Je leest:

Introductie tot het schimmelrijk

Introductie tot het schimmelrijk

Auteur: | 5 december 2017
iStockphoto

Schimmels zijn overal, in de lucht, het water en de bodem. Soms als eencellige, soms als spore, maar meestal als lange draden die samen een netwerk vormen. Ongeveer 100.000 soorten zijn bekend en beschreven, dat is naar schatting nog maar 5% van het totale aantal soorten.

Lange tijd deelden biologen organismen in of bij de dieren of bij de planten. Ook de micro-organismen werden in dit twee-rijken systeem ingedeeld. De schimmels kwamen bij de planten terecht omdat ze niet mobiel zijn. Pas in 1969 kregen schimmels in het systeem van ecoloog en taxonoom Robert Whittaker hun eigen rijk net als de planten, de dieren, de protisten (onder andere algen) en de monera (bacteriën). Dit vijf-rijken systeem bleef meer dan 20 jaar de geaccepteerde indeling.

De komst van de moleculaire biologie verschafte op basis van het erfelijk materiaal een veel gedetailleerder inzicht in de boom van het leven. Zo bleken schimmels veel meer verwant aan mensen en dieren dan aan planten. Schimmels zijn zo’n 600-700 miljoen jaar geleden afgescheiden van de tak die tot de dieren leidde, terwijl de voorouders van de huidige planten zich al een paar honderd miljoen jaar eerder hadden afgetakt. De verwantschap van schimmels en dieren leidde dan ook tot de stelling van de Groningse promovendus Ted van der Lende dat champignons beter bij de slager verkocht kunnen worden dan bij de groenteboer.

Verwantschap

De verwantschap tussen schimmels en dieren, en dus met de mens, heeft grote implicaties voor de gezondheid. Het is zeer moeilijk om antibiotica te vinden die effectief zijn tegen schimmels maar niet giftig zijn voor mens en dier. Het aantal beschikbare antischimmelmiddelen is dan ook beperkt, wat alarmerend is met de opkomende resistentie tegen deze middelen. Op dit moment trekken vooral antibioticaresistente bacteriën veel aandacht. Maar omdat de voorouders van de bacteriën zich al meer dan 3 miljard jaar geleden afsplitsten van de tak die tot de dieren leidde, is het eenvoudiger antibiotica te vinden die effectief zijn tegen deze micro-organismen dan tegen schimmels.

De stamboom van het leven. Schimmels zijn geen planten, dieren of bacteriën, ze vormen een apart rijk.
Jos van den Broek, Leiden

De verwantschap met mens en dier heeft ook voordelen. Zo komt veel kennis over kanker voort uit het onderzoek naar schimmels. Het delen van menselijke cellen verloopt niet veel anders dan in een eencellige schimmel als bakkersgist die makkelijk is te onderzoeken. In de mens veroorzaakt bijvoorbeeld een bepaalde mutatie in het ras2-gen blaaskanker. Bakkersgist voorzien van dit menselijke kankergen gaat ook ongecontroleerd delen. Normaal gesproken deelt een gist niet bij hongercondities, maar bakkersgisten met het menselijke kankergen blijven onder deze condities ongeremd doordelen, waardoor ze steeds kleiner worden en uiteindelijk doodgaan.

Schimmelsoorten

Er zijn op dit moment ongeveer 100.000 soorten schimmels beschreven. Schattingen geven echter aan dat er meer dan een miljoen soorten schimmels op aarde zijn, en misschien zelfs vele miljoenen. De meeste soorten moeten dus nog worden gevonden. Schimmels worden onderverdeeld in de Microsporidia, Chytridiomycota, Zygomycota, Blastocladiomycota, Neocallimastigomycota, Glomeromycota, Ascomycota, en Basidiomycota. De eerst genoemde zes groepen zijn relatief klein. De meest bekende schimmels behoren dan ook tot de ascomyceten en de basidiomyceten. Bakkersgist, de broodschimmel, de penseelschimmel, de kwastschimmel en de truffel behoren tot de eerste groep, terwijl de meeste paddenstoelvormende schimmels tot de basidiomyceten behoren.

De indeling van het schimmelrijk.
Jos van den Broek, Leiden

Net als bij dieren geldt dat een schimmel tot een soort behoort als hij met een andere soortgenoot vruchtbare nakomelingen kan krijgen. Binnen de soort Schizophyllum commune wordt wel 10% verschil in het DNA tussen verschillende stammen gevonden. Dat is enorm en vergelijkbaar met de verschillen die men vindt tussen mens en andere zoogdieren zoals de kat en de koe. Er zijn niet alleen veel soorten schimmels, ze zijn dus ook nog een keer binnen de soort enorm divers. Schimmels bevinden zich overal waar de mens zich bevindt, maar ook diep in de bodem van oceanen, hoog in de atmosfeer en zelfs in het sterk radioactief vervuilde Tsjernobyl (zie kader).

Leven in Tsjernobyl

Op 26 april 1986 ontplofte kernreactor 4 van de Tsjernobylcentrale in de Oekraïne. Bij de explosie en daaropvolgende brand kwamen grote hoeveelheden radioactiviteit vrij. Gezien de grote schade die radioactiviteit aan DNA toebrengt, zou leven hier onmogelijk geworden zijn. Toch trof men elf jaar later schimmelgroei aan in en rond de beschadigde reactor. Het betrof 37 schimmelsoorten waaronder Penicillium- en Aspergillus soorten.

In daarop volgende jaren werden nog eens 143 schimmelsoorten gevonden in zwak en sterk besmette zones van de kerncentrale. De soorten die veel melanine bevatten, het pigment dat ook in onze huid en haren voorkomt en beschermt tegen UV in zonlicht, zaten op de zwaarst verontreinigde locaties. Zo werd Penicillium spinulosum en Aspergillus versicolor aangetroffen op plekken waar een stralingsblootstelling heerste van 10 Gray. Ter vergelijking: bij 2,5-3,5 Gray zal 50 procent van de bevolking overlijden, terwijl vanaf 10 Gray alle mensen hun leven verliezen.

Tsjernobyl

Shutterstock

Opmerkelijk genoeg bleken de sporen van negen van de veertien onderzochte Tsjernobylschimmels sneller te ontkiemen wanneer ze blootgesteld werden aan radioactieve straling. Daarnaast bleken Penicillium soorten en Aspergillus versicolor gericht naar een radioactieve bron toe te groeien. Ook de melanine bevattende ziekteverwekker Cryptococcus neoformans ging sneller groeien in een omgeving met een 500 keer hogere stralingsbelasting dan in een normale omgeving. Op de een of andere manier lijkt het melanine de radioactiviteit om te kunnen zetten in een vorm van energie die de schimmel kan gebruiken om te groeien. Hoe, is nog de vraag.

Afbraak

Schimmels vervullen in de natuur een belangrijke rol door organisch afval af te breken, door wederzijds voordelige interacties aan te gaan (denk aan korstmossen en mycorrhiza’s) en door planten, dieren en andere organismen te infecteren. In de natuur kunnen infecties nuttig zijn om populaties van bepaalde planten of dieren niet te groot te laten worden.

Voor het vervullen van hun rol in de natuur scheiden schimmels enzymen uit in hun omgeving. Deze enzymen breken biopolymeren in dood en levend materiaal af; zoals zetmeel dat voorkomt als reservestof in planten, cellulose en lignine die voorkomen in hout en het eiwit elastine dat onze longen elastisch maakt. De afbraakproducten worden door de schimmel opgenomen om als energie en bouwsteen te dienen. Terwijl wij ons eten in ons lichaam verteren doen de schimmels dit dus buiten hun ‘lichaam’.

Het afbreken van organisch materiaal tot de elementen koolstof, stikstof, fosfaat, zwavel etc, maakt schimmels enorm belangrijk voor de elementencycli in de natuur. Tegelijkertijd veroorzaken ze ook veel schade door voedselbederf en door schade aan gebouwen. Schimmels infecteren niet alleen planten in de natuur, maar ook alle voedselgewassen, waardoor hele oogsten verloren kunnen gaan. Schimmels maken ook mensen en dieren ziek. Zo kunnen ze allergieën veroorzaken, produceren ze giftige stoffen, mycotoxines genoemd, en kunnen ze mens en dier infecteren. Ziekmakende schimmels die mensen met een goed werkend afweersysteem infecteren zijn echter zeldzaam. Mensen met een verzwakt afweersysteem zijn echter wel gevoelig voor schimmelinfecties.

Mycelium van de honingzwam Armillaria mellea onder boomschors. De honingzwam valt de wortels van veel houtachtige en meerjarige planten aan waardoor die afsterven. Kenmerkend is de witte schimmelgroei onder de boomschors onder aan de boom. De hongingzwam verspreidt zich ondergronds.
Imageselect, Wassenaar

Werkschimmel

Naast ziekten en schade brengen schimmels ook veel goeds. Schimmels worden gegeten (paddenstoelen en Quorn) en worden gebruikt bij de bereiding van voedsel. Ze scheiden ook enzymen, alcoholen, organische zuren en geneeskrachtige verbindingen uit die grootschalig worden toegepast in de geneeskunde en in allerlei technische toepassingen.

Schimmels worden, na genetische modificatie, ook gebruikt voor de productie van eiwitten die zij normaal gesproken niet maken. Dit kunnen eiwitten zijn uit andere schimmels, of uit planten, dieren of de mens. Zo wordt het stremmingsenzym uit kalvermagen dat gebruikt wordt bij kaasbereiding tegenwoordig ook in schimmels geproduceerd, wat het gebruik van dierlijk materiaal voorkomt. Het woord enzym komt overigens uit het Grieks en betekent ‘in gist’. De Franse chemicus Louis Pasteur ontdekte eind 19de eeuw namelijk dat de alcohol in wijn het resultaat was van de activiteit van gist en niet van een chemisch proces. ‘Iets in gist’ moest deze omzetting doen, zo redeneerde hij, en zo werd later de term ‘enzyme’ geïntroduceerd.

Bol of draad

Schimmels hebben twee verschijningsvormen. Ze kunnen namelijk groeien als eencellige, de zogenaamde gist, of als draden die hyfen worden genoemd. In het laatste geval spreekt men ook wel van filamenteuze schimmels. Gisten vormen op een vaste voedingsbodem een kolonie die uit miljoenen individuele cellen bestaat. Een gist kan zich onder ideale omstandigheden elke paar uur vermenigvuldigen. Bij een delingstijd van twee uur zijn er na twee dagen net zoveel nakomelingen voortgebracht als er inwoners zijn in Nederland. In het geval van de gist leven deze cellen op een oppervlakte van minder dan een vierkante centimeter.

Een filamenteuze schimmel groeit aan de hyfetop en zal meer naar achteren toe zijtakken vormen. Hij kan zich op deze wijze cirkelvormig uitbreiden. Soms gaat dit heel snel zoals bij de broodschimmel Neurospora crassa die negen cm per dag kan groeien, maar vaak gaat het langzamer. Echter, langzame groei of niet, door de jaren heen kunnen zich enorme netwerken vormen in de bodem. Zo kan een enkel theelepeltje aarde twee kilometer aan schimmeldraad bevatten. Sterker nog, schimmels blijken de grootste organismen op aarde te zijn. Het voedende netwerk aan schimmeldraden van een honingzwam in de Verenigde Staten had gedurende 3000 jaar 10 km2 bos gekoloniseerd. Alle schimmeldraden bij elkaar leverde een gewicht op groter dan een reuzeboom van de soort Sequoiadendron giganteum.

Lees het volgende artikel van het thema ‘Schimmels’

Afbraak van organisch materiaal

Ronald de Vries
Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 december 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.