Informatie

23.4: Ecologie van Protisten - Biologie

23.4: Ecologie van Protisten - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

23.4: Ecologie van protisten

23.4: Ecologie van Protisten - Biologie

Aan het einde van dit gedeelte heb je de volgende doelstellingen behaald:

  • Beschrijf de rol die protisten spelen in het ecosysteem
  • Beschrijf belangrijke pathogene soorten protisten

Protisten functioneren in verschillende ecologische niches. Terwijl sommige protistische soorten essentiële componenten van de voedselketen en generatoren van biomassa zijn, functioneren andere bij de afbraak van organische materialen. Nog andere protisten zijn gevaarlijke menselijke pathogenen of veroorzakers van verwoestende plantenziekten.


Menselijke pathogenen

Zoals we hebben gezien, is een ziekteverwekker alles dat ziekte veroorzaakt. Parasitaire organismen leven in of op een gastheerorganisme en beschadigen het organisme. Een klein aantal protisten zijn ernstige pathogene parasieten die andere organismen moeten infecteren om te overleven en zich voort te planten. Protistische parasieten omvatten bijvoorbeeld de veroorzakers van malaria, Afrikaanse slaapziekte, amoebenencefalitis en door water overgedragen gastro-enteritis bij mensen. Andere protistische pathogenen jagen op planten en veroorzaken massale vernietiging van voedselgewassen.


Trypanosomen

Trypanosoma brucei, de parasiet die verantwoordelijk is voor de Afrikaanse slaapziekte, verstoort het menselijke immuunsysteem door bij elke infectiecyclus zijn dikke laag glycoproteïnen aan het oppervlak te veranderen ([link]). De glycoproteïnen worden door het immuunsysteem geïdentificeerd als vreemde antigenen en er wordt een specifieke antilichaamverdediging tegen de parasiet opgezet. Echter, t. brucei heeft duizenden mogelijke antigenen en bij elke volgende generatie schakelt de protist over op een glycoproteïne-coating met een andere moleculaire structuur. Op deze manier, t. brucei is in staat om continu te repliceren zonder dat het immuunsysteem er ooit in slaagt de parasiet op te ruimen. Zonder behandeling, t. brucei valt rode bloedcellen aan, waardoor de patiënt in coma raakt en uiteindelijk sterft. Tijdens epidemische perioden kan de mortaliteit door de ziekte hoog zijn. Grotere bewakings- en controlemaatregelen leiden tot een vermindering van het aantal gemelde gevallen. Sinds 2009 zijn er enkele van de laagste gerapporteerde aantallen in 50 jaar (minder dan 10.000 gevallen in heel Afrika bezuiden de Sahara).


Deze film bespreekt de pathogenese van Trypanosoma brucei, de veroorzaker van Afrikaanse slaapziekte.

In Latijns-Amerika, een andere soort, t. cruzi, is verantwoordelijk voor de ziekte van Chagas. t. cruzi infecties worden voornamelijk veroorzaakt door een bloedzuigende bug. De parasiet leeft in de weefsels van het hart en het spijsverteringsstelsel in de chronische fase van infectie, wat leidt tot ondervoeding en hartfalen als gevolg van abnormale hartritmes. Naar schatting zijn 10 miljoen mensen besmet met de ziekte van Chagas en in 2008 veroorzaakte het 10.000 doden.



Primaire producenten/voedselbronnen

Protisten zijn essentiële voedingsbronnen voor veel andere organismen. In sommige gevallen, zoals bij plankton, worden protisten direct geconsumeerd. Als alternatief dienen fotosynthetische protisten als producenten van voeding voor andere organismen. Fotosynthetische dinoflagellaten, zoöxanthellen genaamd, gebruiken bijvoorbeeld zonlicht om anorganische koolstof te fixeren. In deze symbiotische relatie leveren deze protisten voedingsstoffen voor koraalpoliepen (figuur) die ze huisvesten, waardoor koralen een boost van energie krijgen om een ​​calciumcarbonaatskelet af te scheiden. Op hun beurt bieden de koralen de protist een beschermde omgeving en de verbindingen die nodig zijn voor fotosynthese. Dit type symbiotische relatie is belangrijk in voedselarme omgevingen. Zonder dinoflagellaatsymbionten verliezen koralen algenpigmenten in een proces dat koraalverbleking wordt genoemd, en ze sterven uiteindelijk. Dit verklaart waarom rifvormende koralen zich niet in wateren dieper dan 20 meter bevinden: onvoldoende licht bereikt die diepten voor dinoflagellaten om te fotosynthetiseren.

Koraalpoliepen krijgen voeding door een symbiotische relatie met dinoflagellaten.

De protisten zelf en hun producten van fotosynthese zijn essentieel - direct of indirect - voor het voortbestaan ​​van organismen variërend van bacteriën tot zoogdieren (Figuur). Als primaire producenten voeden protisten een groot deel van 's werelds aquatische soorten. (Op het land dienen terrestrische planten als primaire producenten.) In feite wordt ongeveer een kwart van de fotosynthese in de wereld uitgevoerd door protisten, met name dinoflagellaten, diatomeeën en meercellige algen.

Vrijwel alle waterorganismen zijn direct of indirect afhankelijk van protisten voor voedsel. (credit “weekdieren”: wijziging van werk door Craig Stihler, USFWS credit “crab”: wijziging van werk door David Berkowitz credit “dolphin”: wijziging van werk door Mike Baird credit “fish”: wijziging van werk door Tim Sheerman-Chase credit "pinguïn": wijziging van het werk van Aaron Logan)

Protisten creëren geen voedselbronnen alleen voor in zee levende organismen. Zo komen bepaalde anaërobe soorten parabasaliden voor in het spijsverteringskanaal van termieten en houtetende kakkerlakken, waar ze een essentiële stap zijn in de vertering van cellulose die door deze insecten wordt ingenomen terwijl ze door hout boren.


Plasmodium Soort

In 2015 rapporteerde de WHO meer dan 200 miljoen gevallen van malaria, voornamelijk in Afrika, Zuid-Amerika en Zuid-Azië. Het is echter niet goed bekend dat malaria ook een veel voorkomende en slopende ziekte was in de Noord-Centrale regio van de Verenigde Staten, met name Michigan, met zijn duizenden meren en talrijke moerassen. Voorafgaand aan de burgeroorlog en de drooglegging van veel moerassen, kreeg vrijwel iedereen die naar Michigan emigreerde malaria op (ague zoals het in de late jaren 1800 werd genoemd), en de bleke, vage, opgeblazen gezichten van die periode waren de regel. De enige gezonde gezichten werden gedragen door de immigranten die net waren aangekomen. In Michigan waren er zelfs meer doden als gevolg van malaria dan die van de burgeroorlog.

We weten nu dat malaria wordt veroorzaakt door verschillende soorten van het apicomplexan protistengeslacht Plasmodium. Leden van Plasmodium moeten achtereenvolgens zowel een mug als een gewervelde nodig hebben om hun levenscyclus te voltooien. Bij gewervelde dieren ontwikkelt de parasiet zich in levercellen (het exoerythrocytische stadium) en gaat verder met het infecteren van rode bloedcellen (het erythrocytische stadium), barst uit en vernietigt de bloedcellen bij elke ongeslachtelijke replicatiecyclus (Figuur). van de vier Plasmodium soorten waarvan bekend is dat ze mensen infecteren, P. falciparum is verantwoordelijk voor 50 procent van alle gevallen van malaria en is de primaire (en dodelijkste) oorzaak van ziektegerelateerde sterfgevallen in tropische gebieden van de wereld. In 2015 werd geschat dat malaria meer dan 400.000 doden veroorzaakte, voornamelijk bij Afrikaanse kinderen. Tijdens het verloop van malaria, P. falciparum kan meer dan de helft van de circulerende bloedcellen van een mens infecteren en vernietigen, wat kan leiden tot ernstige bloedarmoede. Als reactie op afvalproducten die vrijkomen wanneer de parasieten uit geïnfecteerde bloedcellen barsten, begint het immuunsysteem van de gastheer een enorme ontstekingsreactie met episodes van delirium-inducerende koorts (paroxysmen) wanneer parasieten rode bloedcellen lyseren en parasietafval in de bloedbaan morsen. P. falciparum wordt op mensen overgedragen door de Afrikaanse mug, Anopheles gambiae. Technieken om deze zeer agressieve muggensoort te doden, te steriliseren of te vermijden, zijn cruciaal voor de bestrijding van malaria. Ironisch genoeg is er een soort genetische controle ontstaan ​​in delen van de wereld waar malaria endemisch is. Het bezit van één kopie van het HbS-bètaglobine-allel resulteert in malariaresistentie. Helaas heeft dit allel ook een ongelukkig tweede effect wanneer het homozygoot is en sikkelcelziekte veroorzaakt.

Malaria parasiet. Er is aangetoond dat rode bloedcellen geïnfecteerd zijn met P. falciparum, de veroorzaker van malaria. In deze lichtmicroscopische opname gemaakt met een 100× olie-immersielens, de ringvormige P. falciparum vlekken paars. (credit: wijziging van het werk door Michael Zahniser schaalbalkgegevens van Matt Russell)

Link naar leren

Deze film toont de pathogenese van Plasmodium falciparum, de veroorzaker van malaria.


Leden van het geslacht Plasmodium moeten zowel een mug als een gewervelde koloniseren om hun levenscyclus te voltooien. Bij gewervelde dieren ontwikkelt de parasiet zich in levercellen en infecteert vervolgens rode bloedcellen, barst uit en vernietigt de bloedcellen bij elke ongeslachtelijke replicatiecyclus (Figuur). van de vier Plasmodium soorten waarvan bekend is dat ze mensen infecteren, P. falciparum is verantwoordelijk voor 50 procent van alle gevallen van malaria en is de belangrijkste oorzaak van ziektegerelateerde sterfgevallen in tropische gebieden van de wereld. In 2010 werd geschat dat malaria tussen de half en een miljoen doden veroorzaakte, vooral bij Afrikaanse kinderen. Tijdens het verloop van malaria, P. falciparum kan meer dan de helft van de circulerende bloedcellen van een mens infecteren en vernietigen, wat kan leiden tot ernstige bloedarmoede. Als reactie op afvalproducten die vrijkomen wanneer de parasieten uit geïnfecteerde bloedcellen barsten, begint het immuunsysteem van de gastheer een enorme ontstekingsreactie met episodes van delirium-inducerende koorts wanneer parasieten rode bloedcellen lyseren en parasietafval in de bloedbaan morsen. P. falciparum wordt op mensen overgedragen door de Afrikaanse malariamug, Anopheles gambiae. Technieken om deze zeer agressieve muggensoort te doden, te steriliseren of te vermijden, zijn cruciaal voor de bestrijding van malaria.

Er is aangetoond dat rode bloedcellen geïnfecteerd zijn met P. falciparum, de veroorzaker van malaria. In deze lichtmicroscopische opname gemaakt met een 100× olie-immersielens, de ringvormige P. falciparum vlekken paars. (credit: wijziging van het werk door Michael Zahniser schaalbalkgegevens van Matt Russell)

Link naar leren

Deze film toont de pathogenese van Plasmodium falciparum, de veroorzaker van malaria.


Ecologie

De verspreiding van protisten is wereldwijd als groep, deze organismen zijn zowel kosmopolitisch als alomtegenwoordig. Elke individuele soort heeft echter een voorkeur voor niches en microhabitats, en alle protisten zijn tot op zekere hoogte gevoelig voor veranderingen in hun omgeving. De beschikbaarheid van voldoende voedingsstoffen en water, evenals zonlicht voor fotosynthetische vormen, is echter de enige belangrijke factor die een succesvolle en zware protistenkolonisatie van vrijwel elke habitat op aarde tegenhoudt.

Vrijlevende vormen komen vooral veel voor in natuurlijke aquatische systemen, zoals vijvers, beken, rivieren, meren, baaien, zeeën en oceanen. Sommige van deze vormen kunnen voorkomen op specifieke niveaus in de waterkolom, of het kunnen bodembewoners (benthisch) zijn. Meer gespecialiseerde, soms door mensen gemaakte, habitats zijn ook vaak goed bevolkt door zowel gepigmenteerde als niet-gepigmenteerde protisten. Dergelijke locaties zijn onder andere thermale bronnen, zilte poelen, grotwater, sneeuw en ijs, strandzand en getijdenplaten, moerassen en moerassen, zwembaden en rioolwaterzuiveringsinstallaties. Velen worden vaak aangetroffen in verschillende terrestrische habitats, zoals bodems, bosafval, woestijnzand en de schors en bladeren van bomen. Cysten en sporen kunnen van aanzienlijke hoogten in de atmosfeer worden teruggevonden.

Versteende vormen zijn er in overvloed in het geologische archief. Fossielen van eencellige organismen zijn gevonden in lagen van ongeveer 1,9 miljard jaar geleden, tijdens het Precambrium. Veel geslachten van protisten hebben echter geen gegevens achtergelaten over hun nu uitgestorven vormen, waardoor speculatie over vroege fylogenetische en evolutionaire relaties met andere eukaryoten moeilijk te verifiëren is.

Symbiotische protisten zijn even wijdverbreid als vrijlevende vormen, omdat ze overal voorkomen waar hun gastheren te vinden zijn. Honderden of zelfs duizenden soorten protisten leven als ectosymbionten of episymbionten en vinden geschikte niches met planten, schimmels, gewervelde en ongewervelde dieren, of zelfs andere protisten. Zelden worden de gastheren geschaad, deze vaak mobiele substraten worden eigenlijk gebruikt als verspreidingsmiddel.

Endosymbionten omvatten commensalen, facultatieve parasieten en obligate parasieten. De laatste categorie omvat vormen die effecten hebben op hun gastheren, variërend van licht ongemak tot de dood. Protozoa en zeker niet-fotosynthetische protisten zijn veel vaker betrokken bij dergelijke associaties dan algenvormen. Bij een paar protisten kunnen zowel het cytoplasma als de kernen worden binnengevallen door andere protisten, en er zijn intieme, wederzijds voordelige relaties tussen protistan-gastheren en protistan-symbionten waargenomen, zoals foraminiferen of ciliaten die symbiotische algen in hun cytoplasma voeden. Wanneer hogere eukaryoten gastheer zijn voor protisten, zijn alle lichaamsholten en orgaansystemen vatbaar voor invasie, hoewel terrestrische planten relatief weinig van dergelijke parasieten dragen. Bij dierlijke gastheren zijn de drie belangrijkste gebieden die dienen als locaties voor endosymbiotische soorten het coeloom, het spijsverteringskanaal en de bijbehorende organen, en de bloedsomloop.

Het aantal individuen in populaties van veel protisten bereikt duizelingwekkende cijfers. Er zijn gemiddeld tienduizenden protisten in een gram bouwgrond, honderdduizenden in de darm van een termiet, miljoenen in de pens van een rundzoogdier, miljarden in een klein stukje drijvend plankton in de zee, en biljoenen in de bloedbaan van een persoon die besmet is met ernstige malaria. Sommige ernstige ziekten bij mensen worden veroorzaakt door protisten, voornamelijk bloedparasieten. Malaria, trypanosomiasis (bijv. Afrikaanse slaapziekte), leishmaniasis, toxoplasmose en amoebendysenterie zijn slopende of dodelijke aandoeningen.

Protistische parasieten die gedomesticeerd vee, pluimvee, broederijvissen en andere dergelijke voedselbronnen infecteren, putten de voorraden uit of maken ze onsmakelijk. De economische verliezen kunnen aanzienlijk zijn. Bepaalde vrijlevende mariene dinoflagellaten zijn de veroorzakers van de zogenaamde rode vloeduitbraken die periodiek voorkomen langs kusten over de hele wereld. Een gif dat vrijkomt door de bloeiende protisten doodt vissen in het getroffen gebied. Andere dinoflagellaten produceren een toxine dat door bepaalde schelpdieren (tweekleppige weekdieren) kan worden opgenomen en dat schelpdiervergiftiging veroorzaakt, in ernstige gevallen gekenmerkt door ademhalingsverlamming en dood, wanneer het weekdier door mensen wordt gegeten. Sommige van de "lagere" schimmelprotisten hebben significante effecten gehad op de menselijke geschiedenis. Eén soort was verantwoordelijk voor de grote Ierse aardappelhongersnood van het midden van de 19e eeuw, en later verwoestte een andere bijna de hele Franse wijnindustrie voordat er een fungicide werd ontwikkeld om het te vernietigen.

Veel protisten bieden mensen voordelen, sommige meer voor de hand liggend dan andere. Omdat protisten zich in de natuur onderaan de voedselketen bevinden (net boven de bacteriën), spelen ze een cruciale rol bij het in stand houden van de hogere eukaryoten in zoet- en zeewater. Naast het direct en indirect leveren van organische moleculen (zoals suikers) voor andere organismen, produceren de gepigmenteerde (chlorofylhoudende) algenprotisten zuurstof als bijproduct van fotosynthese. Algen kunnen tot de helft van de netto wereldwijde zuurstof leveren. Deposito's van aardgas en ruwe olie zijn afgeleid van gefossiliseerde populaties van algenprotisten. Een groot deel van de nutriëntenomzet en de recycling van mineralen in de oceanen en zeeën komt van de activiteiten van de heterotrofe (niet-gepigmenteerde) flagellaten en de ciliaten die daar leven, soorten die zich voeden met de bacteriën en andere primaire producenten die in hetzelfde milieu aanwezig zijn. Zeewieren (bijvoorbeeld bruine algen) worden al lang als meststof gebruikt.

De kalkhoudende test, of schaal, van de foraminiferen is houdbaar en vormt een belangrijk onderdeel van kalksteengesteenten. Het is bekend dat verzamelingen van bepaalde van deze protisten, die overvloedig aanwezig zijn en meestal gemakkelijk te herkennen zijn, zijn afgezet tijdens verschillende specifieke perioden in de geologische geschiedenis van de aarde. Geologen in de aardolie-industrie bestuderen foraminiferensoorten die aanwezig zijn in monsters van geboorde kernen om de ouderdom van verschillende lagen in de aardkorst te bepalen, waardoor de identificatie van rijke olieafzettingen mogelijk wordt. Vóór synthetische vervangers bestond schoolbordkrijt voornamelijk uit calciumcarbonaat afkomstig van de schubben (coccolieten) van bepaalde algenprotisten en van de tests van foraminiferen. Diatomeeën en sommige ciliaatsoorten zijn bruikbaar als indicatoren voor de waterkwaliteit en dus voor de hoeveelheid vervuiling in natuurlijke aquatische systemen en in rioolwaterzuiveringsinstallaties. Geselecteerde soorten parasitaire protozoën kunnen een belangrijke rol spelen als biologische bestrijdingsorganismen tegen bepaalde insectenroofdieren van voedselplanten.


Plantparasieten

Protistische parasieten van terrestrische planten omvatten middelen die voedselgewassen vernietigen. de oomyceet Plasmopara viticola parasiteert druivenplanten en veroorzaakt een ziekte die valse meeldauw wordt genoemd (Figuur). Druivenplanten besmet met P. viticola lijken onvolgroeid en hebben verkleurde, verdorde bladeren. Door de verspreiding van valse meeldauw stortte de Franse wijnindustrie in de negentiende eeuw bijna in.

Zowel valse als echte meeldauw op dit druivenblad wordt veroorzaakt door een infectie van P. viticola. (credit: wijziging van het werk door USDA)

Phytophthora infestans is een oomyceet die verantwoordelijk is voor aardappelziekte, waardoor aardappelstengels en -stengels vergaan tot zwart slijm (Figuur). Wijdverbreide aardappelziekte veroorzaakt door P. infestans veroorzaakte de bekende Ierse aardappelhongersnood in de negentiende eeuw die het leven kostte aan ongeveer 1 miljoen mensen en leidde tot de emigratie van minstens 1 miljoen meer uit Ierland. Phytophthora blijft aardappelgewassen teisteren in bepaalde delen van de Verenigde Staten en Rusland, waarbij maar liefst 70 procent van de gewassen wordt weggevaagd als er geen pesticiden worden gebruikt.

Deze onsmakelijke restanten zijn het gevolg van een infectie met P. infestans, de veroorzaker van aardappelziekte. (tegoed: USDA)


Protisten als plantenpathogenen

Veel protisten fungeren als parasieten die op planten jagen of als ontbinders die zich voeden met dode organismen.

Leerdoelen

Beschrijf de manieren waarop protisten werken als decomposers en de acties van parasitaire protisten op planten

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Plasmopara viticola veroorzaakt valse meeldauw bij druivenplanten, wat resulteert in groeiachterstand en verdorde, verkleurde bladeren.
  • Omdat valse meeldauw in de nazomer vaker voorkomt, kan vroeg in het seizoen planten de dreiging van valse meeldauw verminderen. Fungiciden zijn ook enigszins effectief in het voorkomen van valse meeldauw.
  • Phytophthora infestans veroorzaakt aardappelziekte (aardappelstengels en stengels vergaan tot zwart slijm) en was verantwoordelijk voor de Ierse aardappelhongersnood in de negentiende eeuw.
  • Protistische saproben voeden zich met dode organismen, die anorganische voedingsstoffen teruggeven aan bodem en water.

Sleutelbegrippen

  • saprobe: een organisme dat leeft van dood of rottend organisch materiaal
  • oomyceet: schimmelachtige filamenteuze eencellige protisten de waterschimmels
  • valse meeldauw: plantenziekte veroorzaakt door oomyceten veroorzaakt groeiachterstand bij planten en verkleurde, verdorde bladeren

Plantparasieten

Protistische parasieten jagen op terrestrische planten en omvatten middelen die massale vernietiging van voedselgewassen veroorzaken. de oomyceet Plasmopara viticola parasiteert druivenplanten, die een ziekte veroorzaakt die valse meeldauw wordt genoemd. Druivenplanten besmet met P. viticola lijken onvolgroeid en hebben verkleurde, verdorde bladeren. Door de verspreiding van valse meeldauw stortte de Franse wijnindustrie in de negentiende eeuw bijna in. Ze zijn gemakkelijk te bestrijden als ze eenmaal zijn ontdekt, dus zorgvuldige monitoring van gevoelige gastheren is van cruciaal belang, want als ze niet worden geadresseerd, kan het organisme zich snel verspreiden en de gastheersoort volledig overweldigen

valse meeldauw: Zowel valse als echte meeldauw op dit druivenblad wordt veroorzaakt door een infectie van P. viticola.

Omdat de valse meeldauwpathogeen niet overwintert in velden in het Midwesten, hebben vruchtwisselingen en grondbewerkingspraktijken geen invloed op de ontwikkeling van de ziekte. De ziekteverwekker heeft de neiging zich in de late zomer te vestigen. Daarom kan het planten van vroege seizoensvariëteiten de dreiging van valse meeldauw verder verminderen. Fungiciden kunnen ook worden toegepast om valse meeldauw te bestrijden. Breedspectrumbeschermende fungiciden zoals chloorthalonil, mancozeb en vast koper zijn enigszins effectief in de bescherming tegen valse meeldauwinfectie.

Phytophthora infestans is een oomyceet die verantwoordelijk is voor aardappelziekte. Deze ziekte zorgt ervoor dat aardappelstengels en stengels vergaan tot zwart slijm. Wijdverbreide aardappelziekte veroorzaakt door P. infestans leidde in de negentiende eeuw tot de bekende Ierse aardappelhongersnood die het leven kostte aan ongeveer een miljoen mensen en resulteerde in de emigratie van nog eens een miljoen mensen uit Ierland. Phytophthora blijft aardappelgewassen teisteren in bepaalde delen van de Verenigde Staten en Rusland, waarbij maar liefst 70 procent van de gewassen wordt weggevaagd als er geen pesticiden worden gebruikt.

Aardappel Phytophthora: Deze onsmakelijke restanten zijn het gevolg van een infectie met P. infestans, de veroorzaker van aardappelziekte.

Agenten van ontbinding

De schimmelachtige protistische saproben zijn gespecialiseerd in het opnemen van voedingsstoffen uit niet-levend organisch materiaal, zoals dode organismen of hun afval. Veel soorten oomyceten groeien bijvoorbeeld op dode dieren of algen. Saprobe protisten hebben de essentiële functie om anorganische voedingsstoffen terug te brengen naar de bodem en het water. Dit proces zorgt voor nieuwe plantengroei, die op zijn beurt voedsel genereert voor andere organismen in de voedselketen. Inderdaad, zonder saprobe soorten, zoals protisten, schimmels en bacteriën, zou het leven ophouden te bestaan, aangezien alle organische koolstof vast zou komen te zitten in dode organismen.


Bekijk de video: 4 vwo. Evolutie. 3. Eukaryoten (Februari 2023).