Ranken buigen weg van aangevreten steunplant

Als de Aziatische klimplant Cayratia japonica met zijn ranken houvast zoekt bij andere planten, is hij voorzichtig. De ranken trekken zich terug zodra ze de aanwezigheid van spintmijt bespeuren, constateren Tomoya Nakai & Shuichi Yano.

Klimmen kan de Aziatische klimplant Cayratia japonica uitstekend: in Amerika, waar hij is ingevoerd, is hij bekend onder de naam bushkiller. De ranken van de plant wikkelen zich om stengels van andere planten, zodat de klimplant naar het licht kan groeien. De ranken grijpen zich vast aan alles wat ze kunnen bereiken.
Nou ja: niet aan alles. Ze trekken zich terug als ze op een plant stuiten waar bonenspintmijt op zit, laten Tomoya Nakai & Shuichi Yano zien. Bonenspintmijt of rode spintmijt (Tetranychus urticae) is een klein spinachtig beestje dat plantensap uit bladeren opzuigt; de bladeren overleven dat vaak niet. De mijten kunnen op honderden plantensoorten leven. Als hun aantal ergens te hoog wordt, lopen ze naar een andere plek. Omdat ze daarbij elkaars spoor volgen, zijn ze al gauw met een hele groep op zo’n nieuwe plaats.

Spinsel

Door zijn fysieke contact met andere planten zou een klimplant makkelijk een infectie met deze schadelijke beestjes kunnen oplopen. Dat moet hij niet hebben. Nu blijkt dat Cayratia japonica een doeltreffende manier heeft om te voorkómen dat er mijten op komen. Zo gauw een rank een plant met spintmijt aanraakt, laat die rank los en krult zich van de aangetaste plant af.
De onderzoekers lieten dat mooi zien in het lab, waar ze een aantal klimplanten elk naast een bonenplant zetten die ofwel schoon was, ofwel veel mijten droeg. Ze legden de beweging van de ranken vast in een versnelde film met behulp van time-lapsefotografie, waarbij ze één filmbeeld per minuut maakten.

De vraag was vervolgens: waaraan herkent zo’n rank de aanwezigheid van spintmijt? Pikt hij de vluchtige stoffen op die een bonenplant aan de lucht afgeeft als hij wordt aangevreten? Of voelt hij het web waarmee de mijten het oppervlak van een plant bedekken om daaronder veilig te zijn voor roofvijanden?
Uit experimenten bleek dat de vluchtige stoffen die aangetaste bonenplanten afgeven geen effect hebben op de tastende ranken. Maar mijtenspinsel heeft dat wel: na contact met een spintmijtweb buigen de ranken meteen weg. Nakai en Yano probeerden het ook met spinnenzijde, maar daarop reageerden de ranken niet. De klimplant reageert dus direct en specifiek op de aanwezigheid van spintmijt.

Dat verkleint de kans dat mijten massaal overlopen van steunplant naar klimplant. Er steken er wel een paar over tijdens het korte contactmoment, maar die zijn vervolgens zonder web niet veilig en vertrekken weer.

Willy van Strien

Foto: 石川 Shihchuan (via Flickr. Creative Commons CC BY-NC-SA 2.0)

Bron:
Nakai, T. & S. Yano, 2019. Vines avoid coiling around neighbouring plants infested by polyphagous mites. Scientific Reports 9: 6589. Doi: 10.1038/s41598-019-43101-0

Jonge luizen spuiten zich leeg om gat in nest te dichten

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

De 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

Mierenlarven in verzet tegen vijandige overname

Als het nest van de grauwzwarte mier wordt overgenomen door een vijandelijke koningin van een andere soort, is de kolonie verloren. Maar de larven helpen de schade voor zichzelf te beperken, volgens Unni Pulliainen en collega’s.

In elk mierennest staat een groot werkvolk in dienst van de koningin, die nageslacht produceert. Werksters voeden de koningin en verzorgen het broed, houden het nest schoon en verdedigen het. Hun ijver trekt soms vreemde gasten, zoals koninginnen van andere mierensoorten die nog geen volk hebben en daarom wel wat hulp kunnen gebruiken.
De grauwzwarte mier, Formica fusca, heeft vaak last van zulke koninginnen. Die dringen een nest  binnen om de werksters uit te buiten – en richten de kolonie daarmee te gronde. Maar het overwonnen volk kan in verzet komen, schrijven Unni Pulliainen en collega’s.

Parasiet

Als een vijandelijke koningin probeert een nest in te nemen van de grauwzwarte mier, die leeft in open stukken in bos en aan bosranden van Europa en delen van zuid Azië en Afrika, is de kans groot dat de werksters haar ontdekken en doden. Maar dat gebeurt niet altijd. Soms wordt ze toegelaten.

Is ze eenmaal binnen, dan gaat ze aan de slag. Ze doodt de heersende koningin of koninginnen – bij de grauwzwarte mier wonen meestal enkele koninginnen in één kolonie – en gaat eitjes leggen. De werksters, zo is de bedoeling, brengen haar nakomelingen groot alsof die van hun eigen koningin zijn. Zo krijgt de vreemde koningin, die langer leeft dan de werksters, geleidelijk haar eigen werksters, terwijl het oorspronkelijke volk uitsterft. Door tijdelijk op de kolonie van de grauwzwarte mier te parasiteren, sticht ze haar eigen kolonie.

Happig

Maar het geknechte volk kan de schade beperken door de boel te saboteren. De werksters kunnen namelijk vreemde eitjes verwijderen. En hier lijken de mierenlarven die nog van de gedode koninginnen zijn bij te helpen.
Mierenlarven eten soms miereneitjes, en Pulliainen wilde weten of de larven van de grauwzwarte mier wellicht happig zijn op de eitjes van een vreemde koningin. In haar proeven bood ze larven elk één eitje aan, van een eigen of van een vreemde koningin. Die vreemde koningin behoorde dan ofwel tot een parasitaire soort ofwel tot een onschuldige soort die nooit andermans nest binnendringt.
De larven lieten een eitje van de eigen koningin altijd met rust. Maar als ze een eitje kregen voorgeschoteld van een parasitaire koningin, aten ze het in een op de tien gevallen op. Eitjes van een onschuldige vreemde koningin werden minder vaak gegeten.

Toekomst

Dat eetgedrag van de larven lijkt misschien niet spectaculair, maar alle beetjes helpen om de schade te beperken.
De eitjes zijn goed voedsel dat de overlevingskans van de verweesde larven kan verhogen. De mannetjes onder hen kunnen, als ze volwassen zijn, vertrekken om zich voort te planten. En onder de vrouwelijke larven zullen toekomstige koninginnen zijn, die elders een nieuwe kolonie kunnen stichten.
Ook de vrouwelijke larven die bestemd zijn om werkster te worden, kunnen nog iets betekenen. Zij zijn niet in staat om te paren, maar ze kunnen wel enkele zonen krijgen, want die ontstaan uit onbevruchte eitjes. Hoewel de kolonie verloren is, hebben sommige larven een toekomst.

Willy van Strien

Foto: Grauwzwarte mier. Mathias Krumbholz (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY-SA 3.0)

Bronnen:
Pulliainen, U., H. Helanterä, L. Sundström & E. Schultner, 2019. The possible role of ant larvae in the defence against social parasites. Proceedings of the Royal Society B 286: 20182867. Doi: 10.1098/rspb.2018.2867
Chernenko, A., M. Vidal-Garcia, H. Helanterä & L. Sundström, 2013. Colony take-over and brood survival in temporary social parasite of the ant genus Formica. Behavioral Ecology and Sociobiology 67: 727-735. Doi: 10.1007/s00265-013-1496-7
Chernenko, A., H. Helanterä & L. Sundström, 2011. Egg Recognition and Social Parasitism in Formica Ants. Ethology 117: 1081-1092. Doi: 10.1111/j.1439-0310.2011.01972.x

Rivierkreeft mijdt licht als hij pantser vernieuwt

Normaal is de rode rivierkreeft een stoere gast. Maar als hij zijn pantser moet vervangen, verdwijnt zijn bravoure, zoals Julien Bacqué-Cazenave en collega’s rapporteren.

Kreeftachtigen of schaaldieren hebben geen skelet van binnen, zoals wij. In plaats daarvan hebben ze een pantser, een uitwendig skelet. Dat heeft als voordeel dat ze zijn ingepakt in een stevige doos. Zo kunnen ze tegen een stootje. Maar er is ook een keerzijde: het opgesloten lichaam kan niet groeien. Daarom moet zo’n dier zijn pantser van tijd tot tijd vervangen door een grotere. Het oude gaat eraf, er komt een nieuwe voor in de plaats.

Dat is geen kleinigheid, zoals Julien Bacqué-Cazenave en collega’s laten zien.

Proces van een maand

De onderzoekers wilden weten hoe het de rode rivierkreeft, Procambarus clarkii, tijdens zo’n wisseling vergaat. De kreeft komt van nature voor in Mexico en het zuiden van de Verenigde Staten en is op veel andere plaatsen geïntroduceerd. In Europa heeft hij zich als exoot gevestigd, en in Nederland zie je hem steeds vaker, ook op het droge en vaak in dreighouding.

De wisseling van pantser is een langdurig en complex proces. De chitine waaruit het pantser bestaat wordt afgescheiden door de opperhuid en het pantser zit daaraan vast. Die verbinding moet verbroken worden en de opperhuid moet een nieuw pantser vormen. De aanhechtingsplaatsen van de spieren die aan het pantser zijn verankerd, moeten verhuizen.

Als het oude pantser is afgeworpen, komt het nieuwe bloot te liggen. Dan is de rivierkreeft onbeschermd en kwetsbaar, want zijn nieuwe omhulsel is de eerste tijd nog dun en teer. Het moet dik en hard worden voordat het dier er wat aan heeft.

Het hele proces neemt ongeveer een maand in beslag: het duurt twee weken voor het oude pantser is afgeworpen en daarna twee weken tot het nieuwe pantser hard is.

Angstig

De rode rivierkreeft is een stoer baasje, maar in de maand van pantserwisseling, met name in de derde week, is hij niet op zijn gemak, blijkt uit proeven van Bacqué-Cazenave. Hij testte de dieren elke twee of drie dagen in een kruisvormige proefopstelling met twee verlichte en twee donkere armen. Als er niets aan de hand was, brachten de rivierkreeften 40 procent van hun tijd in het verlichte deel van de proefopstelling door. Maar kreeften die hun pantser zouden gaan verliezen, begonnen een paar dagen van tevoren het licht te mijden en de eerste week nadat het oude pantser was afgeworpen verbleven ze bijna voortdurend in het duister.
Uit eerder werk wisten de onderzoekers dat de dieren dit doen als ze bang zijn.

De afkeer van licht hing inderdaad samen met de wisseling, bleek toen de onderzoekers de dieren een hormoon toedienden dat het proces op gang brengt, een zogenoemd ecdysteroïde hormoon. Maar als de dieren een kalmeringsmiddel erbij kregen, meden ze het licht niet. Daaruit leiden de onderzoekers af dat de afkeer echt een angstreactie is.

De periode van wisselen is duidelijk niet fijn. Maar als het achter de rug is, zit een rivierkreeft weer voor twee tot zes maanden veilig in zijn harnas.

Willy van Strien

Foto: Andrew C (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY 2.0)

Bron:
Bacqué-Cazenave, J., M. Berthomieu, D. Cattaert, P. Fossat & J.P. Delbecque, 2019. Do arthropods feel anxious during molts? Journal of Experimental Biology 222: jeb186999. Doi: 10.1242/jeb.186999