Toen de achtjarige Hugo Deans een handvol objecten ter grootte van een BB ontdekte in de buurt van een mierennest onder een boomstam in zijn achtertuin, dacht hij dat het een soort zaad was. Zijn vader, Andrew Deans, hoogleraar entomologie aan Penn State, wist echter meteen wat het waren:eikengallen of plantengroei veroorzaakt door insecten. Wat hij niet meteen besefte, was dat de gallen deel uitmaakten van een uitgebreide relatie tussen mieren, wespen en eiken, waarvan de ontdekking een eeuw aan kennis over plant-insect-interacties op zijn kop zou zetten.

Terugkijkend zegt Hugo, nu 10, dat hij "dacht dat het zaden waren, en ik voelde me opgewonden omdat ik niet wist dat mieren zaden verzamelden. Ik dacht altijd dat mieren voedselresten en zo in huis zouden eten. Toen werd ik nog opgewondener toen [mijn vader] me vertelde dat het gallen waren, omdat [mijn vader] zo opgewonden was. Ik was verrast dat mieren gallen zouden verzamelen, want waarom zouden ze dat doen?"

Volgens Andrew Deans, die ook directeur is van het Frost Entomological Museum in Penn State, zijn veel interacties tussen planten en insecten goed gedocumenteerd. Van de meeste "cynipide" wespensoorten is bijvoorbeeld al lang bekend dat ze eiken ertoe aanzetten om beschermende gallen - of gezwellen - rond hun larven te produceren om de veiligheid van hun zich ontwikkelende nakomelingen te garanderen. Bovendien produceren bepaalde planten - waaronder bloedwortel (Sanguinaria canadensis), een wilde bloem afkomstig uit Noord-Amerika - eetbare aanhangsels, elaiosomes genaamd, op hun zaden om mieren aan te trekken, die de zaden vervolgens verspreiden door ze terug naar hun nesten te dragen. Dit laatste voorbeeld wordt "myrmecochory" genoemd - of zaadverspreiding door mieren.

"In myrmecochory krijgen mieren een beetje voeding als ze de elaiosomes eten, en de planten krijgen hun zaden verspreid naar een vijandvrije ruimte", legt Deans uit. "Het fenomeen werd meer dan 100 jaar geleden voor het eerst gedocumenteerd en wordt vaak aan biologiestudenten onderwezen als een voorbeeld van een plant-insect-interactie."

Het nieuwe onderzoek van het team - geïnitieerd door Hugo's ontdekking van gallen die in de buurt van een mierennest lagen - onthulde een veel complexer type myrmecochorie, een die de interactie tussen wespen-eikengal en de eetbare interactie tussen aanhangsel en mieren combineerde.

"Ten eerste zagen we dat, hoewel deze gallen normaal gesproken een vlezige lichtroze 'dop' bevatten, de gallen bij het mierennest deze doppen niet hadden, wat suggereert dat ze misschien door de mieren zijn opgegeten", zegt Deans. "Uiteindelijk hebben we ontdekt dat galwespen eiken manipuleren om gallen te produceren, en vervolgens nog een stap zetten en mieren manipuleren om de gallen naar hun nesten te halen, waar de wespenlarven kunnen worden beschermd tegen galroofdieren of andere voordelen krijgen. Dit interactie met meerdere lagen is verbluffend; het is bijna moeilijk om je gedachten eromheen te wikkelen."

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in het tijdschrift American Naturalist .

De interactie onderzoeken

Om de interactie beter te begrijpen, voerden de onderzoekers een reeks veld- en laboratoriumexperimenten uit. Ten eerste, om te bepalen of, net als eliaosomen, de eiken galdoppen - die de onderzoekers kapéllos (Grieks voor "muts") noemden - inderdaad eetbaar en aantrekkelijk waren voor mieren, observeerde het team direct eikengallen in mierenkolonies in het wild in West New York en centraal Pennsylvania. Bovendien zetten ze videocamera's op om extra dier-gal-interacties vast te leggen. Op beide locaties zagen ze mieren die gallen naar hun nest transporteerden. Binnen de nesten werden alle eetbare doppen verwijderd, terwijl de gallen zelf intact bleven.

In een tweede reeks experimenten om te bepalen of kapéllos op dezelfde manier functioneerden als elaiosomes, onderzochten de onderzoekers de voorkeur van mieren voor eikengallen versus bloedwortelzaden. Ze richtten zaad-/galaasstations op en merkten op dat mieren hetzelfde aantal zaden en gallen verwijderden, wat suggereert dat er geen verschil is in mierenvoorkeur.

Vervolgens voerden de wetenschappers een laboratoriumexperiment uit om te documenteren of mieren gallen verzamelden vanwege hun voedzame kapéllos. Ze zetten drie petrischaalbehandelingen op - met hele gallen, gallichamen met verwijderde kapéllos of kapéllos met verwijderde gallichamen - samen met een controleschaal met een ander type gal dat geen eetbaar aanhangsel had. Ze introduceerden mieren in de petrischalen. Ze ontdekten dat de belangstelling voor mieren niet verschilde tussen de controlegallen en de kapéllo-vrije behandelingsgallen, die beide geen eetbare componenten hadden. De belangstelling voor mieren was daarentegen groter voor gallen met intacte kapéllos en voor kapéllos alleen dan voor controlegallen.

"We toonden aan dat gallen met hoed veel aantrekkelijker waren voor mieren dan gallen zonder hoed en dat de hoedjes op zich ook aantrekkelijk waren voor mieren", zegt John Tooker, hoogleraar entomologie. "Dit suggereerde dat de doppen moeten zijn geëvolueerd als een manier om mieren te verleiden."

Ten slotte vroeg het team:"Wat zit er in kapéllos dat ze zo aantrekkelijk maakt voor mieren?" Volgens Tooker is de chemie van elaiosomen goed bestudeerd en is bekend dat ze voedzame vetzuren bevatten. Daarom vergeleek het team de chemische samenstelling van kapéllos met elaiosomes en ontdekte dat ook kapéllos gezonde vetzuren bevatten.

"De vetzuren die overvloedig aanwezig zijn in galdoppen en eliosomen lijken dode insecten na te bootsen", zegt Tooker. "Mieren zijn aaseters die op zoek zijn naar alles wat geschikt is om mee terug te nemen naar hun kolonie, dus het is geen toeval dat de galdoppen en de eaiosomen beide vetzuren bevatten die typerend zijn voor dode insecten."

Wat was er eerst?

De laatste, en volgens de onderzoekers meest intrigerende vraag die het team nastreefde, was:"Wat was er het eerst in de evolutionaire tijd? De elaiosome interactie of de galinteractie?"

"Aangezien myrmecochorie meer dan een eeuw geleden werd beschreven en goed is onderzocht en op scholen is onderwezen, zou men kunnen aannemen dat de elaiosome interactie eerst kwam, maar die veronderstelling kan om verschillende redenen onjuist zijn", zegt Robert J. Warren II, hoogleraar biologie, SUNY Buffalo State.

Een reden, legde hij uit, is dat myrmecochore planten, zoals bloedwortels, slechts een zeer klein percentage van alle plantensoorten uitmaken en daarom mogelijk niet genoeg voedselbronnen bijdragen om natuurlijke selectie bij mieren te stimuleren. Eikengallen zijn echter wijdverbreid. In feite, zegt Warren, waren ze ooit zo overvloedig dat ze regelmatig werden gebruikt om vee vet te mesten.

"Als deze gallen zo overvloedig waren en deze tactiek van het kweken van deze hoed duizenden jaren geleden ontwikkelden, zou dat een sterke aanjager van natuurlijke selectie bij mieren kunnen zijn", zegt Warren. "Het kan zijn dat mieren er lang aan gewend waren gallen met doppen op te rapen, en toen wilde bloemen in de lente zaden begonnen te produceren die toevallig een eetbaar aanhangsel hadden, waren mieren al geneigd om dingen met een vetzuuraanhangsel op te rapen."

Deans merkten op dat het team onlangs een beurs ontving om fylogenetisch werk uit te voeren om verder te onderzoeken welke van deze interacties het eerst in evolutionaire tijd kwamen.

"Begrijpen hoe deze interacties evolueerden en hoe ze werken, helpt om net iets meer van de complexiteit van het leven op aarde te ontwarren", zegt hij.

Over hoe het voelde om bij te dragen aan zo'n belangrijke ontdekking, zegt Hugo:"Ik wed dat andere kinderen soortgelijke ontdekkingen hebben gedaan, maar nooit wisten hoe belangrijk ze zouden kunnen zijn. Ik voel me echt blij en trots om te weten dat ik deel uitmaakte van een belangrijke wetenschappelijke ontdekking. Het is raar om te bedenken dat een paar mieren die zaden verzamelden waarvan ik dacht dat ze zaden waren, eigenlijk een belangrijke wetenschappelijke doorbraak waren."

Op de vraag of hij een entomoloog wil worden zoals zijn vader als hij groot is, aangezien hij zijn eerste wetenschappelijke ontdekking al heeft gedaan, zegt Hugo:"Niet echt. Ik wil anders zijn ... uniek ... als ik groot ben. " + Verder verkennen

Crypt-keeper wesp gevonden om meerdere soorten galwesp te parasiteren