Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Evolution. Phylogeny --- Aanpassing (Biologie) --- Adaptatie (Biologie) --- Adaptation (Biologie) --- Adaptation (Biology) --- Environment --- Evolutie --- Evolution --- Genetica --- Genetics --- Génétique --- Adaptation, Biological --- Evolution (Biology) --- Evolution (Biologie) --- Génétique --- Adaptation, Biological. --- Genetics.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het hoofddoel van deze thesis bestond erin het inzicht te veruimen in de evolutionaire ecologie van anti-predatie gedrag in de watervlo Daphnia magna. De ecologische context van predator-prooi interacties is reeds veel bestudeerd en veel aandacht hierbij is gegaan naar predator geïnduceerde morfologische-, gedrags- en levensgeschiedenis kenmerken. In tegenstelling is nog maar weinig geweten over fysiologische/biochemische veranderingen in respons op predatie. Door de incorporatie van dergelijke kenmerken willen we een meer volledig beeld krijgen van de verdedigingsmechanismen tegen predators. Hiervoor pasten we een dubbele strategie toe. Langs de ene kant hebben we gescreend voor fysiologische kenmerken die potentieel kunnen worden toegevoegd aan de set van verdedigingsmechanismen die door Daphnia worden aangewend in respons op vispredatie. Langs de andere kant hebben we gebruik gemaakt van een proteomics benadering, waarbij we proteïnen hebben geïdentificeerd die differentieel tot expressie komen bij predatierisico. Behalve als eindpunten kunnen fysiologische/biochemische kenmerken ook onderliggende mechanismen blootleggen van reeds gekende verdedigingsmechanismen. Dit zal onze kennis verruimen van hoe prooien omgaan met predatie en hoe meervoudige verdedigingsstrategieën worden geïntegreerd. Om specifiek te kijken naar de evolutie van fysiologische/biochemische kenmerken gerelateerd aan verdediging ten opzichte van natuurlijke vijanden, hebben we gebruik gemaakt van een ‘herrijzenis’ aanpak. We hebben het evolutionaire potentieel en het evolutionaire traject gekwantificeerd van twee van de bestudeerde kenmerken, in D. magna afkomstig van drie verschillende subpopulaties gescheiden in de tijd. Deze Daphnia zijn afkomstig van rusteieren uit verschillende diepten van een rusteierenbank van een natuurlijke vijver uit Oud Heverlee. Omdat we de geschiedenis kennen van zowel de visbepotingen als van de parasitaire druk doorheen de tijd, zijn we in staat om dit te vergelijken met het expressie patroon van onze kenmerken te vergelijken. Hierdoor kunnen we de evolutionaire veranderingen van de populatie reconstrueren in respons op de aanwezigheid van verschillende vijanden. In hoofdstuk 1 hebben we ons geconcentreerd op een specifieke fysiologisch eindpunt: heatshock proteïne 60 (Hsp60), een belangrijk stress proteïne, dat betrokken is in de cellulaire verdediging. We hebben het effect van viskairomonen getest op de hoeveelheid Hsp60, en konden een tijdelijke inductie aantonen na blootstelling aan predator stress. Dit suggereert dat Hsp60 wordt opgereguleerd in reactie op acute predator stress, zodat andere verdedigingsmechanismen kunnen ontwikkelen en de verdediging overnemen. We vonden genetische variatie voor de inductie respons, zowel als voor de constitutieve hoeveelheid aan Hsp60, gelinkt aan de natuurlijke habitatten van de clones en de residente vispredatie. In hoofdstuk 2 hebben we het aantal betudeerde fysiologische kenmerken uitgebreid en getest in welke mate de response op predatie afhankelijk is van de voorradige energie (voedsel stress). Voedsel stress had een sterke invloed op alle bestudeerde kenmerken, terwijl de response op predatie in tegenstelling tot bij de levensgeschiedenis kenmerken, minder uitgesproken was voor de fysiologische kenmerken. Relatieve investering in verdediging was hoger bij voedsel stress, terwijl als voedsel meer voorradig is, meer energie geïnvesteerd werd in reproductie. In de volgende twee hoofdstukken hebben we aangetoond dat de subpopulaties van ons studiesysteem een sterk evolutionair potentieel had en hebben de evolutionaire veranderingen van de hoeveelheid stress proteïnen Hsp60 (hoofdstuk 3) en de activiteit van het enzym profenoloxidase (proPO) (immuniteit: hoofdstuk 4) gereconstrueerd. Hsp60 levels stegen gelijkmatig doorheen de tijd, parallel aan de stijging in parasitaire druk in de vijver, waardoor ze dus niet overeenkwamen met de veranderingen in vispredatie. Ook de proPO activiteit steeg doorheen de tijd, maar dit enkel tussen de oudste periode met een zeer lage densiteit aan parasieten en de daaropvolgende periode met een verhoogde parasieten druk. Naast voor fototactisch gedrag, waar reeds een evolutionaire respons was beschreven, hebben we zeer snelle (5-10 jaar) microevolutie in een natuurlijke populatie aangetoond voor zowel Hsp60 en proPO. Predatie en parasieten hebben in deze populatie een zeer sterke selectie druk gevormd die evolutie veroorzaakt heeft in de verdedigingsmechanismen. In het laatste hoofdstuk (hoofdstuk 5), hebben we een methode geoptimaliseerd om proteïnen expressie profielen te vergelijken tussen dieren die al dan niet werden blootgesteld aan predators. We hebben 30 differentiële proteïnen tussen predator blootgestelde en controle dieren geïdentificeerd. Hoewel onze resultaten nog in een exploratief stadium zitten, hebben we reeds enkele interessante proteïnen gevonden, waarvan de functie is gerelateerd met energie opname en allocatie, gen regulatie, cytoskelet karakteristieken, signaal transductie, en resistentie tegen hypoxia en parasieten. Alles bij elkaar toont het in deze thesis voorgestelde onderzoek aan dat fysiologische/biochemische kenmerken, zowel als eindpunten als intermediairen in onderliggende processen, een extra inzicht kunnen bijbrengen over hoe prooien omgaan met predators en parasieten. De exploratieve proteomics resultaten geven aan dat de ontwikkelde techniek veelbelovend zijn voor verder onderzoek naar hoe fysiologische kenmerken betrokken zijn in de onderliggende mechanismen van anti- predatie verdediging and de link met verdediging ten opzichte van andere stressoren. The main goal of this dissertation was to broaden our insight into the evolutionary ecology of anti-predator traits in the water flea Daphnia magna. The ecological context of predator-prey interactions is well-studied and a lot of attention went to predator-induced morphological, behavioural and life history traits. In contrast, little is known about the physiological/biochemical responses to predation. Through the incorporation of such traits we wanted to gain a more complete picture of the predator defence. We followed a double strategy. On the one hand, we screened for physiological traits that potentially could be added to the set of defence mechanisms used by Daphnia in response to fish predation . On the other hand, we followed a proteomics approach and identified differentially expressed proteins under predation risk. Besides being end points, physiological/biochemical traits also could reveal underlying mechanisms of already known defence mechanisms. This will improve our knowledge on how prey cope with predation and how multiple defence strategies are integrated. To specifically focus on the evolution of physiological/biochemical traits related to natural enemies we followed a resurrection approach. We quantified the evolutionary potential and evolutionary trajectory of two focal traits, in D. magna from three different subpopulations separated in time and hatched from a resting egg bank of a natural system, Oud Heverlee pond. As we know the history of fish stockings as well as the changes in parasite pressure through time, we were able to compare this with the expression patterns of our traits, reconstructing the evolutionary response of the population in response to the different enemies. In, chapter 1, we concentrated on a specific physiological endpoint: heat shock protein 60 (Hsp60), an important stress protein involved in cellular defence. We tested the effect of fish kairomones on levels of Hsp60, and were able to show a transient induction after predator stress. This suggests that Hsp60 is up-regulated in response to acute predator stress, where after other defences take over. There was genetic variation in induction as well as constitutive levels of Hsp60, linked to the fish predation history in the natural habitat of the clones. Chapter 2 extended the list of physiological traits and tested to what extent the responses to predation risk were dependent upon energy availability (food stress). Food stress had a strong influence on all studied traits, while the response to predation risk was mostly in the life history traits and much weaker in the physiological traits. Relative investment in defence was higher under food stress, while at high food levels more energy was invested in reproduction. In the next two chapters we demonstrated evolutionary potential and reconstructed the evolutionary trajectory of the levels of stress protein Hsp60 (chapter 3) and the activity of the enzyme prophenoloxidase (immune function; chapter 4). Hsp60 levels monotonously increased through time, paralleling the increase in parasitic load, while not fitting the changes in fish predation pressure in the pond. Also the activity of prophenoloxidase increased through time but only between the oldest period with very low parasite density and the succeeding periods with increased parasite pressure. Next to phototactic behaviour, where the evolutionary response already was documented, we showed for both Hsp60 and proPO that micro-evolution occurred very rapidly (in a period of 5 to 10 years) in a natural population. Predation and parasites therefore may have been strong selective agents, driving the evolution of defences in the Oud Heverlee population. In a final chapter (chapter 5), we optimized and carried out a comparative analysis of protein expression profiles between predator-exposed and control animals. We identified 30 differentially expressed proteins under predator stress. Although our results are exploratory, we already found some interesting proteins, of which the function is related to energy acquisition and allocation, gene regulation, cytoskeletal characteristics, signal transduction, resistance to hypoxia and resistance to parasites. Taken together, the research presented in this thesis demonstrated that physiological/biochemical traits may gave additional insights, both as end points and as intermediates in pathways, in the study of how prey can cope with predators and how this may affect defence against parasites. The exploratory results of the proteomic analysis indicate that this is a promising tool to further explore physiological/biochemical correlates of the anti-predator defence and links with defences against other stressors. Organismen in de natuur, worden vaak geconfronteerd met verschillende stress factoren. Maar ondanks het feit dat hun omgeving hen grote uitdagingen biedt, hebben organismen zich toch op bijna alle mogelijke plaatsen op aarde succesvol weten te vestigen. Om dit te bereiken hebben organismen een heel gamma aan verdedigingsmechanismen ontwikkeld. Maar omdat omgevingsfactoren constant veranderen in plaats en doorheen de tijd, moeten organismen zich constant aanpassen om zich zo te weten te beschermen tegen stressoren die hen anders op een bepaalde plaast zouden uitsluiten. Om de capaciteit van een organisme om zich te wapenen tegen omgevings stress te bestuderen, hebben we in deze studie gekeken naar de evolutionaire ecologie van predator geïnduceerde verdedigingsmechanismen in de watervlo Daphnia magna. Daphnia zijn belangrijke organismen binnen een aquatische gemeenschap. Ze zijn heel efficiente algen begrazers en vormen zelf het geliefkoosde voedsel voor vele vissen. Om zich te verdedigen tegen vispredatie hebben ze verschillende aanpassingen in morfologie, gedrag en levensgeschiedenis kenmerken ontwikkeld Alhoewel de ecologische context van de predator-prooi interacties al veel bestudeerd is, weten we eigenlijk nog maar weinig hoe predatie deze veranderingen veroorzaakt. Om een meer volledig beeld te krijgen van de verdedigingsmechanismen hebben we de response van een aantal fysiologische kenmerken op predatorstress bestudeerd. Door ook de onderliggende mechanismen van verdedigingsmechanismen te bestuderen kunnen we meer te weten komen over mogelijke interacties en beperkingen bij het voorkomen van verschillende verdedigingsmechanismen en hun effect op de stressor. We hebben ons verder gefocused op hoe verdedigingsmechanismen kunnen veranderen doorheen de tijd in een natuurlijke populatie (vijver Oud Heverlee). Omdat we de geschiedenis kennen van de visdensiteiten in deze vijver, tesamen met de veranderen parasitaire druk doorheen de tijd, konden we bestuderen hoe Daphnia zich hebben kunnen aanpassen aan het voorkomen van deze natuurlijke vijanden en welke verdedigingsmechanismen ze hebben ontwikkeld. We hebben hierbij kunnen aantonen dat er evolutionaire veranderingen konden optreden in een zeer korte tijdsperiode (tussen 5 a 10 jaar). We volgden voor ons onderzoek een dubbele strategie. Langs de ene kant, hebben we ons gefocused op specifieke fysiologische kenmerken, waarvan we reeds aanwijzingen hadden dat ze belangrijk konden zijn voor verdediging bij vis predatie. Langs de andere kant hebben we via een proteomics benadering naar proteinen gezocht die verschillend tot expressie komen tussen gestresseerde en controle dieren. Dit geeft ons een meer volledig beeld van de effectieve processen die aan de basis liggen van de verdedigingsmechanismen, wat op termijn kan leiden tot een volldeig beeld van hoe prooien zich aanpassen aan de aanwezigheid van een predator of zelfs hoe ze verdedigingsstrategiën bij meerdere vijanden kunnen integereren. Organisms in nature are faced with many stress factors. However, despite this many challenges imposed by their environment, organisms have settled successfully on almost all possible places on earth. To this end, organisms have developed a wide range of defence mechanisms. Further as environments are constantly changing in space and time, organisms have to adapt in order to cope with stressors that would otherwise preclude them from occupying certain habitats. To study the ability of an organism to deal with environmental stress we looked at the evolutionary ecology of anti-predator traits in the water flea Daphnia magna. Daphnia are key organisms in aquatic communities, as they often are the preferred food of many fishes and themselves are efficient grazers of algae. Although the ecological context of predator-prey interactions is studied quite a lot, we do not know much on how predation is causing all the responses in morphology, behaviour or life history. We therefore incorporated the physiological responses to predation to gain a more complete picture of the predator defence. By also studying the underlying mechanisms of the defence traits, this learns us about possible interactions or constraints that may limit the way of dealing with the stressor. We also focused on how the defence mechanisms could have changed through time in a natural pond (Oud Heverlee). As we know the history of fish stockings as well as the changes in parasite pressure through time, we could study how the Daphnia have developed defence mechanisms in order to cope with its natural enemies. We were able to show that very fast evolutionary responses have occurred over a very short time (in a period of 5 to 10 years) We followed a double strategy. On the one hand, we screened for specific potential physiological traits that might be important in the response to fish predation On the other hand, we followed a proteomics approach and identified proteins that differed between stressed and unstressed animals, which enabled us to study the processes causing the defence mechanisms. This will improve our knowledge how prey cope with predation and how multiple defence strategies are integrated.