Het was zo eenvoudig begonnen

Evolutie en Biodiversiteit

Pagina 28 van 42

Ongrijpbare hap

25 februari 2015 /

Hoe een jagende vleermuis (g)een Amerikaanse maanvlinder vangt

Hongerige vleermuizen zijn behendige jagers, maar ze hebben moeite om een maanvlinder te vangen. Jesse Barber en collega’s laten zien waarom vleermuizen zo vaak mis grijpen bij deze grote mot.

Vleermuizen, die in de schemering actief zijn, jagen niet op zicht, maar op gehoor. Ze brengen regelmatig hoge piepgeluidjes uit en de weerkaatsing daarvan geeft ze een beeld van de omgeving: waar staat een boom – en waar vliegt een lekker hapje. Een fladderende mot plukken ze zo feilloos uit de lucht.

Tenzij het een Amerikaanse maanvlinder is. Die wekt namelijk een vals beeld op.

De Amerikaanse maanvlinder, een grote nachtvlinder die leeft in het Oosten van Noord-Amerika, heeft achtervleugels met lange staarten. Die staarten, schrijven Jesse Barber en collega’s, brengen vleermuizen in verwarring.

Wapperende vleugelstaarten

Barber liet grote bruine vleermuizen (zo heten ze echt; de wetenschappelijke naam is Eptesicus fuscus) in het donker jagen op vliegende maanvlinders. Van sommige vlinders had hij de vleugelstaarten afgeknipt. Met een hoge snelheid infraroodcamera en ultrasone microfoons volgde hij hoe de jacht verliep.
De exemplaren zonder vleugelstaarten vlogen even goed als intacte motten. Toch hadden ze veel minder kans tegen de vleermuizen: ze werden vaker gevangen. Een maanvlinder met ongeschonden staarten kon vaak ontsnappen doordat de vleermuizen nogal eens op de staarten mikten. Dan kregen ze zo’n mot zelden te pakken.
De wapperende vleugelstaarten van een vliegende maanvlinder misleiden vleermuizen, is de conclusie. In het geluidsbeeld dat een vleermuis krijgt, trekken de staarten van zo’n vlinder meer aandacht dan het lijf en de vleermuis grijpt mis. Zo ontkomt de vlinder, al zal hij misschien een stukje vleugel missen.

Stamboom

De Amerikaanse maanvlinder hoort tot de familie nachtpauwogen. De onderzoekers stelden een stamboom op van deze familie en gaven daarop motten met lange vleugelstaarten aan. Die zijn op vier plaatsen te vinden, waaruit blijkt dat deze verdedigingsstrategie in deze familie vier keer is ontstaan.
Ook in andere nachtvlinderfamilies zijn er soorten met vleugelstaarten. Ook dat zou best een verdediging tegen vleermuizen kunnen zijn.

Willy van Strien

Foto’s:
Boven: Lynette (Creative Commons)
Midden: Geena Hill / Kawahara Lab / University of Florida

Bron:
Barber, J.R., B.C. Leavell, A.L. Keener, J.W. Breinholt, B.A. Chadwell, C.J.W. McClure, G.M. Hill & A.Y. Kawahara, 2015. Moth tails divert bat attack: evolution of acoustic deflection. PNAS, 17 februari online. Doi:10.1073/pnas.1421926112

Plantaardige beestjes

19 februari 2015 /

Leven groene zeenaaktslakken op zonne-energie, of niet?

Groene zeenaaktslakken nemen bladgroenkorrels op uit algen en houden die vast. De bladgroenkorrels vangen vervolgens zonlicht in en leggen koolstofdioxide vast, net zoals ze in de algen deden. Dankzij die gestolen bladgroenkorrels kunnen de dieren een lange tijd zonder voedsel. Het idee was dat ze op zonne-energie leven. Maar dat doen ze niet, denken Jan de Vries en collega’s.

Van bovenaf gezien hebben de groene zeenaaktslakken Elysia chlorotica en Elysia timida (en nog vijf soorten) veel weg van een blaadje. Dat is geen toeval, want de dieren zitten vol bladgroenkorrels die zonlicht invangen en koolstofdioxide vastleggen en verwerken tot koolhydraten en vetten. De beestjes leven als planten, was het idee; ze doen aan fotosynthese. Dankzij deze fotosynthese kunnen ze maanden zonder voedsel leven op zonne-energie; de kampioen, Elysia chlorotica, houdt dat zelfs zijn hele leven vol, bijna een jaar.

Gestolen

De bladgroenkorrels hebben ze niet van zichzelf. Het zijn gestolen celorgaantjes. De zeenaaktslakken zuigen ze op uit algen waarvan ze eten en huisvesten ze in speciale cellen langs hun wijdvertakte darmstelsel. Omdat de dieren plat zijn, liggen de bladgroenkorrels daar vlak onder de oppervlakte. Bladgroenkorrelleverancier voor Elysia chlorotica (die leeft in zoutwatermoerassen aan de oostkust van Noord-Amerika) is de alg Vaucheria litorea. Elysia timida (mediterraan gebied, Canarische eilanden) ontleent ze aan de alg Acetabularia acetabulum.

Maar het verhaal is omgeven met raadsels.

Zonder eten

Zo blijkt het twijfelachtig of de zeenaaktslakken de fotosynthese eigenlijk wel nodig hebben, zoals gedacht werd. Oftewel: leven ze werkelijk op zonne-energie? Gregor Christa en collega’s kwamen op het idee om dat uit te proberen met Elysia timida en Plakobrancus ocellatus, ook een groene zeenaaktslak die lang kan overleven zonder voedsel.
De dieren houden het inderdaad een lange periode vol zonder iets te eten. Maar tot verrassing van de onderzoekers lukt ze dat in het donker even goed als in het licht. Het lijkt alsof de fotosynthese er niet toe doet; die verbetert de overleving namelijk niet.

Voorraad

Toch hebben de dieren de bladgroenkorrels nodig om te overleven. Wat hebben ze er aan? Misschien gebruiken ze de korrels simpelweg als voedselvoorraad waar ze lang op kunnen teren: de korrels zitten vol met eiwitten, vetten en koolhydraten. De zeenaaktslakken moeten die voedselvoorraad goed houden, maar dat de bladgroenkorrels daarbij fotosynthetisch actief blijven, is bijzaak. De naaktslakken hebben de korrels zelf nodig, niet hun producten. Met andere woorden: de dieren leven misschien niet op zonne-energie.

Nu hebben Jan de Vries en collega’s de reactie van Elysia timida op uithongering vergeleken met die van Elysia cornigera, een soort uit het Caribische gebied. Beide soorten halen bladgroenkorrels uit dezelfde alg, Acetabularia. Elysia timida kan met die bladgroenkorrels maanden zonder voedsel overleven, Elysia cornigera sterft met diezelfde korrels binnen twee weken. Dat blijkt niet te liggen aan de activiteit van de bladgroenkorrels. In beide soorten gaan die langzaam slechter presteren, maar Elysia cornigera sterft al voordat zijn bladgroenkorrels helemaal ophouden met fotosynthese.

Elysia timida blijkt simpelweg beter toegerust te zijn om een magere periode te kunnen overbruggen, is de conclusie. Dat moet ook wel, want hij leeft in een gebied waar gedurende een tijd van het jaar geen voedsel te vinden is.

Onderhoud

Een ander raadsel is hoe de bladgroenkorrels in de zeenaaktslakken fotosynthetisch actief kunnen blijven. Bij fotosynthese zijn namelijk een paar duizend eiwitten betrokken die dagelijks gerepareerd of vervangen moeten worden. Er zijn een paar duizend genen die voor deze eiwitten coderen en die moeten dus aanwezig zijn. De groene zeenaaktslakken lijken echter niet over die genen te beschikken. De bladgroenkorrels zelf hebben wat eigen erfelijk materiaal, maar dat bevat slechts 10 procent van die onderhoudsgenen, een paar honderd.

In de algen kunnen de bladgroenkorrels functioneren omdat de algen de overige onderhoudsgenen bezitten in hun celkernen. Maar de zeenaaktslakken nemen de celkernen van de algen niet op.

Het lijkt erop dat de dieren wel een deel van de onderhoudsgenen op de een of andere manier uit het erfelijk materiaal (dna) van de algen hebben gekopieerd en ingebouwd in hun eigen dna. Jonge zeenaaktslakken erven die genen van hun ouders. Drie jaar geleden meldde Sidney Pierce dat ruim zestig algengenen in Elysia chlorotica actief zijn, naast de genen van de gestolen bladgroenkorrels zelf.

Maar ook dan ontbreken er nog steeds een slordige duizend onderhoudsgenen. Het is dus wonderlijk dat groene zeenaaktslakken hun bladgroenkorrels maandenlang aan de praat kunnen houden.

Bladgroenkorrels verzamelen

Hoe dan ook: de groene zeenaaktslakken hebben gezonde bladgroenkorrels nodig. Karen Pelletreau beschreef in 2012 hoe jonge zeenaaktslakjes (Elysia chlorotica) ze verzamelen. Ze kweekte de dieren bij een regime van 12 uur licht, 12 uur donker.

De naaktslakjes beginnen met niks, want de eitjes zijn vrij van bladgroenkorrels; uit de eitjes komen larven en die nemen geen bladgroenkorrels op. Pas na metamorfose verschijnen kleine zeenaaktslakken in hun uiteindelijke gedaante – en uit labwaarnemingen bleek dat zij meteen bladgroenkorrels uit hun voedsel, de alg Vaucheria litorea, gaan halen.

Vormeloos

Ze moeten daar minstens een week mee doorgaan wil het werken. Als de onderzoekers de algen weghaalden voordat de dieren zes dagen oud waren, redden die het niet. Ze krompen, werden vormeloos en verloren de bladgroenkorrels die ze al hadden opgenomen. Kregen de jongen minimaal zes dagen algen, dan konden ze daarna een periode zonder voedsel doorstaan. Ze groeiden dan nauwelijks, maar ze behielden hun bladgroenkorrels, ontwikkelden zich normaal en hervatten de groei zo gauw er weer algen waren.
Er is kennelijk eerst een periode waarin de verzamelde bladgroenkorrels tijdelijk worden opgeslagen. Pas na een week blijven ze permanent aanwezig.

Willy van Strien
Dit stuk is een bewerking en uitbreiding van twee artikelen die ik schreef voor Bionieuws.

Foto’s:
Groot: Elysia timida. Parent Géry (Wikimedia Commons)
Klein, midden: Acetabularia acetabulum. Isabel Rubio (Creative Commons)
Klein, onder: Elysia chlorotica. Patrick Krug (Creative Commons)

Bronnen:
Vries, J. de, C. Woehle, G. Christa, H. Wägele, A.G.M. Tielens, P. Jahns & S.B. Gould, 2015. Comparison of sister species identifies factors underpinning plastid compatibility in green sea slugs. Proc. R. Soc. B 282: 20142519, 4 februari online. Doi: 10.1098/rspb.2014.2519
Christa, G., V. Zimorski, C. Woehle, A.G.M. Tielens, H. Wägele, W.F. Martin & S.B. Gould, 2014. Plastid-bearing sea slugs fix CO2 in the light but do not require photosynthesis to survive. Proc. R. Soc. B 281: 20132493. Doi: 10.1098/rspb.2013.2493
Pierce, S.K., X. Fang, J.A. Schwartz, X. Jiang, W. Zhao, N.E. Curtis, K.M. Kocot, B. Yang & J, Wang, 2012. Transcriptomic evidence for the expression of horizontally transferred algal nuclear genes in the photosynthetic sea slug, Elysia chlorotica. Molecular Biology and Evolution 29: 1545–1556. Doi: 10.1093/molbev/msr316
Pelletreau, K.N., J.M. Worful, K.E. Sarver & M.E. Rumpho, 2012. Laboratory culturing of Elysia chlorotica reveals a shift from transient to permanent kleptoplasty. Symbiosis 58: 221-232. Doi: 10.1007/s13199-012-0192-0

Beurtelings op kop

12 februari 2015 /

Ibis is bereid voorop te vliegen vanwege directe vergoeding

Een dier doet niet zomaar iets voor een ander. Het moet hem zelf ook een voordeeltje opleveren. Als een heremietibis op trekvlucht een ander op sleeptouw neemt, wordt die dienst onmiddellijk vergoed met een even grote wederdienst, laten Bernhard Voelkl en collega’s zien. Daar doet hij het voor.

Achter een vliegende vogel ontstaat aan weerszijden een opwaartse luchtstroom. Als een andere vogel dat ‘kielzog’ opzoekt, reist hij makkelijker. Geen wonder dat vogels graag schuin achter elkaar vliegen. Maar de voorste vogel levert de volle inspanning. Waarom is een vogel zo gek om op kop te gaan als hij ook achter een ander kan hangen? Voor de heremietibis (andere naam: kaalkopibis) losten Bernhard Voelkl en collega’s het raadsel op.

Paramotor

De onderzoekers volgden veertien jonge heremietibissen op hun najaarstrek. De vogels waren door dierverzorgers grootgebracht in de dierentuin van Salzburg (Oostenrijk) als onderdeel van een herintroductieprogramma. De soort is namelijk verdwenen uit Midden- en Zuid-Europa, waar hij vroeger wel voorkwam. Het was de bedoeling dat de jonge vogels in het najaar naar Italië zouden trekken om daar te overwinteren, maar ze deden dat niet uit zichzelf. Daarom werden ze getraind om met een paramotor mee te vliegen die hen vervolgens naar het zuiden begeleidde. Dat lukte; de ibissen volgden het kleurrijke toestel op afstand.
De onderzoekers grepen deze gelegenheid aan om te bestuderen hoe vogels op trek zich gedragen. Ze rustten de vogels in het begin van de reis gedurende een uur uit met een gps datalogger en konden achteraf precies zien welke plaats elke vogel in dat uur in de groep had ingenomen.

De vogels vlogen niet in de strakke V-formatie die je ziet bij grotere vogels zoals ganzen. Kleine vogels vormen zo’n formatie nooit; waarschijnlijk wekken zij onvoldoende luchtstroom op om er iets aan te hebben. Ibissen zijn middelgroot en misschien daarom niet sterk geneigd om een mooie V te vormen. Hoe dan ook: de onderzochte groep vloog in een los verband met een steeds wisselend patroon waarin hooguit soms een slordige V te herkennen was.

Gelijke munt

Uit eerder onderzoek wisten de biologen dat een heremietibis kan profiteren van de opwaartse luchtstroom schuin achter zijn voorganger, en tot op welke afstand. Toen ze keken hoeveel vogels binnen die afstand bij elkaar vlogen, zagen ze dat de meeste vogels in duo’s reizen; soms gaan drie of vier vogels samen op, zelden vliegen er meer dan vier in elkaars kielzog.

Twee ibissen die als koppel vliegen – de een voorop en de ander schuin achter hem klevend – wisselen een paar keer per minuut van positie. De voorste gaat dan nog op volle snelheid; hij zakt dus niet naar achter af omdat hij vermoeid raakt. Frappant is nu wat bij zo’n wissel gebeurt: de vogel die voorop ging wordt onmiddellijk en met gelijke munt terugbetaald. Heeft hij 20 seconden geleid, dan mag hij vervolgens 20 seconden volgen. De tijd wordt precies verrekend, ook als een van de twee groter en sterker is dan de ander.

Besparing

Een vogel die een ander op sleeptouw neemt heeft dus de zekerheid dat hij meteen daarna even lang met hem mag meeliften. Dat is volgens Voelkl de sleutel tot zijn bereidheid om een tijdje voorop te gaan. Doordat het tweetal veelvuldig van plaats wisselt, zit die goedmaker er altijd in.
De samenwerking in paren pakt goed uit. Voorop vliegen is niet zwaarder dan alleen vliegen, terwijl meeliften minder inspannend is. Al met al besparen vogels met een maatje dus energie ten opzichte van vogels die alleen reizen. En dat is belangrijk, want de trek vergt een enorme inspanning die veel jonge vogels niet overleven.

Maar nu weten we nog niet hoe het zit met de V-formaties van grote groepen ganzen die allemaal in elkaars kielzog vliegen. De vogels wisselen regelmatig van positie en de vraag is wie zich een poosje extra wil inspannen. De tijd die een vogel voorop vliegt is in zo’n grote groep niet zo makkelijk te verrekenen als in een tweetal.
Het is duidelijk dat de groep als geheel profiteert van de kopvlieger, inclusief hijzelf. Maar dat neemt niet weg dat hij de rekening betaalt. Aangezien elke vogel energie bespaart als hij voortdurend in een van de twee staarten blijft, zal niemand graag op kop gaan. Hier missen we nog iets.

De heremietibis leeft in Marokko, Turkije en Irak, maar zijn voortbestaan daar wordt ernstig bedreigd.

Willy van Strien

Foto’s:
Markus Unsöld

Bron:
Voelkl, B., S.J. Portugal, M. Unsöld, J.R. Usherwood, A.M. Wilson & J. Fritz, 2015. Matching times of leading and following suggest cooperation through direct reciprocity during V-formation flight in ibis. PNAS, 2 februari online. Doi: 10.1073/pnas.1413589112 

Roofslak spuit insuline

3 februari 2015 /

Visjes worden sloom en een monsterlijk net sluit zich om hen heen

De roofslak Conus geographus laat een gifcocktail op visjes los waarvan ze inactief en gedesoriënteerd raken. Zo vangt hij ze in zijn enorm rekbare valse mond. Helena Safavi-Hemami en collega’s schrijven hoe insuline, een bestanddeel van het gifmengsel, de bloedsuikerspiegel van de visjes doet kelderen.

Als slak moet Conus geographus het natuurlijk niet van z’n snelheid hebben. Toch staan watervlugge visjes op zijn menu. Die krijgt hij alleen te pakken doordat hij een kalmerend gifmengsel in het water spuit. Conus geographus is een roofslak uit ondiepe zeeën langs de oostkust van Afrika en rond de eilanden van Oceanië in de Grote Oceaan. Zijn schelp wordt zo’n 15 centimeter lang. De visjes raken gedesoriënteerd van het mengsel en bewegen nauwelijks meer.
Dan stulpt de roofslak een enorme trechter uit, vouwt die om een of meerdere slome visjes heen en sluit het net. Het ziet er monsterlijk uit, echt iets voor een enge film. De slak spuit de visjes met een holle gifnaald in zijn wanstaltige ‘valse mond’ nog verder plat. De prooi wordt voorverteerd en na een paar uur spuugt de roofslak de schubben en botjes uit. De rest gaat door naar zijn darmstelsel.

Nirwana

Het gifmengsel dat de prooidieren rustig maakt, bestaat uit tientallen stofjes. Onderzoekers noemen het mengsel ‘nirwana’-cocktail, naar de verlichte staat van zijn uit het boeddhisme die zich kenmerkt door gelijkmoedigheid.

Hao Hu ontdekte enkele jaren geleden tot zijn verrassing dat de nirwana-cocktail ook insuline bevat, maar wist niet precies wat hij daarvan moest denken. Nu schrijven Helena Safavi-Hemami en collega’s dat de insuline bijdraagt aan de kalmerende werking van het gifmengsel. Het is voor het eerst dat insuline als aanvalswapen blijkt te worden ingezet. Dat is ongebruikelijk, en misschien zelfs uniek.

Insuline is een hormoon dat bij alle gewervelde dieren voorkomt en het bloedsuikergehalte verlaagt. Mensen die suikerziekte hebben kunnen insuline spuiten als hun bloedsuikerspiegel hoog is. Vissen hebben een eigen, iets andere insuline-variant.
Safavi-Hemami laat zien dat het insuline uit het gifmengsel van Conus geographus zeer sterk lijkt op visseninsuline. En daardoor heeft het een groot effect op de prooidieren. Zij nemen het via hun kieuwen op en vervolgens daalt hun bloedsuikerspiegel. Mensen met suikerziekte kennen zo’n lage bloedsuikerspiegel als een ‘hypo’. De visjes verliezen er hun activiteit door.

Harpoen

Er is nog een Conus-soort die op vissen jaagt door zijn valse mond als vangnet te gebruiken: Conus tulipa, een nauwe verwant van Conus geographus. Ook tulipa schakelt zijn prooi uit met een desoriënterende en inactiverende nirwana-cocktail, en ook daar zit insuline in dat sterk op visseninsuline lijkt.
Andere visetende Conus-soorten pakken het anders aan. Zij steken hun slachtoffers met de holle gifnaald, die ze als een harpoen gebruiken, voordat ze hen insluiten. Zij dienen daarbij een gifmengsel toe met een andere werking: het verlamt de vissen doordat het hun spieren doet verkrampen. In deze cocktail zit geen visseninsuline.

Schelpdieren

Tenslotte zijn er Conus-soorten die op schelpdieren of wormen jagen; ook bij hen ontbreekt visseninsuline aan het gifmengsel waarmee ze hun prooi overmeesteren. Maar er zit wel een insulinevariant in die bij schelpdieren voorkomt en die hen wellicht helpt om hun prooi te pakken te krijgen.
Het gifmengsel dat Conus-soorten gebruiken om prooien te vangen blijkt dus precies toegesneden te zijn op het type prooi dat ze pakken en, voor viseters, op de manier waarop ze de slachtoffers vangen.

Nog een gif

Behalve de gifcocktail waarmee ze hun prooi uitschakelen, hebben Conus-soorten nog een pittig mengsel paraat. Daarmee verdedigen ze zich tegen hun eigen vijanden zoals vissen en inktvissen. Dit verdedigingsmengsel heeft een nog veel complexere samenstelling dan het aanvalsmengsel en het heeft een spierverslappende, verlammende werking op allerlei dieren. Conus geographus is de giftigste soort en zijn verdedigingssteek is voor mensen levensgevaarlijk.
Vorig jaar lieten Sébastien Dutertre en collega’s zien dat Conus geographus razendsnel kan schakelen tussen het gebruik van zijn kalmerende aanvalsgif en verlammende verdedigingsgif. Beide mengsels zijn het product van een langgerekte gifklier die uitkomt in de holle naald, maar de productieplaatsen zijn gescheiden. Het aanvalsmengsel wordt gemaakt aan het uiteinde van die lange klier, het verdedigingsmengsel verder naar achter.

Willy van Strien

Foto’s: Baldomero M. Olivera
Groot: Conus geographus reikt met zijn valse mond naar een visje
Klein: schelp van Conus geographus

Zie hoe Conus geographus een vis probeert te vangen. En hier is Conus tulipa, die erin slaagt.

Bronnen:
Safavi-Hemami, H., J. Gajewiak, S. Karanth, S.D. Robinson, B. Ueberheide, A.D. Douglass, A. Schlegel, J.S. Imperial, M. Watkins, P.K. Bandyopadhyay, M. Yandell, Q. Li, A.W. Purcell, R.S. Norton, L. Ellgaard & B.M. Olivera, 2015. Specialized insulin is used for chemical warfare by fish-hunting cone snails. PNAS, 20 januari online. Doi: 10.1073/pnas.1423857112
Dutertre, S., A-H. Jin, I. Vetter, B. Hamilton, K. Sunagar, V. Lavergne, V. Dutertre, B.G. Fry, A. Antunes, D.J. Venter, P.F. Alewood & R.J. Lewis, 2014. Evolution of separate predation- and defence-evoked venoms in carnivorous cone snails. Nature Communications 5: 3521. Doi:10.1038/ncomms4521
Hu, H., P.K. Bandyopadhyay, B.M. Olivera & M. Yandell, 2012. Elucidation of the molecular envenomation strategy of the cone snail Conus geographus through transcriptome sequencing of its venom duct. BMC Genomics 13:284. Doi:10.1186/1471-2164-13-284

Vriend en vijand

29 januari 2015 /

Bladluizen zijn partners én parasieten van mieren

Met de bladluis Paracletus cimiciformis als vriend hebben mieren er meteen een vijand bij. Want terwijl veel van deze luizen met mieren samenwerken en hen voedsel geven in ruil voor bescherming, zijn er ook individuen die op mieren parasiteren, laten Adrián Salazar en collega’s zien. De luizenpopulatie is verdeeld in twee typen.

Aan het eind van de zomer kruipt de bladluis Paracletus cimiciformis onder de grond. Daar gaan de beestjes een relatie aan met mieren. Of eigenlijk: twee totaal verschillende relaties, zoals Adrián Salazar in Spanje constateerde. De luizenpopulatie splitst zich op in twee partijen.

Melken

Een deel van de luizen is rond en groen. Zij gaan een samenwerkingsverband met mieren aan zoals veel bladluizen die hebben. De luizen leven in of bij mierennesten. Ze zuigen plantensappen op en scheiden overtollige suikers af in de vorm van honingdauw. Mieren zijn dol op die zoete vloeistof en melken de bladluizen. In ruil daarvoor beschermen ze hen tegen roofvijanden en schimmels. Ronde exemplaren van Paracletus cimiciformis werken in Spanje en Portugal samen met Tetramorium semilaeve, een mier die er veel voorkomt in steeneikbossen. De luizen zuigen sap uit wortels van grassen.

Adoptie

Maar de ondergrondse luizenpopulatie telt ook witgele, platte individuen die niet vriendschappelijk met de mieren omgaan. Ze hebben een chemisch profiel (geur en smaak) dat veel lijkt op dat van mierenlarven. Ze maken namelijk verschillende stofjes aan die de larven ook hebben. Als mieren zo’n luis naderen, houdt die zich stil en trekt zijn pootjes in. De mieren maken dan een vergissing: ze dragen de luis naar de broedkamer in hun nest, leggen hem tussen de larven en likken hem schoon. De geadopteerde luis blijkt vervolgens een parasiet te zijn: hij prikt mierenlarven aan zoals andere luizen de vaten van een plant aanprikken en zuigt hun ‘bloed’ op.

Winter

De ondergrondse bladluispopulatie bestaat dus uit twee verschillende vormen met verschillend gedrag: samenwerkingspartners en parasieten. De onderzoekers gaan ervan uit dat de wederkerige relatie (honingdauw in ruil voor bescherming) de oorspronkelijke is. Zo’n manier van leven komt immers bij bladluizen veel voor. Zowel luizen als mieren hebben baat bij zo’n samenwerkingsverband. Waarom zijn sommige individuen van Paracletus cimiciformis dan overgestapt op een vijandige strategie? Is dat nog beter?
Het biedt deze luizen een veel grotere kans dat ze een barre winter overleven, stelt Salazar. Want een broedkamer, diep in een mierennest, blijft op temperatuur als het buiten koud is.
Luizen die in een broedkamer overwinteren moeten ook iets te eten hebben. Plantenwortels zijn er niet, dus daarom steken ze hun stilet dan maar in mierenlarven. Opmerkelijk is wel dat deze van nature vegetarische bladluizen ook op mierenbloed kunnen leven.

Waarom keren de mieren zich niet af van deze luizen met hun verraderlijke types? Waarom leren ze niet om de valse larven te herkennen?

Spelregels

Misschien is de schade beperkt. Het kan zijn dat de aangeprikte mierenlarven het bloedverlies overleven, en anders zal het aantal larven dat verloren gaat niet groot zijn. Het verlies zal opwegen tegen de honingdauw die de welwillende ronde luizen leveren. En doordat de platte luizen bij de mieren terecht kunnen, blijft die voedselbron in stand. Want mochten alle ronde luizen in een strenge winter omkomen, dan zijn er altijd nog platte luizen over. Die planten zich voort en kunnen beide typen, plat én rond, voortbrengen.
Voorwaarde is wel dat het aantal platte luizen niet te groot is ten opzichte van het aantal ronde luizen. Als er veel platte luizen zijn, wordt het verlies voor de mieren te groot en werkt het bedrog niet meer.

Het verhaal laat zien hoe kwetsbaar een samenwerkingsverband is voor verstoring. Als een van de partners zich niet aan de spelregels houdt, kan een relatie van wederkerigheid veranderen in een relatie waarin de een de ander uitbuit.

De levenscyclus van Paracletus cimiciformis is overigens nog ingewikkelder dan dit. ’s Zomers leeft een deel van de populatie bladluizen in terpentijnbomen, waar ze gallen maken. Daar verschijnen ze ook weer in verschillende vormen. Vijf, maar liefst.

Willy van Strien

Foto: Net rechts van het midden zitten twee platte luizen (Paracletus cimiciformis) tussen mierenlarven en volwassen mieren. Adrián Salazar en David Martínez-Torres

Bron:
Salazar, A., B. Fürstenau, C. Quero, N. Pérez-Hidalgo, P. Carazo, E. Font & D. Martínez-Torres, 2015. Aggressive mimicry coexists with mutualism in an aphid. PNAS, 12 januari online. Doi: 10.1073/pnas.1414061112

Massale mierenvangst

23 januari 2015 /

Vallen van bekerplant zijn goed doordat ze soms niet werken

Een groot deel van de dag vallen er geen beestjes in de bekers van sommige vleesetende Nepenthes-planten. Toch is de vangst uiteindelijk groot, laten Ulrike Bauer en collega’s zien. Hoe kan dat?

Nepenthes-soorten, planten met prachtige bekers, zijn vleeseters. Ze halen voedingsstoffen als stikstof en fosfaat niet uit de bodem, maar ontlenen die aan kleine beestjes die ze vangen in gladde bekers. De prooien komen snoepen van de suikerrijke nectar die de bekers aanbieden op de bovenrand. Ze glijden uit en kukelen in een vloeistof waaruit ze niet kunnen ontsnappen en die hen langzaam verteert.

Waskristallen

Vreemd genoeg zijn de bekers van sommige bekerplanten overdag vaak helemaal niet glad. Insecten lopen er vlot overheen zonder te glibberen. Je zou denken dat een plant met zulke bekers weinig vangt. Maar dat klopt niet, ontdekten Ulrike Bauer en collega’s.

De bekers kunnen op twee manieren glad zijn. De binnenwand kan een laag waskristallen hebben waarop insectenpoten geen grip krijgen. En de bovenkant van de bekers wordt spekglad door een waterfilm. Een wand met waskristallen is altijd glad, terwijl de rand alleen een waterfilm heeft als die nat is.
Bij veel soorten, waaronder Nepenthes rafflesiana, hebben alleen de bekers van jonge planten een laag waskristallen. Bekers van grote planten missen die. Zij hebben alleen een gladde rand als het nat is. De planten groeien in warme gebieden in Zuidoost-Azië en daar is het een groot deel van de dag erg droog. Al die tijd werken de vallen dus niet.

Mierengedrag

Maar juist doordat ze regelmatig buiten werking zijn vangen deze bekers veel prooien, zo blijkt uit een simpel experiment. Bauer hield de rand van een aantal bekers hele dagen vochtig met water. Daardoor tuimelden er meer vliegen, muggen, bijen, wespen, kevers, vlinders, motten en spinnen in die bekers. Dat ligt voor de hand.
Maar: de bekers die ze met rust liet en die dus een deel van de dag droog waren, vingen veel meer mieren. En omdat mieren de belangrijkste prooi zijn, telde dat zwaar aan. Al met al leverden de kunstmatig glad gehouden bekers minder op. De bekers zitten kennelijk toch goed in elkaar.
Hoe kunnen bekers die soms niet werken zoveel mieren vangen?

Omdat ze inspelen op het gedrag van de mieren, is het antwoord. Een mierenkolonie stuurt verkenners op pad om voedselbronnen te zoeken. Als een verkenner een aantrekkelijke plek vindt, legt ze op de terugweg een geurspoor uit, zodat haar koloniegenoten het voedsel ook kunnen vinden. Ook zij markeren het pad, en er komen steeds meer mieren naar de voedselbron.

Als een beker steeds glad is, glijdt er af en toe een enkele verkenner in. Die kan niet terug naar het nest om andere mieren naar de nectar te halen, dus de vangst is dan één mier. Maar als een beker droog is, gaat zo’n verkenner wel terug om collega’s te rekruteren. Zo weet die beker een colonne mieren te lokken. Als hij dan nat wordt, glijdt er een heel stel mieren in. En dat is wat er gebeurt: de bekers vangen af en toe mieren, maar dan wel bij bosjes tegelijk.

Zekerheid

De vangst van een groep mieren is een vrij zeldzame en onvoorspelbare gebeurtenis. Bekers met droge rand vangen lange tijd niets. Voor een grote plant is dat niet erg. Die heeft veel bekers, en er is er altijd wel één die een grote vangst binnen heeft. Daar profiteert de hele plant van.
Maar voor jonge planten die nog maar weinig bekers hebben is te strategie te riskant. De kans is groot dat zo’n plant dagenlang geen enkele flinke mierenvangst heeft. Vandaar dat de bekers van jonge planten wel waskristallen hebben op de binnenwand, naast een rand die glad kan worden. Daarmee hebben ze de zekerheid dat er de hele dag kleine porties binnenkomen.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Nepenthes rafflesiana, inhoud van een beker. Robert Jong (Wikimedia Commons)
Klein: beker. Robert Jong (Wikimedia Commons)

Zie hoe de mieren in een beker glijden als de rand nat is

Bronnen:
Bauer, U., W. Federle, H. Seidel, T.U. Grafe & C.C. Ioannou, 2015. How to catch more prey with less effective traps: explaining the evolution of temporarily inactive traps in carnivorous pitcher plants. Proc. R. Soc. B 282: 20142675, 14 januari online. Doi: 10.1098/rspb.2014.2675
Bauer, U., C.J. Clemente, T. Renner & W. Federle, 2012. Form follows function: morphological diversification and alternative trapping strategies in carnivorous Nepenthes pitcher plants. Journal of Evolutionary Biology 25: 90–102. Doi: 10.1111/j.1420-9101.2011.02406.x

Hier waak ik

12 januari 2015 /

Mier beschermt boomzaden tegen aap, eekhoorn en papegaaien

Onderschat niet de invloed die mieren kunnen hebben, schrijven Adrian Barnett en collega’s. Ze constateerden dat de mier Pseudomyrmex viduus de zaden beschermt van de bomen waarin hij nestelt, waardoor zo’n boom veel meer kans op nakomelingen heeft.

Er zijn veel planten die een partnerschap aangaan met mieren. De planten verschaffen de mieren kost of inwoning (of beide), de mieren houden planteneters op een afstand.
Zo’n samenwerkingsverband heeft ook de Zuid-Amerikaanse boom Macrolobium acaciifolium. Oudere takken bevatten holten waarin vaak mieren (Pseudomyrmex viduus) nestelen. De mieren houden schildluizen in hun nesten die plantensappen opzuigen en een suikerrijke vloeistof uitscheiden. Die vloeistof, de zogenoemde honingdauw, dient de mieren tot voedsel. Als tegenprestatie voor de gastvrijheid van de boom houden de mieren takken en bladeren vrij van planteneters; ze beschermen dus het groen van de boom waarin ze leven.

Adrian Barnett en collega’s waren nieuwsgierig hoe ver die bescherming gaat. Zouden de mieren misschien ook de zaden beschermen?

Vraatpatroon

De zaden, verpakt in een peul met harde schil, kunnen alleen kiemen als ze zijn uitgerijpt. Ze vallen dan in het water en blijven drijven. De bomen groeien in delen van het oerwoud die in de regentijd onder water lopen en zetten zaad als het water in de rivieren hoog staat. De zaden worden door het water en vissen verspreid.
Maar er zijn genoeg dieren die de onrijpe zaden graag uit de boom halen en opeten, zoals apen, eekhoorns en papegaaien. De zaden die zij eten zijn voor de boom verloren. Barnett vroeg zich af of deze dieren, die toch flink uit de kluiten gewassen zijn, bomen mijden waarin mieren huizen.

De onderzoekers peddelden in houten kano’s door ondergelopen bos in Brazilië en zochten Macrolobium-bomen op. Ze keken of ze mieren op die bomen aantroffen. Ze volgden een tijdlang van een afstandje hoe vaak de bomen bezoek kregen van foeragerende zwartkopoekari’s (een aap), Peruaanse witnekeekhoorns en zes soorten papegaaien, en hoeveel zaden die dieren aten. De zaden die uit de boom gevallen waren visten ze op uit het doorgaans stilstaande water en keken hoeveel daarvan waren aangevreten. Aap, eekhoorn en papegaaien laten elk hun eigen karakteristieke vraatpatroon na.

Winst

Bomen zonder mieren verloren veel meer zaden aan de zaadeters dan bomen waarin mieren leefden, zo bleek. De mieren beschermen dus ook de zaden tegen de grote dieren die ze graag lusten. Ook al hebben ze daar zelf niet direct belang bij.

De schildluizen die de mieren houden onttrekken sap aan de boom. Ondanks deze aderlating produceert een boom met luizenhoudende mieren evenveel zaden als een boom zonder mieren. Dat komt misschien omdat de mieren met hun uitwerpselen de boom bemesten en zo deels teruggeven wat de schildluizen hebben onttrokken. De aanwezigheid van mieren is dus pure winst voor deze bomen.

Willy van Strien

Foto: Pseudomyrmex viduus. Zach Lieberman from AntWeb (Creative Commons)

Bron:
Barnett, A.A., T. Almeida, R. Andrade, S. Boyle, M. Gonçalves de Lima, A. Maclarnon, C. Ross, W. Sousa Silva, W.R. Spironello & B. Ronchi-Teles, 2014. Ants in their plants: Pseudomyrmex ants reduce primate, parrot and squirrel predation on Macrolobium acaciifolium (Fabaceae) seeds in Amazonian Brazil. Biological Journal of the Linnean Society, 30 dec. online. Doi: 10.1111/bij.12425

Flinke vent

5 januari 2015 /

Verrassing: mannetje van bot-etende worm wordt volwassen


Bij de pas ontdekte worm uit zee Osedax priapus groeien jonge mannetjes uit en worden ze haast even groot als vrouwtjes, melden Greg Rouse en collega’s. Is dat zo bijzonder? Ja, het is heel verrassend. Deze worm behoort namelijk tot een groep soorten waarbij de mannetjes blijven steken in het larvale stadium en microscopisch klein zijn. Priapus is een uitzondering.

Gek, gekker, gekst – alles is raar aan Osedax-wormen, oftewel ‘bot-etende wormen’. Om te beginnen de plaats waar deze diertjes leven: op walviskarkassen die diep op de zeebodem liggen. Die karkassen trekken allerlei aaseters aan. Zo gauw er botten bloot liggen verschijnt daarop een hoogpolig tapijtje van Osedax-wormen. De diertjes staan omhoog gericht naast elkaar, elk vast op zijn plaats. De wormen hebben vier geveerde uitsteeksels op de kop, de palpen, die dienen als kieuwen: ze nemen zuurstof uit het water op en staan koolzuurgas af.

Ook de manier waarop deze wormen zich voeden is ongewoon. Een mond en een spijsverteringskanaal hebben ze niet. In plaats daarvan doordringt een vertakt wortelstelsel het walvisbot. In die wortels leven bacteriën die eiwitten en vetten uit de beenderen afbreken. De wormen halen hun voedingsstoffen dan weer uit die bacteriën. De term bot-etende worm is dus niet helemaal correct. De wormen leven wel van bot, maar indirect.

Korte levenscyclus

Maar het allervreemdste is dat de in het walvisbot verankerde wormen allemaal vrouwtjes zijn. Onder in hun lijf zit een grote zak met eicellen. Eitjes die rijp zijn komen een voor een door een eileider omhoog en ploepen tussen de palpen naar buiten. De meeste eitjes zijn bevrucht en ontwikkelen zich tot larven. Maar gebeurt dat dan zonder mannetjes?

De bot-etende Osedax-wormen zijn in 2002 ontdekt, via een op afstand bestuurbare onderwaterrobot. Pas toen er exemplaren naar het lab waren gehaald, merkten ontdekkers Greg Rouse en Robert Vrijenhoek dat er wel degelijk mannetjes bestaan. Ze zijn alleen nauwelijks te zien: ze zijn microscopisch klein en zitten vastgehaakt aan de binnenkant van de doorzichtige buis die elk vrouwtje omgeeft.

De mannetjes zijn niet alleen klein, maar in veel opzichten ook onvolwassen. Als een vrouwtje als larfje op een stuk bot is beland, groeit ze uit tot volwassen worm die ademhaalt en zich voedt via bacteriën die ze als jong diertje heeft opgenomen. Maar een mannetje ontwikkelt zich niet. Hij blijft larve en leeft op de voorraad voedingsstoffen die hij in het ei heeft meegekregen (de larven kunnen niet eten). Als hij in het omhulsel van een vrouwtje terecht gekomen is, zet hij die voorraad om in zaadcellen. Meer doet hij niet. Hij heeft zijn levenscyclus tot het minimum ingekort.

Minimannen

Rouse en Vrijenhoek denken dat het geslacht van de wormen niet erfelijk vast ligt, maar bepaald wordt als ze zich als larven ergens vestigen. De larven worden door de stroom meegevoerd en zakken op een goed moment naar beneden, als ze geluk hebben op een walvisbot. De eerste larven die zo’n plaats bereiken, worden vrouwtjes. Zij groeien snel en nemen zo veel mogelijk voedingsstoffen uit het bot op, tot alles is uitgeput. Daarmee produceren ze een grote hoeveelheid eitjes.
De larven die later arriveren, komen niet meer allemaal op het bot terecht. Steeds meer nieuwkomers landen op een vrouwtje; zij zoeken een goede plek in haar omhulsel en worden mannetjes. Die mannetjes zitten veilig en dicht bij de eicellen, dus kunnen het beste meteen maar sperma gaan produceren – en dat doen ze dan ook.

Langzaam maar zeker verzamelt elk vrouwtje een harem van minimannen in haar omhulsel. Als ze geluk heeft is er al een mannetje binnen voordat haar eerste eitjes rijp zijn, anders blijven die onbevrucht. In de loop van haar leven komen er steeds nieuwe mannetjes bij en zo is ze verzekerd van voldoende sperma.

Efficiënt

Biologen hebben inmiddels zo’n 20 soorten Osedax-wormen ontdekt. Die leven allemaal op dezelfde manier: vrouwtjes groeien met een wortelstelsel in botten die op de zeebodem liggen (meestal van een walvis), voeden zich met behulp van bacteriën, ademen door vier palpen en produceren eicellen. Microscopisch kleine dwergmannetjes vestigen zich als larve in het omhulsel van vrouwtjes en leveren zaadcellen tot hun voedselvoorraad op is. Vreemd misschien, maar efficiënt.

Volgroeide mannen

Maar nu is er onverwacht nieuws. Rouse en collega’s doken een nieuwe Osedax-soort uit zee op die dramatisch afwijkt van de andere. De mannetjes van deze soort groeien namelijk wél uit. Ze worden niet helemaal zo groot als vrouwtjes, maar komen aardig in de buurt. En ze worden volwassen. Ze verankeren zich met een wortelstelsel in bot, huisvesten bacteriën die stoffen in dat bot voor hen verteren en ademen via palpen op de kop – net als vrouwtjes. Onderin hun lijf maken ze zaadcellen aan in een grote zak. Via een zaadleider gaan die omhoog en verzamelen zich in een blaasje in de kop. Van daar kunnen ze naar buiten.
Deze volgroeide en volwaardige mannetjes zijn een complete verrassing na al die dwergmannetjes die in het larvale stadium blijven steken.

Uit dna-vergelijkingen maken de onderzoekers op dat de voorouder die alle Osedax-soorten gemeenschappelijk hebben de typische levensstijl met dwergmannetjes moet hebben gehad. De pas ontdekte soort, die ze Osedax priapus noemen, stamt af van een soort met dwergmannetjes.
Waarom houdt deze soort zich niet aan het patroon? Waarom worden deze mannetjes wel volwassen?

Potentie

Daar zijn de onderzoekers nog niet helemaal uit. Ze denken dat het ermee te maken heeft dat de vrouwtjes van Osedax priapus klein zijn vergeleken met vrouwtjes van andere soorten. Er komen daardoor heel veel larven op een stuk bot terecht voordat het vol is. Als dat allemaal vrouwtjes worden, kunnen die hun eitjes niet laten bevruchten. Daarom is het voor larven die het bot bereiken ook een goede optie om als mannetje, en niet als vrouwtje, uit te groeien.
Dan is het niet langer zinvol om dwergman te worden. Een volwassen mannetje heeft namelijk meer potentie. Omdat hij zich voedt kan hij meer sperma produceren dan een larvaal mannetje dat is aangewezen op de voorraad voedingsstoffen in zijn eitje. Als hij vrij staat, kan hij bovendien meer dan één vrouwtje bedienen.

Vraag is nog waardoor een Osedax priapus-larve die op een bot landt ofwel mannetje ofwel vrouwtje wordt.

Priapus

Aan de mannetjes is nog wel af te zien dat ze van een soort met dwergmannetjes afstammen. Ze zijn kleiner dan vrouwtjes en ze hebben maar twee palpen, en niet vier. Er is geen plaats voor vier vanwege het spermablaasje in de kop.
Bovendien produceren de mannetjes zaadcellen die niet goed in zeewater kunnen zwemmen. Voor de dwergmannetjes waar ze van afstammen was dat geen probleem, want hun zaadcellen hoefden niet te reizen. Maar priapus-mannetjes moeten zien dat hun zaadcellen bij een vrouwtje komen. Hoe doen ze dat?

De onderzoekers denken dat hun lijf als penis fungeert. De wormen kunnen zich flink uitrekken en buigen, en zo de kop van vrouwtjes bereiken. Dat was de reden om deze worm Osedax priapus te noemen, naar Priapus, vruchtbaarheidsgod met gigantische penis.
Een toepasselijke naam.

Willy van Strien

Foto’s: Osedax priapus, links boven vrouwtje (het streepje is 1 millimeter), rechts onder mannetje (het streepje is 0,3 millimeter). Greg Rouse

Bekijk een filmpje over de eerder ontdekte Osedax-soorten op Discovery News

Bronnen:
Rouse, G.W., N.G. Wilson, K. Worsaae & R.C. Vrijenhoek, 2015. A dwarf male reversal in bone-eating worms. Current Biology, 11 december 2014 online. Doi: 10.1016/j.cub.2014.11.032
Rouse, G.W., K. Worsaae, S.B. Johnson, W.J. Jones & R.C. Vrijenhoek, 2008. Acquisition of dwarf male “harems” by recently settled females of Osedax roseus n. sp. (Siboglinidae; Annelida). The Biological Bulletin 214: 67-82.
Vrijenhoek, R.C., S.B. Johnson & G.W. Rouse, 2008. Bone-eating Osedax females and their ‘harems’ of dwarf males are recruited from a common larval pool. Molecular Ecology 17: 4535-4544. Doi: 10.1111/j.1365-294X.2008.03937.x
Rouse, G.W., S.K. Goffredi & R.C. Vrijenhoek, 2004. Osedax: bone-eating marine worms with dwarf males. Science 305: 668-671. Doi: 10.1126/science.1098650

Vogelevolutie in grote lijnen

22 december 2014 /

Sommige vogelgroepen krijgen een nieuwe plaats

De wat lompe hoatzin is verwant aan de elegante kraanvogels. Dat blijkt uit een pas gepubliceerde vogelstamboom die veel bestaande kennis bevestigt, maar ook hier en daar afwijkt. En die vooral de grote lijn laat zien.

De vogelstamboom laat zich lastig reconstrueren. Onduidelijk is vooral hoe de grote takken, de ongeveer 40 vogelordes, ten opzichte van elkaar aan de boom zitten. Orde is de eenheid boven familie.
Een team van 100 onderzoekers uit 20 landen heeft nu die takken ingetekend. Erich Jarvis en collega’s brachten het hele genoom (al het dna) in kaart van 48 soorten vogels, één van elke orde en wat soorten extra. Door die genomen te vergelijken achterhaalden ze de evolutionaire geschiedenis van de vogels. Ten koste van zo’n 400 uur computertijd.

Voor de grote meteorietinslag van 65 miljoen jaar geleden – die de dinosauriërs en veel andere soorten dieren elimineerde – hadden de vogels zich in drie groepen opgesplitst, zo was al bekend. Als eerste was de tak van de Palaeognathae (grote loopvogels en tinamoes) verschenen, en vervolgens waren de eendvogels (eenden, ganzen, zwanen) en de hoendervogels gezamenlijk afgetakt.

Vertakkingen

Jarvis beschrijft hoe het de grote derde groep, de Neoaves, is vergaan. Vlak voor de meteorietinslag splitste die zich in twee hoofdgroepen: Columbea en Passerea. Tot de Columbea behoren onder meer duiven plus zandhoenders en flamingo’s plus futen. Onder de Passerea vallen enkele kleine takken en twee grote: de Passerea-landvogels (Telluraves) en de Passerea-watervogels (Aequornithia), die zich beide weer verder vertakten. Dat gebeurde in korte tijd en dat is de reden dat de geschiedenis zo moeilijk te reconstrueren is.
Columbea en Passerea zijn nieuwe namen die hun weg naar Wikipedia inmiddels al hebben gevonden. De naam Telluraves was vorig jaar door een andere groep onderzoekers bedacht; Aeqornithia is een nieuwe naam.

De nieuwe stamboom laat een paar opvallende dingen zien.
Ten eerste: drie keer is een vogeltak te water gegaan: de eendvogels; de flamingo’s plus de futen; en de Passerea-watervogels.
Ten tweede: de roofvogels, die tot de Passerea-landvogels behoren, zitten niet op één tak. Valken staan apart van gieren en arenden. Uit de plaats van de roofvogels leiden de onderzoekers af dat de gemeenschappelijke voorouder van de Passerea-landvogels een roofvogel geweest moet zijn. Dat zou betekenen dat onder meer zangvogels, papegaaiachtigen en bijeneters van een roofvogel afstammen.
Ten derde: drie keer leerden vogels geluid van betekenis maken: kolibries, papegaaiachtigen en zangvogels.

Lastige soorten

Een moeilijke klant was altijd de hoatzin. Het is een apart geval, de enige vertegenwoordiger van een orde. De jongen hebben klauwtjes aan de vleugels waardoor deze soort dichter bij de reptielachtige voorouders lijkt te staan dan andere vogels.
Maar dat is misleidend: de hoatzin hoort bij de Neoaves. Wel was het moeilijk zijn precieze plek te vinden. Hij staat nu tussen de Passerea met als naaste familieleden kraanvogelachtigen en steltloperachtigen.
Een ander lastig geval waren de muisvogels, die als muizen over takken scharrelen (en toevallig ook een lange staart hebben). Zij krijgen een plaats naast trogons, neushoornvogels, spechten en bijeneters, in de groep Passerea-landvogels.

Nieuwe buren

Twee jaar geleden publiceerden Walter Jetz en collega’s een complete vogelstamboom, tot op soortsniveau. Die was ook op dna-analyse gebaseerd, maar dan op een vergelijking van kleine stukken dna van een groot aantal soorten. Deze boom heeft overeenkomsten met de nieuwe, maar er zijn ook verschillen. Bij Jetz, bijvoorbeeld, staat de hoatzin in de buurt van duiven, flamingo’s en futen, dus bij de vogels die nu de hoofdgroep Columbea vormen. Een groot verschil.
De muisvogels zitten bij Jetz in de buurt van valken en papagaaien. Ze hebben dus andere buren dan bij Jarvis, maar ze zitten wel bij wat nu de Passerea-landvogels zijn.
De verschillen laten nog eens zien hoe moeilijk sommige vogels te plaatsen zijn.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: hoatzin. Douglas Sprott (Creative Commons)
Klein: blauwnekmuisvogel. Doug Janson (Wikimedia Commons)

Zie ook:
Complete vogelstamboom

Bron:
Jarvis E.D. en vele anderen, 2014. Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds. Science 346: 1320-1331. Doi: 10.1126/science.1253451

Een kleine landbouwgeschiedenis

18 december 2014 /

Bladsnijdermieren en schimmels werden onafscheidelijke partners

Een kolonie van bladsnijdermieren neemt planten flink te grazen. Ze kunnen leven van het verse blad dat ze in grote hoeveelheden verzamelen dankzij schimmels die het voor hen verteren. Ze kweken die met de grootste zorg. De bladsnijders kunnen niet zonder hun schimmels, en die schimmels kunnen ook niet zonder de mieren. Henrik de Fine Licht en andere onderzoekers ontrafelen hoe die hechte band tot stand gekomen is.

De geschiedenis van de mierenlandbouw  begon zo’n 50 miljoen jaar geleden, in Zuid-Amerika. Er was toen een mierensoort die schimmels liet groeien in zijn nest, schimmels die verwant waren aan de champignon. De schimmels leefden van organisch afval, zoals plantenresten. Ze braken die af en de mieren voedden zich met de afbraakproducten en aten van de schimmels.
Zo gebruikten deze mieren indirect organisch afval als voedselbron. Tot dan toe konden ze daar niets mee omdat het spul onverteerbaar voor ze was. Maar de schimmels maakten het bruikbaar. De mieren sleepten organisch afval aan, de schimmels groeiden lekker door en de mieren tastten toe.

Afhankelijk

Van deze innoverende mier stamt een grote groep mierensoorten af die er schimmeltuintjes op na houden. Als regel houdt elke soort zijn eigen schimmel bij zich. Een jonge koningin die een nieuw nest sticht, neemt een stukje van de schimmeltuin uit het ouderlijk nest mee om haar eigen kweek te starten. Heel soms wisselt een mier van schimmelsoort of stapt er een over op een andere variëteit van een soort.

Al snel waren de eerste schimmelkwekers op de schimmels aangewezen om voldoende te eten te hebben. Ze konden er niet meer buiten.
Die afhankelijkheid was aanvankelijk niet wederzijds. De schimmels leefden in de mierennesten van hetzelfde materiaal als daarbuiten, en hoewel ze het goed hadden in de nesten, konden ze ook buiten de mierennesten leven. Daar maakten ze ook vruchtlichamen (paddenstoelen); in de nesten hielden de mieren dat tegen.
De oudste groepen schimmelkwekende mierensoorten leven nog steeds op deze manier, met halfwilde schimmels.

Voedzame bolletjes

Maar zo’n 30 miljoen jaar na het begin van de mierenlandbouw (dus nu zo’n 20 miljoen jaar geleden) ontwikkelde zich een schimmelvariëteit die de band met zijn kweker versterkte. Onder de toplaag van de schimmeltuin – de laag met nieuw materiaal dat de mieren voortdurend aanvullen – vormde die schimmel speciale voedselbolletjes voor de mieren. Aan het einde van de schimmeldraden zwollen de laatste cellen op en de opgezwollen uiteinden van meerdere draden bundelden zich tot bolletjes die vol zaten met vetten, koolhydraten en eiwitten.
Hieruit ontstond een nieuwe tak aan de stamboom van schimmelkwekende mieren, de tak van ‘hogere schimmelkwekers’ met een echt gewas. Ze oogsten de bolletjes als voedsel voor hun larven en henzelf. Ze gebruiken allemaal dezelfde variëteit van de champignonachtige schimmelsoort Leucoagaricus gongylophorus.

Gedomesticeerd

In dit landbouwsysteem levert de schimmel niet alleen een hoogwaardig product, maar hij krijgt ook iets terug. De mieren helpen hem om sneller te groeien. In de bolletjes met voedsel zitten namelijk ook enzymen die het nieuwe materiaal voor de schimmel kunnen afbreken. Die enzymen passeren de mierendarmen ongeschonden en de werksters deponeren ze in hun druppelvormige uitwerpselen bovenop de tuin. Het nieuwe materiaal dat daar ligt wordt zo alvast een beetje voorbewerkt en nieuwe schimmeldraden kunnen makkelijker van onderaf doorgroeien.
Het gewas is afhankelijk geworden van de mieren. De schimmels met voedselbolletjes kunnen niet meer buiten mierennesten leven. Ze zijn volledig gedomesticeerd.

Dankzij de enzymen die de mieren over de tuin verspreiden kan het gewas van hogere schimmelkwekers ook moeilijker afbreekbaar materiaal omzetten: pas afgevallen blad, afgevallen bloemen en vruchten. De mieren gingen meer en meer van zulk spul halen.
De nieuwe landbouwpraktijk was succesvol. Mierenkolonies werden groter en complexer, met verschillende typen werksters.

Nieuwe innovatie

Tien miljoen jaar geleden ontstond bij een van de hogere schimmelkwekers opnieuw een innovatie: levend blad als nieuwe grondstof voor de schimmelcultuur. Dat was de oorsprong van de groep van de bladsnijdermieren. Ze behoren tot twee geslachten: Acromyrmex en Atta en er zijn ongeveer 45 soorten. Zij praktiseren landbouw op het hoogste niveau.
Werksters van bladsnijders knippen stukjes blad van planten af en dragen die naar het nest. In Zuid-Amerika kun je een optocht van zulke ‘parasolmieren’ zien: een vrolijk gezicht. Voor de uitgekozen planten is het minder mooi, want de mieren plegen een grote aanslag op hen. In het nest maken ze de stukjes blad fijn, zodat de schimmel het makkelijker kan koloniseren.

Een probleem van vers blad is dat het vaak giftig is; het gif moet de plant tegen planteneters beschermen. Daar kwam een oplossing voor. De bolletjes van het schimmelgewas bevatten, naast voedingsstoffen en verteringsenzymen, minstens één enzym dat giftige stoffen in verse bladeren onschadelijk maakt. Net als de verteringsenzymen komt ook dat ontgiftende enzym via de mieren op het verse blad terecht.

Hoogproductief

De bladsnijders gebruiken allemaal dezelfde schimmelvariëteit. De huidige variëteit vestigde zich zo’n twee tot vier miljoen jaar geleden bij alle bladsnijders en verdrong het voorgaande ras.
De kolonies van bladsnijders zijn gigantisch groot, zeer complex en blijven tientallen jaren in stand. De mieren kweken de schimmels in hoogproductieve monoculturen (elk nest heeft zijn eigen type van de gemeenschappelijke variëteit) en houden hun gewas vrij van ziekten en plagen. De tuin is een dynamisch geheel. Bovenop leggen de bladsnijders steeds nieuw fijngemaakt blad. Aan de onderkant van de tuin is het materiaal uitgeput. Dat halen de mieren weg.
Het is een ongelooflijk geavanceerd systeem waar zowel de kwekers als het gewas bij floreren.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Atta colombica. Henrik Hjarvard de Fine Licht
Klein: Atta cephalotes. Hans Hillewaert (Wikimedia Commons)

Meer over mierenlandbouw:
Bij de mier exploiteert het gewas ook de boer (De Volkskrant)

Bronnen:
De Fine Licht, H.H., J.J. Boomsma & A. Tunlid, 2014. Symbiotic adaptations in the fungal cultivar of leaf-cutting ants. Nature Communications, 1 december online. Doi: 10.1038/ncomms6675
De Fine Licht, H.H. & J.J. Boomsma, 2010. Forage collection, substrate preparation, and diet composition in fungus-growing ants. Ecological Entomology 35: 259-269. Doi: 10.1111/j.1365-2311.2010.01193.x
De Fine Licht, H.H., M. Schiøtt, U.G. Mueller & J.J. Boomsma, 2010. Evolutionary transitions in enzyme activity of ant fungus gardens. Evolution 64: 2055-2069. Doi:10.1111/j.1558-5646.2010.00948.x
Mikheyev, A.S., U.G. Mueller & P. Abbot, 2010. Comparative dating of attine ant and lepiotaceous cultivar phylogenies reveals coevolutionary synchrony and discord. The American Naturalist 175: E126-E133. Doi: 10.1086/652472
Schultz, T.R. & S.G. Brady, 2008. Major evolutionary transitions in ant agriculture. PNAS 105: 5435-5440. Doi: 10.1073/pnas.0711024105

« Oudere berichten Nieuwere berichten »

© 2024 Het was zo eenvoudig begonnen

Thema gemaakt door Anders Noren — Boven ↑