Ontsnappingsscene

Jonge bladluizen proberen een lift te krijgen

jonge erwtenluis leeft mee met een volwassen luis

Jonge erwtenluizen laten zich graag door een volwassen luis dragen als ze over de grond moeten lopen, schrijven Moshe Gish en Moshe Inbar. Ze krijgen lang niet altijd hun zin: de grote luizen proberen eronderuit te komen.

Als de plant gaat schudden en er een warme, vochtige lucht langs trekt, dreigt er gevaar voor de erwtenluizen (Acyrthosphon pisum) die op het blad sap zitten te zuigen: een grazer. Net voordat de plant wordt opgegeten, laten ze zich massaal op de grond vallen om te ontsnappen.
Maar ook daar zijn ze niet veilig; ze kunnen vertrapt worden, uitdrogen, verhongeren of ten prooi vallen aan roofvijanden die op de grond jagen, zoals spinnen. En dus zetten ze het op een lopen, op zoek naar een nieuwe plant.

Dat valt voor jonge luizen (de nimfen) niet mee. De grond zit vol hobbels en bobbels: aardklonten, scheurtjes, stenen, afgevallen takjes en bladeren. De kleintjes komen veel langzamer vooruit dan volwassen beestjes. Maar daar is een oplossing voor, ontdekten Moshe Gish en Moshe Inbar: meeliften op een grote luis.

Klein drama

De onderzoekers zetten ontsnappingen in scene in een serie labexperimenten. Ze plaatsten ongeveer tien vrouwelijke luizen op een tuinboonplant. Na een nacht waren er jonge luizen geboren; de erwtenluis kan zich maagdelijk voortplanten, vrouwtjes krijgen dan dochters zonder dat ze gepaard hebben. Door tegen de plant te tikken en hun adem erover uit te blazen, brachten de onderzoekers de luizen ertoe om zich te laten vallen. Op enige afstand van de tuinboonplant stond een kring van linzenplanten waar de beestjes heen konden, de bodem was bedekt met aarde.
Ze zagen hoe zich in zo’n geval een klein drama afspeelt. De jonge luizen proberen na de landing meteen op een volwassen luis te klauteren. Ze klimmen ook op groene plastic bolletjes en op dode luizen als ze die tegenkomen, maar daar stappen ze snel weer van af. Als ze op een levende luis zijn geklommen die vervolgens stil blijft staan, stappen ze na een tijdje ook af. Alleen als de draagster zich in beweging zet, zitten ze goed. Dan rijden ze mee naar een nieuwe plant, waar ze sneller aankomen dan wanneer ze zelf zouden hebben gelopen.
Maar de volwassen luizen helpen de jonkies niet van harte.

Lastig

Integendeel: ze lijken passagiers maar lastig te vinden. Als een jonge luis een groot exemplaar wil beklimmen, gaat die vaak hoog op de poten staan om het moeilijk te maken, of ze loopt weg. Zijn er al kleintjes aan boord, dan blijft ze vaak onbeweeglijk staan wachten totdat de passagiers weer afstappen. Of ze buigt haar kop of achterste naar beneden om ze kwijt te raken. Midden op de rug zit een jonge luis dus het beste. Uiteindelijk gaat de draagster met hooguit één passagier op pad.
Als ze, na vertraging, eenmaal is vertrokken, bereikt ze even snel een nieuwe plant als een luis zonder meelifter, dus de loopsnelheid verandert niet door de last. Maar het kost wel energie.

Willy van Strien

Foto: © Stav Talal

Zie ook: ook kikkervisjes willen een lift

Bronnen:
Gish, M. & M. Inbar, 2018. Standing on the shoulders of giants: young aphids piggyback on adults when searching for a host plant. Frontiers in Zoology 15: 49. Doi: 10.1186/s12983-018-0292-7
Gish, M., A. Dafni & M. Inbar, 2010. Mammalian herbivore breath alerts aphids to flee host plant. Current Biology 20: R628-R629. Doi: 10.1016/j.cub.2010.06.065

Zijn eigen bubbel

Alkalivlieg houdt het droog in ‘zeer nat’ water

alkalivlieg overleeft in het zoute Mono Lake

Elk insect zou verdrinken in Mono Lake, een zoutmeer in Californië. Behalve dan de alkalivlieg: die heeft unieke aanpassingen aan dit extreme milieu, laten Floris van Breugel en Micael Dickinson zien.

Bij het Mono Lake in Californië, dat zo zout is dat er verder slechts bacteriën, algen en pekelkreeftjes kunnen leven, is de alkalivlieg Ephydra hians in zijn element. Het is een bijzonder beestje. De larven groeien op in het pekelzoute water, op een dieet van algen. De volwassen vliegen, die massaal langs de oevers voorkomen, duiken regelmatig onder om algen te eten of eitjes te leggen.
Dat is bijzonder. Alkalivliegen zijn de enige insecten die dit water in kunnen gaan en er levend weer uit komen, schrijven Floris van Breugel en Michael Dickinson.
Er zijn wel meer soorten insecten die een onderdompeling in water kunnen overleven, dankzij een waterafstotende laag van koolwaterstoffen (een waslaag) en haartjes die een luchtlaag vasthouden, maar in Mono Lake zouden ze onherroepelijk verdrinken. Dat komt doordat er een grote hoeveelheid natriumcarbonaat, oftewel soda, in het water zit. Dan kunnen de insecten de luchtlaag niet intact houden; zulk water is ‘natter’ dan zuiver water en dringt de luchtlaag binnen. Natriumcarbonaat is een van de zouten die het water sterk basisch of alkalisch (het tegenovergestelde van zuur) maakt.

Alleen de alkalivlieg duikt hier makkelijk onder en komt kurkdroog weer boven. De onderzoekers laten zien hoe dat komt: de duikvlieg heeft een extra dichte beharing en een extra sterk waterafstotende waslaag. Als de vlieg het water ingaat, vormt zich een stabiele luchtbel die hem in staat stelt om een kwartier onder water te blijven; de bubbel beschermt hem tegen het vijandige water en levert zuurstof.

Het Mono Lake is de afgelopen 60.000 jaar geleidelijk zouter en basischer geworden doordat het geen afvoer heeft. Aangezien er water verdampt en de zouten achterblijven, stijgt de zoutconcentratie. Er zijn zelfs zoutpilaren ontstaan, waarlangs de alkalivliegen het water inkruipen.
De voorouder van de alkalivlieg moest ooit te water gaan toen het meer nog niet zo zout was, vermoeden de auteurs, in een tijd dat er weinig anders dan algen te eten was. Toen het meer langzaam basischer werd, paste de vlieg zich aan. Hij kan nu veilig onder water grazen, want vissen leven er niet. De vliegen zijn voedsel voor veel vogels die bij het meer komen foerageren, zoals meeuwen.

Ondanks hun unieke aanpassingen verdrinken de duikvliegen soms toch. Dat gebeurt als er een laagje olie op het water drijft, afkomstig van rottend organisch materiaal of van zonnebrandcrème en andere cosmetische producten.

Willy van Strien

Foto: Alkalivlieg in zijn luchtbel onder water. Floris van Breugel/Caltech

Bron:
Van Breugel, F. & M.H. Dickinson, 2017. Superhydrophobic diving flies (Ephydra hians) and the hypersaline waters of Mono Lake. PNAS, 20 november online. Doi: 10.1073/pnas.1714874114

Ongetraind op reis

Jonge ooievaars zweven nog niet lekker

Zesduizend kilometer vliegen zonder ervaring: het lijkt een onmogelijke opgave. Jonge ooievaars hebben er inderdaad moeite mee, laten Shay Rotics en collega’s zien. Maar na een moeizaam begin gaat het steeds beter.

Jonge ooievaars vliegen maar weinig gedurende de eerste maanden van hun leven. En dan moeten ze opeens zonder training een tocht van zesduizend kilometer gaan maken, van hun geboortegrond naar het overwinteringsgebied. Geen wonder dat ze daar moeite mee hebben. Voor volwassen vogels met reiservaring is de trek al een hele inspanning, voor jonge dieren is het helemaal een helse toer. Mede door die veeleisende najaarstrek overleeft slechts één op de drie ooievaars het eerste jaar.
Om te achterhalen hoe het volwassen en jonge vogels tijdens de reis vergaat, volgden Shay Rotics en collega’s een aantal ooievaars die via het Midden Oosten van Duitsland naar Afrika vlogen. Ze gaven de vogels een rugzakje mee met een gps-logger en een versnellingsmeter. Zo konden ze de locatie en de snelheid van de dieren bijhouden; ze konden bovendien uit de gegevens afleiden wanneer ze vlogen, hoe ze vlogen en wanneer ze op de grond waren.

Ooievaars trekken in groepen waar zowel jonge als volwassen vogels deel van uitmaken. Uit de resultaten blijkt dat de jonge ooievaars problemen met vliegen hebben. Volwassen vogels maken zoveel mogelijk gebruik van warme opstijgende lucht (thermiek): ze laten zich optillen en leggen grote afstanden zwevend af. Jonge vogels zijn daar nog niet zo handig in en slaan veel meer hun vleugels om hoogte te winnen en vooruit te komen. Dat kost extra energie.
Ze zouden langere eet- en rustpauzes moeten nemen dan volwassen dieren om hun energievoorraad aan te vullen. Maar dat doen ze niet. In plaats daarvan proberen ze uit alle macht om bij hun reisgezelschap te blijven. Daar hebben ze een goede reden voor: ze kunnen zelf de weg niet vinden.
Zo put de energieverslindende tocht de jonge ooievaars uit. Ze vliegen langzamer en na een dag of vijf blijven ze hopeloos achter. Sommige dieren overleven het niet. Andere moeten de groep laten gaan en proberen aansluiting te vinden bij een volgende groep.
Al met al zijn jonge ooievaars langer onderweg. Maar ze vertrekken vroeg in het najaar, zodat ze extra tijd hebben.

Gaandeweg verbeteren de jonge ooievaars hun vliegtechniek, zagen de onderzoekers ook, en als ze eenmaal in Afrika zijn, vliegen ze net zo goed als de volwassen dieren. Maar veel jonge vogels zijn voor die tijd dus al afgevallen. Het is een harde leerschool.

Willy van Strien

Foto: Ooievaars in zweefvlucht tijdens de najaarstrek. Henrike Mühlichen (Wikimedia Commons)

Bron:
Rotics, S., M. Kaatz, Y.S. Resheff, S. Feldman Turjeman, D. Zurell, N. Sapir, U. Eggers, A. Flack, W. Fiedler, F. Jeltsch, M. Wikelski & R. Nathan, 2016. The challenges of the first migration: movement and behavior of juvenile versus adult white storks with insights regarding juvenile mortality. Journal of Animal Ecology, 19 mei online. Doi: 10.1111/1365-2656.12525

Dinovlucht

Vogels vliegen dankzij eigenschappen van hun voorouders

Vogels zijn onmiskenbaar. Ze zijn warmbloedig en bedekt met veren; ze hebben holle botten; ze lopen of hippen op de achterpoten; ze hebben vleugels in plaats van voorpoten, oftewel hun voorpoten zijn vleugels. Dankzij deze eigenschappen en nog een aantal anatomische kenmerken kunnen ze vliegen.
Die typische vogeleigenschappen zijn ouder dan de vogels zelf. De dinosauriërs waarvan de vogels afstammen hadden ze namelijk ook al. Veel dino’s die nauw aan vogels verwant zijn maakten waarschijnlijk glijvluchten, schrijven Mark Puttick en collega’s.

Hoewel de evolutionaire geschiedenis van vogels nog niet tot in alle details duidelijk is, zijn biologen het er wel over eens dat ze afstammen van een groep dinosauriërs. Ze behoren tot de Paraves (sommige wetenschappers spreken van Eumaniraptora), een groep die zo’n 160 miljoen jaar geleden ontstond. Ook de dinofamilies Dromaeosauridae en Troodontidae zijn Paraves (sommige dinokenners noemen die twee families samen Deinonychosauria).
We weten al langer dat de vroege Paraves warmbloedig waren, goed in de veren zaten om warm te blijven en grote slagpennen hadden aan de voorpoten; hun botten waren hol; Paraves liepen op de achterpoten en hadden nog wat kenmerken met moderne vogels gemeen. Ook de groep waar de Paraves van afstammen, de Coelurosauria, had deze kenmerken al grotendeels.

Toen de vogels ontstonden, kregen ze dus al heel wat eigenschappen mee die ze nodig zouden hebben om te vliegen.
Maar alleen kleine dieren kunnen daadwerkelijk de lucht in; er is een bovengrens aan het gewicht van een vlieger. De vleugels moeten bovendien groot genoeg zijn om voldoende draagkracht te leveren. En inderdaad: vogels zijn klein vergeleken met dinosauriërs en hebben in verhouding lange voorpoten. De vraag was wanneer deze laatste veranderingen plaatsvonden die het vliegen mogelijk maakten: pas bij de vogels zelf of ook al bij hun voorouders.

Mark Puttick en collega’s deden een vergelijkend onderzoek aan fossielen van een groot aantal soorten, en concludeerden dat het bij de voorouders was. Vlak voordat de Paraves zouden ontstaan werden hun voorouders in hoog tempo kleiner. De voorpoten gingen daar niet in mee en werden dus in verhouding groter.
De vroege Paraves waren dan ook kleine, langarmige dieren en de soorten die van hen afstammen waren dat ook. De vogels hadden van meet af aan een formaat waarmee vliegen mogelijk was.
Maar dat gold net zo goed voor dinosoorten van de families Dromaeosauridae en Troodontidae. Zouden die dan ook hebben kunnen vliegen? Veel van die dino’s konden dat inderdaad, denkt Puttick. Althans: ze konden glijvluchten maken. Dat was al bekend van Microraptor, een lid van de familie Dromaeosauridae; hij had vleugels aan voor- en achterpoten.
De vraag is of je de Dromaeosauridae en Troodontidae misschien ook vogels zou moeten noemen. Op die vraag gaat Puttick niet in.

Op de tak vogels (Aves) die van de Paraves afsplitste verscheen de bekende Archaeopteryx als eerste, gevolgd door verschillende andere oervogels. Moderne vogels die het vliegen perfectioneerden kwamen zo’n 100 miljoen jaar geleden op.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: ooievaar. Maarten Visser (Wikimedia Commons)
Klein: Microraptor, een aan vogels verwante dinosauriër. Matt Martyniuk (Wikipedia)

Bronnen:
Puttick, M.N., G.H. Thomas & M.J. Benton, 2014. High rates of evolution preceded the origin of birds. Evolution, 23 februari online. Doi:10.1111/evo.12363
Dyke, G., R. de Kat, C. Palmer, J. van der Kindere, D. Naish & B. Ganapathisubramani, 2013. Aerodynamic performance of the feathered dinosaur Microraptor and the evolution of feathered flight. Nature Communications 4: 2489. Doi:10.1038/ncomms3489
Turner, A.H., P.J. Makovicky & M.A. Norell, 2012. A review of Dromaeosaurid systematics and Paravian phylogeny. Bulletin of the American Museum of Natural History 371: 1-206. Doi: 10.1206/748.1

Het broed als reddingsboei

Mierenvlot drijft op larven en poppen

Als een nest van de mier Formica selysi onder water komt te staan, ontsnappen de dieren door elkaar met poten en kaken vast te pakken en als een vlot weg te drijven. Het broed – eitjes, larven en poppen – nemen ze mee. Het avontuur loopt vaak goed af, mede dankzij de aanwezigheid van larven en poppen, ontdekten Jessica Purcell en collega’s.

De mier Formica selysi leeft in de Alpen en de Pyreneeën en bouwt zijn nesten langs rivieren. In voorjaar en zomer willen die nog wel eens overstromen. De mieren van een ondergelopen nest bouwen dan van zichzelf een levend vlot, zodat de kolonie bij elkaar blijft totdat ze op een nieuwe plek stuiten. Ook de jonge generatie overleeft, want het broed gaat mee. Het mierenvlot dobbert op het water totdat het vaste grond raakt en de mieren weer op het land kunnen klimmen.
De mieren zullen hun kostbaarste en kwetsbaarste bezit – de koninginnen en het broed – een veilige plek geven op zo’n vlot, veronderstelde Purcell. In het lab keek ze of dat zo was. Ze zette groepen mieren met koninginnen, larven en poppen op een platform, zette dat langzaam onder water en filmde de mierenvlotten die ontstonden van onder en van boven.

Drijvende mierenvlotten bestaan uit drie of vier lagen van werksters. De koninginnen (bij deze mierensoort zijn er meerdere per nest) krijgen inderdaad een veilige plek in het centrum, waar ze aan alle kanten door werksters zijn omgeven. Maar alle larven en de poppen komen onderop, zagen de onderzoekers tot hun verbazing. Het broed drijft direct op het water, de werksters die het broed in hun kaken houden zitten er op.

Toch is dat de beste plek voor de larven en poppen, bleek uit nader onderzoek. Ze hebben namelijk een beter drijfvermogen dan volwassen mieren. De larven en poppen aan de onderkant van het vlot houden het hele zaakje drijvend.
Bovendien hebben de larven en poppen niet onder het avontuur te lijden. Al drijven ze uren op het water, dan nog hebben ze later een even grote kans om zich te ontwikkelen tot volwassen mieren als larven en poppen die geen watersnood meemaken.
Volwassen mieren overleven een paar uur op het water ook wel, maar als nat geworden werksters weer droge grond bereiken moeten ze eerst herstellen voordat ze in actie kunnen komen. Dat komt slecht uit omdat er juist dan veel werk te doen is: koninginnen, larven en poppen moeten snel het land op gedragen worden. Hoe meer werksters meteen kunnen helpen, hoe beter het is. Op een drijvende laag van larven en poppen blijven nagenoeg alle werksters droog, zodat ze na aankomst snel aan de slag kunnen.

Er zijn andere miersoorten die zulke vlotten bouwen als hun nest onder water komt te staan, waaronder de Zuid-Amerikaanse rode vuurmier, Solenopsis invicta.

Willy van Strien

Foto: Werksters van Formica selysi maken een vlot; Dumas Galvez

Een filmpje over het vlot van de rode vuurmier. En nog een dobberend vlot van de rode vuurmier op film.

Bronnen:
Purcell, J., A. Avril, G. Jaffuel, S. Bates, M. Chapuisat, 2014. Ant brood function as life preservers during floods. PLoS ONE 9(2): e89211, 19 februari . Doi:10.1371/journal.pone.0089211
Adams, B.J., L.M. Hooper-Bùi, R.M. Strecker & D.M. O’Brien, 2011. Raft formation by the red imported fire ant, Solenopsis invicta. Journal of Insect Science 11: 171.
Mlot, N.J., C.A. Tovey & D.L. Hu, 2011. Fire ants self-assemble into waterproof rafts to survive floods. PNAS 108: 7669-7673. Doi: 10.1073/pnas.1016658108

Slang maakt glijvlucht

Paradijsslang verandert in een beweeglijke vleugel

Hij heeft geen vleugels, en ook geen huidplooien of vliezen die hem kunnen dragen. Niets. En toch kan de paradijsslang vliegen, althans: hij kan een indrukwekkende glijvlucht uitvoeren. Hoe? Door van zichzelf een flexibele vleugel te maken, laten Daniel Holden, Jake Socha en collega’s zien.


De paradijsslang leeft in Zuidoost-Azië, net als een handvol andere soorten ‘vliegende slangen’ die aan hem verwant zijn. Hij begint een vlucht meestal met een sprong vanaf een boomtak. Dan laat hij zich een stuk omlaag vallen voordat hij overgaat op een langzaam dalende glijvlucht. Die duurt een paar seconden; met een snelheid van 10 meter per seconde legt een vliegende paradijsslang rustig 20 meter af. Hij kan in de lucht van richting veranderen en landt netjes op de grond of in de vegetatie, zonder ongelukken.

 

Wat opvalt is dat de slang tijdens zijn vlucht de vorm van zijn lichaam verandert door zijn ribben (slangen hebben tientallen paren ribben tussen kop en staart) naar voren en naar boven te draaien. Hij heeft dan geen cilindervorm meer: op dwarsdoorsnede is hij niet rond, maar breed en hol van onderen en bol van boven.
De onderzoekers maakten een kunststof staaf naar het model van zo’n afgeplatte slang, lieten die zakken in een watertunnel loodrecht op de stroomrichting en keken hoe de staaf de waterstroom vervormde. De stroming van water is vergelijkbaar met die van lucht. De afgeplatte vorm bleek goede ‘aerodynamische’ eigenschappen te hebben, oftewel: hij levert genoeg draagkracht en niet te veel weerstand voor een glijvlucht.
Als de paradijsslang vliegt, houdt hij zijn lijf in een S-vorm, meestal met drie of vier bochten. Grote delen van het dier staan dan loodrecht op de vliegrichting en die delen leveren de draagkracht.

Daarmee is de vliegende paradijsslang nog niet helemaal begrepen. Want er valt nog iets op. Terwijl de slang door de lucht zeilt, maakt hij ook zijwaartse golfbewegingen die vanaf de kop naar achteren lopen, zodat de S-vorm steeds verandert. Bovendien zwaait hij op een complexe manier met zijn achterlijf. Ongetwijfeld is dat van belang voor zijn vliegprestatie, maar het is nog de vraag hoe. Dat willen de onderzoekers nu gaan uitvogelen.

Willy van Strien

Foto’s: Jake Socha

Filmpje van vliegende paradijsslang
Hoe komt de vliegende paradijsslang aan draagkracht? De onderzoekers leggen het uit op video (in het Engels).

Bronnen:
Holden, D., J.J. Socha, N.D. Cardwell & P.P. Vlachos, 2014. Aerodynamics of the flying snake Chrysopelea paradisi: how a bluff body cross-sectional shape contributes to gliding performance. The Journal of Experimental Biology 217: 382-394. Doi:10.1242/jeb.090902
Socha, J.J., 2011. Gliding flight in Chrysopelea: turning a snake into a wing. Integrative and Comparative Biology, 51:  969-982. Doi:10.1093/icb/icr092

Desnoods een klauterpartij

Keizerspinguïns zoeken het hogerop als zee-ijs tegenvalt

Wat onbeholpen schuifelen de keizerspinguïns over de bevroren zee rond Antarctica, het continent aan de Zuidpool. De steile, hoge muren van de vaste ijskap verderop lijken een niet te nemen barrière. Het idee was dan ook dat de pinguïns nooit op dat vaste ijs kunnen komen. Maar ze kunnen het wél, blijkt uit waarnemingen van Peter Fretwell en collega’s.

Keizerspinguïns broeden in de gure Zuidpoolwinter. Dan bevriest de zee rond Antarctica tot een enorme vlakte waarop de vogels hun broedkolonies vestigen. In maart en april (als het najaar op het zuidelijk halfrond begint) maken ze een kilometerslange tocht over het zee-ijs om een goede plaats te bereiken. Ze vormen paren. In mei of begin juni leggen de vrouwtjes een ei. Terwijl de mannetjes dat uitbroeden gaan de vrouwtjes naar zee om voedsel te zoeken. Pas twee maanden later komen ze terug met een voorraadje vis in hun maag voor de kleintjes. Die zijn dan meestal net uitgekomen en hongerig – net als hun vaders die al die tijd hebben moeten vasten. De mannetjes vertrekken om te eten, en daarna wisselen man en vrouw elkaar af. Als de kuikens groter zijn, kunnen ze tegelijk weg en blijven de kuikens in de kolonie achter. Pas in december zijn de jongen volgroeid en gaan ze mee naar zee. Dan is het inmiddels bijna zomer en is het zee-ijs op grote schaal aan het afkalven.
De pinguïnkolonies zijn aangewezen op een goed stuk zee-ijs om succesvol te kunnen broeden. In april, als de vogels beginnen aan hun broedseizoen, moet er al ijs zijn waarop ze terecht kunnen. Het ijs moet dik en stevig worden en een flink stuk van het niet-bevroren zeewater verwijderd zijn, zodat het in stand blijft tot de jongen naar zee gaan. Maar in sommige jaren is zulk vroeg en stevig zee-ijs er op sommige plaatsen niet. Men was ervan overtuigd dat de keizerspinguïns het broeden dan een jaar moeten overslaan.

Fretwell en collega’s zagen tot hun verbazing op satellietbeelden en luchtfoto’s dat keizerspinguïns in zulke jaren bovenop de vaste ijskap weten te komen. Ook al moeten ze daarvoor tientallen meters klimmen. De beelden lieten loopsporen zien in inhammen in het ijs. Via zulke inhammen hobbelen de dieren kennelijk omhoog. Het moet een pittige tocht voor ze zijn en boven is de kou nog ijziger dan op de bevroren zee. Geen fijne plek, maar het biedt een uitkomst als er weinig zee-ijs is.
De onderzoekers weten niet of de keizerspinguïns pas de laatste jaren nieuwe broedplekken zijn gaan opzoeken nu er door klimaatverandering soms minder zee-ijs is. Het kan ook zijn dat ze ook vroeger al de ijskap opklauterden als dat nodig was, maar dat niemand dat ooit had opgemerkt.

Willy van Strien

Foto: Dbush (Wikimedia Commons)

Bron:
Fretwell, P.T., P.N. Trathan, B. Wienecke & G.L. Kooyman, 2014. Emperor penguins breeding on iceshelves. PLoS ONE 9(1): e85285, 8 januari online. Doi:10.1371/journal.pone.0085285

Mestkever leest de sterren

Ig Nobelprijs voor vaste koers met strontbal

 

Als de Afrikaanse mestkever Scarabaeus satyrus ’s nachts zijn mestbal voortrolt, kan hij een vaste richting aanhouden dankzij de sterrenhemel, rapporteerden Marie Dacke en collega’s begin dit jaar. De kever heeft niet zozeer houvast aan heldere sterren, maar oriënteert zich op de Melkweg, die hij ziet als een zwakke lichte streep. De ontdekking leverde de onderzoekers vorige week vrijdag (13 september) een Ig Nobelprijs op, een prijs voor wetenschappelijk onderzoek waarom men eerst moet lachen, maar dat vervolgens aan het denken zet.
Scarabaeus satyrus wordt actief als de zon een uur onder is. Hij vliegt er in het donker op uit om verse zoogdierpoep te zoeken, want dat is zijn voedsel. Hij haalt er een royale klont af en draait er met zijn voorpoten een bal van die hij zal begraven om later op te eten. Een smakelijk voorraadje. Sommige ballen zijn bestemd voor zijn nakomelingen; daar legt hij zijn eitjes in zodat de larven zullen uitkomen in Luilekkerland.
Maar rond een stronthoop verdringen zich veel mestkevers die graag de kant en klare mestbal van een ander afpakken. Zodra een mestkever zijn bal af heeft, gaat hij er dus vandoor. Hij keert zich om, zet zijn de achterpoten tegen de bal en holt achteruit weg, kop naar beneden. Dat is een hele prestatie, want de bal is veel groter dan de kever. Om zo snel mogelijk en zo ver mogelijk van de drukke stronthoop vandaan te komen, moet hij zijn bal in een rechte lijn rollen. En dat doet hij dan ook. Hij heeft geen vaste bestemming, geen ‘thuis’, waar hij heen gaat, maar hij kiest een richting en houdt die koers aan. Valt hij in een kuil, dan krabbelt hij overeind en vervolgt zijn rechte weg. Stuit hij op een obstakel, dan gaat hij er erlangs en hobbelt vervolgens in de oorspronkelijke richting verder.

Wie in het donker in een rechte lijn probeert te lopen, buigt al snel af. Ook een mestkever die ’s nachts met zijn bal onderweg is heeft houvast nodig om zijn rechte pad te handhaven. De onderzoekers hadden eerder laten zien dat de kevers zich uitstekend kunnen oriënteren op maanlicht, ook bij halve maan. Maar wat als de maan ’s nachts onder de horizon staat en er dus geen maanlicht is?
De onderzoekers deden een serie experimenten tijdens maanloze nachten in een Zuid-Afrikaans wildpark. Ze lieten de dieren hun bal rollen in een arena met een wand eromheen, zodat ze alleen zicht hadden op de lucht. Onder een heldere sterrenhemel liepen de kevers in een heel fatsoenlijke rechte lijn. Maar ze begonnen te zwalken als de lucht bewolkt was of als de onderzoekers een zwart kartonnen kapje over hun ogen zetten. Kennelijk stelt de sterrenhemel hen in staat om koers te houden.
Met hun kleine ogen zien de mestkevers alleen de meest heldere sterren zien. De Melkweg zien ze als een zwakke lichte streep. Waar oriënteren ze zich nu op, vroegen de onderzoekers zich af, op heldere sterren of op de Melkweg? Om daar achter te komen gingen ze met de kevers naar het planetarium van Johannesburg, waar ze de kunstmatige hemelkoepel naar believen konden inrichten. Ze konden sterren plus de Melkweg op de koepel projecteren, of alleen sterren, of alleen de Melkweg. Daar mochten de kevers opnieuw hun kunsten tonen.
De conclusie was dat de mestkevers hun bal in een rechte lijn rollen zolang ze de Melkweg zien. Met alleen sterren lukt het ze niet.

Dit is het eerste keer dat onderzoekers ontdekken dat een insect zich op de sterren oriënteert. En Scarabaeus satyrus is het eerste dier dat ’s nachts houvast blijkt te hebben aan de Melkweg. Maar de onderzoekers verwachten dat er meer dieren zijn die zich op de Melkweg oriënteren.

Willy van Strien

Foto: Gilles San Martin (Wikimedia Commons)

Bronnen:
Dacke, M., E. Baird, M. Byrne, C.H. Scholtz & E.J. Warrant, 2013. Dung beetles use the Milky Way for orientation. Current Biology 4: 298-300. Doi: 10.1016/j.cub.2012.12.034
Dacke, M., M.J. Byrne, E. Baird, C.H. Scholtz & E.J. Warrant, 2011. How dim is dim? Precision of the celestial compass in moonlight and sunlight. Phil. Trans. R. Soc. B 366: 697-702. Doi:10.1098/rstb.2010.0191

Oranje kampioenen

Hoe donkerder de vleugels, hoe beter monarchvlinders vliegen

Monarchvlinders zijn ongelooflijk goede vliegers. Beroemd zijn de vlinders die hoog in de bergen van zuidwest Mexico overwinteren en de zomer doorbrengen rond de grote meren van Noord Amerika – een slordige 3000 kilometer verder. Momenteel draait in het Omniversum in Den Haag een film over deze langeafstandstrekkers. Daniel Hanley ontdekte dat de kleur van de vleugels een rol speelt bij hun fenomenale vliegvermogen.

De vliegkampioenen leven in Noord Amerika ten oosten van de Rocky Mountains. Ten westen van die bergketen is er een kleine populatie monarchvlinders die over een korte afstand trekt en buiten Noord Amerika komen monarchvlinders voor die helemaal niet trekken.
De overwintering van de Noord-Amerikaanse oostelijke trekkers in Mexico is ook al spectaculair. Ze hangen in dichte trossen aan de takken en stammen van de heilige zilverspar. In het vroege voorjaar worden ze actief; ze paren en zetten koers naar het noordoosten. Onderweg leggen de vrouwtjes een of enkele keren eitjes op de zijdeplanten waarop de rupsen zich kunnen ontwikkelen. De rupsen verpoppen en er verschijnen nieuwe vlinders die de reis richting Canada vervolgen. Oude en nieuwe vlinders moeten steeds door om de juiste planten te vinden. De zijdeplanten groeien alleen als het niet te koud, maar ook niet te warm is. In het voorjaar schuift de zone met geschikte planten van zuid naar noord, en de vlinders gaan mee. De meeste oude vlinders, die in Mexico overwinterd hadden, sterven ergens onderweg, maar een deel van hen, minimaal 10 procent, komt in het zomergebied aan, ontdekte Nathan Miller. De voortplanting gaat tot ver in de zomer door.
In de nazomer verschijnt een nieuwe generatie die zich niet voorplant, maar die zich vol eet en de terugreis naar Mexico aanvaardt. De meeste vlinders voltooien dan de hele reis. Enkele leggen onderweg nog eitjes en ook de nieuwe vlinders vliegen naar Mexico. Daar brengen ze de winter door en in het voorjaar begint de cyclus weer opnieuw.

Biologen wisten al dat de kleur van vlindervleugels belangrijk is voor hun vliegvermogen. Donkere tinten – vooral zwart, maar ook rood – absorberen namelijk zonnewarmte en dat stelt de vlinders in staat om ook te vliegen als het koel is. Hanley onderzocht in hoeverre de vleugelkleur van monarchvlinders bepaalt hoe groot de afstand is die ze tijdens de trek kunnen overbruggen.
Monarchen hebben oranje vleugels met zwarte banen over de vleugeladers en een zwarte rand met witte stippen. De vleugels van mannetjes zijn dieper oranje dan die van de vrouwtjes en hebben smallere zwarte banen. Maar ook binnen de groepen mannetjes en vrouwtjes verschillen de vlinders iets van elkaar. Bij het ene exemplaar neigt het oranje naar rood, bij de ander ligt de kleur dichter bij geel, en ook de hoeveelheid zwart verschilt.
Hanley ving een aantal vlinders op hun zomerverblijf en mat hoe donker de oranje kleur van de voorvleugels was en hoeveel zwart erop zat. Van een klein stukje vleugel bepaalde hij  de chemische samenstelling en daaruit, in combinatie met de mate van slijtage, kon hij afleiden waar de vlinders als rups waren opgegroeid. In zijn vlinderverzameling bleken dieren te zitten die de hele afstand vanuit Mexico hadden afgelegd (en dus van het vorige jaar waren en hadden overwinterd) en vlinders die waren komen aanvliegen van verschillende plaatsen tussen Mexico en de grote meren (en dus dit jaar geboren waren). En er waren vlinders bij die in het zomergebied zelf waren opgegroeid.

Vlinders die van ver kwamen, constateerde hij, hadden het meeste zwart op de vleugels en bij de mannetjes (die minder zwart hebben) was bovendien de oranje kleur intenser. De verschillen waren klein, maar toch. De vlinders uit Mexico waren het donkerst. Dat kwam niet doordat de vlinders die vanuit Mexico waren vertrokken allemaal donker waren, want daar waren ook lichter gekleurde exemplaren bij. Maar alleen de diepst gekleurde vlinders hadden de tocht helemaal kunnen volbrengen. Dus: hoe meer zwart de vleugels van een vlinder hebben – en voor een mannetje: hoe intenser de oranje kleur is –, hoe groter de afstand die hij kan afleggen.
Dat sluit aan bij het werk van Andrew Davis, die vlinders in het lab had laten vliegen in een speciaal molentje. De hoeveelheid zwart speelde in zijn proeven geen rol, waarschijnlijk omdat de temperatuur aangenaam was en de vlinders warm genoeg. Maar de oranje kleur van hun vleugels deed er nog wel toe: hoe dieper oranje, hoe langer de vlinders bleven vliegen. Gemiddeld hielden ze het één uur achter elkaar vol, maar sommige vlogen ruim twee uur door. Het is nog wel de vraag of het betere vliegvermogen inderdaad het gevolg is van warmteabsorptie.
De kleur van de vleugels heeft overigens meerdere functies. Hij waarschuwt roofvijanden dat de vlinders bitter smaken en giftig zijn, en hij speelt een rol bij de partnerkeus.

Willy van Strien

Foto: Dwight Sipler (Wikimedia Commons)

Bronnen:
Hanley, D., N.G. Miller, D.T.T. Flockhart & D.R. Norris, 2013. Forewing pigmentation predicts migration distance in wild-caught migratory monarch butterflies. Behavioral Ecology, 8 mei online. Doi:10.1093/beheco/art037
Davis. A.K., J. Chi, C. Bradley & S. Altizer, 2012. The redder the better: wing color predicts flight performance in monarch butterflies. PLoS ONE 7: e41323. Doi:10.1371/journal.pone.0041323
Miller, N.G., L.I. Wassenaar, K.A. Hobson & D.R. Norris, 2012. Migratory connectivity of the monarch butterfly (Danaus plexippus): patterns of spring re-colonization in Eastern North America. PLoS ONE 7: e31891. Doi:10.1371/journal.pone.0031891

Krachtpatser met licht wapen

Neushoornkever vliegt met hoorn even makkelijk als zonder

Ze zien er stoer uit, de Japanse neushoornkevers met een lange vertakte vork voor hun kop. Maar ze ogen tegelijk wat onbeholpen. Zo’n hoorn zit de dieren vreselijk in de weg, zou je denken.
Mis! Erin McCullough en collega’s laten zien dat het allemaal reuze meevalt.

De Japanse neushoornkever, Trypoxylus dichotomus (kabutomushi op z’n Japans), is een van de grootste uit de groep van ruim driehonderd soorten neushoornkevers, ongeveer vijf centimeter groot. De mannen hebben hoorns, de vrouwen niet. Een man gebruikt zijn wapen om andere mannen weg te duwen van een plaats waar vrouwen komen, zodat hij daar het rijk alleen heeft.
De lengte van de hoorns verschilt nogal van man tot man: sommige hebben maar een kleine knobbel, andere een joekel van een paar centimeter. Een man met een korte hoorn druipt meteen af als er een tegenstander met een lange hoorn verschijnt. Twee mannen die ongeveer even goed bedeeld zijn gaan de strijd aan tot een van hen opgeeft of gewipt wordt. De man met de langste hoorn blijft altijd over. Hij heeft ook echt de beste kwaliteit, heeft Douglas Emlen laten zien. Want naarmate een mannetje als larve beter gevoed en gezonder is, zal hij als volwassen kever groter zijn; bovendien is zijn hoorn dan in verhouding extra groot.
Een lange hoorn is dus belangrijk om succes te hebben met de voortplanting en een teken van een goede conditie. Maar het lijkt een onding als zo’n man zich wil verplaatsen. De kevers houden zich overdag verborgen, komen ’s nachts te voorschijn en vliegen dan naar bomen waar ze zich voeden met sap dat uit wondjes in de schors sijpelt. Daar ontmoeten ze elkaar. Voor een man met een forse hoorn lijkt die vliegtocht een moeizame onderneming.
Erin McCullough verwachtte dat ook. Zo’n hoorn maakt het dier een stuk zwaarder, dacht ze. Het zwaartepunt zou meer naar voren liggen, wat het moeilijk maakt om stabiel te vliegen en wendbaar te zijn. En het rare uitsteeksel zou de luchtweerstand een stuk groter maken.
Maar tot haar verrassing bleek dat helemaal niet waar te zijn. McCullough en collega’s vergeleken mannetjes en vrouwtjes van de Japanse neushoornkever, en mannetjes met korte hoorns met mannetjes met lange hoorns. Ze constateerden eerst dat alle dieren, vrouwen en mannen met lange dan wel korte hoorns, even snel en even ver vliegen.
Toen ze vervolgens wilden verklaren waarom een lange hoorn kennelijk geen last is, ontdekten ze dat de hoorns hol zijn en een veel lager vochtgehalte hebben dan andere lichaamsdelen. Ook de langste hoorns dragen daardoor maar een paar procent bij aan het lichaamsgewicht en hebben nauwelijks invloed op de ligging van het zwaartepunt. De hoorns vergroten de luchtweerstand bovendien niet. Dat komt doordat de kevers vrij langzaam vliegen, een paar meter per seconde, en hun lichaam niet horizontaal houden, maar opgericht in een hoek van gemiddeld 50 graden.

Al met al hinderen de hoorns een vliegende kever amper. Mannen met een forse hoorn hoeven zich nog geen 3 procent extra in te spannen. De hoorns mogen er dan uitzien als lastige ondingen, maar schijn bedriegt.

Willy van Strien

Foto’s : Will Freihofer (groot) en Erin McCullough (klein)

Bronnen:
McCullough. E.L. & and B.W. Tobalske, 2013. Elaborate horns in a giant rhinoceros beetle incur negligible aerodynamic costs. Proc R Soc B 280: 20130197, 13 maart online. Doi 10.1098/rspb.2013.0197
McCullough, E.L., P.R. Weingarden & D.J. Emlen, 2012. Costs of elaborate weapons in a rhinoceros beetle: how difficult is it to fly with a big horn? Behavioral Ecology 23:1042-1048. doi:10.1093/beheco/ars069
Emlen, D.J., I.A. Warren, A. Johns. I. Dworkin & L.C. Lavine, 2012. A mechanism of extreme growth and reliable signaling in sexually selected ornaments and weapons. Science  337: 860-864. DOI: 10.1126/science.1224286