Hoofdstuk 22 Terug naar de toekomst H 22.1 Bouwtekening Wolharige mammoet Mammuthus primigenius

Hoofdstuk 22 Terug naar de toekomst H 22.1 Bouwtekening

https://nl.wikipedia.org/wiki/Wolharige_mammoet Wolharige mammoet

 Mammuthus primigenius

 600.000 geleden in Azie

 leefde verspreid over grote delen noordelijk halfrond

 verschillende bronnen geven informatie over bouw en levenswijze o Noordzeevissers “vangen” slagtanden en kiezen

o Siberië bevroren resten met vlees, huid en haren

 hieruit is DNA te halen

 analyse maaginhoud

 mammoet net zo groot en zwaar als Aziatische olifant

 mannetjes en vrouwtjes grote slagtanden en korte gespierde nek

 kleine oren, korte achterpoten en dikke vacht

 vrouwtjes vormen kudde

 mannetjes leven solitair

 slagtanden voor gevechten tussen mannetjes en woelen in de sneeuw

 slurf twee vingerachtige uiteinden om gras, mos en kleine plantjes te pakken

 180 kg voedsel per dag

 veel voedsel op de steppen Mitochondriaal DNA

 circulair, is in grotere hoeveelheden aanwezig dan kern DNA (veel meer mitochondriën)

 muteert iets sneller door aanwezigheid zuurstofradicalen

 bevat coderende genen, maar ook genen voor rRNA en tRNA

 vooral door opwarming aarde zijn mammoeten verdwenen (flessenhalsgebeurtenis)

 laatste mammoeten leefden op Wrangel zo’n 4000 jaar geleden (zie bron 1) Een clade (cladogram) is een evolutionaire stamboom. Een clade kan gemaakt worden met behulp van de structuur van kiezen of DNA (zie bron 2 en 3)

Het genoom van de mammoet is samengesteld uit vele kleine fragmenten DNA met behulp van computers met grote rekenkracht en het genoom van de Aziatische olifant.

Mammoeten hebben een MC1R gen. Mutaties in dit gen voorkomt binding van he hormoon MSH waardoor de haarkleur bij homozygote dieren blond haar en

heterozygote dieren bruin haar. Dieren zonder mutaties hebben zwart haar.

Het rabl-2 eiwit bevat geconserveerde gebieden. Geconserveerde gebieden zijn belangrijk voor de werking van een eiwit. In een bepaald geconserveerd gebied

verschilt het rabl-2 eiwit in de wolharige mammoet op 1 plaats t.o.v. vele andere organismen.

H22.2 Mammoetfysiologie

https://www.youtube.com/watch?v=8TRyiAkYnFQ Footage big elephant Mammoetbeenderen en gebit (bron 6 en 7)

 slagtanden (uitgegroeide snijtanden), soms 4,2 m lang o eerst melkslagtanden,

o na jaar definitieve slagtanden

o slagtand bevat groeiringen doordat groei lente/zomer sneller gaat dan herfst/winter

o naast de jaarringen zijn er met een microscoop ook dagringen waarneembaar

o ringen en chemische samenstelling van de ringen geven informatie over leeftijd en ook leefomstandigheden (ziekte, honger, type voedsel, dorst)

 kiezen

o per kaakhelft 1 kies actief

o nieuwe kiezen ontstaan achterin de kaak en duwen versleten kiezen naar voren

o een mammoet wisselt gedurende zijn leven maximaal 5 maal o laatste kiezen rond leeftijd van 30 jaar

o elke nieuwe kies heeft meer lamellen

o beweging van de kaak is bij het kauwen naar voren gericht

https://thumbs.dreamstime.com/z/de-kaak-van-de-olifant-7458161.jpg

 heupbeen

o zegt iets over het geslacht (wel of geen geboortekanaal)

 opperarmbeen

o schofthoogte, gewicht en leeftijd

https://www.youtube.com/watch?v=7vwaObde3Nk Groei kiezen olifant

Aanpassingen vacht, oren en poten

 dikke wollige beharing

o houdt isolerende luchtlaag vast

o waardoor kerntemperatuur constant is

 erboven zeer lange dikke dekharen tot aan de grond

 relatief kleine oren bedekt met haren

 vetbult achter de kop voor reservevoedsel en warmte-isolatie

 warmte-isolerende vetkussens onder de voetzolen

 relatief korte poten houden warmte meer in het lichaam

 warmtewisselaar in de poten met tegenstroomprincipe

o waardoor de poten koud blijven en dus weinig warmtegeleiding naar de bodem

o de kerntemperatuur constant door opwarming van koud aderlijk bloed door warm slagaderlijk bloed

Aanpassing bloed en bloedsomloop

 warmtewisselaar in de poten met tegenstroomprincipe

o waardoor de poten koud blijven en dus weinig warmtegeleiding naar de bodem

o de kerntemperatuur constant door opwarming van koud aderlijk bloed door warm slagaderlijk bloed

 Hemoglobine bij de mammoet vertoont aanpassingen

o bij normaal Hb (van een olifant) is de affiniteit voor zuurstof groter bij een lage temperatuur

o bij het Hb van een mammoet is er een mutatie in het gen waardoor zuurstof ook bij lagere temperaturen loskomt van Hb

o onderzoek naar mammoet Hb was lastig omdat DNA beschadigd was o daarom Hb gen uit olifant en mutatie aangebracht zodat het hetzelfde

was als het Hb gen uit mammoet (bron 9) o de twee eiwitten werden vergeleken

 Hb gaat na binding van zuurstof over in oxihemoglobine

 allosterische remmers binden aan allosterische zijde van Hb

 remmers zorgen ervoor dat zuurstof vrijkomt van Hb

 bij lage temperatuur steviger binding van zuurstof en dus minder zuurstof afgifte (deoxigenatie is endotherm proces)

 bij mammoeten in koude omgeving zou hierdoor te weinig zuurstof vrijkomen in de poten waardoor door de lage verbranding de poten bevriezen

 mutaties zorgen voor verhoogde binding tussen allosterische remmer en Hb

 gemuteerde Hb laat zuurstof ook los in koude omgeving

 waardoor meer verbranding en minder kans op bevriezing (bron 10)

Dus poten kunnen koud blijven, waardoor energiebesparing en geen grote warmteafgifte aan de omgeving, echter er is voldoende energieproductie voor spierarbeid en dus worden bevriezingsverschijnselen voorkomen.

https://www.youtube.com/watch?v=XxElVpgNUF0 Structure function Hb

H22.3 Mammoetecologie

Wat betekent het dat in bepaalde delen van het rabl-2 eiwit de aminozuren voor vele organismen identiek zijn?

DVD autopsie olifant

Pleistoceen 2.500.000-10.000 jaar voor Christus

 afwisseling warme en koude perioden

 waterpeil laag, Siberië en Alaska met elkaar verbonden

 wolharige mammoeten 600.000 jaar geleden tot 4000 jaar geleden

 vanaf 10.000 jaar warmer en stijging waterpeil

 verandering habitat

 eiland Wrangel laatst overgebleven populatie https://nl.wikipedia.org/wiki/Wrangel_(eiland)

https://www.npostart.nl/floortje-naar-het-einde-van-de-wereld/08-06- 2019/BV_101393638?utm_medium=refferal&utm_source=tvblik Mammoetsteppe

 mammoet eet 180 kg voedsel per dag

 steppe dus niet altijd bedekt met sneeuw

 zomers waren steppe productieve grassteppen

 gebied strekte zich uit van Engeland tot en met Alaska

 de steppe was koud, droog en vrijwel boomloos

 ’s winters zochten mammoeten beschutting in bossen

 dieren aten vooral takken en afgestorven plantendelen

 naast mammoeten leefden er ook:

o wolharige neushoorns, rendieren, muskusossen, wilde paarden, Europese ezels (grote zoogdieren)

o hamsters, grondeekhoorns, lemmingen (kleine consumenten eerste orde)

o wolven, steppenleeuwen, grottenberen en sabeltandtijgers (carnivoren) Specialisatie voorkomt voedselconcurrentie (zie bron 13)

Grote grazers (en andere herbivoren) voorkomen successie van de steppe naar een bos

 hoeven verstoren toplaag, waardoor mossen weinig kans krijgen gras te overwoekeren

 struiken en jonge boompjes worden opgegeten of de schors wordt afgevreten waardoor bomen dood gingen

 steppe heeft slechts een dunne humuslaag

o waardoor de ondergrond altijd bevroren blijft en de toplaag in het voorjaar snel ontdooid waardoor gras snel kan groeien

o afbraak van poep (door bacteriën en schimmels) van grazers zorgt voor voldoende mineralen

Verdwijnen van de mammoet

 vanaf 10.000 jaar geleden opwarmen aarde

o mammoetsteppe verandert in natte toendra o jacht door mensen

o aantal herbivoren neemt af o mossen verdringen grassen o struikjes gaan groeien o dikke humuslaag (isolerend)

o bovenlaag ontdooit te laat, waardoor groeiseizoen te laat begint o minder voedsel overgebleven grazers

o mammoeten verdwijnen o Neanderthaler verdwijnt Fossiele uitwerpselen

 door klimaatverandering ontdooit steeds meer permafrost

 er vindt meer anaerobe afbraak plaats van organisch afval waardoor methaan wordt geproduceerd

 er worden steeds meer mammoeten gevonden

 ontlasting

o vertelt iets over wat de mammoet eet (gras, takjes, vruchtjes, mossen etc.)

 mammoet eet net als konijn ontlasting op

 na bacterieel afbraak in blinde darm

 vorming van verschillende vitaminen (K, B7, B12)

 poep met alleen vezels

 poep met meer eiwit wordt opnieuw opgegeten voor tweede verteringsronde

o vertelt iets over het milieu (habitat)

 planten en zaden en stuifmeel

 stuifmeel was vooral van windbestuivers,

 mogelijk waren er dus weinig insecten op de steppe Zimov

 wil grote grazers introduceren op de toendra

 begrazing en bemesting stimuleert groei gras

 en verkleining humuslaag

 waardoor kou dieper doordringt en permafrost zomers niet meer smelt

 en er dus minder methaan productie is Bedenk een goede vraag.

Vraag 3 pagina 201

P is productie; A is assimilatie; F is faeces; I is intake; R is respiratie DVD autopsie olifant

H22.4 Toekomst van de wolharige mammoet Stamcellen

Totipotent: alle type cellen (meer dan 220) en de placenta. Dit is het stadium van de zygote tot en met het 8-cellig stadium.

Pluripotent: alle type cellen.

 Embryonale stamcellen (ES)

 Embryonale stamcellen met het DNA van de patiënt (door therapeutisch klonen)

 Induced pluripotent stem cells (iPSC; ontstaan door herprogrammering van gedifferentieerde cellen bijvoorbeeld een stamcel uit een huidcel; de

epigenetische code moet worden gereset) Multipotent: beperkt aantal celtypen

 Foetale stamcellen

 Navelstreng stamcellen

 Volwassen stamcellen (o.a. bloedvormende stamcellen en stamcellen in de huid en in vetweefsel)

Unipotent: slechts 1 celtype (o.a. stamcellen in het hoornvlies)

Voorlopercellen zijn stamcellen die aan het differentiëren zijn maar nog geen rijpe cellen zijn.

https://www.youtube.com/watch?v=ijb5Qi1x7cg animation stem cells Klonen van Dolly (zie bron 17)

 herprogrammeren van DNA uiercel

 transplantatie van kern uiercel in eicel zonder kern

 transplantatie in draagmoeder

Dolly werd slechts 6,5 jaar oud (longinfectie; gemiddelde leeftijd schaap is 12-15 jaar) Na Dolly ook muizen, ratten, konijnen, geiten, koeien, honden en sinds kort apen gekloond.

 technische problemen (er moeten velen pogingen worden ondernomen)

 gezondheidsproblemen (hebben de klonen geen ouderdomsziekten?)

 ethische problemen (moeten we dit wel willen?) Reden om te klonen

 voor consumptie (vermeerderen van een bepaald genetisch gemodificeerd dier)

 voor de organen

 om een soort van uitsterven te behoeden

 om een uitgestorven dier terug te brengen

Klonen van wolharige mammoet Methode 1: Mammoeten uit sperma

 bevroren sperma uit ijs gebruiken om Aziatische olifant te bevruchten

 het hybride dier weer terugkruisen met andere hybride Aziatische olifanten tot een raszuivere wolharige mammoet

 echter normaal invriezen sperma in vloeibaar stikstof (196 graden onder nul), dit is 30 jaar houdbaar

 nu in ijswater van 30.000 jaar oud; kans dat dit nog van goede kwaliteit is, is gering

Methode 2: Mammoet klonen met behulp van herprogrammering DNA kern lichaamscel

 isolatie intacte lichaamscel mammoet

 herprogrammering DNA

 kerntransplantatie in eicel (waaruit de kern verwijderd is) Aziatische olifant

 stimulering tot celdeling

 plaatsing in draagmoeder

Methode 3: Nabouwen van DNA mammoet

 bepaling genoom mammoet (door sequencen)

 in het laboratorium de chromosomen nabouwen

 omhul de chromosomen met een kunstmatig membraan

 plaats kern in eicel

 stimuleer tot celdeling

 plaats eicel in draagmoeder

 nog niet mogelijk, experimenteel stadium

Methode 4: aanpassen DNA olifant zodat het overeenkomt met wolharige mammoet

 muteer olifanten DNA aan de hand van het mammoetgenoom

 herprogrammeer het DNA

 plaats de kern in een eicel

 stimuleer eicel tot celdeling

 plaats eicel in draagmoeder

 experimenteel stadium

Jonge olifanten hebben last van EEHV en sterven aan bloedingen en aantastingen longen.

Obstakels bij het klonen van mammoeten

 mammoeten kunnen vatbaar zijn voor moderne ziektes; een jongen mammoet moet geïsoleerd opgroeien om infectie met EEHV te voorkomen

 verborgen virussen in het mammoetgenoom kunnen na activatie:

o de kloon ziek maken

o misschien kan het virus hedendaagse dieren ziek maken

 een kloon groeit op zonder zijn echte ouders

 een kloon groeit op een andere natuurlijke omgeving DVD autopsie olifant

Toepassen Mens: verleden, heden en toekomst

https://www.youtube.com/watch?v=9pzXeGgVwuk Cees Craniofaciale reconstructie

Hoe meer mensen genetisch van elkaar verschillen hoe langer ze van elkaar gescheiden zijn.

Groepen mensen in Afrika zijn waarschijnlijk langer van elkaar gescheiden en dus genetisch meer verschillend.

Genetische diversiteit wordt onderzocht aan de hand van mitochondriaal DNA.

 klein DNA (16.500 bp, 37 genen, kern DNA 3 miljard bp, 22.000 genen)

 basevolgorde snel te bepalen

 mtDNA muteert sneller door reactieve zuurstofmoleculen

 in een groep uit IJsland van 272 mensen mutatiesnelheid van 0,0043 puntmutaties per generatie

 mtDNA erft over via de vrouwelijke lijn

 Homo sapiens 200.000 jaar oud Van Afrika naar Europa

 70.000 jaar geleden Toba vulkaanuitbarsting (Indonesië)

 veel as in de atmosfeer

 temperatuurdaling van 3-5 graden Celsius

 6-10 jarige winter

 flessenhalsgebeurtenis voor Homo sapiens (genetische drift kan zijn bottleneck of founder effect/ flessenhals of stichter effect)

 50.000 jaar geleden trokken verschillende groepen weg uit Afrika (meerdere golven)

 migratiepatronen via Short Tandem Repeats (STR) op Y chromosoom (zie bron 22) Kleine mutaties worden SNP’s (single nucleotide polymorphism) genoemd.

 haplogroepen op het Y chromosoom https://en.wikipedia.org/wiki/Haplogroup

Vanaf 10.000 jaar gelden begon het warmer te worden, maar klimaat wisselde nog wel.

Dansmuggen zijn indicatorsoorten voor koude en warmere perioden Ecologische veranderingen

 kwelders en wadden

 veen veranderde in weidegrond

 bossen in akkers

 verstedelijking

 rivieren omgeleid

 (zee)dijken aangelegd

 IJsselmeer afgesloten (zout water naar zoet water)

 polders drooggelegd

 verzilting in de duinen

 aardgaswinning geeft aardbevingen Technologische veranderingen

 hygiëne

 riolering

 schoon drinkwater

 medicijnen (o.a. antibiotica)

 (operatie)technieken (schedel met 3D printer)

 nanotechnologie

 microchips voor diagnostiek

https://www.ad.nl/gezond/ik-twijfelde-of-er-bij-judith-een-luikje-in-moest~ab8b7805/

https://www.ad.nl/gezond/wereldprimeur-complete-schedel-vervangen-in- umc~a51a40ac/