Hoe daten diatomeeën?

Door Gerbrand Gaaff

[PIC3401]Ongeveer viervijfde van de primaire voedselproductie in het waddenecosysteem vindt plaats in de algenfilm: het bruine slijmerige laagje dat je vaak op het wad ziet liggen. De hoofdrolspelers in dit proces zijn diatomeeën. Deze eencellige kiezelwieren kunnen enorm veel energie vastleggen, mede doordat ze in het voorjaar snel tot bloei kunnen komen. Ze vermeerderen zich dan via celdeling. Maar daarbij vormt hun beschermende huisje een nadeel. Geslachtelijke voortplanting brengt dan uitkomst. Een Belgisch/Duits team van biochemici heeft dit proces verder ontrafeld.

Groei naar steeds kleiner

Diatomeeën heten niet voor niets kiezelwieren. Ze beschermen hun cel met een soort ‘glazen huis’, een pantser van siliciumverbindingen dat in de grondvorm op een petrischaal lijkt. Het is een doosje met een los dekseltje dat over de randen van het doosje heen valt. Als de cel zich deelt gaat één van de twee nakomelingen er met de deksel vandoor en vormt daar een nieuw doosje in. De andere nakomeling moet het met het oorspronkelijke doosje doen. Dat wordt opgevat als dekseltje waar een nieuw ?kleiner? doosje in wordt gevormd. Omdat de glazen huisjes niet meegroeien worden de diatomeeën in de ‘doosjes-lijn’ in de loop van de reeks celdelingen steeds kleiner. Op een gegeven moment bereiken ze een kritisch minimumformaat, de sexual size threshold, of SST. De cellen zijn dan ongeveer drie keer zo klein als de eerst delende cel.

Chemisch daten

Het onderzoeksteam, onder leiding van de Gentse biochemicus Jeroen Gillard, heeft de rol van lokstoffen (feromonen) bij de voortplanting de diatomee Seminavis robusta onderzocht. Zij isoleerden cellen van S. robusta op of beneden de SST-waarde. Het is al langer bekend dat deze kleine cellen zich geslachtelijk gaan voortplanten, maar over hoe dat dan in zijn werk gaat, was nog maar weinig bekend. De onderzoekers ontdekten twee typen cellen met verschillend gedrag. Het ene type (MT+) was beweeglijk, het andere type (MT-) niet. Vaak worden deze typen aangeduid als ‘mannelijke’ en ‘vrouwelijke’ cellen. Maar omdat de cellen van S. robusta uiteindelijk gelijkvormige voortplantingscellen maken (isogamie) gebruiken de moderne algologen deze termen niet meer. Feromonen uit de directe omgeving van beide typen werden geïsoleerd zodat de onderzoekers de cellen aan elkaars stoffen konden blootstellen . Daaruit bleek dat beide typen cellen stoffen uitscheiden die gericht zijn op het kenbaar maken van de aanwezigheid (de driehoekjes in het schema). Als een MT–cel de chemische activiteit van een MT+-cel waarneemt, dan schakelt de MT–cel over op de productie van een ander feromoon, de bolletjes in het schema. Deze stof, door het team geïdentificeerd als diproline, is de echte lokstof voor de MT+cel, die dan ook snel de MT–cel opzoekt. Tijdens het identificeren van de feromonen viel het de wetenschappers op dat dat de MT–cellen in het donker de beslissende lokstof niet produceren. Diatomeeën doen het met het licht aan.

[PIC3402]De bevrijding

Als de MT+cel en de MT–cel elkaar gevonden hebben gaan ze beide over op de vorming van geslachtscellen, de gameten. Dit zijn de ronde cellen in de foto linksonder in het schema (klik op de afbeelding voor een vergroting). Deze versmelten tot een zygote, die weer uitgroeit tot een auxospore. Dat is een nieuwe diatomeeëncel zonder glazen huis, met een organische membraan als bescherming. Die membraan maakt de groei tot het maximumformaat mogelijk. Als het zover is vormt de cel  binnen de membraan een nieuw glazen huis.

Effectief

Het team van Gillard heeft in dit onderzoek duidelijk gemaakt dat de oppervlaktediatomeeën uit de algenfilm beschikken over een effectieve voortplantingsstrategie. Alles lijkt gericht op het maximaliseren van de kans op de vorming van gezonde, grote nakomelingen. Diatomeeën zijn dus niet alleen mooi en belangrijk, ze zijn ook nog eens goed in de liefde.

Bron

Gillard, J., J.Frenkel, V. Devos, K. Sabbe, C. Paul, M.Rempt, D. Inzé, G.Pohnert, M. Vuylsteke, W. Vyverman (2013): Metabolomics enables the structure elucidation of a diatom sex pheromone. In: Angewandte Chemie, Int. Ed., 52, 854-857 http://dx.dio.org/10.1002/anie.201208175.