Kevers van het geslacht Lagria hebben tijdens hun onvolwassen levensfase een beetje hulp nodig van hun bacteriële vrienden. Maar ze gedurende het hele leven op dezelfde plek houden is niet haalbaar. Dit komt omdat kevers holometabole insecten zijn, die als poppen een algehele lichamelijke reorganisatie (metamorfose) ondergaan.

Hier laten wetenschappers voor het eerst zien dat de kevers een ingenieuze oplossing voor dit probleem hebben ontwikkeld:vrouwelijke poppen houden hun symbiotische bacteriën in gespecialiseerde zakken op hun rug. Wanneer ze als volwassenen tevoorschijn komen, schudden ze de bacteriën uit deze zakken, achteruit en vervolgens in hun genitale gebied.

"Hier laten we zien hoe een insect gunstige microbiële partners kan behouden ondanks de drastische herschikkingen van lichaamsstructuren die optreden tijdens metamorfose", zei corresponderende auteur Dr. Laura V Flórez, een onderzoeker bij de afdeling Planten- en Milieuwetenschappen van de Universiteit van Kopenhagen. "Door unieke 'zakken' op hun rug aan te passen, slagen Lagria-kevers erin hun beschermende symbionten te behouden en hun verplaatsing tijdens de verpopping naar nieuw ontwikkelde volwassen organen te vergemakkelijken."

Unieke 'achterzakken'

Vrouwtjes van veel Lagria-soorten dragen een mix van nuttige bacteriën in hun accessoire klieren, een paar klieren naast de eileider. Wanneer vrouwtjes eieren leggen, worden de bacteriën uit de klieren 'geperst' en op het oppervlak van de eieren afgezet. Antibiotica geproduceerd door de bacteriën beschermen, eieren, larven en poppen van de kevers tegen schimmels. In een van de hier bestudeerde soorten, L. villosa, is het grootste bestanddeel van de symbiotische mix een stam van Burkholderia-bacteriën genaamd Lv-StB, die de genen en celstructuren voor motiliteit heeft verloren en waarschijnlijk niet lang buiten kan overleven de kevers.

Flórez en collega's laten zien dat in L. villosa en L. hirta vrouwelijke poppen, de symbionten meestal leven in de drie tweelobbige zakken op de achterkant van de thorax, waar ze kunnen worden gevoed door de kevers. Dergelijke 'achterzakken' bij larven en poppen zijn bij geen enkel ander insect bekend. In vrouwelijke poppen komen symbionten ook samen op een vierde plek, tussen borstelharen aan de achterkant van het hoofd. De zakken zijn slechts rudimentair bij mannelijke poppen en bevatten weinig of geen symbionten. Bij volwassen vrouwtjes leven de symbionten uitsluitend in de hulpklieren, die bij mannen afwezig zijn.

'Lange en bochtige weg'

"De symbionten gaan van het sterk blootgestelde ei-oppervlak om de zakken op de achterkant van de larven en poppen te koloniseren. Uiteindelijk komen ze terecht in gespecialiseerde klieren die verband houden met het voortplantingssysteem van volwassen vrouwtjes", vatte eerste auteur Rebekka S Janke, een doctoraatsstudent, samen student aan de Johannes Gutenberg Universiteit van Mainz.

Maar hoe koloniseren de bacteriën de hulpklieren na de verpopping? Om deze vraag te beantwoorden, verspreidden de auteurs ongeveer 1 m polystyreen fluorescerende kralen, 1,0 m breed, over vroege poppen. Vervolgens laten ze zien dat het merendeel van deze kralen na opkomst op de punt van de buik terecht is gekomen. De auteurs concluderen dat de kralen, net als vermoedelijk de symbionten, door wrijving naar de geslachtsdelen worden geschud tijdens het opkomstproces. Het mechanisme waarmee de symbionten vervolgens de hulpklieren van vrouwen koloniseren, is nog niet bekend.

"In het volwassen stadium lijkt het belangrijkste doel van de symbiotische organen te zijn om succesvolle overdracht naar het eierstadium en naar de volgende generatie mogelijk te maken. Aangezien alleen vrouwtjes eieren leggen, hoeven mannelijke volwassenen deze potentieel kostbare symbionten niet te dragen en zijn ze een doodlopende weg voor de bacteriën," zei Flórez.

Co-auteur Dr. Martin Kaltenpoth, een professor aan het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie in Jena, voegde toe:"Om beter te begrijpen hoe heilzame symbionten worden overgedragen en onderhouden binnen en tussen generaties, moeten we identificeren welke gastheer- en symbiontenfactoren symbionten reguleren Selecteert de gastheer bijvoorbeeld op specifieke symbionten? En via welke mechanismen kunnen onbeweeglijke symbionten de symbiotische organen koloniseren?" + Verder verkennen

Veelzijdige symbionten:Rietkevers profiteren van bacteriële helpers in alle levensfasen