Dokument: Structure Elucidation, Biological Activity, and Ecology of Terpene Cyanides from Phyllidiid species (Nudibranchia) and Their Sponge-preys from The Thousand Island National Park, Indonesia

Titel:	Structure Elucidation, Biological Activity, and Ecology of Terpene Cyanides from Phyllidiid species (Nudibranchia) and Their Sponge-preys from The Thousand Island National Park, Indonesia
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3380
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20060428-001380-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Yasman [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 17,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Proksch, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Ebel, Rainer [Gutachter]
Stichwörter:	marine chemische Ökologie, Schwamm, marine Nacktschneckemarine chemical ecology, sponge, nudibranchs
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Anhand von Fütterungsversuchen im Feld und Isolierung von Isocyaniden aus Phyllidien und deren Futterschwämmen wurde die Räuber-Beute Beziehung dieser Organismen untersucht. Das Sammeln von Proben und Beobachtungen im Feld fanden im Korallenriff vor Thousand Islands in Indonesien statt, während die chemischen Untersuchungen am Institut für Pharmazeutische Biologie und Technologie der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf durchgeführt wurden. In dieser Studie wurden Phyllidien ausschließlich auf Schwämmen der Ordnung Halichondria gefunden, insbesondere auf Arten, die kein ektosomales Skelett besitzen. Eine mögliche Erklärung für diese Präferenz ist der geringere Aufwand, der zum Vorverdau der Schwammepidermis erforderlich ist, wodurch der Kontakt des Räubers mit dem Mesohyl der Schwammes schneller erfolgt, d.h. die Nahrungsaufnahme optimiert wird. Interessanterweise gab es in dieser Studie keine Korrelation zwischen der Morphologie des Pharynx der Phyllidien und ihren jeweiligen spezifischen Beuteschwämmen. Von zehn gesammelten Phyllidien waren sechs Arten (Phyllidia varicosa, P. zeylanica, P. pustulosa, P. krempfi, P. shireenae und P. menindie) Nahrungsspezialisten, die sich von der Schwammart Axinyssa spp. (Halichondriidae) ernähren, während drei Arten (P. lizae, P. rudmani und P. ocellata) exklusiv von Acanthella cavernosa (Dictyonellidae) und eine Art (P. elegans) von Dragmacidon sp. (Axinellidae) fressen. Die in dieser Arbeit gesammelten Schwämme wurden vom Autor selbst oder unter Anleitung von Dr. Van Soest (Zoologisches Museum Amsterdam) identifiziert. Die Identifizierung basierte sowohl auf der Art und Größe der ausgewachsenen Spicula als auch auf morphologischen Daten. Vier Thio- und Isothiocyanat-Sesquiterpene (1, 2, 3, 5) und ein diterpenes Isocyanid, 8-isocyano-1(12)-cycloamphilectin (4), wurden isoliert. Die neuen Substanzen 9α-thiocyanatopupukeanan (1) und 9β-thiocyanatopupukeanan (2) haben ein Pupukeanan-Skelett, während der bekannte verwandte Stoff 2-thiocyanatoneopupukeanan (3) ein modifiziertes Rückgrat aus Pupukeanan und Epipolasin-A (5) ein Epimaalian-Skelett besitzt (Abbildung 1). Abbildung 1. Aus Phyllidien und ihren Beuteschwämmen isolierte Terpen-Isocyanide, gesammelt in Indonesien, Thousand Islands. Die Schwammetabolite in organischen Extrakten der gesammelten Schwammspezies bzw. Schwämme von unterschiedlichen Fundorten variierten sowohl in ihrer relativen Zusammensetzung als auch in der Konzentration der einzelnen Substanzen. Diese Variation könnte auf Unterschiede zwischen Schwammzellen zurückgeführt werden. Es ist bekannt, dass marine Terpen-Isocyanide als strukturelle Komponenten von Schwamm-Zellmembranen fungieren können ( Garson & Simpson, 2004). Die Analyse von Phyllidien und deren Beuteschwämmen zeigten, dass die Anwesenheit von Terpen-Isocyaniden in Räuber und Beute im Hinblick auf die Inhaltsstoff-Verhältnisse nicht immer vergleichbar waren. Dies spricht dafür, dass die Phyllidien die Metabolite ihrer Nahrung nicht nur aufgenommen, sondern selektiv akkumuliert haben. Untersuchungen zu der organspezifischen Verteilung der isolierten Substanzen in den Phyllidien ergaben, dass die Konzentration der Terpen-Isocyanide in der Verdauungsdrüse im Vergleich zum Mantel und Fuß am höchsten war. Dieses Ergebnis befürwortet die Idee, dass die Verdauungsdrüse das hauptverantwortliche Organ zur Speicherung der über die Nahrung aufgenommenen Metabolite der Nudibranchien ist. Es wird angenommen, dass die Nudibranchien die Metabolite später in den leichter verletzbaren Mantel transportieren. Dies deckt sich mit der in dieser Studie gefundenen höheren Konzentration an aufgenommenen Terpen-Isocyaniden im Mantel im Vergleich zum Fuß. In der vorliegenden Arbeit zeigten die Terpen-Isocyanide 1, 2, 3 und 4 keine signifikante fraßhemmende Aktivität. Die epimere Mischung von 9-thiocyanatopupukeananen (1 und 2) stellte sich als toxisch für Salinenkrebse heraus (LC50 bei 5 ppm). Bei einer Dosis von 20 µg waren diese Substanzen schwach bis mäßig aktiv gegen Bacillus subtilis bzw. Candida albicans. Für amphilectene Isocyanide wurde antimikrobielle Aktivität beschrieben, was auf alternative ökologische Funktionen der isolierten Terpen-Isocyanide hindeuten könnte. Phyllidiids field feeding observations and isolation of isocyanide compounds both from phyllidiid species and from their sponge-preys have been done in order to assess the predator-prey relationships between phyllidiid species and their sponge-preys. Field studies and sample collections were done in the coral reefs of Thousand Islands, Indonesia while chemical studies were done in the Institute of Pharmaceutical Biology and Biotechnology, Heinrich-Heine University of Düsseldorf. In this study, phyllidiid species were found to feed exclusively on sponges from the order Halichondrida, especially the species that have no ectosomal skeleton. A possible reason for this choice is that phyllidiids need less effort to predigest the sponge’s epidermis, contact with the mesohyl of sponges becomes easier, resulting in an easier predation. Interestingly there is no specific correlation between pharyngeal bulb morphology of phyllidiid species with their specific sponge-preys. Of ten collected phyllidiids, six species (P. varicosa, P. zeylanica, P. pustulosa, P. krempfi, P. shireenae, and F. menindie) tend to be specialist predators on the sponge Axinyssa spp. (fam. Halichondriidae) while three species (P. lizae, P. rudmani, and P. ocellata) and one species (P. elegans) tend to feed exclusively on the sponges Acanthella cavernosa (fam. Dictyonellidae) and Dragmacidon sp. (fam. Axinellidae) respectively. The identification of collected sponges was done by the author himself under the supervision of Dr. van Soest (Zoological Museum of Amsterdam). The identification was based on the spiculation types and the size of fully grown spicules as well as on morphological data. Four thio- and isothiocyanate sesquiterpenes (1, 2, 3, 5) and one diterpene isocyanide, 8-isocyano-1(12)-cycloamphilectene (4) were successfully isolated. The new compounds, 9-thiocyanatopupukeanane (1) and 9-thiocyanatopupukeanane (2) have the pupukeanane skeleton while the known congener, 2-thiocyanatoneopupukeanane (3) has a modified backbone of the pupukeanane, whereas epipolasin-A (5) has the epimaaliane skeleton (Figure 82). Figure 82. Isolated terpene isocyanides from phyllidiids and their sponge-preys collected from the Thousand Islands, Indonesia. Extraction and analysis of the collected sponges showed that sponge metabolites varied qualitatively and quantitatively. This variation might be due to the variation of sponge cell. It is known that marine terpene isocyanides might function as a structural component of sponge cell membranes (Garson & Simpson, 2004). Extraction of phyllidiids and their sponge-preys showed that the presence of terpene isocyanides in both predator and prey were not always comparable in their content ratio. This suggests that phyllidiids not only sequestered but also selectively accumulated the metabolites from their diets. Analysis of organ specific distribution of isolated compounds in phyllidiids showed that the concentration of terpene isocyanides in the digestive gland is the highest compared to the mantle and foot part. This supports the idea that the digestive gland should be the first responsible organ of storing the nudibranch’s metabolites of dietary origin. It has been assumed that the nudibranchs later transport the metabolites to the mantle which is more vulnerable to predation. As observed, the mantle part contains a higher concentration of sequestered terpene isocyanide compared to the foot. In the present study, terpene isocyanides 1, 2, 3, and 4 apparently did not show any significant antifeedant activity. The epimeric mixture of 9-thiocyanatopupukeananes (1 and 2) was found to be toxic toward brine shrimp at LC50 of 5 ppm. At a dose level of 20 µg, they were found to be weakly or moderately active against B. subtilis and C. albicans, respectively. Amphilectene isocyanide (4) has been reported to show antimicrobial activity. This suggested that isolated terpene isocyanides may provide some other alternative ecological roles.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	28.04.2006
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	26.04.2006
Datum der Promotion:	26.04.2006