de wapenwedloop tussen planten en herbivoren Co-evolutie de wapenwedloop tussen planten en herbivoren

Evolutie door natuurlijke selectie Hoogste fitness: zoveel mogelijk nakomelingen Eigenschappen worden doorgegeven aan volgende generaties Selectiedruk: omgevingsfactoren Deze dia herhaalt de beschrijving van het Evolutie proces met de belangrijkste hoofdpunten

Hoe werkt selectiedruk Pesticiden kunnen selecteren voor resistente herbivoren Voorbeeld van een veld vol vretende rupsen op sla. Door spuiten met pesticiden zullen de meeste rupsen snel het loodje leggen, behalve misschien een rups die toevallig – bijvoorbeeld door mutatie – ongevoelig is geworden voor het gif. Als deze eigenschap genetische is vastgelegd, zal de overlevende rups als vlinder deze eigenschap door geven aan de volgende generatie. Alle rupsen zullen dan in staat zijn te overleven, spuiten is zinloos geworden. Door deze kunstmatige selectie kunnen rupsen snel resistent worden. Volgende generatie

Co-evolutie: een speciaal geval Twee organismen evolueren samen Selectiedruk komt voort uit de interactie met het andere organisme Interactie kan positief zijn (symbiose) of negatief (wapenwedloop) Dit geeft aan dat Co-evolutie een speciaal geval is van evolutie: het gaat hier om twee organismen die met elkaar evolueren (niet een abiotische factor o.i.d.) in een wederzijdse interactie. Het kan positief zijn (symbioses) of negatief (wapenwedloop). Aan het stekelige uiterlijk van sommige planten kun je al zien dat zij oorlog voeren met hun vele vraatvijanden. Over de de evolutie van deze wapenwedloop gaat dit college. L

Planten zijn primaire producenten Organismen van klein tot groot voeden zich met planten Rupsen Virussen Zoogdieren Luizen Dit geeft aan wat het probleem is dat planten hebben op deze aarde: iedereen wil ze opeten van klein tot groot <FB> dus moeten ze zichzelf verdedigen tegen deze vraat, anders overleven ze zelf niet. Aaltjes

Herbivoren vormen selectiedruk zonder herbivoren met herbivoren Datura wrightii (Doornappel) Dit geeft aan dat planten die blootgesteld worden aan herbivoren significant eerder doodgaan dan planten die niet aan herbivoren worden blootgesteld. De planten zonder herbivoren zijn met bestrijdingsmiddelen vrij gehouden. Dit heeft grote gevolgen voor de totale zaadproductie van deze planten: de intrinsieke fitness met herbivoren is 70-80 % lager!! Dus het is belangrijk om je als plant tegen herbivoren te verdededigen. Elle, Hare and van Dam (2003) Evolution 57

Planten verdedigen zichzelf Het wapenarsenaal van planten kan bestaan uit: Chemische verdediging: Gifstoffen en smaakvergallers Morfologische verdediging: haren, doorns, hout, steencellen Beetje van beiden: klierharen, melksap (latex), hars Dit geeft aan hoe divers het wapenarsenaal van planten kan zijn. Met een spectaculair voorbeeld van de waterpistoolverdediging van Bursera (kan geen filmpje vinden helaas). Ovegang naar volgende dia: een voorbeeld van zo’n chemisch goed verdedigde plant is wilde tabak… Bursera (tropische boom) die een straal van hars uitspuit als je het blad breekt

Wilde tabak Nicotiana attenuata Komt voor in de woestijnen van W-USA In gebruik door inheemse volkeren Nicotine Dit is het voorbeeld waaraan ik de wapenwedloop tussen plant en herbivoor ga illustreren,

Nicotine is chemische afweer Nicotine is een neurotoxine Giftig voor mens en dier Smaakt bitter, daarom wordt de plant gemeden door veel dieren Sommige dieren onder ons zijn niet zo wijs Voor ratten is de LD50 50 mg/kg, 40-65 mg kan fataal zijn voor een volwassene, minder voor een kind. Je krijgt er overigens geen kanker van, de werking is op het zenuwstelsel. Je overlijdt door verlamming van de ademhaling. Nicotine ontregelt de signaaloverdracht waardoor het zenuwstelsel ontregelt raakt.

Stap 1: Wilde tabak is giftig en bitter, dus geen herbivoren? Rups van Manduca sexta (Tabakspijlstaart)

Stap 2: Manduca sexta past zich aan om nicotine te kunnen overleven Bloed-brein barrière (bescherm je zenuwstelsel) Speciale enzymen (P450) voor ontgiften De fysiologische aanpassingen van Manduca tegen nicotinevergifitiging <fb> er komt een derde stap, maar om die te begrijpen bekijken we eerst welk belang de rups heeft bij het eten van tabak. maar dit heeft een prijs…..

De kosten van nicotine in het dieet Het ‘kost’ wel wat om op deze plant te kunnen overleven… je popgewicht is kleiner en dat is vaak gerelateerd aan de eiproductie (dus fitness) Manduca sexta rupsen ontwikkelen even snel met en zonder nicotine, maar met nicotine is hun popgewicht is geringer Jeff Harvey et al (2007) Ecol Entomol.32

Nicotine producerende planten eten: Voordeel of nadeel voor de rups? Nadelen Kostbaar in termen van popgewicht Specialisatie vermindert opties Voordelen Unieke niche Mogelijk beschermt nicotine rups ook tegen zijn vijanden Het kost wat om die nicotine te kunnen ontgiften. En wat heeft die rups eraan om zo’n giftige plant überhaupt te willen eten? Wat is de balans? Toch positief. Dit zijn evolutionaire argumenten

Co-evolutie gaat stapsgewijs Plant maakt nicotine Stap 2: Rups doorbreekt afweer Stap 3?? Hier vragen of iemand weet wie aan zet is en wat de stap zou kunnen zijn???

Stap 3 Andere verdedigingsmechanismen Verteringsremmende eiwitten (protease inhibitoren) – versterken effect nicotine Klierharen met excreten remmen groei Van Dam and Hare (1998) Rupsen groeien langzamer op planten met klierharen en excreet (voorbeeld uit eigen onderzoek)

Co-evolutie Organismen evolueren in interactie Stapsgewijze aanpassingen Co-evolutie kan leiden tot diversiteit van afweersystemen in planten Belangrijk aspect bij ontstaan pesticiden-resistentie landbouwplagen Samenvatting van de belangrijkste aspecten met toegevoegd toepassingen in landbouw en natuurbeheer (ja, ik blijf toch een Wageninger, nietwaar?) <fb> term invasieve plantensoorten moet je mogelijk aan 2e jaars toelichten. Waarom is het een belangrijk aspect bij bescherming landbouwgewassen? Wat is de invloed op landbouwgewassen? Als iets veel vragen oproept is het misschien beter om het weg te laten. <fb> hier stoppen, is genoeg voor 20 minuten.

Meer informatie Deze presentatie is te vinden op mijn personal page (www.nioo.knaw.nl//pages/nvandam) Verder lezen over insect-plant co-evolutie? Schoonhoven et al (2006) Insect-plant Biology Ehrlich, P.R. & Raven, P.H. (1964) "Butterflies and plants: a study in coevolution" Evolution: 18 pp 586-608 Afsluiten met opening naar vragen stellen!