Hintergrund zur Ökologie von C. elegans

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1 GRUPPE: NAME: DATUM: Matrikelnr. Genereller Hinweis: Bitte den Text sorgsam lesen, da er Hinweise zur Lösung der Aufgaben enthält! Hintergrund zur Ökologie von C. elegans Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist einer der Hauptmodellorganismen der Biologie, wo er seit langem intensiv in der Entwicklungs-, Neuro- oder Zellbiologie eingesetzt wird. Die Popularität dieses Wurms als Modellsystem geht auf mehrere vorteilhafte Eigenschaften zurück: Der Wurm ist klein (ca. 1mm Länge im Adultstadium) und lässt sich einfach in großer Zahl auf Petrischalen halten. Die Generationszeit beträgt ca. 3 Tage, so dass man effizient und schnell Kreuzungsoder Evolutionsexperimente durchführen kann. C. elegans lässt sich einfrieren und später wieder auftauen, so dass bequem eine Vielzahl an Laborstämmen in einem Labor gehalten werden können. Der Wurm ist durchsichtig, so dass man mit Hilfe einfacher mikroskopischer Methoden in den lebenden Wurm hineinschauen und dort dann diverse Merkmale (zb Zellteilungen, Infektionen, Verdauungsprozesse, etc) beobachten kann. Daneben ist C. elegans der erste vielzellige Organismus, für den die komplette Genomsequenz vorlag. Eine Vielzahl genetischer und molekularbiologischer Methoden ist seit Jahren etabliert, so dass die funktionelle Charkterisierung von Genen bzw. molekularen Mechanismen vergleichsweise einfach durchgeführt werden kann. Interessanter Weise werden so gut wie alle Laborversuche mit nur einem einzigen Stamm durchgeführt, dem Stamm "N2". Dieser Stamm weist mittlerweile deutliche Anpassungen an die Laborbedingungen auf und entsprecht somit nicht mehr den Tieren, die im Freiland auftreten. Gleichzeitig weiß man allerdings auch nur sehr wenig über die Ökologie des Fadenwurms - und das, obwohl dieser Wurm im Labor so umfangreich untersucht ist und seine Biologie mit am besten von allen Mehrzellern verstanden wird. Die wenigen ökologischen Arbeiten, die bisher durchgeführt wurden, weisen darauf hin, dass C. elegans besonders mikroben-reiche Habitate bevorzugt, vor allem faulendes pflanzliches Material wie faules Obst oder Pflanzenstengel. Die exakten Bedingungen, die präferiert werden, sind bisher jedoch nur unzureichend verstanden. Es kann von außerordentlichem Wert sein, diesen Mangel zu beheben, denn es sind ja die natürlichen Bedingungen die letztendlich die Biologie des Fadenwurms und somit auch die funktionale Komplexität seines Genoms geprägt haben. Mit anderen Worten: Die Biologie des Fadenwurms wird sich in seiner gesamten Komplexität nur verstehen lassen, wenn die natürlichen Bedingungen, unter denen der Wurm evolviert ist, berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere auch für die Funktion vieler Gene des Fadenwurmgenoms. Für eine Vielzahl dieser Gene ist die genaue Rolle bisher unklar, vermutlich weil sie von besonderer Bedeutung bei der Interaktion des Fadenwurms mit seiner Umwelt sind. 1

2 Am heutigen Kurstag sollen Sie sich mit dem wahrscheinlich natürlichen Habitat von C. elegans vertraut machen. Zusätzlich sollen sie den Fadenwurm als Modellsystem kennenlernen. C. elegans hat dabei zwei Geschlechter: Hermaphroditen, die erst Spermien produzieren und später Eier (sequentieller Hermaphrodit), und reine Männchen. Hermaphroditen können ihre Eier selbst befruchten oder sich mit Männchen paaren. In letzterem Fall setzen sich die Spermien des reinen Männchens durch und befruchten alle Eier. Hermaphroditen besitzen in der Mitte des Körpers eine leichte Erhebung, die Vulva, und das Schwanzende läuft spitz zu. Die Männchen haben logischer Weise keine Vulva. Am Schwanzende befindet sich das männliche Kopulationsorgan, so dass das Ende hier dreieckig wirkt. Bei C. elegans treten 4 larvale Stadien auf (L1 bis L4). Die ersten drei Stadien lassen sich nicht gut voneinander unterscheiden. Hermaphroditen weisen im 4. Stadium in der Mitte des Körpers einen hellen Fleck auf, und zwar genau dort, wo später die Vulva sitzt. Hermaphrodit Männchen 2

3 Unterschiedliche Stadien 3

4 Aufgabe 1: Isolation von C. elegans aus der Natur Überlegen Sie sich, welches Material/Substrat im Freiland als Habitat von C. elegans dienen könnte. Seien Sie kreativ! Gehen Sie dann hinaus und sammeln Sie gezielt Proben für dieses Material. Die gesammelten Proben tragen Sie dann bitte auf Agarplatten auf. Verteilen Sie das Material in einer dünnen gleichmäßigen Schicht auf die Agarplatte. Geben Sie anschließend das bereit gestellte Aufschwemm-Medium hinzu. Danach die Platte für ca. 2 Stunden stehen lassen. Nach ca. 2 Stunden können Sie nachschauen, ob Sie Nematoden finden können. Die Nematoden sollten sich im oberen Bereich der Flüssigkeit (Aufschwemm-Medium) befinden. Nehmen Sie nun eine Pipette mit Pipettenspitze, nehmen Sie hiermit die Nematoden vorsichtig auf und transferieren Sie sie auf eine leere Agarplatte. Beobachten Sie die gefundenen Nematoden mit den Abbildungen im Skript und den C. elegans-würmern, die Ihnen auf einer separaten Platte zur Verfügung gestellt werden. Zeichnen Sie unten bitte 2 Vertreter der aufgefundenen Nematoden - möglichst solche, die C. elegans ähnlich sehen! Zeichnen Sie zum Vergleich 1 Hermaphrodit der bereitgestellten C. elegans! Welche Unterschiede sehen Sie zwischen den Tieren? Weisen Sie in Ihren Zeichnungen auf die Unterschiede mit einem Pfeil hin! 4

5 Aufgabe 2: Charakterisierung des natürlichen Habitats von C. elegans Sie haben die Aufgabe, das natürliche Habitat von C. elegans genauer zu charakterisieren. Wie würden Sie vorgehen? Skizzieren Sie kurz in Stichworten, wo Sie sammeln würden, wann Sie sammeln würden, und welche Parameter Sie mit aufnehmen würden! Bzgl. Letzterem Punkt: Nennen Sie 2 abiotische und 2 biotische Parameter und erläutern Sie kurz in Stichpunkten, warum Sie diese berücksichtigen würden. Sammelstrategie (Ort und Zeit) 1. abiotischer Parameter: 2. abiotischer Parameter: 1. biotischer Parameter: 2. biotischer Parameter: 5

6 Aufgabe 3: Hypothesen Bilden Sie aus den folgenden Begriffen jeweils eine testbare H 1 Hypothese! (i) C. elegans, Futterbakterien, Fressrate (ii) C. elegans, Temperatur, kriechen Bilden Sie aus den folgenden Begriffen eine testbare H 0 Hypothese! (iii) Biologiestudenten, Physikstudenten, flirten (iv) Erstsemester, Drittsemester, Party 6