helpdesk

donderdag, december 13, 2007

Communicatie tussen eencelligen

Vraag:
Zouden eencelligen door, net als bijvoorbeeld neuronen, een soort stof af te scheiden ook een soort communicatie onderling kunnen hebben? Wat zouden vervolgens de maximale communicatie-eigenschappen zijn van deze cellen, en wat zou het resultaat zijn. Zijn ze bijvoorbeeld in staat om als geheel (als verzameling eencelligen) hun groei aan te passen of eventueel veranderingen in hun eigen systeem aan te brengen?
Dit naar aanleiding van iets dat ik las over een soort eencellige (of in ieder geval klein organisme) dat onder ideale groei-omstandigheden in 4,5 dag de hele aarde met een meter dik zou kunnen overdekken. Nu vraag ik mij af, waarom heeft de natuur, of de eencellige zich niet gelijk aangepast om die ideale omstandigheden te bereiken. Waardoor het de hele aarde als zijn/haar bezit kan rekenen.

Reactie (niveau = 2 HAVO / VWO)
Je vraag is eigenlijk 2-ledig: kunnen cellen communiceren en hoe werkt evolutie en natuurlijke selectie. Het is misschien handig om bij die tweede te beginnen.

Ik weet niet wat de ideale omstandigheden zouden moeten zijn, die in het artikel geschetst werden, maar het is een feit dat de aarde niet op elke vierkante centimeter de zelfde omstandigheden heeft. Dit zou betekenen dat dit organisme zich in de praktijk aan een zeer groot scala van omstandigheden zou moeten kunnen aanpassen. Dan is de vraag hoe snel kan dit en hoe dit organisme dan kan concurreren met andere soorten.
Hoe snel een soort zich kan aanpassen, hangt af van hoe snel een soort zich "voortplant". Als een eencellige zich normaal deelt, maakt het een exacte kopie van zichzelf. Daarbij gaat soms wel eens wat fout. Het gevolg zijn spontane mutaties in zijn genetisch materiaal. Zo'n foutje is bijna altijd dodelijk voor die cel, hetzij direct na deling, omdat de cel überhaupt niet kan functioneren, hetzij voordat hij zich weer kan delen, omdat de cel niet kan overleven.
Maar soms blijkt het foutje dus een voordeel te hebben, waardoor het organisme zich beter kan handhaven in zijn huidige omgeving. Dit kan betekenen dat het langer leeft of sneller kan delen of concurrentie kan uitschakelen, etc. Als de mutatie ervoor zorgt dat dit organisme zich vaker kan voortplanten dan zijn soortgenoten zonder die mutatie, dan zullen zijn nakomelingen uiteindelijk gaan overheersen, totdat de andere soortgenoten zeldzaam zijn geworden. Dit heet natuurlijke selectie.

De spontane foutjes kunnen iets sneller doorgegeven worden bij eencelligen die naast genetisch materiaal in de kern, ook genetisch materiaal hebben in zogenaamd plasmid DNA. Dit is een aparte "ring" van DNA waar de eencellige materiaal van kan uitwisselen met een andere eencellige. Ze kunnen ook stukjes oppakken uit hun omgeving (als daar vrij DNA zou voorkomen) en inbouwen in hun plasmid DNA. In dat geval hoeven ze zich dus niet te delen om toch mutaties te krijgen. Dit vermogen wordt in de biotechnologie gebruikt om cellen snel veel kopieën van een bepaald DNA of eiwit te laten maken (bijv. t.b.v. analyse of juist massaproductie).

Het probleem is echter dat dit gemuteerde organisme alleen een voordeel heeft in zijn huidige omgeving. Als hij zich gaat delen en daarbij uiteindelijk in een andere soort omgeving terecht komt, kan het voordeel ineens niet meer gelden, of zelfs een nadeel blijken. Op dat moment zijn er dus weer nieuwe (spontane) mutaties nodig en voldoende nakomelingen om dat aangrenzende stukje omgeving te kunnen veroveren.
Hierbij zou het eencellige organisme zich heel theoretisch uiteindelijk kunnen aanpassen aan alle denkbare soorten omgevingen (land, zee, zouten, zware metalen, straling, heet, koud, aeroob, anaeroob, etc. etc.). Maar het probleem is dat deze soort niet alleen op aarde is. Er zijn miljarden soorten die in theorie hetzelfde kunnen doen. Het is dus zeer onwaarschijnlijk dat op de huidige aarde één soort 100% dominant zou worden (er vanuit gaande dat deze soort geen andere organismen nodig heeft om te kunnen leven, bijv. i.v.m. voedsel). Dit is alleen maar denkbaar als de aarde een haast "monotome" planeet zou worden, waar bijna elke vierkante centimeter identiek is qua omstandigheden.

Dan is er nog de vraag of cellen kunnen communiceren. Het antwoord hierop is een volmondig ja. Maar er zijn zeer diverse manieren van communicatie. Je refereert in je vraag naar communicatie op afstand, dus zonder fysiek contact tussen de cellen van een soort. Een duidelijk voorbeeld hiervan zien we bij planten (welliswaar meercelligen, maar het principe werkt op het niveau van een individuele cel).
Als een plant bijv. aangevreten wordt, beschadigen de cellen en komt de inhoud daarvan vrij. Hierin zitten stoffen die zeer vluchtig zijn en die zich via de lucht kunnen verspreiden in de omgeving. Als deze stof andere plantencellen bereikt (van dezelfde plant of een naburige), dan activeert deze daar een afweerreactie, zodat de plant zich kan voorbereiden op het komende gevaar.
Een ander voorbeeld is het rijpen van vruchten. Een rijpe vrucht scheidt ook een stof af (in dit geval hetzelfde stofje, ethyleen) waardoor andere vruchten in de omgeving ook sneller gaan rijpen (leg maar eens een rijpe banaan tussen een paar groene en vergelijk de rijping van deze groene bananen met die in een andere ruimte zonder rijpe banaan). Dit soort vluchtige stoffen worden feromonen genoemd en ook in de wereld van de dieren en eencelligen kennen we ze.

En de communicatie beperkt zich niet alleen tot eigen soortgenoten (intraspecifiek), maar kan ook tussen diverse soorten gebeuren (interspecifiek). Het ethyleen van beschadigde planten kan ook vijanden van de belagers lokken, zoals sluipwespen. En geurstoffen lokken vaak (in combinatie met kleuren en vormen van de bloem) de juiste bestuivers.
Een zeer sterk voorbeeld van intraspecifieke communicatie vindt je bij eencelligen die in een kolonie samenwerken alsof het een meercellig organisme betreft. Een leuk voorbeeld wordt in dit artikel besproken: http://www.teleac.nl/jota/aflevering.jsp?aflnr=38377

De vraag wat de maximale communicatieeigenschappen zouden zijn, is een filosofische. Er zijn biologen/filosofen die een meercellig organisme beschrijven als een zeer nauwe samenwerking tussen eencelligen die elk een specialisme hebben gekregen (de gaia-hypothese). Deze theorie gaat zelfs zo ver dat het beweert dat de organismen op deze manier de aarde zo beïnvloeden, dat de benodigde ideale leefomstandigheden erdoor gecreëerd worden. Dit betekent dat in theorie eencelligen op den duur een communicatie kunnen opbouwen die net zo complex is als die van de mens (waarvan men zegt dat zij tot de meest ingrijpende vormen van onderlinge communicatie in de levende wereld in staat zijn, hoewel er altijd onderzoek blijft bestaan naar complexe communicatie bij andere hogere diersoorten).

Wat kun je hier nu mee?
Ik heb mijn antwoord dit keer niet compleet onderbouwd met allerlei referenties, wat ik normaal gesproken wel doen. Maar het onderwerp is zo breed en complex dat een referentielijst nooit volledig zal zijn. Ik wil je daarom adviseren om zelf, op basis van de informatie uit dit antwoord, verder te gaan speuren op internet. Als je graag iets tot op de bodem uitzoekt, kun je hiermee een behoorlijke tijd uit de voeten denk ik. En het is nog steeds een actueel onderwerp in de wetenschappelijke studies, vooral omdat inzicht in dit soort communicatiemechanismen kan helpen bij de uitbreiding/verbetering van biotechnologische toepassingen.

Geen opmerkingen: