De ongekende medicijndoos van insecten

Voor Bionieuws, 14 april 2012
De ongekende medicijndoos van insecten
Van stervende mieren die het nest verlaten om nestgenoten niet te besmetten tot ingewikkelde
driehoeksrelaties tussen sluipwespen, luizen en bacteriën. Insecten beschikken over allerlei
trucs om gezond te blijven.
Willy van Strien
Chemische ontsmetting
Hars van naaldbomen dankt zijn penetrante geur aan de terpenen en andere vluchtige stoffen
die erin zitten; die stoffen beschermen de bomen tegen bacterie- en schimmelinfecties. De
bosmier Formica paralugubris uit de Alpen maakt daar handig gebruik van. Werksters
verzamelen hars, met name van fijnsparren, mengen dat met nestmateriaal en ontsmetten er
hun nest mee. Vooral in het voorjaar, als het broedseizoen aanbreekt, gaan ze op geurige
harsbrokjes uit. De mieren halen de hars als voorzorgsmaatregel, ook als er nog geen
ziekteverwekker is opgedoken.
En de hars helpt inderdaad, lieten experimenten van de Zwitserse onderzoeker Michel
Chapuisat zien. Zowel volwassen mieren als larven hadden in een van hars voorzien nest een
hogere kans van overleven als een schadelijke stam van de bodembacterie Pseudomonas
fluorescens de kop opstak. In nesten zonder hars bezweken de meeste werksters en bijna alle
larven aan de bacterie, maar in nesten met hars overleefden de meeste werksters en een flink
aantal larven. De vluchtige stoffen uit de hars beschermden de larven bovendien tegen de
ziekmakende schimmel Metarhizium anisopliae.
Bijen passen dezelfde maatregel toe. Zij smeren propolis, een mengsel van hars en was, in
hun nest of korf. De propolis van honingbijen, bekend als natuurgeneesmiddel, helpt ze hun
vijanden bestrijden, zoals de bacterie die vuilbroed veroorzaakt en de parasitaire varroamijt.
De honingbijen halen hun hars van onder meer populier, berk en els. Ook bijen hebben hars
altijd in huis, als voorzorgsmaatregel. Maar in geval van infectie doen ze er een schepje
bovenop, schreef Michael Simone-Finstrom van de North Carolina State University vorige
maand in PLoS ONE (29 maart). Als een kolonie is besmet met de schimmel die kalkbroed
veroorzaakt, een dodelijke ziekte van bijenlarven, dan halen werksters extra hars bij. Door die
moeite te nemen, weten ze de infectie in toom te houden.
Omdat mieren en bijen hun nest ontsmetten, kunnen ze hun immuunsysteem op een lager pitje
zetten. Dat scheelt energie.
Sterven in afzondering
De Zuid-Europese mier Camponotus aethiops is vatbaar voor de ziekmakende schimmel
Metarhizium brunneum. Komt een mier in aanraking met schimmelsporen, dan ontwikkelt
zich in twee tot vier dagen een infectie. Enkele schimmelsporen plakken op de mierenhuid en
ontkiemen; de schimmeldraden boren zich naar binnen. De besmette mier en zijn nestgenoten
proberen de eerste twee dagen nog om de schimmelsporen te verwijderen, maar dat lukt ze
niet. Is de schimmel eenmaal binnengedrongen, dan wordt de besmette mier ziek en na zeven
dagen is hij dood. Nog enkele dagen later verschijnt een nieuwe generatie sporen op zijn lijf.
Zo zou een besmette mier de hele kolonie in zijn ondergang kunnen meesleuren.
Maar dat gebeurt niet, schreven Nick Bos van de universiteit van Kopenhagen en collega’s
onlangs in het Journal of Evolutionary Biology (februari). Bos stelde mieren experimenteel
bloot aan de schimmel en nam waar hoe ze zich daarna gedroegen. Vanaf de eerste dag dat
een mier de schimmel meedraagt, blijft hij weg van het kwetsbare broed en vanaf de derde
dag, wanneer hij echt ziek is, brengt hij veel meer tijd buiten het nest door dan gezonde
nestgenoten. Uiteindelijk verlaat hij de kolonie definitief om in eenzaamheid te sterven –
zonder zijn nestgenoten te hebben besmet.
Ook zwartbandslankmieren die een schimmelinfectie te pakken hebben, verlaten de kolonie
voordat ze doodgaan en voordat ze de schimmel op nestgenoten hebben kunnen overdragen.
Het vertrek bespoedigt hun dood. De mieren gaan overigens ook weg als ze door een andere
oorzaak stervende zijn. Toch beschouwt Jürgen Heinze van de universiteit van Regensburg
het ‘altruïstisch vertrek’ als gedrag om infectiegevaar te verkleinen, en daar is Bos het mee
eens. Dat ook stervende mieren zonder schimmelinfectie de kolonie verlaten, is een
aanwijzing dat het vertrek inderdaad een aanpassing van de mier is, en geen gevolg van
manipulatie door de schimmel.
Medicatie
Bepaalde sluipvliegen, waaronder Chetogena edwardsi, hebben het gemunt op de harige
rupsen van de beervlinder Grammia incorrupta in het zuiden van de Verenigde Staten.
Vliegenvrouwtjes leggen een tot drie eitjes op een rups; na een paar dagen komen daar maden
uit die zich naar binnen vreten om die rups van binnenuit helemaal op te peuzelen. Maar het
lot van de ongelukkige rupsen is nog niet meteen bezegeld, want ze hebben een
afweersysteem beschikbaar. En als dat faalt, zoeken ze hun heil bij geneeskrachtige planten,
meldde de Amerikaanse onderzoeksgroep van Michael Singer van de Wesleyan Universiteit
vorig jaar (Oecologia, april 2011).
Beervlinderrupsen zijn mobiel. Voordat ze verpoppen knagen ze aan meerdere planten en
hebben daarbij de keus uit meer dan tachtig soorten. Daar gaan ze slim mee om. Rupsen die
net door een sluipvlieg zijn belegd zoeken planten op die rijk zijn aan iridoïde glycosiden,
waarschijnlijk om hun afweersysteem te versterken. Als dat systeem er desondanks niet in
slaagt om de vliegenmaden uit te schakelen, stappen de rupsen over op planten met een hoog
gehalte aan de giftige pyrrolizidine-alkaloïden.
Dat is een mooi voorbeeld van zelfmedicatie, stelt Singer. Met labproeven had hij laten zien
dat pyrrolizidine-alkaloïden slecht zijn voor gezonde beervlinderrupsen. Op een dieet met
deze stoffen legde 20 procent het loodje, terwijl bijna alle rupsen overleefden op een gifvrij
dieet. Maar rupsen met last van sluipvliegmaden kunnen maar beter slikken. Door
pyrrolizidine-alkaloïden in te nemen verhogen ze hun kans op overleven van 40 naar 60
procent.
Ook de prognose voor geparasiteerde rupsen van monarchvlinders verbetert als ze bepaalde
planten eten, schreef de Amerikaanse bioloog Thierry Lefèvre onlangs in het Journal of
Animal Ecology (januari). Alleen kiezen deze weinig mobiele rupsen die planten niet zelf; dat
heeft hun moeder voor ze gedaan.
Monarchvinders worden belaagd door de parasitaire protozo Ophryocystis elektroscirrha. Een
besmet vlindervrouwtje brengt parasietensporen over op elk eitje dat ze legt en op het blad
waarop ze het legt. De rupsen slikken de sporen in als ze bij het uitkomen het eiomhulsel en
het blad eten. In hun darm komen sporozoïeten vrij die naar de huid verhuizen en zich daar
aseksueel vermeerderen. Als een rups verpopt, gaat de parasiet over op de seksuele fase en
produceert dan sporen die op de jonge vlinder terechtkomen. Geparasiteerde vlinders leven
korter, zijn minder vruchtbaar en vliegen slechter dan vlinders zonder parasiet.
Volwassen monarchvlinders kunnen de parasiet niet kwijtraken en vlindervrouwtjes kunnen
besmetting van hun nageslacht niet voorkómen. Maar ze leggen hun eitjes vaker dan
parasietvrije vlinders op een melkdistelsoort die rijk is aan cardenoliden. Die stoffen remmen
de parasiet en geparasiteerde rupsen ontwikkelen zich op zulke planten tot vlinders die minder
parasietensporen dragen en langer leven dan op andere planten.
Net als voor de beervlinderrupsen en pyrrolizidine-alkaloïden geldt: baat het niet, dan schaadt
het wel, want ongeparasiteerde rupsen gedijen juist slechter op cardenolidenrijk blad.
Anderzijds: ze slaan het gif op en worden een onaantrekkelijk hapje voor vlinderetende
vogels. Dat zal verklaren dat ongeparasiteerde vlindervrouwtjes toch ook de helft van hun
eitjes op planten met veel cardenoliden leggen.
Geneesmiddelenfabriek
Veel luizen die zijn opgescheept met de vraatzuchtige larve van een sluipwesp hebben
daartegen een middeltje in huis. Ze huisvesten namelijk bacteriën die de sluipwesplarve om
zeep helpen, bijvoorbeeld de bacterie Hamiltonella defensa. Om precies te zijn: de bacteriën
dragen een virus bij zich dat giftige stoffen produceert.
Erwtenluizen worden aangevallen door de sluipwesp Aphidius ervi. Een sluipwespvrouwtje
prikt de luizen een voor een aan en injecteert bij elk één ei. Als het afweersysteem van de luis
dat ei niet weet te doden, komt er na drie dagen een larve uit die zijn gastheer verorbert. Maar
een luis die over Hamiltonella plus virus beschikt, is niet meteen ten dode opgeschreven.
Sommige combinaties van bacteriestam en virustype helpen de luis vrijwel altijd van de
parasiet af, andere combinaties werken niet feilloos.
Sluipwespen kunnen de bacteriële bescherming overigens omzeilen door in één luis twee
eitjes te leggen, schreef Kerry Oliver van de universiteit van Georgia onlangs in BMC Biology
(24 februari online). Dan kan vaak één sluipwesplarve aan vergiftiging ontsnappen.
Hoe nuttig de bacterie ook is, toch dragen niet alle luizen het geneesmiddelenfabriekje bij
zich. Aan het bezit ervan lijken ook nadelen te kleven, liet Oliver zien. Hij hield populaties
luizen in kooien met of zonder sluipwespen. Bij de start van de proeven beschikte een derde
van de luizen over de bacterie. In kooien met sluipwespen waren na twaalf weken bijna alleen
bacteriedragende luizen te vinden, maar in kooien zonder sluipwespen daalde het percentage
bacteriedragers tot dertien. De luizen houden de bacteriën alleen aan boord als ze hem nodig
hebben, schrijft ook Christoph Vorburger van het Zwitserse instituut EAWAG in Dübendorf
komende maand in The American Naturalist (meinummer).
De relaties tussen de drie partijen – luis, sluipwesp en bacterie – blijken complex. De
sluipwesp levert soms zelf zijn giftige vijand bij de gastheerluis af, ontdekte Vorburger
(Biology Letters, 14 maart online), namelijk als die sluipwesp eerst een luis aanprikt die de
bacterie bezit en vervolgens een bacterievrije luis. De ontvangende luis zelf zal niet van dat
presentje profiteren, want het duurt even voordat de bacterie zich gevestigd heeft. Maar als
het afweersysteem van de luis de sluipwesp uitschakelt, dan geniet haar nageslacht de
bacteriële bescherming wel. Vorburger werkte met de zwarte bonenluis; Hamiltonella
beschermt ook deze luis tegen sluipwespen.
Bos, N., T. Lefèvre, A.B. Jensen & P. D’Ettore, 2011. Sick ants become unsociable.
Journal of Evolutionary Biology doi: 10.1111/j.1420-9101.2011.02425.x
Castella, G., M. Chapuisat & P. Christe, 2008. Prophylaxis with resin in wood ants.
Animal Behaviour 75: 1591-1596.
Chapuisat, M., A. Oppliger, P. Magliano & P. Christe, 2007. Wood ants use resin to
protect themselves against pathogens. Proc. R. Soc. B 274: 2013–2017.
Gehrer L. & C. Vorburger, 2012. Parasitoids as vectors of facultative bacterial
endosymbionts in aphids. Biology Letters, doi:10.1098/rsbl.2012.0144.
Heinze, J. & B. Walter, 2010. Moribund Ants Leave Their Nests to Die in Social
Isolation. Current Biology 20: 249–252.
Lefèvre, T., A. Chiang, M. Kelavkar, H. Li, J. Li, C. L. Fernandez de Castillejo, L.
Oliver, Y. Potini, M.D. Hunter & J.C. de Roode, 2012. Behavioural resistance against a
protozoan parasite in the monarch butterfly. Journal of Animal Ecology 81: 70–79.
Lefèvre, T., L. Oliver, M.D. Hunter & J.C. de Roode, 2010. Evidence for transgenerational medication in nature. Ecology Letters 13: 1485–1493.
Oliver, K.M., J. Campos, N.A. Moran & M.S. Hunter, 2008. Population dynamics of
defensive symbionts in aphids. Proc. R. Soc. B 275: 293–299.
Oliver, K.M., N.A. Moran & M.S. Hunter, 2005. Variation in resistance to parasitism
in aphids is due to symbionts not host genotype. PNAS 102: 12795–12800.
Oliver, K.M., K. Noge, E.M. Huang, J.M. Campos, J.X. Becerra & M.S. Hunter, 2012.
Parasitic wasp responses to symbiont-based defense in aphids. BMC Biology 10:11
doi:10.1186/PREACCEPT-4284799146146604.
Oliver, K.M., J.A. Russell, N.A. Moran & M.S. Hunter, 2003. Facultative bacterial
symbionts in aphids confer resistance to parasitic wasps. PNAS 100: 1803–1807.
Parker, B.J., S.M. Barribeau, A.M. Laughton, J.C. de Roode & N.M. Gerardo, 2011.
Non-immunological defense in an evolutionary framework. Trends in Ecology and Evolution
26: 242-248.
Simone, M., J.D. Evans & M. Spivak, 2009. Resin collection and social immunity in
honey bees. Evolution 63: 3016–3022.
Simone-Finstrom, M.D. & M. Spivak, 2012. Increased Resin Collection after Parasite
challenge: A Case of Self-Medication in Honey Bees? PLosONE 7: e34601.
Singer, M.S., K.C. Mace, E.A. Bernays, 2009. Self-Medication as Adaptive Plasticity:
Increased Ingestion of Plant Toxins by Parasitized Caterpillars. PLoS ONE 4: e4796.
Smilanich, A.M., P.A. Mason, L. Sprung, T.R. Chase & M. S. Singer, 2011. Complex
effects of parasitoids on pharmacophagy and diet choice of a polyphagous Caterpillar.
Oecologia 165: 995–1005.
Vorburger, C., C. Sandrock, A. Gouskov, L.E. Castañeda & J. Ferrari, 2009.
Genotypic variation and the role of defensive endosymbionts in an all-parthenogenetic hostparasitoid interaction. Evolution 63: 1439–1450.