Seeschlundschnecke die Photosynthese betreiben Plastid survival in the cytosol of animal cells & Crawling leaves: photosynthesis in sacoglossan sea slugs Daniela Zehnich, 24.06.2015 , Thema: Photosynthese von sacoglossan sea slugs Gliederung • • • • • • Allgemeines NR, StR und LtR Nahrungsquellen Photosynthese/Forschung Photoprotection Ausblick 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 2 Allgemeines • • • • • • • Scheeschnecke Mehr als 300 Spezies ca. 75 Arten können Chloroplasten von Algen aufnehmen und diese beibehalten „gestohlenen“ Chloroplasten = Kleptoplasten sehr klein, nicht größer als einige Zentimeter weite geografische Verteilung von tropischen bis marinen Temperaturen/Umgebungen Beispiele: E.viridis= Küste Skandinaviens, britische Inseln, iberrische Halbinsel E. clarki und E.chlorotica = Südküste Nordamerikas E. timida = mediterranen Küste 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 3 NR,StR und LtR • • • • NR= non-retention, StR= short-term retention, LtR= long-term retention, bis zu einem Jahr Die meisten Spezies sind NR oder StR photosynthetische Aktivität sofort oder in den ersten zwei Wochen verlieren nur sechs sind LtR momentane Forschung fokussiert auf long-term retenton (LtR) Kleptoplasten für min. einen Monat in Hungerzeiten behalten • • manche NR Spezies überleben auch ohne Nahrung viele Wochen bis Monate LtR Spezies C.ocellifer, E.timida und P.ocellatus zeigten dass sie im dunkeln überleben und bei chemisch geblockter Photosynthese kein Gewicht verlieren genauso wie die Kontrollgruppe Das überleben im dunkeln anscheinend nicht nur abhängig von der Verwertung der Chloroplasten/Plastiden Photosynthese 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 4 Die sechs LtR 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 5 • Fünf von den sechs Spezien gehören zu den Plakobrachoidea und eine zu den Limapontioidea Fähigkeit Kleptoplasen lange nutzen zu können zweimal unabhängig entstanden 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 6 Nahrungsquelle • Algen meisten Spezies können mehrere Algenspezies gleichzeitig fressen darunter auch die LtR P.ocellatus, E. clarki und E.crispata manche LtR wie E.timida, E.chlorotica und C.ocellifera auf bestimmte Algen spezialisiert E.timida z.B. A.acetabulum E.chlorotica, die Kleptoplasten am längsten beibehalten kann, ernährt sich von Vaucheria meisten Seeschnecken ernähren von Grünalgen stellt sich die Frage ob es für stabile Kleptoplasten von Vorteil ist sich auf eine Nahrungsquelle zu spezialisieren 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 7 • • StR Spezies E. cornigera und LtR Spezies E.timida beide mit A.acetabulum gefüttert und dann hungern lassen in sterbenden E.cornigera wurden zahlreiche Kleptoplasten gefunden die mit denen von E.timida identisch waren Nahrungsquelle allein nicht dafür verantwortlich wie lange die Spezies überlebt 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 8 Photosynthese • • • • • • • manche „stehlen“ Plastiden von ihrer Algennahrung und behalten die photosynthetische Funktion in den Drüsenzellen des Verdauungstrakts aufrecht, auch wenn der Algenkern nicht mehr anwesend ist nehmen Plastiden auf indem sie mit ihrer Radula ein Loch in die Zellwand ritzen und das Protoplasma mit ihren Organellen raussaugen Prozess nicht durch Symbiose sondern durch behalten der Photosynthesequelle die Plastiden Junge müssen Algen fressen um erste stabile Kleptoplasten auszubilden keine vertikale Übermittlung der Plastiden Hypothese des lateralen Gentransfers von Algen auf Tiere als falsch erwiesen kein lateraler Gentrasfer Plastiden Robustheit selbst mitbringen Die Aufrechterhaltung benötigt zusätzliche Faktoren die größtenteils kernkodiert sind Algenkern jedoch schnell verdaut 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 9 • • • • Die tausenden Algengene die normal vorhanden sind werden also nicht benötig womit die Plastiden eine hohe Autonomie aufweisen müssen Bei der Photosynthese viele Proteine beteiligt speziell das D1 Protein des Photosystem 2 Sequenzierung des Algengenoms von A.a. Nahrung E.timida im Vergleich mit anderen erwies dass das Genom von aufgenommenen Algen Plastidenkodiert ist und ein potentiell wichtiger Faktor das Protein FtSH Kontrollprotease entfernt spezifiziert Photobeschädigungen an D1 das essentiell ist da es die weitere Erzeugung von oxidativen Spezies verhindert reicht jedoch dieses eine Protein aus? manche Schnecken fixieren CO2 lichtunabhängig Frage wie lange nach Entzug der Nahrung und ist die Menge des fixierten CO2 ausreichend für ein andauerndes Wachstum? 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 10 Photoprotection • Einerseits bewegen Seeschnecken zu Licht hin z.B. E.viridis bewegt sich zu Licht zwischen 12 Wm -2 (60 µmol Photonen m-2s-1) bis 24 Wm-2 (120 µmol Photonen m-2s-1) um eine hohe Photosyntheserate zu erzielen • Es wurde erkannt dass das überleben der Kleptoplasten unter hoher Lichteinstrahlung minimiert wurde Meiden hohe Lichtintensitäten möglicherweise als Strategie um die photosynthetische Aktivität von Kleptoplasten zu behalten Weg bewegen von starkem Licht Falten P.ocellatus rollt den Körper und legt sich auf die Seite (bei hoher Lichteinstrahlung) Schließen der Parapodien (noch unklar ob alle Spezies oder nur E.timida) analog zu anderen Organismen wie das Blattfalten an Bäumen oder Algen Unklar ob Mechanismen wie der Xanthophyll-Kreislauf in den Seeschnecken vorhanden 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 11 Ausblick • • • Vieles ist noch nicht erforscht und vor allem ist noch nicht klar wie genau das Prinzip der Seeschnecken funktioniert Wie kann diese Schnecke genau Photosynthese betreiben und wieso gibt es Unterschiede in der Verwertung der Plastiden, sprich warum können manche Schnecken Monate mit den Plastiden überleben und andere sterben mit vorhandenen Plastiden? Laborkultivierung muss besser protokolliert werden, sodass weniger Seeschnecken aus ihren Habitaten entfernt werden müssen um an ihnen zu forschen Die Forschung in diesem Gebiet kann weitere Aufschlüsse über die Photosynthese selbst geben die Anwendung in anderen Organismen ermöglichen und eventuell kann dies für uns Menschen auch sehr hilfreich sein z.B. in der Bekämpfung des Klimawandels 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 12 Danke für Eure Aufmerksamkeit 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 13 Quellen • • • • • • • • • • • http://www.tagesspiegel.de/wissen/ungewoehnliche-tiere-dielichtfresser/10188286.html Plastid survival in the cytosol of animal cells, de Vries et al., 2015 Crawling leaves: Photosynthesis in sacoglossan sea slugs, Cruz et al., 2013 http://41.media.tumblr.com/73687e8119f3f7072f1755d4ce90abc0/tumblr_njira9RhgH1sg xjc6o3_1280.jpg http://news.bbcimg.co.uk/media/images/49218000/jpg/_49218007_5.jpg http://www.seaslugforum.net/images/tcgreen1a.jpg http://www.medslugs.de/photos/Elysia_clarki/Elysia_clarki_01.jpg http://www.seaslugforum.net/images/03043133.jpg http://www.seaslugforum.net/images/m20752d.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Haeckel_Acetabularia_acet abulum.jpg/200px-Haeckel_Acetabularia_acetabulum.jpg http://www.plantphysiol.org/content/123/1.cover-expansion 24.06.2015 / Daniela Zehnich / Photosynthese von scoglossan sea slugs / Technische Universität Braunschweig – Seite 14
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