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Wie vermeiden Bücherläuse Austrocknung?

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Ich finde oft Bücherläuse (auch bekannt als Psocids) in alten Papiernotizen, die ich im Halblager habe. Diese Papierseiten liegen absichtlich trocken auf meinem Schreibtisch, um Beschädigungen zu vermeiden. Wenn die Psociden jedoch vollständig auf diesen Seiten leben und sich ernähren, wie bekommen sie dann Wasser? Wie vermeiden die Bücherläuse das Austrocknen und Absterben?


SAATGUTENTWICKLUNG | Beginn der Austrocknungstoleranz

Zusammenfassung

Die Austrocknungstoleranz wird durch eine programmierte Abfolge von Ereignissen während der späteren Stadien der Samenentwicklung hergestellt und geht dann während der nachfolgenden Keimung nach und nach verloren. Toleranz ist eindeutig eine komplexe Eigenschaft, die Mechanismen zum Zellschutz und auch zur Zellreparatur während der Rehydratation umfasst. Die Austrocknungstoleranz scheint während der Entwicklung in diskreten Wasserpotentialschritten erworben zu werden, die unterschiedliche Wasseraktivitäten und damit verbundene Stoffwechselprozesse aufweisen, die mit spezifischen Austrocknungsstress und diskreten Mustern der Genexpression zusammenhängen können. Somit kann das Erreichen verschiedener Grade an Austrocknungstoleranz durch fortschreitenden Erwerb spezifischer Toleranzmechanismen oder durch ausreichende Akkumulation von Austrocknungsschutzmitteln bestimmt werden. Proteine ​​wie die Dehydrine scheinen eine schützende Rolle zu spielen, und bei sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalten können Zucker eine wichtige Schutzrolle spielen, indem sie Wasser funktionell ersetzen und so Membranen und andere empfindliche Systeme stabilisieren.


Austrocknungsresistenz bei tropischen Insekten: Ursachen und Mechanismen, die der Variabilität in einer Panama-Ameisengemeinschaft zugrunde liegen

Austrocknungsresistenz, die Fähigkeit eines Organismus, den Wasserverlust zu reduzieren, ist ein wesentliches Merkmal in ariden Lebensräumen. Es wird vorhergesagt, dass die Häufigkeit von Dürren in tropischen Regionen mit dem Klimawandel zunehmen wird, und kleine Ektothermen sind oft einem starken Austrocknungsrisiko ausgesetzt. Wir testeten Hypothesen bezüglich des noch nicht ausreichend erforschten Austrocknungspotentials tropischer Insekten. Wir haben die Austrocknungsresistenz bei 82 Ameisenarten aus einem Panama-Regenwald gemessen, indem wir die Zeit aufgezeichnet haben, in der Ameisen Austrocknungsstress überleben können. Die Austrocknungsbeständigkeit der Arten reichte von 0,7 h bis 97,9 h. Wir haben die Austrocknungsanpassungshypothese getestet, die eine höhere Austrocknungsbeständigkeit in Habitaten mit einem höheren Dampfdruckdefizit (VPD) – der Trocknungsleistung der Luft – vorhersagt. In einem Panama-Regenwald lagen die Mikroklimata der Baumkronen im Durchschnitt bei einer VPD von 0,43 kPa, verglichen mit einer VPD von 0,05 kPa im Unterholz. Baldachin-Ameisen wiesen eine durchschnittliche Austrocknungsresistenz auf, die 2,8-mal höher war als die von Unterholzameisen. Wir haben eine Reihe von Mechanismen getestet, um die Austrocknungsresistenz zu erklären. Kleinere Insekten sollten aufgrund ihres höheren Oberflächen-Volumen-Verhältnisses schneller austrocknen. Die Austrocknungsresistenz nahm mit der Masse der Ameisen zu und die Ameisen der Baumkronen waren durchschnittlich 16% schwerer als die Ameisen im Unterholz. Eine zweite Möglichkeit, die Austrocknungsbeständigkeit zu erhöhen, besteht darin, mehr Wasser zu transportieren. Der Wassergehalt war bei Baumkronenameisen im Durchschnitt 2,5 % höher, aber der Gesamtwassergehalt war kein guter Indikator für die Austrocknungsbeständigkeit der Ameisen oder das kritische thermische Maximum (CT max), ein Maß für die thermische Toleranz einer Ameise. Bei Baumkronenameisen waren die Austrocknungsresistenz und die CT max umgekehrt korreliert, was auf einen Kompromiss hindeutet, während die beiden bei den Unterholzameisen positiv korreliert waren. Dies ist der erste Test auf Gemeinschaftsebene zur Hypothese der Austrocknungsanpassung bei tropischen Insekten. Tropische Wälder enthalten austrocknungsresistente Arten, und obwohl wir diese nicht einfach aufgrund ihrer Körpergröße vorhersagen können, wird eine hohe Austrocknungsresistenz immer mit dem tropischen Blätterdach in Verbindung gebracht.

Schlüsselwörter: Körpergröße CTmax VPD Baldachin Wärmetoleranz Wassergehalt Wasserverlust.

Figuren

Arbeiter von Cephalotes atratus ,…

Arbeiter von Cephalotes atratus , in einem Dipteryx panamensis Baldachin neben dem…


Silberfischchen und Feuerbrocken

Silberfischchen (Abbildung 2) und Feuerbrassen (Abbildung 3) gehören zu einer Gruppe primitiver Insekten namens Thysanura (thi?s?? nur?). Sie sind flügellos und haben schlanke, karottenförmige Körper, die mit Schuppen bedeckt sind. Beide Insekten haben zwei lange schlanke Fühler an ihren Köpfen und drei lange schwanzähnliche Anhängsel am Hinterende. Jedes Anhängsel ist fast so lang wie der Körper. Erwachsene sind etwa 1/3 bis 1/2 Zoll lang (8 bis 13 mm). Silberfischchen sind glänzend und silber- oder perlgrau. Firebrats sind grau oder braun gesprenkelt.

Silberfischchen und Feuerbrassen sind in Haushalten weit verbreitet und können an Orten mit hoher Luftfeuchtigkeit und geringem Luftstrom gefunden werden. Sie sind nachtaktiv und verstecken sich tagsüber. Wenn Gegenstände, unter denen sie sich verstecken, bewegt werden, huschen sie auf der Suche nach einem neuen Versteck. Große Zahlen finden sich in Neubauten, in denen die frisch verputzten Wände noch feucht sind. Silberfischchen und Feuerbrocken können im Haushalt durch den Verzehr von Nahrungsmitteln oder anderen Materialien mit hohem Protein-, Zucker- oder Stärkegehalt Schaden anrichten. Sie fressen Getreide, feuchtes Weizenmehl, Papier mit Leim oder Kleister, Leimung in Papier- und Bucheinbänden, Stärke in Kleidung und Viskosegewebe. In Mehrfamilienhäusern folgen die Insekten auf der Suche nach Nahrung Rohrleitungen zu Zimmern. Sie können in Bücherregalen, um Schrankregale, hinter Sockelleisten oder um Fenster oder Türrahmen herum gefunden werden.

Silberfischchen leben und entwickeln sich an feuchten, kühlen Orten. Feuerbrände leben und entwickeln sich an heißen, dunklen Orten, wie etwa in der Nähe von Öfen und Kaminen und in Isolierungen um Heißwasser- oder Dampfleitungen.

Biologie

Unter normalen Stallbedingungen entwickeln sich Silberfischchen und Feuerbrocken langsam und haben wenige Junge. Weibchen legen Eier das ganze Jahr über an abgelegenen Orten, wie hinter Büchern oder in Schrankregalen, gelegentlich legen sie Eier jedoch im Freien.

Silberfischchen legen nur wenige Eier auf einmal, können aber über einen Zeitraum von Wochen mehrere Chargen legen. Das erwachsene Weibchen kann je nach Art zwei bis fünf Jahre alt werden und bis zu 100 Eier legen. Die Eier sind weißlich, oval und etwa 1/32 Zoll lang (0,8 mm). Sie schlüpfen in zwei bis acht Wochen.

Feuerbrocken legen etwa 50 Eier nacheinander und legen mehrere Chargen ab. Das erwachsene Weibchen kann etwa zwei Jahre alt werden und Tausende von Eiern legen. Die Eier sind weich, weiß und undurchsichtig, wenn sie gelegt werden. Später haben sie einen gelblichen Schimmer. Firebrat-Eier schlüpfen in etwa zwei Wochen.

Nach dem Schlüpfen sehen die jungen Silberfischchen und Feuerbrocken wie die Erwachsenen aus, sind aber kleiner. Beide Insekten erreichen die Reife in drei bis 24 Monaten. Ihr Wachstum hängt von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab.

Steuerung

Hygiene kann helfen, einen Befall zu verhindern, wird aber einen aktuellen Befall nicht beseitigen. Verstecke verschließen oder entfernen. Das Abdichten von Rissen und Spalten um Rohrleitungen, Wandleisten und Fensterbänke hilft dabei, Unterschlupf (Versteckplätze) zu eliminieren. Das Entfernen von Kartons und alten Zeitungen eliminiert Nahrungsquellen und Häfen. Durch Staubsaugen können sowohl Silberfischchen als auch Feuerbrocken physisch entfernt werden.

Wenn Insektizide erforderlich sind, sollten auf Böden und Wandleisten, hinter Schubladen, unter Möbeln, in Ritzen und Spalten sowie auf Boden und Decke von Dachböden gesprüht werden. Behandeln Sie draußen Traufe, gemulchte Blumenbeete und Lagerschuppen. Die Bekämpfung kann möglicherweise nicht sofort erfolgen, da sich versteckende Insekten herauskommen und mit Sprührückständen in Kontakt kommen müssen. Stäube der empfohlenen Materialien können zur Behandlung von Wänden, Hohlräumen, Kriechkellern und Dachböden verwendet werden. Es können zehn Tage bis zwei Wochen erforderlich sein, um festzustellen, ob die Kontrolle erreicht wurde oder nicht. Raumsprays von Pyrethrinen sind nützlich, um exponierte Insekten zu bekämpfen.


Bücherläuse

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GRENZEN DER TOLERANZ

Die beiden Hauptanwendungsgebiete der Forschung zur Trockenheitstoleranz in den letzten zwei Jahrzehnten waren Versuche, eine Toleranz in menschlichen Zellen für medizinische Zwecke zu induzieren und eine Toleranz in Kulturpflanzen zu entwickeln, um sie weniger anfällig für Trockenheit zu machen. Forscher haben auch versucht, agronomische Bakterien und Nematoden, die zur biologischen Bekämpfung verwendet werden, zu entwickeln oder eine Toleranz zu induzieren. Zu wissen, was die Austrocknungstoleranz bei Prokaryoten und Nematoden einschränkt, könnte auch dazu beitragen, pathogene Arten zu kontrollieren, die von Natur aus austrocknungstolerant sind ( Breeuwer et al., 2003). Es gab beachtliche Erfolge bei der Verleihung von Toleranz auf isolierte Membranen und Enzyme sowie auf einzelne Zellen (Billi und Potts, 2002 Crowe et al., 2005 Potts et al., 2005), was mit unseren Erkenntnissen über die inhärenten und phylogenetischen Toleranzgrenzen übereinstimmt. Bei Nutzpflanzen gab es fast keinen Erfolg, was auf die Bedeutung physikalischer oder physiologischer Einschränkungen für die Toleranz bei ganzen mehrzelligen Organismen hindeutet.

Einzelne Zellen machen Austrocknung tolerieren

Austrocknungstoleranz in Säugerzellen kann durch Behandlung mit Trehalose induziert werden, einem Zucker, der während des Trocknens bei vielen austrocknungstoleranten Tieren angesammelt wird. Während frische menschliche Blutplättchen nur etwa fünf Tage haltbar sind, können in einer Trehalose-Lösung gefriergetrocknete Thrombozyten viel länger gelagert und dann zur Verwendung rehydriert werden ( Wolkers® et al., 2001B, 2002). Diese Technik konserviert spezifisch Membran-Mikrodomänen (Crowe et al., 2003). Gordon et al. (2001) inkubierten humane mesenchymale Stammzellen in 50 mmol Trehalose und 3% Glycerin, trockneten sie und lagerten sie unter Vakuum und schickten sie per Express von San Diego nach Baltimore, wo sie nach der Rehydratisierung ihre normale Morphologie, Labilität und Regenerationsfähigkeit wiedererlangten. Die Inkubation in einem Medium mit einer hohen Trehalosekonzentration kann Hornhautepithelzellen trocknungstolerant machen (Matsuo, 2001). Chen et al. (2001) führten Trehalose in Säugerzellen mit einem gentechnisch veränderten Protein ein, das Poren in der Plasmamembran mit etwa 10 10 Molekülen Trehalose pro Zelle bildete, was es den Zellen ermöglichte, bei 5% relativer Luftfeuchtigkeit und 20°C wochenlang zu überleben. Es gibt jetzt Techniken, um menschliche rote Blutkörperchen mit Trehalose (Satpathy .) zu beladen et al., 2004). Unter optimalen Bedingungen kann Zucker allein ausreichen, damit Säugetierzellen Austrocknung tolerieren (Crowe et al., 2002). Menschliche Zellen können auch ohne Zuckerzusatz Austrocknung tolerieren, wenn sie langsam getrocknet und unter Vakuum aufbewahrt werden ( Puhlev et al., 2001).

In den Bakterien kann eine Austrocknungstoleranz induziert werden Escherichia coli und Pseudomonas putida entweder mit Trehalose oder Hydroectoin ( de Castro et al., 2000 Tunnacliffe et al., 2001 Manzanera et al., 2002, 2004). Laden des stickstofffixierenden Mutualisten-Bakteriums Bradyrhizobium japonicum mit Trehalose, indem es während des Wachstums in Zucker inkubiert wurde, verbesserte das anschließende Überleben der Austrocknung erheblich, was eine Hauptursache für das Scheitern der Impfung von Hülsenfrüchten mit dem Bakterium auf dem Feld ist (Streter, 2003).

Es gab auch einige Erfolge bei der Entwicklung der Austrocknungstoleranz bei Säugetierzellen und -bakterien. Guo et al. (2000) verwendeten einen rekombinanten Adenovirus-Vektor, um die otsA- und otsB-Gene von . zu exprimieren Escherichia coli, die für Enzyme kodieren, die Trehalose synthetisieren, in menschlichen primären Fibroblasten und konnten infizierte Zellen bis zu fünf Tage im trockenen Zustand halten. Die Manipulation von Mauszellen zur Produktion von 80 mmol Trehalose machte sie jedoch nicht vollständig austrocknungstolerant ( de Castro und Tunnacliffe, 2000), selbst wenn extrazelluläre Trehalose zugeführt wurde ( Tunnacliffe et al., 2001). Verschieben des spsA-Gens eines Cyanobakteriums in E coli führte zur Produktion von Saccharose-6-Phosphat-Synthetase und einer 10.000-fachen Verlängerung des Überlebens nach Austrocknung ( Billi et al., 2000). Es ist auch möglich, Gene in natürlich tolerante Cyanobakterien (Billi et al., 2001), die dadurch zu einer austrocknungstoleranten Quelle für nützliche Metaboliten werden könnte. Der Gentransfer könnte sogar bei einigen natürlichen Ursprüngen der Austrocknungstoleranz von Bedeutung gewesen sein: dem toleranten Bakterium Dienococcus radiodurans scheint Homologe von mutmaßlichen Pflanzentrocknungstoleranzgenen durch horizontalen Transfer erworben zu haben ( Makarova et al., 2001).

Der Erfolg, einzelne Zellen Austrocknung tolerieren zu lassen, stimmt mit der Kenntnis der Toleranzgrenzen überein. Es scheint keine signifikanten inhärenten Grenzen der Austrocknungstoleranz und keine physikalischen oder physiologischen Einschränkungen zu geben, die für einzelne, nicht starre Prokaryonten- oder Tierzellen gelten. Wenn die Phylogenie die Toleranz bei vielen Tieren durch das Fehlen einer verfügbaren genetischen Variation für die Toleranz einschränkt, könnte man erwarten, dass die Einführung von Genen für die Toleranz diese Grenze erfolgreich überwindet.

Ganze Organismen Austrocknung tolerieren

Bei vielzelligen Tieren und Pflanzen ist es bisher gelungen, die Toleranz der partiellen Austrocknung zu erhöhen, jedoch nicht austrocknungstolerant zu machen. Die Behandlung mit Kälte kann die Produktion von Trehalose und die Toleranz bei Nematoden, die zur biologischen Bekämpfung verwendet werden, erhöhen (Grewal und Jagdale, 2002). Züchtung kann die Toleranz der teilweisen Austrocknung bei entomopathogenen Nematoden bis zu einem gewissen Grad erhöhen Heterorhabditis bacteriophora (Strauch et al., 2004). Die Einführung von Trehalose-Biosynthesegenen in Pflanzen kann ihre Produktion von Trehalose und ihre Toleranz gegenüber verschiedenen Stressfaktoren erhöhen, hat jedoch nicht zu einer Austrocknungstoleranz geführt (Penna, 2003). Zum Beispiel regulierte Überexpression von Genen aus E coli in Reispflanzen erhöhte ihre Trehalosekonzentration um das 3- bis 10-fache ( Garg et al., 2002). Die Pflanzen zeigten eine relativ geringe Photooxidation und eine hohe Fähigkeit, Nährstoffe unter Salz-, Trockenheits- oder Kältestress zu akkumulieren, tolerierten jedoch keine Austrocknung.

Der fehlende Erfolg bei der Verträglichkeit von Austrocknung ganzer Organismen könnte darauf hindeuten, dass die bekannten Grenzwerte, die für ganze, vielzellige Organismen gelten, der technischen Toleranz bei ihnen große Hindernisse in den Weg legen. Beispielsweise erfordern physikalische Beschränkungen sowohl bei Tieren als auch Pflanzen und physiologische Beschränkungen aufgrund der Beteiligung von Hornonen an der Toleranz bei Pflanzen wahrscheinlich mehr als nur die Herstellung von Zuckersynthesen, um Toleranz zu verleihen. Um mechanischen Stress zu reduzieren, müssen sich Tiere während der Austrocknung möglicherweise zusammenziehen und Pflanzen müssen flexiblere Zellwände haben. Bei Pflanzen mit einer Höhe von mehr als 3 m ist eine Toleranz aufgrund des Problems des Nachfüllens von Xylem unwahrscheinlich. Was wir über die natürlichen Grenzen der Austrocknungstoleranz bei Lebewesen wissen, ermutigt zu weiteren Bemühungen, die Toleranz gegenüber einzelligen Organismen sowie auf einzelne Zellen und Gewebe mehrzelliger Organismen künstlich zu erweitern. Wir müssen jedoch möglicherweise mehr über die Grenzen der Austrocknungstoleranz wissen, bevor wir erwarten können, sie auf austrocknungsempfindliche ganze Pflanzen und Metazoen auszuweiten.

Aus dem Symposium Trocknen ohne zu sterben: Vergleichende Mechanismen und Entwicklung der Austrocknungstoleranz bei Tieren, Mikroben und Pflanzen präsentiert auf der Jahrestagung der Gesellschaft für integrative und vergleichende Biologie vom 4. bis 8. Januar 2005 in San Diego, Kalifornien. Beitrag Nr. 2242 vom Bodega Marine Laboratory der University of California.

Ich danke den Teilnehmern des Symposiums über Austrocknungstoleranz auf der Tagung der Gesellschaft für Integration und vergleichende Biologie 2005 für den Austausch ihrer Kenntnisse und Einsichten.


Inhalt

Organismen, die aestivieren, scheinen sich in einem ziemlich "leichten" Ruhezustand zu befinden, da ihr physiologischer Zustand schnell umgekehrt werden kann und der Organismus schnell in einen normalen Zustand zurückkehren kann. Eine Studie über Otala lactea, eine in Teilen Europas und Nordafrikas beheimatete Schnecke, zeigt, dass sie innerhalb von zehn Minuten aus ihrem Ruhezustand erwachen kann, nachdem sie in eine feuchtere Umgebung gebracht wurde.

Die primären physiologischen und biochemischen Anliegen eines aestivierenden Tieres bestehen darin, Energie zu sparen, Wasser im Körper zu halten, den Verbrauch gespeicherter Energie zu rationieren, mit den stickstoffhaltigen Endprodukten umzugehen und Körperorgane, Zellen und Makromoleküle zu stabilisieren. Dies kann eine ziemliche Aufgabe sein, da heiße Temperaturen und trockene Bedingungen monatelang andauern können. Die Senkung der Stoffwechselrate während der Aestivation bewirkt eine Verringerung der Synthese und des Abbaus von Makromolekülen. Um die Makromoleküle zu stabilisieren, verstärken Aestivatoren die antioxidative Abwehr und erhöhen die Chaperonproteine. Dies ist eine weit verbreitete Strategie bei allen Formen des Hypometabolismus. Diese physiologischen und biochemischen Bedenken scheinen die Kernelemente des Hypometabolismus im gesamten Tierreich zu sein. Mit anderen Worten, Tiere, die astivieren, scheinen fast die gleichen physiologischen Prozesse zu durchlaufen wie Tiere, die Winterschlaf halten. [2]

Weichtier Bearbeiten

Gastropoda: einige luftatmende Landschnecken, darunter Arten der Gattungen Helix, Cernuella, Theba, Helicella, Achatina und Otala, häufig während der Hitzeperioden aestivieren. Einige Arten ziehen in schattige Vegetation oder Schutt. Andere klettern auf hohe Pflanzen, darunter Nutzpflanzenarten sowie Büsche und Bäume, und klettern auch auf von Menschenhand geschaffene Strukturen wie Pfosten, Zäune usw.

Ihre Angewohnheit, auf Vegetation zu klettern, um sich zu ernähren, hat dazu geführt, dass mehr als eine eingeführte Schneckenart zu einem landwirtschaftlichen Ärgernis erklärt wurde.

Um die Öffnung zu ihrem Gehäuse zu versiegeln, um Wasserverlust zu verhindern, scheiden Landschnecken eine Membran aus getrocknetem Schleim aus, die als Epiphragma bezeichnet wird. Bei bestimmten Arten, wie z Helix pomatia, diese Barriere ist mit Kalziumkarbonat verstärkt und ähnelt daher oberflächlich einem Operculum, außer dass sie ein kleines Loch hat, um einen gewissen Sauerstoffaustausch zu ermöglichen. [ Zitat benötigt ]

Es gibt eine Abnahme der Stoffwechselrate und eine verringerte Rate des Wasserverlustes bei aestivierenden Schnecken wie Rhagada tescorum, [3] Sphincterochila boissieri und andere.

Gliederfüßer Bearbeiten

Insekten: Marienkäfer (Coccinellidae) wurden als aestivate gemeldet. [4] Es wird auch berichtet, dass Moskitos eine Aestivierung erfahren. [5] Falsche Honigameisen sind dafür bekannt, dass sie winteraktiv sind und in gemäßigten Klimazonen aestivieren. Bogong-Motten werden über den Sommer assivieren, um die Hitze und den Mangel an Nahrungsquellen zu vermeiden. [6] Erwachsene Luzernerüssler (Hypera postica) aestivieren im Sommer im Südosten der Vereinigten Staaten, während dessen Stoffwechsel, Atmung und Nervensystem eine Dämpfung der Aktivität zeigen. [7] [8]

Krebstiere: Ein Beispiel für ein Krustentier, das eine Aestivierung durchmacht, ist die australische Krabbe Austrothelphusa transversa , die während der Trockenzeit unter der Erde aestiviert wird. [9]

Reptilien und Amphibien Bearbeiten

Zu den Nicht-Säugetieren, die astivieren, gehören nordamerikanische Wüstenschildkröten, Krokodile und Salamander. Einige Amphibien (z. B. die Rohrkröte und die Große Sirene) ernähren sich während der heißen Trockenzeit, indem sie sich in den Untergrund bewegen, wo es kühler und feuchter ist. Der kalifornische Rotfußfrosch kann versuchen, Energie zu sparen, wenn seine Nahrungs- und Wasserversorgung gering ist. [11]

Der wasserhaltende Frosch hat einen Aestivationszyklus. Bei heißem, trockenem Wetter vergräbt es sich in sandigem Boden in einem abgesonderten, wasserdichten Schleimkokon. Australische Aborigines entdeckten eine Möglichkeit, dies zu nutzen, indem sie einen dieser Frösche ausgruben und ihn zusammendrückten, wodurch der Frosch seine Blase entleerte. Dieser verdünnte Urin – bis zu einem halben Glas voll – kann getrunken werden. Dies führt jedoch zum Tod des Frosches, der ohne das gespeicherte Wasser bis zur nächsten Regenzeit nicht überleben kann. [12]

Die Westliche Sumpfschildkröte versucht, heiße Sommer in den ephemeren Sümpfen zu überleben, in denen sie lebt. Sie vergräbt sich in verschiedenen Medien, die sich je nach Standort und verfügbaren Substraten ändern. [13] Da die Art vom Aussterben bedroht ist, begann der Perth Zoo ein Erhaltungs- und Zuchtprogramm für sie. Die Tierpfleger waren sich jedoch der Bedeutung ihres Aestivierungszyklus nicht bewusst und führten während der ersten Sommerperiode wöchentliche Kontrollen der Tiere durch. Diese wiederholte Störung war der Gesundheit der Tiere abträglich, viele verloren erheblich an Gewicht und einige starben. Die Tierpfleger haben ihre Vorgehensweise schnell geändert und lassen ihre in Gefangenschaft gehaltenen Schildkröten nun während ihrer Aestivationszeit ungestört.

Fisch Bearbeiten

Säugetiere Bearbeiten

Obwohl relativ selten, aestivieren eine kleine Anzahl von Säugetieren. [16] Die Tierphysiologin Kathrin Dausmann von der Philipps-Universität Marburg und Mitarbeiter präsentierten in einer 2004er Ausgabe von Natur dass der Madagassische Fettschwanzmaki sieben Monate im Jahr in einem kleinen Baumloch überwintert oder überwintert. [17] Laut dem Oakland Zoo in Kalifornien sollen Vierzehen-Igel während der Trockenzeit aestivieren. [18]


Das Größenproblem

Austrocknungstolerante Tiere können aufgrund der mit dem Trocknen verbundenen physischen Belastungen klein sein (Tabelle 2). Tierzellen schrumpfen beim Trocknen, und das ganze Tier muss mit ihnen schrumpfen. Alle Tiere, die als Erwachsene Austrocknung tolerieren, nehmen beim Trocknen charakteristische, kugelige oder gewellte Formen an (Abb. 2). Starre äußere oder innere Skelette könnten dies verhindern, und keines dieser Tiere hat Skelette. Bei den toleranten Tieren mit Exoskeletten ist die Toleranz auf juvenile Stadien beschränkt, bevor sich Skelette bilden (Abb. 3). Es wäre interessant zu wissen, ob es bei diesen Tieren, wie bei den meisten Samen, generell zu einem entwicklungsbedingt programmierten Erwerb und Verlust von Toleranz auf zellulärer Ebene kommt oder ob einzelne Zellen bei einigen erwachsenen Tieren tolerant bleiben.

Austrocknungsprobleme und Mechanismen der Austrocknungstoleranz

Problem . Mechanismus . Ausgewählte Referenzen.
Mechanische Beschädigung durch Schrumpfung Bei Pflanzen Veränderungen der Zellwandzusammensetzung, die die Flexibilität erhöhen (Jones und McQueen-Mason, 2004, Vicre et al., 2004b)
Bei Pflanzen faltende Zellwände (Vander Willigen et al., 2004)
Bei Pflanzen Ersatz von Wasser in Vakuolen durch nichtwässrige Verbindungen und Fragmentierung von Vakuolen (Farrant, 2000 Vicre et al., 2004a)
Physiologische Schäden bei niedrigen Zwischenwassergehalten Hochregulierung von Proteinen, die die Membranpermeabilität erhöhen (Smith-Espinoza et al., 2003 Vander Willigen et al., 2004)
Zerfall von Membranen und Aggregation von Makromolekülen während des Trocknens, Koaleszenz von Lipidkörpern und Membranleckage bei Rehydratation Ansammlung von Zuckern, insbesondere nicht reduzierenden Disacchariden, die Moleküle stabilisieren, die Temperatur senken (Tm) der Membranphasenänderung von Flüssigkristall zu Gel und bilden Gläser mit hoher Schmelztemperatur (Tg) (Wingler, 2002 Bernacchia und Furini, 2004 Buitink und Leprince, 2004 Crowe et al., 2005)
LEA-Proteine, die als molekulare Chaperone fungieren und mit Zuckern interagieren, um Gläser zu bilden (Wise und Tunnacliffe, 2004 Goyal et al., 2005a Oliver et al., 2005)
Aufteilung von Amphiphilen in Membranen (Hoekstra und Golovina, 2002 Oliver et al., 2002)
Kleine Stressproteine, die bei Rehydration als Chaperone fungieren oder Schäden reparieren können (Collins und Clegg, 2004 Crowe et al., 2005 Potts et al., 2005)
Veränderungen der Lipidzusammensetzung, die Membranen stabilisieren, wie z. B. Anstieg von Phospholipiden, Sättigungsgrad und freien Sterinen (Quartacci et al., 2002 Hoekstra, 2005)
In Samen, Oleosine (Murphy et al., 2001)
Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) Synthese von Antioxidantien während des Trocknens, Aufrechterhaltung von Pools von reduzierten Antioxidantien und ROS-abfangenden Enzymen (Shirkey et al., 2000 Augusti et al., 2001 Espindola et al., 2003 Kranner und Birtic, 2005)
Bei Pflanzen, Herunterregulierung der Photosynthese zu Beginn der Trocknung (Jensen et al., 1999 Deng et al., 2003 Hirai et al., 2004 Illing et al., 2005)
Bei Pflanzen Falten der Blätter (Farrant et al., 2003)
Programmierter Chlorophyllverlust (Tuba et al., 1996)
Auslösung des Zelltods durch oxidiertes Glutathion Schneller Abbau von Glutathion bei Rehydration (Kranner und Birtic, 2005)
Bei Pflanzen Zerfall des Photosyntheseapparates Modifikation von Proteinen in PSII (Peeva und Maslenkova, 2004)
Akkumulation von Schäden durch UV- und Gammastrahlung sowie durch Maillard- und Fenton-Reaktionen im Trockenzustand UV-absorbierende Pigmente (Potts, 1996)
DNA-Reparatur (Wilson et al., 2004)
DNA-Schutz (Potts et al., 2005)
In Pflanzen, Kavitation von Xylem Höhe <3 m, geringe hydraulische Leitfähigkeit (Sherwin et al., 1998)
Trocknung zu schnell zur Induktion von Toleranzmechanismen Bei Tieren Kontraktion, Bau der Larvenröhre durch Polypedilum(Kikawada et al., 2005)
In Pflanzen Signal zur Induktion von Toleranzmechanismen über ABA (Beckett et al., 2000 Bartels und Salamini, 2001)
Problem . Mechanismus . Ausgewählte Referenzen.
Mechanische Beschädigung durch Schrumpfung Bei Pflanzen Veränderungen der Zellwandzusammensetzung, die die Flexibilität erhöhen (Jones und McQueen-Mason, 2004, Vicre et al., 2004b)
Bei Pflanzen faltende Zellwände (Vander Willigen et al., 2004)
Bei Pflanzen Ersatz von Wasser in Vakuolen durch nichtwässrige Verbindungen und Fragmentierung von Vakuolen (Farrant, 2000 Vicre et al., 2004a)
Physiologische Schäden bei niedrigen Zwischenwassergehalten Hochregulierung von Proteinen, die die Membranpermeabilität erhöhen (Smith-Espinoza et al., 2003 Vander Willigen et al., 2004)
Zerfall von Membranen und Aggregation von Makromolekülen während des Trocknens, Koaleszenz von Lipidkörpern und Membranleckage bei Rehydratation Ansammlung von Zuckern, insbesondere nicht reduzierenden Disacchariden, die Moleküle stabilisieren, die Temperatur senken (Tm) der Membranphasenänderung von Flüssigkristall zu Gel und bilden Gläser mit hoher Schmelztemperatur (Tg) (Wingler, 2002 Bernacchia und Furini, 2004 Buitink und Leprince, 2004 Crowe et al., 2005)
LEA-Proteine, die als molekulare Chaperone fungieren und mit Zuckern interagieren, um Gläser zu bilden (Wise und Tunnacliffe, 2004 Goyal et al., 2005a Oliver et al., 2005)
Aufteilung von Amphiphilen in Membranen (Hoekstra und Golovina, 2002 Oliver et al., 2002)
Kleine Stressproteine, die bei Rehydration als Chaperone fungieren oder Schäden reparieren können (Collins und Clegg, 2004 Crowe et al., 2005 Potts et al., 2005)
Veränderungen der Lipidzusammensetzung, die Membranen stabilisieren, wie Erhöhung der Phospholipide, Sättigungsgrad und freie Sterole (Quartacci et al., 2002 Hoekstra, 2005)
In Samen, Oleosine (Murphy et al., 2001)
Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) Synthese von Antioxidantien während des Trocknens, Aufrechterhaltung von Pools von reduzierten Antioxidantien und ROS-abfangenden Enzymen (Shirkey et al., 2000 Augusti et al., 2001 Espindola et al., 2003 Kranner und Birtic, 2005)
Bei Pflanzen, Herunterregulierung der Photosynthese zu Beginn der Trocknung (Jensen et al., 1999 Deng et al., 2003 Hirai et al., 2004 Illing et al., 2005)
Bei Pflanzen Falten der Blätter (Farrant et al., 2003)
Programmierter Chlorophyllverlust (Tuba et al., 1996)
Auslösung des Zelltods durch oxidiertes Glutathion Schneller Abbau von Glutathion bei Rehydration (Kranner und Birtic, 2005)
Bei Pflanzen Zerfall des Photosyntheseapparates Modifikation von Proteinen in PSII (Peeva und Maslenkova, 2004)
Akkumulation von Schäden durch UV- und Gammastrahlung sowie durch Maillard- und Fenton-Reaktionen im Trockenzustand UV-absorbierende Pigmente (Potts, 1996)
DNA-Reparatur (Wilson et al., 2004)
DNA-Schutz (Potts et al., 2005)
In Pflanzen, Kavitation von Xylem Höhe <3 m, geringe hydraulische Leitfähigkeit (Sherwin et al., 1998)
Trocknung zu schnell zur Induktion von Toleranzmechanismen Bei Tieren Kontraktion, Bau der Larvenröhre durch Polypedilum(Kikawada et al., 2005)
In Pflanzen Signal zur Induktion von Toleranzmechanismen über ABA (Beckett et al., 2000 Bartels und Salamini, 2001)

Pflanzen zeigen eine größere Fähigkeit als Tiere, Toleranz und Starrheit zu kombinieren. Die Blätter von austrocknungstoleranten Pflanzen kräuseln oder falten sich beim Trocknen oft, aber die Stängel können gerade bleiben und sich nur wenig in der Länge ändern (Abb. 4). Dies kann möglich sein, weil jede Pflanzenzelle ihr eigenes Exoskelett hat, ein physikalischer Stress der starren Zellwand wirkt sich bei Pflanzen wahrscheinlich nicht so leicht über Zellgruppen hinweg aus wie bei Tieren. Einige tolerante Pflanzen zeigen verschiedene spezialisierte Merkmale, die das Schrumpfen der Zellen von ihren Wänden weg reduzieren oder die Fähigkeit der Wand erhöhen, sich zu falten oder zu biegen, wenn die Zelle schrumpft (Tabelle 2).

Die Höhe von austrocknungstoleranten Pflanzen kann durch einen anderen Faktor eingeschränkt werden: die Fähigkeit, nach Austrocknung und Rehydratisierung die Aufwärtsbewegung des Wassers in den Stängeln wiederherzustellen (Schneider et al., 2000). Wurzeldruck und Kapillarwirkung können Xylem über ∼3 m nicht nachfüllen, und dies ist auch ungefähr die maximale Höhe toleranter Pflanzen.

Die Notwendigkeit, während der Austrocknung ungehindert Wasser zu verlieren, kann die Dicke von austrocknungstoleranten Organismen einschränken (Tabelle 2). Die Austrocknungsrate beeinflusst das Überleben vieler toleranter Organismen. Schnelles Trocknen kann die Induktion von Mechanismen verhindern, die für die Toleranz erforderlich sind (Ricci et al., 2003, Clegg, 2005), und eine Funktion der Kontraktion und anderer Verhaltensreaktionen auf Austrocknung bei Tieren kann darin bestehen, das Trocknen zu verlangsamen (Kikawada et al., 2005). Eine sehr langsame Trocknung kann jedoch die Verweildauer bei Wassergehalten verlängern, die knapp über denen liegen, bei denen der Stoffwechsel aufhört, und diese Wassergehalte können besonders schädlich sein (Berjak und Pammenter, 2001 Proctor, 2003 Walters et al., 2005). Ein spezifischer Mechanismus, um den Wasserverlust aus den Zellen während des Trocknens zu erleichtern, könnte die Hochregulierung von Aquaporinen sein, die die Permeabilität von Membranen erhöhen (Tabelle 2).


Tieranpassungen in der Gezeitenzone

Die Gezeitenzone ist der Bereich an einem Strand zwischen Ebbe und Flut. Diese Zone umfasst oft mehr als einen Lebensraum, darunter Feuchtgebiete und felsige Klippen. Die Gezeitenzone bietet Lebensraum für eine Vielzahl von Tierarten wie Weichtiere, Krebstiere, Würmer, einige Korallen- und Algenarten. Die Gezeitenzone kann so breit sein wie ein mehrere Meter breiter Sandstrand oder schmal wie eine steile Felsklippe. Die Organismen haben gelernt, sich an die Wasserspiegelschwankungen anzupassen, die durch die täglichen Gezeiten, Wasserturbulenzen, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Salzgehalt verursacht werden.

Typischerweise umfasst ein felsiges Gezeitenufer eine Spritzzone (supratidale Zone), die die Region ist, die wiederholt durch die Wirkung von Wellen spritzt. Entlang der Küstenlinie der meisten Strände ist die Gezeitenzone normalerweise in drei Hauptzonen unterteilt niedrige Gezeitenzone, die jedes Mal der Atmosphäre ausgesetzt ist, wenn sich eine Ebbe zurückzieht mittlere Gezeitenzone, die regelmäßig durch die Einwirkung der Meeresgezeiten freigelegt und überflutet wird und die hohe Gezeitenzone, die nur bei Flut unter Meerwasser liegt, bleibt jedoch die meiste Zeit der Landumgebung ausgesetzt.

Stressoren in der Gezeitenzone

Die Gezeitenzone ist ständig dem Einfluss natürlicher Umweltfaktoren ausgesetzt, die die dort gedeihenden Organismen einem enormen Stress aussetzen, sodass diese Organismen Möglichkeiten entwickelt haben, sich an diese raue Umgebung anzupassen. Im Laufe eines Tages wird die Gezeitenzone von zwei Ebbe und zwei Fluten beeinflusst, die jedes Mal, wenn eine Flut zurückgeht, Turbulenzen und Widerstand erzeugen. Bei Ebbe sind die Organismen der Luft, höheren Temperaturen und dem Salzgehalt ausgesetzt, wodurch die Gefahr der Austrocknung besteht. Um diese belastenden Bedingungen zu überleben, haben Gezeitenorganismen ausgeklügelte Wege entwickelt, damit umzugehen.

Gezeitenorganismen, insbesondere solche, die an den äußeren Grenzen der Gezeitenzone (hohe Gezeitenzone) leben, sind unterschiedlichen Temperaturänderungen ausgesetzt. Während sie unter Wasser bleiben, kann die Temperatur um einige Grad schwanken. Bei Ebbe können die Temperaturen jedoch je nach Jahreszeit von eisig bis heiß schwanken. Schnecken und Krebse ernähren sich bei Flut, aber bei Ebbe graben sie sich unter feuchten Löchern im Sand ein. Andere Organismen können entweder eine dunkle oder eine helle Schale entwickeln, um die Temperatur zu regulieren.

Viele Gezeitenorganismen trocknen aus oder trocknen aus, wenn sie bei Ebbe Luft und Sonnenlicht ausgesetzt werden. Schnecken vermeiden Austrocknung und Wasserverlust, indem sie sich vollständig in ihren Schalen verstecken. Napfschnecken leben in Hausnarben, die an harten Substraten befestigt sind. Sie hinterlassen die Narbe zum Weiden und kehren zurück, kurz bevor die Flut zurückgeht. Einige entwickeln eine äußere Hülle oder Schleimhaut, um ihren Körper zu schützen und Austrocknung zu verhindern. Einige Algenarten, die einer langen Austrocknung ausgesetzt sind, können sich rehydrieren und erholen. Barnacles and mussels attach themselves to rocks to avoid being washed away.

Some plants, such as those living in salt marshes, prevent salt uptake by secreting salt through their glands. High salinity concentrations usually occur at those locations with high salinity rates, such as intertidal pools and salt marshes. The salinity in tide pools may vary when the water contained in it is diluted by rain, affecting some fish like blennies and sculpin. Shading by some plants may slow evaporation in certain areas of the intertidal zone, reducing salinity. Sea stars, and echinoderms are intolerant to low salinities and their metabolism is unable to perform osmoregulation.

Intertidal organisms must protect from being washed away by the force of waves. Some mollusks, such as limpets, possess hard conical shells that protect them from high wave action. Sea stars have various suctioning feet used to attach themselves to hard substrates. Kelps can grow from 20-45 meters (66-148 ft.) long. They possess a holdfast with a root-like haptera, which attaches the kelp to the ocean floor, protecting it from the waves. The intertidal zone is washed everyday by the action of sea waves, and the organisms thriving there have adapted to deal with changes in temperature, moisture, turbulence, desiccation and salinity.


Unstructured Proteins Help Tardigrades Survive Desiccation

Abby Olena
Mar 16, 2017

Scanning electron micrograph of six tardigrades THOMAS BOOTHBY Hardy, microscopic animals called tardigrades, also known as water bears, can survive desiccation. Until now, it wasn&rsquot clear exactly how. The results of a study published in Molekulare Zelle today (March 16) suggest that proteins lacking stable 3-D structures, called tardigrade-specific intrinsically disordered proteins (TDPs), form glass-like solids that protect the animals during drying.

Other organisms achieve desiccation tolerance with a sugar called trehalose, which forms glass-like solids upon drying. For years, researchers assumed that tardigrades used trehalose, too, but many species of water bears only express small amounts of the sugar&mdashlikely not enough to confer the substance&rsquos preservative capabilities.

TDPs &ldquoseem to work by a mechanism which is similar to this sugar, trehalose,&rdquo said coauthor Thomas Boothby, a postdoc at the University of North Carolina, Chapel Hill. &ldquoIt seems like evolution has basically come up with two different ways to.

Boothby and colleagues identified a group of TDPs during a screen for tardigrade genes upregulated during desiccation. They confirmed that many of the genes’ protein products were disordered, and that these genes were expressed in three different tardigrade species, either constitutively or during drying. When the team used RNA interference (RNAi) to knock down TDP genes, the tardigrades were less able to survive desiccation.

Next, the researchers introduced TDP genes into yeast and bacteria, finding that the proteins increased desiccation tolerance in both organisms. TDPs also preserved the activity of an enzyme, lactate dehydrogenase, during drying in vitro. The authors showed that, upon desiccation, isolated TDPs transform into a glass-like substance, which also is present in—and increases survival of—both yeast that express TDPs and tardigrades during drying.

The study is “very solidly done,” biologist John Crowe of the University of California, Davis, who did not participate in the work, told The Scientist. He added that one direction for future research would be to examine the effects of TDPs on cell membranes.

“It’s been well known for some time that polymers like this can prevent fusion between membranes during drying, but they don’t preserve them completely,” Crowe said. “Small molecules like trehalose or glucose, or some other small sugar, are required in addition. It may well be that the small amount of trehalose that’s found in tardigrades in conjunction with those proteins may do the job. You might need both.”

According to Boothby, another open question is whether tardigrade species other than the three examined in this study use a similar mechanism to protect against desiccation. There are more than 1,200 tardigrade species, divided into two classes.

“It’s going to be really instructive if and when we can start looking at differences between those classes,” said Carl Johansson, an instructor at Fresno City College in California who was not involved in the work.

Probing how TDPs function at a molecular level to protect the animals from desiccation could have applications beyond water bears. “This represents the first step that could be used to improve the capability of other organisms to desiccate in the future,” said coauthor Lorena Rebecchi of the University of Modena and Reggio Emilia in Italy. Rebecchi explained that learning more about tardigrade proteins could eventually enable researchers to safely desiccate plants and other animals.

“People don’t know about tardigrades, but they are very important,” she said. “They have a lot of biological secrets that could be used to improve the quality of human life.”


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