Zelfmoord-reparatieteam

Jonge luizen spuiten zich leeg om gat in nest te dichten

Nymphen van Nipponaphis monzeni repareren gat in nest met lichaamsvloeistof

In gallen op de winterhazelaar leven Japanse bladluizen, Nipponaphis monzeni. Een gat in de wand van zo’n gal zou het einde betekenen van de kolonie die erin woont, ware het niet dat luizensoldaten hun leven offeren om het gat te dichten. Mayako Kutsukake en collega’s laten zien hoe ze dat doen.

De Japanse bladluis Nipponaphis monzeni is sociaal: de dieren leven in kolonies van familieleden. Jonge exemplaren, nimfen, doen een tijdlang dienst als soldaat voordat ze volwassen worden en zich voortplanten. Het is hun taak om het nest, dat is gevestigd in gallen op de takken van de winterhazelaar (Distylium racemosum), te verdedigen en te repareren als het beschadigd is.

Dat laatste doen ze op spectaculaire wijze. In een zelfmoordactie spuiten ze namelijk hun lichaamsvloeistof naar buiten om het gat daarmee te stoppen. De vloeistof stolt tot een hard korstje. Mayako Kutsukake en collega’s wilden weten hoe dat in zijn werk gaat.

Kwetsbaar nest

gal op winterhazelaar waarin Nipponaphis monzeni leeftDe kolonies van Nipponaphis monzeni worden gesticht door vrouwtjes die zich maagdelijk voortplanten. Zo ontstaat een kolonie van zusters die genetisch identiek zijn en identieke dochters voortbrengen. De luizen dwingen de hazelaar waarop ze leven om een gesloten, hol gezwel te vormen, een gal. Daarin leven de diertjes van plantensap dat ze aan de binnenkant van de galwand opzuigen; zij hebben in deze fase geen vleugels.
De gal blijft lang klein, maar na drie tot vijf jaar begint hij in de lente flink uit te groeien. In de zomer die volgt is hij volgroeid – tot acht centimeter lang – en biedt hij onderdak aan duizenden luizen.
In het najaar daarop verschijnen gevleugelde luizen. Zij maken een opening in de wand en vliegen weg naar een tweede gastheerboom, een eik. Daar paren ze en brengen ze een nieuwe generatie koloniestichtsters voort.

Een volgroeide gal heeft een verhoute, keiharde wand en biedt daarmee een veilig onderkomen. Maar tijdens de groei bestaat de wand uit zacht plantenweefsel en is het nest kwetsbaar. Rupsen van motten die hazelaarbladeren eten, knagen zich makkelijk zo’n gal in en vreten al doende ook luizen op. De soldaten laten dat niet toe, maar vallen de vijand aan: ze klimmen op hem en steken hem dood met hun monddelen.
Maar dan zitten ze nog met de opening die de rups in de galwand gemaakt heeft. Die moet dicht, want er kunnen andere vijanden of ziekteverwekkers door binnenkomen, of het nest kan uitdrogen.

Knap pleisterwerk

Japanse onderzoekers hadden al laten zien hoe de soldaten het gat repareren met een heuse zelfmoordactie. Ze komen met tientallen of honderden op het gat af en spuiten door twee buisjes op het achterlijf een grote hoeveelheid witte lichaamsvloeistof naar buiten, de hemolymfe die vergelijkbaar is met ons bloed. Met hun poten mengen ze het goedje en smeren ze keurig het gat dicht. Sommige soldaten worden daarbij ingemetseld, andere raken buitengesloten. En allemaal schrompelen ze in als ze hun lichaamsvloeistof kwijt zijn en gaan ze dood.
Maar het gat is gemaakt; de vulling hardt uit en wordt zwart. Daardoor heeft de kolonie een grote kans om de schade te overleven. Na het dichten volgt herstel van de galwand. De soldaten zetten de boom aan om het pleisterwerk aan de binnenkant met nieuw plantenweefsel te bedekken.

Stollingsproces

Kutsukake heeft nu onderzocht met welke stoffen de soldaten de reparatie uitvoeren. De lichaamsvloeistof, zo laat ze zien, bevat veel merkwaardige, grote cellen van een tot dusver onbekend type die stampvol zitten met vetbolletjes en het enzym fenoloxidase; in de vloeistof zelf zitten lange eiwitten en de verbinding tyrosine.
Als de soldaten hun lichaamsvloeistof uitstoten, scheuren de cellen en komen de vetbolletjes vrij. Het gat wordt meteen gedicht met een zachte, vettige klodder. Tegelijk komen de andere bestanddelen met elkaar in contact, en dan komt een stollingsproces op gang waarin de eiwitten tot een netwerk aan elkaar geklonken worden. Dat netwerk verstevigt het vettige vulsel en maakt er een korstje van.
De onderzoekers veronderstellen dat het proces is afgeleid van het proces waarmee wondjes zich sluiten. Alleen hebben de soldaten de bestanddelen in extreem grote hoeveelheden in voorraad, veel en veel meer dan nodig is voor wondheling.

Met hun unieke reparatiegedrag gaan de jeugdige soldaten van Nipponaphis monzeni  tot het uiterste om hun kolonie te verdedigen: ze geven hun leven. Dankzij dat offer overleeft een groot deel van hun familie. Anders was de hele kolonie verloren geweest.

Willy van Strien

Foto’s : ©Mayako Kutsukake
Groot: soldatennimfen van Nipponaphis monzeni vullen een gat met hun lichaamsvloeistof
Klein: gal waarin Nipponaphis monzeni leeft

Op een filmpje laten de onderzoekers zien hoe de soldaten een gat in de galwand dichten

Bronnen:
Kutsukake, M., M. Moriyama, S. Shigenobu, X-Y. Meng, N. Nikoh, C. Noda, S. Kobayashi & T. Fukatsu, 2019. Exaggeration and cooption of innate immunity for social defense. PNAS, 15 april online. Doi: 10.1073/pnas.1900917116
Kutsukake, M., H. Shibao, K. Uematsu & T. Fukatsu, 2009. Scab formation and wound healing of plant tissue by soldier aphid. Proceedings of the Royal Society B 276: 1555-1563. Doi: 10.1098/rspb.2008.1628
Kurosu, U., S. Aoki & T. Fukatsu, 2003. Self-sacrificing gall repair by aphid nymphs. Proceedings of the Royal Society London B (Suppl.) 270: S12-S14. Doi: 10.1098/rsbl.2003.0026