Toevalstreffers schiepen drie typen kemphaanmannen

Kemphaanmannen zijn er in drie typen die verschillen in een reeks van eigenschappen: elk type man heeft zijn kenmerkende uiterlijk, gedrag en hormoonhuishouding. Bekend was al dat daar een erfelijke basis voor is. Twee onderzoeksgroepen kunnen ons nu vertellen wanneer en hoe de mannentypen zijn ontstaan.

De ene man is de andere niet, bij kemphanen. Verreweg de meeste mannen zijn honkman, sommige zijn satelliet en een enkeling is faar. De verschillen zijn groot – we beschreven de kemphanen al eerder.

Erfelijk vastgelegd

Honkmannen krijgen in het voorjaar oorpluimen en een halskraag van voornamelijk donker gekleurde sierveren. Op speciale baltsplaatsen, waar vrouwen langs komen om zich te laten dekken, knokken ze om een eigen honk te veroveren. Een honkman die daarin slaagt maakt een goede kans bij de vrouwen, maar de meeste honkmannen blijven zonder honk.
Satellieten in baltskleed hebben ook oorpluimen en een halskraag, maar dan met witte veren. Zij gaan niet voor een eigen honk, maar voegen zich bij een succesvolle honkman en hoewel ze ondergeschikt aan hem zijn, zien ze regelmatig kans om in een onbewaakt ogenblik te paren.
Faren zijn kleiner, zien er uit als een vrouw en slaan in de drukte op de baltsplaats stiekem hun slag.

Het is uniek dat deze typen – met hun reeks van kenmerkende eigenschappen qua uiterlijk, gedrag en hormoonhuishouding – erfelijk zijn vastgelegd. Hoe kon zoiets ontstaan? Clemens Küpper en Sangeet Lamichhaney, van twee verschillende onderzoeksgroepen, onderzochten de kemphaangenetica en publiceren nu tegelijk verhalen die perfect op elkaar aansluiten. Pittige materie, maar heel interessant.

Achterstevoren

De oorspronkelijke kemphaanman was wat we nu de honkman noemen, de agressieve uitslover. Ongeveer vier miljoen jaar geleden verscheen naast hem de faar ten tonele, resultaat van een reorganisatie in het erfelijk materiaal, het dna. Dat dna is een lange keten van bouwstenen, verpakt in een aantal chromosomen. Elk individu heeft een dubbele set chromosomen, een set afkomstig van de vader en een van de moeder. Bij faren is een gedeelte van de keten op een van de chromosomen (maar niet bij zijn tegenhanger) achterstevoren gekeerd.

Die omkering heeft op zichzelf al eigenschappen veranderd. Maar de gevolgen strekken veel verder, want sinds de draaiing plaatsvond maakten de genen op het omgekeerde deel gezamenlijk en ongestoord een evolutionaire ontwikkeling door. Normaal wisselen gelijke chromosomen onderling stukjes dna uit bij de vorming van eicellen en zaadcellen, waarna die geslachtscellen elk één set herschikte chromosomen krijgen. Zo wordt het dna gehusseld en krijgt elke nakomeling een unieke combinatie van eigenschappen. Maar met een omgekeerd gedeelte kan niets uitgewisseld worden. De genen die er op liggen erven voortaan over als één blok, als ‘supergen’.

Truc

Het supergen van de kemphaan bestaat uit ruwweg honderd genen, en die vormen nou net een mooi geheel voor de mannelijke voortplanting: er zijn genen bij die betrokken zijn bij veerkleur, ontwikkeling van zaadcellen en hormoonhuishouding. Dit blok ontwikkelde zich bij de omgekeerde variant anders dan bij de oorspronkelijke versie, met als gevolg dat faren (met een omgekeerde en een oorspronkelijke versie van het supergen^*) sterk gingen verschillen van honkmannen (met twee oorspronkelijke versies).

De faren ontwikkelden een voortplantingsstrategie waarbij ze zich voordoen als vrouw. Die truc werkt alleen als ze sterk in de minderheid zijn, en dat zijn ze dan ook: ze maken minder dan één procent van de populatie uit. Ze geven het omgekeerde supergen door aan de helft van hun zonen en dochters. Kemphaanzoons die van pa of ma de faarversie van het supergen erven, zijn faar. Dochters die de omkering dragen zijn wat kleiner dan andere vrouwen.

Derde type

De honkmanvariant en de faarvariant van het supergen bestaan dus al miljoenen jaren naast elkaar zonder dat ze stukjes dna kunnen uitwisselen. Maar….. één keer (misschien een paar keer) gebeurde dat vreemd genoeg toch en zo ontstond een derde variant van het supergen: de faarvariant (dus omgekeerd) met stukjes van de honkmanvariant. Dat was 500.000 jaar geleden.
Mannelijk dragers van die derde variant ontwikkelden zich tot het derde mannentype, de satelliet. Voor de voortplantingsstrategie van dit nieuwe type – samenwerken met een honkman en onopgemerkt proberen te paren – is wat meer plaats dan voor die van de faar: met 5 tot 20 procent van de mannen als satelliet zijn er voldoende succesvolle honkmannen waarbij ze zich kunnen aansluiten.

Bizarre situatie

Voor satellieten geldt dat ze, naast de satellietvariant van het supergen, de oorspronkelijke honkmanvariant hebben^*. De helft van hun jongen krijgt van hen de satellietvariant mee, en de andere helft de honkmanvariant. Kemphaanzoons die van pa of ma de satellietversie van het supergen erven, zijn satelliet. Op dochters die de satellietvariant dragen heeft dat geen opmerkelijk effect.

En zo is de bizarre situatie ontstaan van drie erfelijk bepaalde typen mannen. Een unicum. Het is mooi dat we nu weten hoe die situatie kon ontstaan.

*Omdat bij de omkering vier miljoen jaar geleden een gen verloren is gegaan dat codeert voor een eiwit dat onmisbaar is bij de celdeling, komt een embryo met twee omgekeerde supergenen niet tot ontwikkeling.

Willy van Strien

Foto: Een honkman. René Smits (De wereld door mijn lenzen)

Zie ook: superman krijgt minidochters

Bronnen:
Küpper, C., M. Stocks, J.E. Risse, N. dos Remedios, L.L. Farrell, S.B McRae, T.C. Morgan, N. Karlionova, P. Pinchuk, Y.I. Verkuil, A.S. Kitaysky, J.C. Wingfield, T. Piersma, K. Zeng, J. Slate, M. Blaxter, D.B. Lank & T. Burke, 2015.  A supergene determines highly divergent male reproductive morphs in the ruff. Nature genetics, 16 november online. Doi: 10.1038/ng.3443
Lamichhaney, S., G. Fan, F. Widemo, U. Gunnarsson, D. Schwochow Thalmann, M.P. Hoeppner, S. Kerje, U. Gustafson, C. Shi, H. Zhang, W. Chen, X. Liang, L. Huang, J. Wang, E. Liang, Q. Wu, S. Ming-Yuen Lee, X. Xu, J. Höglund, X. Liu & L. Andersson, 2015. Structural genomic changes underlie alternative reproductive strategies in the ruff (Philomachus pugnax). Nature Genetics, 16 november online. Doi:10.1038/ng.3430

Spin verminkt partner om volledig vaderschap te krijgen

Mannetjes van de spin Larinia jeskovi verminken elk vrouwtje dat ze bevruchten zo dat zij daarna niet meer kan paren. Deze drastische manier om het vaderschap veilig te stellen komt waarschijnlijk bij meer soorten spinnen voor, schrijven Pierick Mouginot en collega’s.

Als eind augustus in Polen het paarseizoen van de spin Larinia jeskovi op zijn eind loopt, is geen enkel vrouwtje intact. Vrouwtjes missen allemaal de scapus, een deel van de uitwendige structuur die rondom hun twee geslachtsopeningen zit. Wat is er met ze gebeurd?
Pierick Mouginot en collega’s vermoedden dat de mannetjes die verminking op hun geweten hebben. Dat vermoeden hebben ze bevestigd.

Houvast

Ze lieten een aantal maagdelijke vrouwtjes in het lab paren met een mannetje en onderzochten wat er zoal tussen twee partners voorvalt. Een mannetje dat wil paren trekt de aandacht van een vrouwtje in haar web. Zij komt naar hem toe en toont zich bereidwillig. Hij heeft zijn sperma dan al uitgestort en overgebracht naar zijn pedipalpen, tastorganen voor zijn voorpoten die er uitzien als bokshandschoentjes. De uiteinden van die pedipalpen brengt hij een paar keer in haar geslachtsopeningen, beurtelings links en rechts, om het sperma af te leveren.
Hij moet daarbij wel stevig houvast hebben. Halverwege de pedipalpen zitten daarom harde uitsteeksels die als vingers het uitwendige geslachtorgaan van het vrouwtje, waaronder de scapus, vastgrijpen. Pas als een pedipalp goed gekoppeld is, kan het mannetje het uiteinde inbrengen.

Tot zover niets bijzonders.

Nog zin in

Maar als de eerste pedipalp is ingebracht, laten de onderzoekers zien, wordt het spel ruwer. Dan snijdt een van de ‘vingers’ de scapus voor een deel los. En als het mannetje klaar is, nadat hij gemiddeld vier keer de pedipalpen ingebracht heeft, is de hele scapus eraf.
Zo wordt vrouwtje bij haar ontmaagding verminkt. Ze blijft aantrekkelijk voor andere mannetjes en zelf heeft ze er ook nog zin in, zo blijkt. Nieuwe pogingen om te paren volgen. Maar een mannetje kan haar geamputeerde geslachtsorgaan niet meer vastpakken en de pogingen mislukken.

Een mannetje dat succesvol paart heeft voordeel van de verminking die hij aanbrengt. Hij heeft een maagd bevrucht die vervolgens geen seks meer kan hebben. Het mannetje zal dus geen concurrentie hebben om het vaderschap. Hij wordt de vader van alle spinnetjes die zij voortbrengt. Het doeltreffende knipje is een veel makkelijker manier om het vaderschap veilig te stellen dan de alternatieven die mannetjes van sommige andere soorten spinnen of insecten hebben: de partner langdurig bewaken, stofjes met het sperma meegeven die haar lust of aantrekkelijkheid verminderen of een plug in haar geslachtsopening stoppen.

Geen ander

En de vrouwtjes? Die zijn de klos. Door de snijwond lopen ze misschien een infectie op. En ze kunnen na de eerste partner nooit meer een ander kiezen.

Beschadigde vrouwtjes komen bij meer soorten spinnen voor, waaronder meerdere Larinia-soorten, en Mouginot denkt dat ook bij deze soorten de mannetjes daar schuldig aan zijn. De vrouwtjes ondergaan een seksuele verminking die tot nu toe over het hoofd was gezien.

Willy van Strien

Foto: Larinia-soort, Cambodja. Patrick Randall (Creative Commons)

Bron:
Mouginot, P., J. Prügel, U. Thom, P.O.M. Steinhoff, J. Kupryjanowicz & G. Uhl, 2015. Securing paternity by mutilating female genitalia in spiders. Current Biology 25: 2980-2984. Doi: 10.1016/j.cub.2015.09.074