Veranderende
tomatenplanten….?
Inleiding
Dacht jij dat een tomatenplant een tomatenplant is en nooit zal veranderen? Nou dan heb je het mooi mis, want alle organismen veranderen. Soms snel en soms langzaam. Soms merken we er wat van en soms niet. Soms heeft het nut voor de mens en soms niet. Het belang van het langzaam veranderen van tomatenplanten zal je na het lezen van deze tekst duidelijk zijn.
Met de onderstaande links kun je meteen naar het deel van de tekst surfen waarin je geinteresseerd bent:
- Het probleem: de verwelkingsziekte
- Waardoor wordt de verwelkingsziekte veroorzaakt?
- Hoe komt de pathogeen de tomatenplant binnen en hoe maak je de plant weer beter?
- Er helpt geen medicijn tegen de verwelkingsziekte (Afb. 2)
- De evolutietheorie-algemeen
- De evolutietheorie-rudimentaire organen
- De evolutietheorie-natuurlijke selectie
- De giraffe en zijn voorouder ( Afb. 3)
- De evolutietheorie en resistente tomatenplanten
- Een vatbare plant wordt wel ziek en een resistente plant niet (Afb. 4)
- Wat is er precies veranderd in het genetische materiaal van de tomatenplant?
- Fusarium verandert ook (Afb. 5)
- Verklaring van de titel van de tekst
- Vragen bij de tekst
Het probleem: de
verwelkingsziekte
Misschien heb jij nog nooit gehoord van de verwelkingsziekte die voorkomt bij tomatenplanten, maar in de agrarische sector weten ze maar al te goed wat deze ziekte inhoudt.
Zoals de naam "verwelkingsziekte" al zegt verwelkt de tomatenplant langzaam en uiteindelijk sterft de tomatenplant gedeeltelijk of helemaal af. Een tomatenplant die door de verwelkingsziekte getroffen is zal nauwelijks of geen tomaten meer opbrengen. Daarom is deze ziekte al meer dan 100 jaar berucht door de grote oogstverliezen die het veroorzaakt heeft over de hele wereld.
Omdat deze ziekte zo'n grote invloed heeft op de productie van tomaten is het van economisch belang om onderzoek te verrichten naar de veroorzaker van deze ziekte.
Al bijna net zo lang als de ziekte bekend is zijn onderzoekers bezig met het kweken van tomatenplanten die deze verwelkingsziekte niet kunnen krijgen. Bij dit soort onderzoek is het belangrijk om eerst te weten wat de veroorzaker van deze ziekte is.
Waardoor wordt de verwelkingsziekte
veroorzaakt?
Het blijkt dat de verwelkingsziekte van tomatenplanten veroorzaakt wordt door een pathogeen (ziekteverwekker) die onder andere in de Hollandse bodem voorkomt.
Deze pathogeen is een schimmel met de ingewikkelde naam: Fusarium oxysporum f. s. lycopersici. Misschien lijkt het onnodig om een pathogeen zo'n gecompliceerde naam te geven, maar je kan een heleboel informatie halen uit deze naam. Zo is lycopersici de Latijnse naam voor tomatenplant en dit geeft aan dat deze pathogeen alleen tomatenplanten ziek kan maken. Voor het gemak noemen we de pathogeen vanaf nu Fusarium, als afkorting voor die lange ingewikkelde naam.
Hoe komt de pathogeen de tomatenplant binnen en
hoe maak je de plant
weer
beter?
Fusarium kan via de wortels de tomatenplant binnendringen en zich zo in de houtvaten van de gastheer nestelen. De houtvaten raken verstopt en het bovenste gedeelte van de plant krijgt geen water en voedingsstoffen meer. Dit zorgt ervoor dat de plant verwelkt en uiteindelijk zal sterven. Een tomatenplant die ziek wordt als Fusarium binnendringt noemt men een vatbare plant.
Het is niet mogelijk om een plant een antibioticum te geven zoals je bij de mens zou doen als iemand ziek geworden is door infectie met een bacterie. Jarenlang stond men machteloos tegenover de ziekte, totdat er tomatenplanten bleken te zijn ontstaan die tegen de pathogeen bestand waren. Deze planten noemt men resistente planten (zie afb 4).
Hoe het kan dat er ineens resistente tomatenplanten ontstaan, is een belangrijke vraag en daar gaat deze tekst verder op in. Maar om dit te kunnen begrijpen is het belangrijk om te weten wat de evolutietheorie zegt over deze verandering van vatbare tomatenplanten tot resistente tomatenplanten.
De
evolutietheorie
Het is een bekend verschijnsel in de biologie dat alle organismen langzaam veranderen. Op deze manier passen organismen zich geleidelijk aan aan hun omgeving.
In de negentiende eeuw werd deze evolutiegedachte vooral ontwikkeld door de Engelse onderzoeker Charles Darwin. Darwin reisde van 1832-1837 als bioloog mee aan boord van het schip de "Beagle". Van de Galápagos eilanden, die in de Grote Oceaan liggen, nam hij vinken mee naar Engeland om te bestuderen. Hij had vinken meegenomen van de verschillende eilanden en hij verwachtte dat al die vinken van één soort waren. Maar hij kwam erachter dat op elk eiland van de eilandengroep een ander soort vinken leefde.
Dit bracht hem op het idee dat er lang geleden misschien wel één soort vinken zich gevestigd had op alle Galápagos eilanden, maar dat de vinken zich in de loop van de tijd aangepast hadden aan de omgeving op het eiland. Omdat de omgeving op elk eiland weer anders was, hadden de vinken zich op elk eiland anders ontwikkeld en zo waren de verschillende soorten vinken gevormd.
Deze observaties van Darwin zijn waarschijnlijk het begin geweest van de grondgedachte van de evolutie; namelijk dat soorten kunnen veranderen. Deze grondgedachte is in de huidige evolutietheorie terug te vinden. In de evolutietheorie gaat men er van uit dat een soort geleidelijk aan verandert. Ruw gezegd zijn er 2 redenen waarom een soort kan veranderen en die staan in het onderstaande stukje uitgelegd.
Twee redenen waarom een soort kan veranderen:
1. Bepaalde eigenschappen zijn niet meer nodig
Een voorbeeld van een onderdeel van het menselijke lichaam dat niet meer nodig is, is het rudimentaire orgaan de blindedarm. Rudimentair wil zeggen dat we het orgaan nu niet meer nodig hebben terwijl het orgaan (zeer) vroeger wel een functie heeft gehad.
Zo had de blindedarm vroeger wel een functie in het menselijk lichaam, namelijk in de spijsvertering. Maar nu hebben wij het orgaan niet meer nodig. De blinde darm zit nog wel in ons lichaam, maar als dat orgaan kleiner wordt of langzaamaan verdwijnt zullen we daar absoluut geen last van hebben.
2. De soort kan beter overleven in een (veranderende) omgeving
Een goed voorbeeld hiervan is de giraffe; de voorouder van de giraffe had niet zo'n lange nek als de giraffe nu heeft. Af en toe komt het wel eens voor dat dieren door een mutatie in hun genetische materiaal net iets anders zijn dan hun soortgenoten.
Als er, lang geleden, een paar individuen waren die een langere nek hadden dan hun soortgenoten dan konden ze beter bij de lekkere blaadjes hoger in de bomen. Daardoor hadden ze de beschikking over meer en beter voedsel dan hun soortgenoten en waren ze dus in het voordeel.
In periodes van voedselschaarste kan het zijn dat de individuen met een langere nek wel konden overleven, terwijl hun soortgenoten van de honger stierven. De individuen met een langere nek bleven daardoor over en paarden met elkaar zodat ook hun nakomelingen een langere nek hadden.
Op deze manier kan stap voor stap een eigenschap van een soort veranderen waardoor er nu giraffen bestaan met een nek die vele malen langer is dan die van hun voorouders. Het fenomeen dat een soort die beter aangepast is aan een (veranderende) omgeving meer overlevingskans heeft, noemt men natuurlijke selectie.
De evolutietheorie toegepast op het ontstaan van
resistente
tomatenplanten
Nu gaan we, met de evolutietheorie in ons achterhoofd, weer terug naar de tomatenplanten die plotseling resistent waren tegen Fusarium.
Volgens de evolutietheorie veranderen alle organismen langzaam en dat is ook van toepassing op de tomatenplant. Het genetische materiaal van de tomatenplant is net als bij de mens bij elke plant een beetje anders. Dat noemt men variatie. Én het genetische materiaal is onderhevig aan allerlei mutaties veroorzaakt door kleine foutjes tijdens het vermenigvuldigen van de cellen.
Als er door deze variaties in het genetische materiaal van de tomatenplant een plant ontstaat die resistent is tegen de Fusarium, dan is het duidelijk dat die plant heel veel voordeel heeft. Hij gaat dan niet dood en kan wel tomaten maken. En wat ook belangrijk is dat uit de zaadjes van de tomaten weer nieuwe tomatenplanten kunnen opgroeien die ook resistent zijn tegen Fusarium.
De manier waarop de tomatenplant resistent is geworden komt helemaal overeen met de tweede reden van de evolutietheorie waarom een soort verandert: "de soort kan beter overleven in een (veranderende) omgeving".
De veroorzaker in de omgeving van de tomatenplant die "ervoor zorgt" dat de tomatenplant verandert is Fusarium. Want de tomatenplant kan alleen overleven in een omgeving met Fusarium als de plant resistent is tegen de pathogeen!
Wat
is er precies veranderd in het genetische materiaal van de
tomatenplant?
Met dit vraagstuk zijn wetenschappers verspreid over de hele wereld al jaren bezig. Het is namelijk niet eenvoudig om in het complexe genetische materiaal van de tomatenplant dàt deel te vinden dat resistentie veroorzaakt.
Misschien vraag je je wel af waarom wetenschappers zoveel moeite doen om uit te vinden welk deel van het genetische materiaal zorgt voor deze resistentie.
Dat is te begrijpen als we weer kijken naar de evolutietheorie: een organisme zal zich aanpassen aan zijn omgeving zodat het beter kan overleven. Ook Fusarium houdt zich aan de evolutietheorie en zal zich aanpassen aan de omgeving. En zodra de tomatenplant resistent is geworden kan Fusarium de tomatenplant niet meer ziek maken. Maar hij leeft ervan, dus moet hij zorgen dat hij de resistente tomatenplant toch ziek kan maken. En inderdaad, binnen een aantal jaar heeft Fusarium zich zo aangepast dat hij de resistente tomatenplant weer ziek kan maken.
Als de onderzoekers erachter komen welk deel van het genetische materiaal ervoor zorgt dat een tomatenplant resistent is dan kunnen ze de tomatenplant misschien een handje helpen om zich te beschermen tegen de pathogeen. Maar tot dusver is het de onderzoekers nog niet gelukt.
Als laatste kijken we nog even terug naar de titel van deze tekst: veranderende tomatenplanten.......? Toen je de titel las dacht je misschien dat een tomatenplant niet verandert, want hij blijft er altijd min of meer hetzelfde uit zien.
Misschien is het nu duidelijk geworden dat er wel degelijk iets kan veranderen en wel in het genetische materiaal van de plant. Heel soms zijn deze veranderingen met het blote oog te zien maar meestal is dat niet mogelijk. Soms kun je het wel merken; dit is het geval bij het ontstaan van resistente tomatenplanten. Ze lijken aan de buitenkant niet veranderd, maar ze worden niet meer ziek van de pathogeen Fusarium. En dat is maar goed ook anders zouden wij misschien nooit meer pasta met van die lekkere tomatensaus op ons bord krijgen!
Vragen bij de
tekst
- Is de ziekteverwekker die de verwelkingsziekte veroorzaakt een bacterie, schimmel of een virus?
- Hoe komt de ziekteverwekker binnen in de tomatenplant?
- Waarom is het van economisch belang dat men tomatenplanten maakt die resistent zijn tegen Fusarium?
- Men noemt de vinken van de Galápagos eilanden die Darwin onderzocht heeft "Darwin vinken". Leg uit waarom de "Darwin vinken" op elk eiland anders zijn.
- Leg uit waarom het voordelig is voor de tomatenplant als hij zich aanpast aan zijn omgeving.