de individuen met deze wijziging beter af waren in de strijd om het bestaan en deze wijziging, die erfelijk was, zich kon verspreiden onder de talrijke nakomelingen. De truc bestaat erin dat in elke lichaamscel van de vrouw één van beide X-chromosomen geïnactiveerd wordt, met als gevolg dat de dosis genproducten van X-gebonden genen finaal gelijk is in man en vrouw. Dit gebeurt al vroeg in de embryonale ontwikkeling. Welk X-chromosoom geïnactiveerd wordt, is afhankelijk van het toeval. De mozaïek van gebieden in het lichaam die zo ontstaat, is effectief zichtbaar als het vlekkenpatroon in vrouwelijke lapjeskatten, als deze twee verschillende genvarianten voor vachtkleur bezitten: is het gen van het ene X-chomosoom actief in een regio dan resulteert dat in een andere vachtkleur dan in een naburige regio waar eventueel het gen van het andere X-chromosoom actief is.

Tot hier de theorie. In de praktijk blijkt dat de inactivering van het X-chromosoom niet altijd even willekeurig verloopt of vaak onvolledig is. In het eerste geval betekent dit dat één van beide X-chromosomen meer dan het andere geïnactiveerd wordt; in het tweede geval betekent het dat sommige genproducten toch in een dubbele dosis voorkomen. Dit laatste is onder andere concreet het geval voor heel wat genen die betrokken zijn in de immuniteit wat het verschil in sterkte van de immuunrespons tussen de geslachten kan verklaren.

Recent gaat in het onderzoek veel aandacht uit naar micro-RNA’s (miRNA’s). Dit zijn genproducten die een rol spelen in het sturen van de expressie van andere genen. Doordat deze miRNA’s zo aan de basis van een cascade staan, kunnen ze een bepalende invloed hebben op de werking van cellen (en ultiem ook op het niveau van het individu). Zo blijken heel wat miRNA’s niet alleen een rol te spelen in het tot stand komen van kanker, maar ook betrokken te zijn bij onze immuniteit. Een hypothese, die recent geopperd is door Gentse onderzoekers, is dat er ook een verschil in dosage zou zijn van X-gebonden miRNA’s en dat dit belangrijke, bijkomende consequenties heeft voor o.a. het verschil in de immuniteit tussen de seksen (mannen, met slechts 1 X-chromomosoom, zijn hierbij benadeeld). Het viel de onderzoekers hierbij op dat waar relatief veel van de gekende miRNA’s X-gebonden zijn, er op het Y-chromosoom helemaal geen genen voor miRNA’s liggen. Dit laat vermoeden dat de natuur hiermee een manier heeft gevonden om het verschil tussen de seksen uit te vergroten (alvast voor de immuniteit, maar misschien ook andere eigenschappen). Op zich zou het niet zo vreemd zijn dat er in onze evolutie selectiekrachten actief zijn (geweest) die vrouwen een sterkere immuniteit bezorgen en zo een grotere kans op overleving. Een kind op de wereld zetten is immers een risicovolle onderneming en vrouwen spelen in onze geschiedenis, meer dan mannen, een grote rol in de zorg voor het nageslacht. Waar mannen in principe overbodig zijn eenmaal ze hun zaad gedeponeerd hebben, is de biologische rol van vrouw niet zo snel uitgespeeld. Het verschil in dosage van bepaalde genproducten van X-gebonden genen zou volgens de onderzoekers wel eens meer kunnen zijn dan een neveneffect, en achter het mechanisme kunnen zitten waarmee geslachtschromosomen een rol spelen in het tot stand komen van de geslachten! Hiermee is ook maar weer eens aangetoond dat natuurlijke selectie zich geen moer aantrekt van het welbevinden van het individu op zich, zolang het voorplantingssucces van dat individu er wel bij vaart: de sterke immuniteit van vrouwen die een voordeel is op jongere leeftijd (tijdens de reproductieve fase), verandert in een nadeel op latere leeftijd (na de reproductieve fase) als het krachtige immuunsysteem zich soms tegen het eigen lichaam keert.

Dit verhaal helpt een oud misverstand uit de wereld. Het blijkt dat het geen rib was, maar een X-chromosoom dat de man opofferde om zich te kunnen laten omringen door een sterk geslacht! Gelukkig: wie niet sterk is,...

Door Peter Roels, met dank aan Bert De Groef

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Eerder deze week meldden vrt, De Standaard en Eos dat de voorbije 35 jaar maar liefst 46 nieuwe soorten spinnen zijn opgemerkt in België. De artikels, gebaseerd op een tekst uit Natuur.focus, halen de toenemende globalisering aan als reden van dit fenomeen: de dieren komen ons land binnen via schepen, treinen en de auto's en bagage van vakantiegangers. Maar dat is slechts een deel van het probleem; ook de klimaatswijziging draagt bij aan de introductie van niet-inheemse soorten, gewoonlijk "exoten" genoemd. De opwarming van onze streken opent de deur voor exoten die vanuit het zuiden naar het noorden oprukken. De wesp- of tijgerspin (Argiope bruennichi, Foto 1) komt oorspronkelijk uit het Middellandse Zeegebied, maar heeft zich ten gevolge van de klimaatsverandering verspreid naar het noorden en komt tegenwoordig ook in België en Nederland voor. Door de steeds gunstigere klimaatsomstandigheden voor de schapenteek komt de ziekte van Lyme steeds meer voor in Nederland.

Het stukje in het vrt-nieuws eindigt met de mededeling "Met uitzondering van zwarte weduwen vormen de nieuwe spinnensoorten niet echt een gevaar. De invoer en verspreiding van exotische planten zou evenwel leiden tot veel grotere natuurlijke en economische schade." Voorts wordt er op dat laatste niet ingegaan. De introductie van exoten wordt na habitatvernietiging aanzien als één van de belangrijkste factoren die het uitsterven van soorten veroorzaken. Dat klinkt misschien tegenstrijdig - de introductie van een nieuwe soort verhoogt immers de lokale soortendiversiteit. Sommige exoten zijn evenwel zo succesvol dat ze door competitie de oorspronkelijke inheemse soorten in hun voortbestaan bedreigen en zo pestsoorten worden.

Wie de afgelopen jaren nog in het Jubelpark in Brussel geweest is, kan er niet naast kijken: het park is ingepalmd door halsbandparkieten (Psittacula krameri). Deze mooie vogels (Foto 2) komen oorspronkelijk uit Afrika en Zuid-Azië, maar hebben zich in West-Europa gevestigd nadat enkele individuen uit volières ontsnapten of opzettelijk vrijgelaten werden. België telt momenteel een populatie van een 10.000-tal individuen. Er wordt aangenomen dat de groeiende populatie halsbandparkieten mee aan de basis ligt van de achteruitgang van inheemse holenbroeders, zoals boomklevers en spechten.

Daarnaast veroorzaken exoten vaak ook aanzienlijke economische schade, die kan oplopen tot tientallen miljarden euro per jaar. Wat de halsbandparkiet betreft beperkt de overlast zich (voorlopig?) tot enkele klachten over schade aan sier- en fruitbomen, maar denk ook aan de schade aan dijken die in onze streken wordt veroorzaakt door de uit Noord-Amerika afkomstige muskusratten (Ondatra zibethicus), of de ravage die konijnen en vijgcactussen aanrichtten in Australië.

De reden waarom exoten zo succesvol zijn is slechts in beperkte mate bekend. Vermoedelijk is er een belangrijke rol weggelegd voor het wegvallen van zogenaamde co-evolutionaire netwerken. Wanneer de exoot in zijn nieuwe regio niet langer is blootgesteld aan gespecialiseerde vijanden zoals in zijn oorspronkelijk leefgebied, kan de soort sterker worden in de competitie met inheemse soorten, of meer nakomelingen produceren dan de inheemse soorten die wel nog in het keurslijf zitten dat bepaald wordt door hun gespecialiseerde predatoren en parasieten. Een voorbeeld is de reuzenpad (Bufo marinus) die vanuit Zuid-Amerika werd ingevoerd in Australië om plagen in de suikerrietplantages te bestrijden, maar die zelf een pestsoort werd. De pad is giftig, maar in Zuid-Amerika is ze geen pest omdat de natuurlijke predatoren als gevolg van co-evolutie geleerd hebben de pad niet aan te vallen, of antigif hebben ontwikkeld en dus de prooi zonder gevaar kunnen opeten. In een nieuw, ecologisch naïef ecosysteem zoals Australië blijkt deze pad echter dodelijk giftig te zijn voor de inheemse soorten en kan ze weelderig tieren.

Exoten plaatsen ons voor ethische dilemma’s. Kunnen we exoten, zoals de mooie halsbandparkieten waar steeds meer stadsmensen aan gehecht geraken, zomaar op grote schaal uitroeien? Bovendien blijkt dat de gevolgen van dergelijke ingrepen soms moeilijk te voorspellen zijn. In een recent artikel in het vaktijdschrift Ecology Letters* beschrijven Nieuw-Zeelandse onderzoekers hoe de rattenpopulatie in de bossen op het Noordeiland sterk toenam nadat de voskoesoes (of possums, buideldieren ingevoerd vanuit Australië en uitgegroeid tot een plaag in Nieuw-Zeeland wegens de afwezigheid van natuurlijke vijanden) verwijderd werden uit het ecosysteem. Vreemd genoeg had het reduceren van de hermelijnenpopulatie (eveneens exoten in Nieuw-Zeeland) geen effect op de rattenaantallen. Deze studie wijst erop dat in dit systeem competitie een belangrijkere rol speelt in de controle van de populatiegroottes dan predatie. Of de fel bekritiseerde actie van een Nieuw-Zeelandse school om haar leerlingen spelletjes te laten spelen met dode voskoesoes (Foto 3) zo doeltreffend was, is dus niet zeker...

Overigens, wie geïnteresseerd is in exoten in Vlaanderen, kruist best zaterdag 26 november aan in zijn of haar agenda. PDL, de vereniging van afgestudeerde plant- en dierkundigen van Leuven, organiseert dan een symposium waar onderzoekers van de Nationale Plantentuin van België, het Instituut voor Tropische Geneeskunde, de Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee en het Schelde-estuarium, het Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek en het Koninklijk Belgisch Instutuut voor Natuurwetenschappen verschillende invasieve exoten in ons land zullen bespreken. Meer info vindt u binnenkort op de website van PDL.

*  W.A. Ruscoe, D.S.L. Ramsey, R.P. Pech, P.J. Sweetapple, I. Yockney, M.C. Barron, M. Perry, G. Nugent, R. Carran, R. Warne, C. Brausch & R.P. Duncan (2011) Unexpected consequences of control: competitive vs. predator release in a four-species assemblage of invasive mammals. Ecol. Lett. 14: 1035–1042; doi: 10.1111/j.1461-0248.2011.01673.x

 Bert De Groef, met dank aan Peter Roels, Luc De Meester en Joachim Mergeay

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Geschreven in Biologie | 3 Reacties | Vaste link | Afdrukken

 
Delende kankercel

Celdeling is noodzakelijk tijdens de embryonale ontwikkeling om van een bevruchte eicel tot een meercellig individu te komen. Zelfs bij een volgroeid individu kan celdeling nodig zijn om oude cellen te vervangen of in het kader van wondheling. Rode bloedlichaampjes bijvoorbeeld kennen een beperkte levensduur van zo’n vier maanden en dienen dus telkens vervangen te worden. Ook bij eencellige organismen is celdeling van het allergrootste belang: het is er immers het middel om zich voort te planten. De “overlevingsreflex” van individuele cellen om veel te delen, diende enigszins onderdrukt te worden toen cellen deel gingen uitmaken van steeds complexere meercellige organismen. Het belang van de individuele cel werd op dat moment ondergeschikt aan dat van het meercellig individu. Alhoewel celdeling in een meercellig organisme wenselijk kan zijn, dient het altijd te gebeuren onder gecontroleerde omstandigheden. In kankercellen zijn net die genen die een rol spelen in het activeren of afremmen van de celdeling, met als toepasselijk naam pro-oncogenen en tumorsuppressorgenen, ontregeld door mutaties.

Opmerkelijk is dat kankercellen zich lijken aan te passen aan hun “omgeving”, waardoor ze in staat zijn steeds verder te woekeren. Zo kunnen kankercellen zich “onzichtbaar” maken voor het immuunsysteem, de vorming van extra, levensnoodzakelijke bloedvaten stimuleren en zich losmaken uit een weefsel waardoor uitzaaiingen ontstaan. Een kanker die behandeld wordt met chemotherapie kan resulteren in kankercellen die chemoresistent worden tegen het gebruikte product. Een wijdverspreide theorie stelt dat deze aanpassing van kankercellen tot op zekere hoogte vergelijkbaar is met het aanpassingsvermogen van een soort door natuurlijke selectie. Een ander voorbeeld hiervan, eveneens afkomstig uit de medische wereld, is het mogelijks ontstaan van superbacteriën door het resistent worden van bacteriën tegen onze huidige antibiotica.

Natuurlijke selectie is maar mogelijk als er tussen individuen variatie bestaat met een genetische grondslag, die ervoor zorgt dat niet alle individuen zich even succesvol voortplanten. Ook tussen kankercellen in één en dezelfde persoon bestaat er genetische (en epigenetische) variatie. Net als tussen soortgenoten bestaat ook tussen kankercellen in een individu een zekere competitie. Het gaat hier bijvoorbeeld om beschikbare ruimte, bronnen (voeding, zuurstof), het verschalken van het immuunsysteem of het doorstaan van een chemotherapie. Er blijkt ook sprake van een zekere samenwerking tussen kankercellen zoals bij het aantrekken van levensnoodzakelijk bloedvaten. Die kankercellen die iets beter aangepast zijn, zullen zich sneller kunnen delen en daardoor vanzelf prolifereren. De ontwikkeling van kanker in een individu is in deze zienswijze een soort van evolutionaire “microkosmos”, waardoor de geneeskunde in een soort wapenwedloop met kanker lijkt te zijn verwikkeld.

Onderzoekers Davies en Lineweaver zijn dermate verbaasd over de snelheid van het aanpassingsvermogen van kankercellen dat ze zich afvragen of er een evolutionair proces aan ten grondslag ligt. Zeer recent opperden ze een interessante alternatieve hypothese, die niet alleen academische waarde heeft, maar ook medisch gezien relevant kan zijn. De hypothese stelt dat ongecontroleerde celdeling bij kanker een soort voorouderlijk gedrag is van onze cellen. In de biologie staat een dergelijk verschijnsel bekend als een atavisme. Voorbeelden van atavismen zijn mensen die met een staart of meer dan twee tepels geboren worden of kippen, die net als hun voorouders (bepaalde dino’s) nog tanden in hun bek hebben. Kanker zou dan het gevolg zijn van een kortsluiting in de genen die de samenwerking tussen cellen in een meercellig organisme sturen. Dit zou spontaan resulteren in een te sterke activatie van historisch gezien “oudere” genen uit een tijd dat meercelligheid nog maar pas ontstond en coöperatie tussen cellen minder belang had. De “overlevingsreflex” van de individuele cellen wordt dan niet langer onderdrukt met alle gevolgen van dien voor het gehele individu. De “overlevingsreflex” zelf is ingebakken in alle cellen als gevolg van honderden miljoenen jaren evolutie en daardoor, eenmaal geactiveerd, nog maar moeilijk te stuiten.

De eerste meercellige organismen waren amper meer dan kolonies van apart functionerende cellen die op een bijna tumorachtige wijze groeiden. Neem bijvoorbeeld de zoetwaterpoliep Hydra, een directe afstammeling van één van de eerste meercellige dieren. Deze is in staat zichzelf bij beschadiging bijna kankergewijs te regeneren vanuit een klein fragment. Het duurde honderden miljoenen jaren vooraleer zich de complexere meercellige organismen ontwikkelden, met cellen die een uitgesproken taakverdeling en bijhorende celdifferentiatie bezaten. De prijs? Een sterk afgenomen celdelingsactiviteit en regeneratievermogen. Er ontstond tijdens de lange evolutie van eenvoudige naar complexe meercelligheid geleidelijk een netwerk van genen die de ingewikkelde ontwikkeling gingen sturen en daarbij die genen die de “oerdriften” van de individuele cellen beheersten, ging onderdrukken. Dit is volgens de onderzoekers vergelijkbaar met de ontwikkeling van besturingssoftware waarbij nieuwe toepassingen als een nieuwe laag bovenop de oudere, bestaande lagen komen te liggen. Kanker is dan te beschouwen als een toestand waarin cellen terugspringen naar een soort van primitieve, maar robuuste “veilige modus” (vanuit het standpunt van de cel gezien), waarin celdeling een hoofdrol speelde. Het is alsof een zeer oude cellulaire gereedschapskist wordt geopend waarin de individuele cel en niet het meercellige individu met de plak zwaait.


De Zoetwaterpoliep, Hydra sp., een directe afstammeling van één van de eerste meercellige, dierlijke organismen, bezit een bijzonder groot regeneratievermogen. Tevens kan dit dier zich ongeslachtelijk voortplanten vanuit kleine klompjes cellen (knoppen) die kunnen uitgroeien tot nieuwe individuen. In deze zin is het dier onsterfelijk. Hydra is de naam van een veelkoppig monster uit de Griekse mythologie dat onoverwinnelijk was daar afgehakte koppen meteen en in veelvoud regenereerden.

De ontwikkeling van kanker is in deze zienswijze niet zozeer een aanpassingsproces, maar het terugvallen op een al bestaande oude “overlevingsreflex” van individuele cellen, die zelf het gevolg was van miljoenen jaren van evolutie. Mutaties die van gewone lichaamscellen kankercellen maken, verstoren de normale regulatie, waardoor de oudere laag weer zichtbaar wordt. Dit is ten voordele van de kankercellen zelf, in de zin dat deze hierdoor gaan prolifereren, althans op korte termijn. Gelukkig sterven kankercellen samen met het individu. De ontregelende mutaties in kankercellen zijn binnen de tijdschaal van een individu weinig effectief. Kanker, hoe destructief ook, is telkens de uitkomst van een proces dat van nul is begonnen. Kankercellen “leren” niet bij van eerdere kankers. Volgens Davies en Lineweaver schuilt hierin dan ook het goede nieuws. De mogelijkheid bestaat dat de geneeskunde de strijd tegen kanker finaal zal winnen. In de strijd tegen antibioticaresistentie bij bacteriën daarentegen hebben we natuurlijke selectie tegen. En dat is een heel ander verhaal!

Door Peter Roels, met dank aan Bert De Groef.

Geraadpleegde bronnen
Crespi & Summers (2005)
Evolutionary biology of cancer.
Trends in Ecology and Evolution 20, 10: 545-552.

Davies & Lineweaver (2011)
Cancer tumors as Metazoa 1.0: tapping genes of ancient ancestors.
Physical Biology 8: 1-7.

Merlo e.a. (2006)
Cancer as an evolutionary and ecological process.
Nature 6: 924-935.

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Foto 1. Als we de kranten mogen geloven, zullen we ooit allemaal
onder water kunnen ademen!

Het wetenschappelijk artikel waar het krantenbericht naar verwees, was misschien iets minder sensationeel, maar desalniettemin toch hoogst interessant. Canadese onderzoekers ontdekten dat de larven van de gevlekte molsalamander (Ambystoma maculatum) - die bij ons ook wel eens als gezelschapsdier in terraria gehouden wordt - in symbiose met groene wieren (Oophila amblystomatis) leven. Dat de dikkopjes er een innige relatie met algen op nahouden is niks nieuws - de wetenschappelijke naam van de algen verwijst er zelfs naar ("liefhebbers van molsalamandereieren"). Het was al langer geweten dat de algen groeien in de geleilaag van de salamanderdril. De dikkopjes produceren stikstofrijke afvalstoffen die door de algen als voedingsstof gebruikt worden. De algen op hun beurt maken via fotosynthese zuurstof aan, dat dan weer door de larven gebruikt kan worden. Het verwijderen van de algen uit de eieren maakt dat de dikkopjes er langer over doen om te ontwikkelen.

Foto 2. Een molsalamander met haar legsel. © Gustav W. Verderber

Het verrassende aan het Canadese onderzoek is dat de algen niet alleen in de gelei van de eieren leven, maar ook in de cellen van het embryo zelf. Een dergelijke symbiose was tot nu toe alleen gekend bij ongewervelde dieren, zoals koralen. De wieren in koralen, zoöxanthellae genoemd, voorzien de koralen (diertjes die behoren tot de groep van de neteldieren zoals kwallen en zeeanemonen) van voedingsstoffen die ze aanmaken met behulp van zonne-energie. Een groot probleem waarmee koraalriffen momenteel geconfronteerd worden, is 'bleaching': door de opwarming en de vervuiling van het zeewater stoten koralen hun symbiotische algen uit en zijn ze ten dode opgeschreven. Dat een gewerveld dier als een salamander ook symbiotische algen heeft, is hoogst eigenaardig. We zouden immers verwachten dat het immuunsysteem van de salamander die algen aanvalt. Niet dus. De mitochondriën van de salamandercellen, de structuren die de cellen voorzien van energie op basis van zuurstof, liggen mooi rond de algen, wat inderdaad de idee dat de algen de dikkopjes van zuurstof voorzien, bevestigt.

Foto 3. Salamandereitjes met de bewuste algen. © Roger Hangarter

Misschien nog het opmerkelijkst aan de ontdekking, is dat de salamanderembryo's de algen cadeau lijken te krijgen van hun moeder. Dezelfde algen werden namelijk teruggevonden in het voortplantingskanaal van vrouwelijke salamanders. Van moederliefde gesproken!

Foto 4. Algencellen in de cellen van een salamander. © Ryan Kerney

Voor de journalisten was de connectie met Harry Potters gillyweed snel gelegd. Aangepord door wetenschappers die beweren dat we misschien ooit algen zullen kunnen gebruiken om andere organismen, inclusief de mens, van zuurstof te voorzien, suggereren ze dat we daarmee onder water zullen kunnen ademen. Toch maar niet te diep zwemmen dan, want als er geen licht meer is, is het ook gedaan met de zuurstofproductie!

Origineel artikel: Kerney R., Kim E., Hangarter R.P., Heiss A.A., Bishop C.D. & Hall B.K. (2011) Intracellular invasion of green algae in a salamander host. PNAS, doi: 10.1073/pnas.1018259108

Bert De Groef, met dank aan Peter Roels

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Figuur 1. Een Japanse burger wordt gecontroleerd met een Geigerteller (© Yahoo).

Bij een kernramp komen er vluchtige radioactieve elementen vrij in de atmosfeer, waarvan het belangrijkste jodium-131 is. Dat radioactief jodium-131 ademen we in. Jodium is een essentieel mineraal: ons lichaam heeft jodium nodig, maar kan het zelf niet aanmaken. Het moet dus opgenomen worden uit de omgeving, en dat gebeurt in de eerste plaats via de voeding. Voedingswaren die bijzonder rijk aan jodium zijn: zeewier, zeezout (of aangerijkt tafelzout), en zeevruchten, maar ook yoghurt en melk. Het jodium dat we binnenkrijgen, wordt zeer efficiënt uit het bloed gevist door de schildklier, en in mindere mate ook door de speeksel- en de melkklieren (vandaar het vrij hoge jodiumgehalte in koemelk en yoghurt). En daar zit nu net het probleem: bij een kernramp komt er radioactief jodium in ons bloed terecht en dat wordt geconcentreerd in de schildklier. De schildklier wordt dan blootgesteld aan een sterke dosis straling, waardoor de kans groot is dat zich schildklierkanker ontwikkelt: de radioactieve straling van het jodium veroorzaakt mutaties in het DNA van de schildkliercellen, die ongecontroleerd beginnen te vermenigvuldigen en een tumor vormen.

Schildkliercellen nemen jodium uit het bloed op met behulp van natrium-jodide-symporters (NIS), eiwitten in de celmembraan die tegelijkertijd natrium en jodide uit het bloed de cel binnenbrengen. Bij een kernramp wordt mensen in de omgeving daarom aangeraden een jodiumpilletje te nemen. Die bevatten kaliumjodide (KI) in een dosis die zo'n 700x hoger ligt dan onze dagelijkse nutritionele behoefte. Door een grote hoeveelheid niet-radioactief jodide op te nemen, worden de NIS van de schildkliercellen verzadigd en hebben ze geen "handen" meer vrij om ook nog radioactief jodium te transporteren. Het radioactief jodium wordt dan uit het lichaam verwijderd via de urine. Het effect van het pilletje duurt maar een 24-tal uur; elke dag moet er een nieuw pilletje geslikt worden. Jodiumpillen beschermen dus tegen de nefaste gevolgen van jodium-131, maar hebben geen enkele waarde bij andere vormen van stralingsvergiftiging.

De schildklier is bij het brede publiek een van de minder bekende klieren in ons lichaam en dat is vreemd, want een gebrekkige schildklierwerking kan verstrekkende gevolgen hebben. De schildklier ligt in onze halsstreek; ze bestaat uit twee lobben die met een "brug" met elkaar verbonden zijn (Fig. 2).

Figuur 2. Ligging van de schildklier bij de mens (© Dreamstime)

De schildklier gebruikt het opgenomen jodium om schildklierhormonen te maken. Het voornaamste product van de schildklier is T4 (of thyroxine) en die '4' wijst op de aanwezigheid van 4 jodiumatomen in de molecuulstructuur van het hormoon. T4 is grotendeels inactief; verschillende weefsels in ons lichaam beschikken over enzymen die 1 jodiumatoom van T4 afpitsen en het omvormen tot het veel krachtigere T3. Vrijwel elke cel in ons lichaam wordt beïnvloed door de schildklierhormonen. Ze controleren onder meer ons energieverbruik door hun invloed op het metabolisme van suikers, eiwitten en vetten. Bij vogels en zoogdieren zijn schildklierhormonen betrokken bij de productie van lichaamswarmte. Bovendien zijn ze essentieel voor processen zoals de metamorfose bij amfibieën (Fig. 3) en zalmen, de rui bij vogels en zoogdieren en de vervelling bij reptielen, de winterslaap bij sommige zoogdieren, enzovoort.

Heel wat andere hormonen vereisen de aanwezigheid van gepaste schildklierhormoonconcentraties om hun functie optimaal uit te kunnen oefenen. Maar schildklierhormonen zijn ook onmisbaar voor een normale embryonale ontwikkeling. Vogels stoppen bijvoorbeeld wat schildklierhormonen in de dooier van hun eieren, zodat de jonge embryo's die zelf nog geen schildklier hebben, toch normaal kunnen ontwikkelen. Baby's die een tekort aan schildklierhormonen hebben, zullen zonder behandeling een sterke reductie in de groei kennen en lopen een onomkeerbare mentale achterstand op. De ontwikkeling van hart, longen, nieren, hersenen - de functies van schildklierhormonen zijn eindeloos.

Figuur 3. Rol van schildklierhormonen in de metamorfose van de Afrikaanse klauwkikker (Xenopus laevis). (a) Een pas gemetamorfoseerd kikkertje. (b) Een kikkervisje tijdens de metamorfose. (c) Een reuzenkikkervisje dat geen metamorfose kan ondergaan omdat de productie van schildklierhormonen chemisch geblokkeerd werd met behulp van perchloraat. (Uit The Thyroid Gland, Butterworth, 1964)

Met zoveel cruciale functies spreekt het vanzelf dat een abnormale werking van de schildklier niet zonder gevolgen is. Vandaar het belang om voldoende jodium via de voeding op te nemen, en dat geldt dubbel en dik voor zwangere vrouwen die ook hun foetus van de nodige jodium moeten voorzien. Heel wat zwangere vrouwen in westerse landen krijgen niet voldoende jodium binnen. In de VS ontstond daarom enkele jaren geleden lichte paniek (grotendeels onopgemerkt gebleven in Europa) toen bleek dat er in het Amerikaanse grond- en oppervlaktewater - en zelfs in de moedermelk - nogal wat perchloraat te meten is. Perchloraat is een stof die gebruikt wordt in drijfstoffen voor raketten, munitie en vuurwerk. Het molecule heeft dimensies en een lading die sterk gelijken op die van het jodide, waardoor de NIS-eiwitten in onze schildklier zich al wel eens durven vergissen: het perchloraat verdringt het jodide van de symporter en daardoor kan een tekort aan schildklierhormonen ontstaan (zie Fig. 3).

Hoewel we natuurlijk de perchloraatconcentraties in het milieu nauwlettend in het oog moeten houden, bleek de paniek in de VS toch enigzins overdreven. De perchloraatconcentraties in het milieu verzinken in het niets als je ze vergelijkt met die van andere chemicaliën met gelijkaardig effect waaraan we dagelijks blootgesteld zijn. Thiocyanaten en nitraten kunnen net als perchloraten jodide van de NIS verdringen. Die stoffen nuttigen we bijna dagelijks en niemand lijkt ervan wakker te liggen. Thiocyanaten worden gevormd in het lichaam na het eten van amandelen, kersen, abrikozen, maïs, zoete aardappelen en maniok (tapioca). Ze zijn ook talrijk aanwezig in kolen, spruitjes, bloemkool en broccoli. Nitraten zijn alom aanwezig door de overbemesting in onze contreien. Ik wil in geen geval de aanwezigheid van nitraten of perchloraten in het milieu bagatelliseren. Tegelijk moet niemand zijn spruitjes laten. Mijn punt is: zolang je voldoende jodium opneemt via de voeding, is het effect van deze stoffen op de schildklier verwaarloosbaar. Voor zwangere vrouwen zijn jodiumsupplementen zeker een aanrader, of je nu in Doel woont of niet.

Bioloog Bert De Groef, met dank aan Peter Roels

Geschreven in Wetenschap | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Slechts maanden na de vermeende ontdekking door NASA van een bacterie die het giftige arseen in haar celstructuren zou inbouwen (zie eerdere blog), is het weer prijs! Dr. Richard Hoover, een onderzoeker van NASA, kondigde zopas in het Journal of Cosmology aan dat hij sporen van leven heeft gevonden in een meteoriet die 150 jaar geleden op aarde insloeg. Dat amper detecteerbare resten van stikstof zijn teruggevonden, is een argument om te stellen dat het zeker niet gaat om sporen van aards leven, altijd een heikel punt in dit soort ontdekkingen. Stikstof is een cruciaal element van aardse organismen dat duidelijk detecteerbaar moet zijn indien de meteoriet na zijn inslag zou “besmet” zijn door aards leven. Desondanks waarschuwen vele waarnemers toch niet te veel van stapel te lopen: het feit dat dergelijk wereldschokkend nieuws niet meteen bekend gemaakt werd in toptijdschriften als Science of Nature, maar in het eerder obscure Journal of Cosmology, komt als verdacht over. Ondertussen vraagt Journal of Cosmology wel met aandrang dat andere wetenschappers de ontdekking zouden becommentariëren en zo het debat zouden voeden.

Eigenlijk hebben we dit al eens meegemaakt, in 1996. Ook toen werd door NASA-experts, op een persconferentie in aanwezigheid van niemand minder dan president Clinton, aangekondigd dat sporen van leven gevonden waren in een meteoriet die afkomstig zou zijn van Mars. De discussie over wat precies gevonden werd, is, 15 jaar later, nog steeds aan de gang.

Zelfs als het deze keer echt raak is, zal het voor de Amerikaanse astronoom en astrofysicus Dr. Frank Drake (zie foto) worst wezen; net nu werd immers aangekondigd dat Drake en medewerkers hopen spoedig het signaal van een buitenaardse intelligentie te ontdekken, “het is nu of nooit”, zo klonk het (Scientific American, Nederlandstalige versie 2). Dr. Drake ontwikkelde al in de jaren 60 van vorige eeuw een formule om de kans te berekenen dat we op aarde een signaal van een intelligente beschaving zouden ontvangen. Hij is daarmee ook de bezieler achter S.E.T.I. (Search for Extra Terrestrial Intelligence), een omstreden project dat tot op heden weinig direct resultaat heeft opgeleverd. De formule van Drake is een vermenigvuldiging (lees: opeenstapeling) van factoren waarvan we meestal de waarde zelfs bij benadering niet kennen. Zo dient bijvoorbeeld de fractie van leefbare planeten waarop leven effectief zou ontwikkelen, gekend te zijn.
Maar laat ons eerlijk zijn: de enige uitkomst die ons echt interesseert is of de kans om een signaal op te vangen van een buitenaardse beschaving bestaat of niet. Probleem is dat de formule, eenmaal je een buitenaardse, intelligente beschaving gevonden hebt, dan niet meer zo relevant is. En zolang je die niet vindt, heb je alleen de aarde, die met zekerheid een intelligente beschaving heeft voortgebracht.

Desalniettemin biedt de evolutie van het leven op aarde enige clues die ons wellicht het meeste houvast bieden dat er momenteel is. Zo kan je nagaan wanneer in de geologische tijdschaal (intelligent) leven ontstaan is. Dan valt het op dat het leven als dusdanig al vrij snel (hooguit na enkele honderden miljoenen jaren!) ontstond op de jonge aarde. Dit laat vermoeden dat de kans op het ontstaan van leven (op een aardse planeet) alvast niet zo heel klein is, want dan zou je verwachten dat het veel langer zou geduurd hebben (Lineweaver 2002, Astrobiology 2). Daarenboven is de laatste tijd duidelijk geworden dat zelfs op aarde leven in een veel bredere waaier van omstandigheden kan bestaan dan tot vóór enkele decennia werd aangenomen. Zo zijn zogenaamd extremofiele prokaryote organismen teruggevonden bij temperaturen tot 120°C of enkele kilometer diep in de aardkorst, onder een enorme druk. Rond black smokers, diepzeeheetwaterbronnen die meer dan 2000 m onder het zeeniveau liggen, komen zelfs hele ecosystemen voor, die draaien op een chemische vorm van energie in plaats van op klassieke zonne-energie.

De eerste, bekende levensvormen op aarde bestonden uit relatief eenvoudige, zogenaamde prokaryote cellen, die we vandaag de dag onder andere nog bij bacteriën aantreffen. De meer complexe, eukaryote cellen echter waaruit planten en dieren (en dus ook wijzelf) zijn opgebouwd, ontstonden pas nadat prokaryote organismen al meer dan 1,5 miljard jaar de aarde bevolkt hadden. De kans op het ontstaan van een dergelijk complexe levensvorm kan dus wellicht als betrekkelijk klein ingeschat worden. Als je deze redenering verder doortrekt, begrijp je ook waarom we wel heel sceptisch mogen zijn over het feit snel intelligent leven te vinden. De mens zelf is immers nog maar enkele miljoenen jaren op het toneel verschenen. En zelfs al is er intelligent leven, dan nog is het niet noodzakelijk dat dit leven ook de nodige technologie ontwikkelt om een teken van leven te sturen; niemand zal in twijfel trekken dat bv. dolfijnen of honden een grote mate van intelligentie bezitten, maar daar zal E.T. niet makkelijk iets van merken.

Als je de plaats van de dieren (inclusief de mens) bekijkt in de Tree of Life, de stamboom van het leven, zie je dat de evolutie in geen enkel opzicht gericht is op het laten ontstaan van intelligente organismen, integendeel; de dieren, de enige tak waar intelligentie is waargenomen, zijn slechts één van vele, perifere takjes aan de Tree of Life. Zoals Lineweaver in 2009 (in Seckbach & Walsh, From fossils to Astrobiology) al aangaf: evolutie werkt helemaal niet volgens het principe van “stupid things get smarter”. Aannemen dat dit wel zo is, geeft blijk van een al te antropocentrische kijk op de wereld! Wie met alle huidige kennis nog steeds een dergelijk wereldbeeld heeft, is misschien meer gebaat bij een zoektocht naar I.T.I. of Interne Intelligentie!

Peter Roels, met dank aan Bert De Groef

Geschreven in astrobiologie | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

De menselijke populatie zal volgens de V.N. dit jaar de kaap van de 7 miljard personen overschrijden. Tegen 2050 zou het aantal zelfs tot 9 miljard oplopen. Jammer genoeg is het feit dat de menselijke soort het zo goed doet geenszins goed nieuws, noch voor onze planeet noch voor onszelf. Op lange termijn zou ons “succes” wel eens onze ondergang kunnen betekenen.

De populaties van de meeste soorten vertonen na een exponentiële groei vanaf een bepaald punt een maximum, waarbij het aantal individuen niet langer toeneemt. De maximale populatiegrootte die in een omgeving kan voorkomen, wordt de draagkracht genoemd. De (natuurlijke) bronnen die een populatie verbruikt, zoals beschikbare oppervlakte, voedsel, zuiver water, … zijn immers niet ongelimiteerd beschikbaar. Bij een te groot aantal individuen in een populatie wordt ook de kans op grote epidemieën reëel. 

Terwijl de menselijke populatie niet meer in de exponentiële groei zit waarin ze sinds 1650 was terechtgekomen, is er nog steeds een (te) sterke groei (zie onderstaande grafiek van de V.N.). Het feit dat de menselijke populatie de draagkracht blijkbaar nog niet bereikt heeft, is wellicht vooral toe te schrijven aan de inzet van technologie om steeds nieuwe bronnen aan te boren. Zo wordt tropisch regenwoud bijvoorbeeld vaak gekapt om plaats te maken voor meer landbouwgebied of wordt de productiviteit van landbouwgewassen via klassieke veredeling, biotechnologie en het gebruik van kunstmeststof verder opgedreven. Uiteraard zal ook dit niet onbeperkt kunnen blijven doorgaan. En zonder het te beseffen zijn we zo stilaan letterlijk het kapitaal van onze planeet aan het opsouperen. Zoals we de laatste jaren aan de levende lijve hebben ondervonden, kan je niet ongestraft blijven doorgaan met het maken van schulden!

Jaarlijks verbruiken we grote hoeveelheden voeding, kledij, bouwmaterialen, energie, enz. Terwijl we er meestal niet bij stilstaan worden de benodigde grondstoffen voortdurend door de natuur aangeleverd. Het gaat om zogenaamde (productiegerelateerde) ecosysteemdiensten. Maar er is meer. Onze economische activiteit resulteert ook in grote hoeveelheden afvalstoffen die we lozen in de atmosfeer en in het water of die we dumpen op het land. Veel hiervan wordt eveneens door de natuur opgeruimd, een ander voorbeeld van een ecosysteemdienst. Zo zal water, vooral dankzij de talrijke microörganismen een zelfreinigend vermogen hebben, net zoals onze atmosfeer. Ecosysteemdiensten kunnen echter slechts geleverd worden door de natuur als deze voldoende ruimte krijgt om haar werk te doen. De oppervlakte die hiervoor nodig is, staat centraal in het gekende concept van de ecologische voetafdruk. Terwijl de mens enerzijds steeds meer en meer beroep doet op de ecosysteemdiensten, blijft er anderzijds steeds minder ruimte voor over. Verlies van leefgebied is niet voor niets één van de grootste oorzaken van de achteruitgang van onze biodiversiteit. Aan de basis van deze paradox ligt uiteraard de stijgende populatiegrootte, maar ook ons streven naar een luxueuze en comfortabele levensstandaard. Terwijl met de beschikbare productieve oppervlakte op aarde de gemiddelde ecologische voetafdruk 1,8 ha per persoon zou mogen bedragen, bedraagt die momenteel in België zowat 8 ha! Ter vergelijking: in Afrika bedroeg de gemiddelde ecologische voetafdruk in 2005 1,4 ha per persoon.

Onze ecologische voetafdruk illustreert duidelijk dat we in het rijke westen leven op de kap van de minder geïndustrialiseerde landen. De groeiende kloof tussen het rijke noorden en arme zuiden dreigt zich nu tegen onszelf te keren. En misschien zit daar nu net het begin van een oplossing. Net zoals onze economie zijn ook ecosysteemdiensten immers geglobaliseerd. Als ecosystemen elders ten onder gaan, worden ook wij daar de dupe van.

Eén van de beste middelen om populatiegroei in de ontwikkelingslanden in te perken, bestaat erin de leefomstandigheden er tot een aanvaardbaar peil te brengen. Een verbetering van de gezondheidszorg en sanitaire voorzieningen en een makkelijkere toegang tot onderwijs (vooral voor vrouwen) zouden hierbij prioritair moeten zijn. Daarnaast is het gezien de aard van het probleem globaal gezien zeker niet onethisch met technologische hulpmiddelen de menselijke reproductie onder controle te houden; het meer universeel ter beschikking stellen van contraceptie mag dan ook geen taboe (meer) zijn. Het westen zal financiële en technische hulp moeten bieden aan ontwikkelingslanden, zodat zij zich eindelijk tot een aanvaardbaar niveau kunnen opkrikken zonder dat hun impact op de omgeving onherstelbaar groot wordt. Ook het ideaalbeeld dat wij vanuit het kapitalistische westen voorhouden, zal moeten aangepast worden. Er is een mentaliteitswijziging nodig, want ook onze eigen ecologische voetafdruk moet naar beneden.

Kortom, we zitten allemaal in één en hetzelfde schuitje en wereldwijde solidariteit zal een sleutelwoord (moeten) worden, al was het maar vanuit een eigen overlevingsreflex. Is het niet een typisch biologisch drijfveer dat we zorg dragen voor ons nageslacht? En dus bij uitbreiding dat we de bronnen die de planeet ons biedt duurzaam exploiteren? Gelukkig nieuwjaar!

door Peter Roels

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Integraal Verwevings- en Ondersteunend Netwerk was de klinkende naam waarmee IVON in 1997 het licht zag. Een probleemkind, zo blijkt nu.

Naast het VEN (Vlaams Ecologisch Netwerk), waarbinnen waardevolle natuurgebieden opgenomen zijn, was het nobele doel van de Vlaamse overheid om daarrond beschermende bufferzones af te bakenen en ertussen verbindende corridors te voorzien. Maar terwijl momenteel 87.000 ha VEN is gerealiseerd (op zich maar een peulschil van ons grondgebied), moet kleine zus IVON het stellen met een schamele 1.500 ha (bron: Agentschap Natuur & Bos).

GEN en GENO samen verwijzen hier naar het VEN. NVWG en NVBG verwijzen naar natuurverwevingsgebied en natuurverbindinginsgebied respectievelijk (Agentschap Natuur & Bos).

Vanuit de conservatiebiologie is geweten dat (kleine) natuurgebieden die als “eilanden” verspreid liggen tussen steden en landbouwgebieden, weinig effectief zijn. De populaties van dieren en planten binnen dergelijke geïsoleerde natuurgebieden zijn immers vaak veel te klein om op lange termijn leefbaar te zijn. Kleine populaties hebben bijna altijd te kampen met een lage genetische diversiteit. En dit maakt individuen op korte termijn en de soort op langere termijn kwetsbaar. In een eerdere blog haalden we al het voorbeeld aan van de Tasmaanse Duivel (Sarcophilus harrisii). Maar ook dichter bij huis zijn voorbeelden te vinden. Zo lijdt de populatie van de gewone zeehond (Phoca vitulina) in de Noordzee aan geregelde uitbraken van de robbenpest waarbij tot meer dan de helft van de populatie geveld wordt. Tussen twee epidemieën herstelt de populatie zich weliswaar snel, waardoor de indruk ontstaat dat er geen probleem is, maar van een gezonde, stabiele populatie is duidelijk geen sprake. Deze spiraal waarin de gewone zeehond is terechtgekomen, vindt zijn oorsprong in de eerste helft van de twintigste eeuw toen de dieren te lijden hadden van intensieve bejaging en de verontreining van het milieu door PCB’s.

Dat De Morgen nu kopt "Biodiversiteit dramatisch in Vlaanderen" hoeft dan ook niet te verbazen. Aanleiding is een rapport dat Natuurpunt zopas publiceerde. Hierin wordt de achteruitgang van de biodiversiteit in Vlaanderen in kaart gebracht. Het geeft een niet al te fraai beeld en dit in het Internationale Jaar van de Biodiversiteit. Zelfs organismen zoals de veldleeuwerik (Alauda arvensis), zelf maar een cultuurvolger van extensieve landbouw, krijgen het nu al lastig. 

De veldleeuwerik (Alauda arvensis) bedreigd (foto: Daniel Pettersson).

Het probleem met de ruimtelijke ordening in Vlaanderen is niet nieuw. Zo is naast de achteruitgang van de biodiversiteit ook de waterellende van de laatste jaren symptomatisch. Immers ook het water krijgt in Vlaanderen onvoldoende ruimte. Een recent verschenen studie van Lien Poelmans (K.U.Leuven) toont aan dat de situatie bij ongewijzigd beleid tegen 2050 volledig uit de hand zal lopen. Zo blijkt onder andere dat in de zogenaamde Vlaamse ruit (gebied tussen Brussel, Leuven, Antwerpen en Gent) dan nog amper open ruimte zal over zijn.

Is dit de prijs die we als maatschappij willen betalen voor het behoud van onze veel te hoge globale levensstandaard? Of zijn we bereid met z’n allen een stapje terug te zetten en onze politici in de toekomst de ruimte te geven om de juiste afwegingen te kunnen maken? Alvast iets voor ieder van ons om over na te denken als we onze goede voornemens voor het komende jaar formuleren, tenminste … als we niet bedolven raken onder de kerstcadeaus!

Peter Roels, met dank aan Bert De Groef

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Wetenschappelijke ontdekkingen halen zelden het nieuws, en als ze het al doen, worden ze gewoonlijk op een sensationele en misleidende manier beschreven of geïnterpreteerd. Hoeveel keer hebben we al niet moeten horen dat er weer een gen ontdekt is dat een of ander menselijk gedrag verklaart? "Homofilie erfelijk bepaald" of "gen voor monogamie ontdekt" koppen de nieuwsberichten dan, alsof je simpelweg kan controleren of je kind een bepaalde versie van een gen draagt en daarmee vastligt of het later homofiel of overspelig zal worden!

Donderdag (2/11/2010) nog berichtte de vrt over "een nieuwe vorm van leven". Amerikaanse onderzoekers, verbonden aan het astrobiologie-instituut van NASA, ontdekten een bacterie (GFAJ-1, Halomonadaceae voor de liefhebbers) in het Monomeer in Californië die vreemd genoeg fosfaat in haar biologische moleculen kan vervangen door arsenaat. Arsenaat (vroeger nog gebruikt in rattenvergif) is extreem toxisch voor levende wezens, net omdat het chemisch zo sterk lijkt op fosfaat. Wanneer een organisme wordt blootgesteld aan arsenaat, wordt het goedje ingebouwd in eiwitten en DNA ter vervanging van fosfaat. Onze systemen die fosfaat inbouwen in dergelijke moleculen merken blijkbaar het verschil tussen fosfaat en arsenaat niet. Gewoonlijk loopt er dan vanalles mis met de verdere biochemische reacties waarin die moleculen betrokken zijn. Vermoedelijk worden de eiwitten met arseen te snel afgebroken in de waterige milieus in onze cellen. Daardoor kunnen belangrijke reacties in ons lichaam niet langer uitgevoerd worden en sterft het organisme. De nieuw ontdekte bacteriën blijken op de een of andere manier dit probleem te omzeilen, waardoor ze kunnen groeien in een omgeving rijk aan arsenaat (zoals het Monomeer), iets waar andere levende wezens niet in slagen.

Figuur: Scanning-elektronenmicroscopische opnamen van de GFAJ-1-stam onder twee testcondities: (C) met arsenaat en zonder fosfaat; (D) zonder arsenaat en met fosfaat. (uit het originele onderzoeksartikel)

In haar bericht schrijft de vrt: "Tot nu toe werd aangenomen dat alle leven op aarde bestond uit zes bouwstenen: koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel. Alle tot nu toe bekende leven op onze planeet zou daaruit bestaan. Nu blijkt dat er minstens een andere levensvorm is die een voor anderen giftige stof als belangrijke bouwsteen heeft." De belangrijkste chemische elementen die aangetroffen worden in levende wezens zijn inderdaad degene die hier opgesomd worden, maar daarnaast bouwen organismen nog tal van andere elementen in hun moleculen in: jood, seleen, koper, ijzer, kobalt, magnesium, enzovoort. De aanwezigheid van andere chemische elementen in een levend wezen is dus op zich niets speciaals. Dat de bacterie in kwestie arsenaat bevat, heeft te maken met de specifieke omgeving waarin ze leeft. De bacterie heeft in de loop van de evolutie adaptaties ontwikkeld die haar toelaten om te functioneren met eiwitten en DNA waarin fosfaat vervangen is door arsenaat, ook al leidt dat tot een vertraagde groei. Daardoor kon ze overleven in het giftige water van het Monomeer en kon ze dus een milieu inpalmen waarin ze geen of weinig concurrentie met andere organismen moest aangaan. Het is belangrijk om hier op te merken dat de eiwitten en het DNA van de bacterie in natuurlijke omstandigheden wel degelijk fosfaat bevatten, omdat dat van nature ook aanwezig is in het water van het meer. Enkel wanneer de onderzoekers de bacterie in het lab opkweken in water waarin alleen arsenaat en geen fosfaat zit, wordt arsenaat teruggevonden in de biomoleculen van het wezen. Om dan te stellen dat het arsenaat een belangrijke bouwsteen van deze bacterie is, lijkt lichtelijk overdreven. Het is eerder een noodzakelijk kwaad dat haar in staat stelt te overleven in een zeer vijandig milieu.

Maar er volgen nog straffere uitspraken: "Door de vondst van Felisa Wolfe-Simon [een van de onderzoekers, red.] moet de definitie van leven wellicht worden herschreven." Als er al zoiets zou bestaan als dé definitie van leven, zal de ontdekking van deze bacterie er waarschijnlijk niet veel aan veranderen. Ook al is het bijzonder eigenaardig om arsenaat terug te vinden in een DNA-molecule, het gaat hier nog steeds om leven dat draait met DNA, een universele genetische code, transcriptie en translatie, in cellen die omgeven zijn door een celmembraan, allerlei biochemische reacties uitvoeren, reageren op hun omgeving, zich vermenigvuldigen en evolueren. Net dat laatste wordt met deze ontdekking mooi geïllustreerd.

De journalist besluit: "De vondst toont aan dat er leven op veel meer manieren kan ontstaan. Het leven op aarde zou niet lineair terug te voeren zijn op een uitzonderlijk gelukkige samenloop van omstandigheden, maar mogelijk is dat leven meerdere keren telkens op een andere manier ontstaat." Ook deze stelling is nogal ongenuanceerd. Dat de huidige bouwstenen de basiscomponenten vormen voor het leven, is niet toevallig, "een gelukkige samenloop van omstandigheden", maar een gevolg van het feit dat dit de ingrediënten zijn die toen wellicht voorhanden waren. Andere levensvormen zullen ook bestaan hebben, maar het zijn enkel die vormen die bij de vermenigvuldiging hun eigenschappen accurater doorgaven aan hun nakomelingen, die gingen domineren. Los daarvan lijkt het waarschijnlijker dat, zoals hoger aangestipt, deze bacterie geen alternatieve maar een "klassieke" levensvorm is die pas nadien door evolutionaire adaptatie enkele zeer bijzondere eigenschappen ontwikkelde. Maar we mogen al blij zijn dat er eens wat biologie in het nieuws zit.

Bert De Groef

bronnen:
- origineel artikel: http://www.sciencemag.org/content/early/2010/12/01/science.1197258
- vrt-bericht: http://www.deredactie.be/cm/vrtnieuws/buitenland/101202_NASA_meer

Geschreven in Biologie | 7 Reacties | Vaste link | Afdrukken

DNA is het erfelijke materiaal in onze cellen; het bevat de instructies om een levend wezen te vormen en te laten functioneren, en bij de voortplanting wordt deze informatie doorgegeven aan de nakomelingen. Met hun veel grotere diversiteit en katalytische (= reactieversnellende) eigenschappen zijn de eiwitten dan weer geschikter om de organismen hun uiteindelijke kenmerken te geven. Alle kenmerken van het organisme zijn ultiem te herleiden tot de eigenschappen van de eiwitten, in het bijzonder de enzymen: de ogen van een fruitvlieg zijn rood, omdat bepaalde eiwitten chemische stoffen binnenbrengen in de cellen van het oog, en weer andere eiwitten (enzymen) deze stoffen omzetten naar een rood pigment. De cel koppelt de werking van DNA en eiwitten, elk gespecialiseerd in hun specifieke taak, aan elkaar: het DNA, als erfelijk materiaal, bevat de gecodeerde instructie voor de aanmaak van eiwitten, de "uitvoerders".

De aanmaak van eiwitten, of met andere woorden de expressie van genen, is een tweestapsproces. Om het erfelijke materiaal - het DNA dus - zoveel mogelijk tegen destructieve invloeden van buitenaf te beschermen, wordt het zelf niet rechtstreeks gebruikt in de eiwitsynthese. Wel wordt een kopie van het gen gemaakt, in de vorm van een RNA-molecule. Dit RNA, het boodschapper-RNA of messenger RNA (mRNA) genoemd, is dus een intermediair tussen het DNA en het uiteindelijke eiwit. Vergelijk het met een bibliothecaris die je een dergelijk waardevol boek niet mee naar huis wil geven; je mag enkel kopieën van de tekst meenemen om met de informatie die in het boek staat aan de slag te gaan. Het aanmaken van een RNA-kopie van het erfelijk materiaal noemen we transcriptie; de transcriptie wordt gevolgd door de translatie, de vertaling van het RNA naar een eiwit.

Figuur 3. Artistieke interpretatie van de RNA-wereld. (Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation)

 Bert De Groef, met dank aan Peter Roels

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Kanker is het gevolg van een ongecontroleerde celgroei van “ontspoorde” lichaamseigen cellen. In een aantal gevallen (zoals baarmoederhalskanker) is de ontsporing veroorzaakt door virussen en is er dus op dat niveau een besmettingscomponent. Kankercellen op zich zijn echter niet besmettelijk. Het in contact komen met een kankerpatiënt houdt dan ook geen enkel gevaar in voor de eigen gezondheid. Zelfs al zou je een kankercel binnenkrijgen, dan zou die lichaamsvreemde cel door het immuunsysteem onderschept worden alvorens ze schade zou kunnen aanbrengen.

Desondanks is bij de Tasmaanse duivel (Sarcophilus harrisii) sinds enkele jaren een bijzonder besmettelijke kanker vastgesteld die de soort tot op het randje van uitsterven heeft gebracht. Het gaat om een kanker, onder wetenschappers bekend als "devil facial tumour disease" (DFTD), die tumoren veroorzaakt in het aangezicht. Deze bemoeilijken de opname van voedsel en leiden bij de aangetaste individuen uiteindelijk tot de hongerdood. Sinds kort is er enige hoop op een oplossing nu het hele genoom van de Tasmaanse duivel door Australische onderzoekers in kaart is gebracht.

Foto: Menna Jones (http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0040342)

Wat maakt dat deze specifieke kanker wel besmettelijk is? Dit zou alles te maken hebben met een ongelukkige samenloop van omstandigheden. Eerst en vooral zijn Tasmaanse duivels zeer agressief en bijtgraag. Bij de steeds terugkerende conflicten om voedsel en bij het paren bijten de dieren elkaar zo hard in het aangezicht dat diepe wonden ontstaan. Ten tweede is er zoveel genetische gelijkenis tussen de verschillende individuen van de soort dat in se lichaamsvreemde cellen (en weefsels) niet meer als “vreemd” worden herkend door het immuunsysteem. Wanneer een individu met de aangezichtskanker dus een gezond individu bijt, zouden de kankercellen zich als het ware kunnen nestelen in het weefsel van het gezonde individu en daar eveneens beginnen woekeren.

Recente onderzoeksresultaten die gepubliceerd werden in Science, ondersteunen deze op het eerste zicht vreemde hypothese. “Normale” kankercellen ontstaan in een individu uit gezonde lichaamscellen nadat deze meerdere genetische defecten hebben opgestapeld. Het feit dat de DFTD-kankercellen uit verschillende individuen genetisch identiek blijken, strookt niet met de idee dat deze kankercellen onafhankelijk van elkaar in verschillende individuen tot ontwikkeling zijn gekomen. Het resultaat suggereert daarentegen dat al deze kankercellen dochtercellen zijn van de kankercellen uit één individu dat aan de basis van deze besmetting ligt.

Het woekeren van DFTD is een nevenverschijnsel van het dieperliggende probleem van genetische verarming, die vaak karakteristiek is voor (te) kleine populaties. Het DFTD-verhaal toont aan hoe soorten met een slinkend aantal individuen in een neerwaartse spiraal terechtkomen die uiteindelijk kan leiden tot de extinctie van de soort. Klimaatwijziging, habitatvernietiging, natuurvervuiling, invasieve soorten,…, het zijn allemaal gekende factoren die populaties onder druk zetten. En de oorzaak hiervan is de mens die door zijn grote aantallen, zijn hoogontwikkelde technologie en zijn niet aflatende honger naar steeds meer, zelf als een sluipende kanker de noodzakelijke biodiversiteit steeds verder aantast!

Door Peter Roels, met dank aan Bert De Groef

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

"U bent besmet met een parasitaire worm, maar het is wel een sociale." Zo'n diagnose zal weinig mensen soelaas brengen. Of slakken, want de sociale parasieten werden ontdekt in het lichaam van een Amerikaanse slakkensoort (Cerithidea californica). In het oktobernummer van de Proceedings of the Royal Society beschrijven onderzoekers van de University of California platwormen (Himasthla sp.) die sociaal gedrag vertonen.

Bij de meest extreme vorm van sociaal gedrag, eusocialiteit, komen er in de kolonie individuen voor die zich niet voortplanten en die bovendien een ander gedrag en uiterlijk vertonen dan de vruchtbare individuen in de kolonie. Het fenomeen is het best gekend bij sociale insecten zoals bijen, wespen en mieren. Enkel de koningin van een bijenkolonie plant zich voort; de werksters zijn steriel en houden zich bezig met het verzorgen van de koningin en haar nakomelingen en het verdedigen van het nest. Gelijkaardige eusociale organisaties zijn bekend bij pistoolgarnalen, een zeeanemoon en molratten. En nu dus ook bij wormen. De wormen gebruiken weekdieren als tussengastheer. Nadat ze hun gastheer zijn binnengedrongen, planten de wormen zich ongeslachtelijk voort en stichten ze een kolonie van genetisch identieke individuen - klonen als het ware. Sommige wormen zijn groot, dik en lui, en andere wormen zijn klein, slank en actief. De grote wormen blijken de reproductieve kaste te zijn; alleen zij zorgen voor nakomelingen. De kleine wormen zijn onvruchtbare soldaten. Ze patrouilleren doorheen het lichaam van de slak en nestelen zich vooral op plaatsen waar nieuwe parasieten hun gastheer kunnen binnendringen. De soldaten herkennen op de een of andere manier leden van de eigen kolonie. Wanneer ze een soortgenoot van een andere kolonie of een vreemde soort worm tegenkomen, gaan ze over tot de aanval. De wormsoldaten zijn uitgerust met een stel krachtige zuigspieren waarmee ze zich vastzuigen op de indringer en zoals pitbulls laten ze niet meer los tot de indringer volledig opgeslokt of op zijn minst in stukken gescheurd is. De slak is hun thuis en die wordt met niemand gedeeld!

Uit het originele artikel, Hechinger, R.F., Wood A.C. & Kuris A.M. (2010) Social organization in a flatworm: trematode parasites form soldier and reproductive castes. Proc. R. Soc. B. (doi:10.1098/rspb.2010.1753).

Het sociale gedrag van de wormen is een mooi voorbeeld van altruïsme. De soldaten offeren hun eigen voortplantingssucces op voor het algemene belang van de kolonie. Of zo lijkt het alleszins toch. Toch is die daad niet helemaal onzelfzuchtig. Alle individuen in de kolonie zijn immers genetisch identiek. Door de vruchtbare individuen te helpen, geeft een soldaat eigenlijk dus toch nog - zij het dan onrechtstreeks - zijn genen door aan de volgende generatie. En dat is uiteindelijk toch waar het leven om draait?


Bert De Groef

Geschreven in Biologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

Deze week werd de Nobelprijs voor Geneeskunde 2010 toegekend aan de 85-jarige Engelsman Robert Geoffrey Edwards, de “vader” van de proefbuisbaby. De gebruikte techniek, in vitro fertilisatie (IVF) genoemd, bestaat erin zaadcellen en eicellen buiten het lichaam, in een schaaltje samen te brengen waardoor bevruchting kan optreden. Eén of meerdere van de resulterende jonge embryo’s kunnen nadien teruggeplaatst worden in de baarmoeder. Deze techniek heeft miljoenen koppels met vruchtbaarheidsproblemen verder geholpen. 

Geschreven in Biologie , IVF | 3 Reacties | Vaste link | Afdrukken