Wetenschap
Nieuwe bevindingen werpen licht op hoe bella-motten gif gebruiken om partners aan te trekken
Pyrrolizidine-alkaloïden zijn even bitter en giftig als moeilijk uit te spreken. Ze worden geproduceerd door verschillende soorten planten en behoren tot de belangrijkste doodsoorzaken bij vee.
Planten die deze alkaloïden bevatten, hebben heel duidelijk gemaakt dat ze niet geconsumeerd willen worden, maar dat heeft de bella motten (Utetheisa ornatrix) niet afgeschrikt. Deze dagvliegende motten eten uitsluitend de met alkaloïden beladen bladeren en zaden van ratelkastplanten. Vervolgens gebruiken ze het gif om hun eieren te bewaken en roofdieren in latere levensfasen af te schrikken. Ze gebruiken het zelfs om feromonen te maken die partners aantrekken.
Hoe bella-motten en verwante soorten precies het vermogen ontwikkelden om pyrrolizidine-alkaloïden veilig te consumeren, blijft onbekend.
Dat blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences hebben onderzoekers het genoom van de bella motten gesequenced, dat ze gebruikten om specifieke genen te identificeren die immuniteit tegen deze gifstoffen kunnen verlenen.
Ze hebben ook de genomen van 150 museumexemplaren – sommige meer dan een eeuw oud – gesequenced om te bepalen waar de bella-motten en hun naaste verwanten vandaan kwamen. Ten slotte doorzochten ze genetische gegevens op zoek naar aanwijzingen die konden helpen verklaren hoe de ingewikkelde vleugelpatronen van bella-motten in de loop van de tijd evolueerden - het eerste onderzoek naar motten of vlinders dat dit deed met behulp van droge exemplaren uit museumcollecties.
"We zijn erin geslaagd om aan te tonen dat je museumspecimens kunt gebruiken om genetische vragen te beantwoorden waarvoor normaal gesproken ingewikkelde laboratoriumtechnieken nodig zijn", zegt co-auteur Andrei Sourakov, collectiecoördinator bij het McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity van het Florida Museum of Natural History. "Dit opent een venster voor toekomstig onderzoek van dit soort."
Sourakov bestudeert al vijftien jaar bella-motten en zei dat het sequencen van het genoom van deze soort de natuurlijke volgende stap was in het onderzoek dat hij tot nu toe heeft uitgevoerd. Veel van de inzichten die hij in die tijd opdeed, kwamen voort uit zijn werk met studenten en middelbare scholieren, die hij hielp bij het uitvoeren van korte experimenten, het analyseren van gegevens voor wetenschapsbeurzen en het interpreteren van de resultaten in peer-reviewed artikelen.
In één zo'n project probeerde een student de gemiddelde levensduur van volwassen bella-motten te bepalen en stuitte per ongeluk op de Methusalem van de mottenwereld.
"Tot onze grote verrassing kunnen ze wel vijftig dagen leven, wat vier tot vijf keer langer is dan de gemiddelde nachtvlinder", aldus Sourakov.
Een lang leven is bij de meeste mottensoorten geen kritisch belangrijke eigenschap. Velen broeden één keer en sterven kort daarna, hetzij door veroudering of door predatie. Maar bella-motten worden niet beperkt door dit laatste, waardoor het waarschijnlijker wordt dat genen die een langere levensduur garanderen, gunstig zullen zijn en zullen worden doorgegeven aan de volgende generatie.
"Het is logisch dat iets dat chemisch wordt verdedigd langer leeft, want zelfs als ze worden gepakt, laat het roofdier meestal los en kan de mot blijven rondvliegen."
Bella-motten leven in een groot deel van oostelijk Noord-Amerika, Midden-Amerika en het Caribisch gebied en zijn vaak overdag actief. In plaats van de duisternis als lijkwade te gebruiken om roofdieren te ontwijken, maken bella-motten er een punt van gezien te worden. Hun vleugels zijn bekleed met stralend roze, parelmoer, onyx en zwavelgele schubben, die vogels en vleesetende insecten gemakkelijk vanaf een afstand kunnen zien. Elk roofdier dat de pech heeft een bella-mot te vangen, corrigeert snel zijn fout.
"Bananenspinnen zullen ze uit hun web snijden", zei Sourakov, eraan toevoegend dat wolfspinnen en vogels hun uiterste best zullen doen om ze te ontwijken. "Als ze worden gevangen, produceren ze een schuimige vloeistof die slecht smaakt en bijna volledig uit alkaloïden bestaat."
Wanneer ze klaar zijn om te paren, laten vrouwtjes een pluim van aerosol-alkaloïden vrij, afkomstig van de planten die ze als rupsen aten. Mannetjes worden aangetrokken door deze geur, die ze volgen tot aan de bron. Daar voeren ze een kort maar uitgebreid ritueel uit waarbij ze zachtjes het hoofd van het vrouwtje aanraken met twee donzige en intrekbare structuren die sterk op paardenbloemen lijken. Elk filament in deze structuren is doorspekt met pyrrolizidine-alkaloïden.
Als het vrouwtje besluit dat het mannetje over voldoende hoeveelheid en kwaliteit alkaloïden beschikt, zal het paar paren. Als hij klaar is, laat het mannetje een afscheidscadeau achter, een spermatafoor genaamd, dat sperma en meer alkaloïden bevat. Het vrouwtje zal dit en alkaloïden uit haar eigen voorraad gebruiken om de resulterende eieren van gifstoffen te voorzien. Dit soort tweeouderlijke eierbescherming bij insecten is zeldzaam. Toen de soort voor het eerst werd waargenomen in 1989 onder volwassen bella-motten, was het zelfs het enige bekende voorbeeld van een mannelijke mot of vlinder die chemische middelen in zijn nageslacht investeerde.
Bella-motten kunnen de nadelige gevolgen van pyrrolizidine-alkaloïden vermijden door een speciaal enzym te gebruiken dat het molecuul oxideert, waardoor het onschadelijk wordt. Als een roofdier echter een mot eet, wordt het proces omgekeerd en krijgt de alkaloïde zijn kracht terug.
Pyrrolizidine-alkaloïden zijn waarschijnlijk eerst geëvolueerd als een afweermechanisme in planten, dat vervolgens een handelsartikel voor motten werd. Sourakov en zijn collega's wilden weten hoe bella-motten dit ontgiftende enzym verkregen en hoe ze het in stand hielden tijdens een miljoenen jaren durende wapenwedloop tussen plant en mot.
De auteurs ontdekten dat bella-motten niet één maar twee kopieën hebben van het gen dat codeert voor hun unieke ontgiftende enzym. Mogelijk hebben ze de tweede verworven door een proces van genduplicatie, waarbij andere soorten, waaronder veel planten, nieuwe eigenschappen hebben ontwikkeld.
Ze vonden ook twee kopieën van een gen dat gedeeltelijk betrokken is bij de productie en verdediging van antioxidanten. Sourakov vermoedt dat deze genen verband kunnen houden met zowel het vermogen van bella motten om alkaloïden te ontgiften als met hun opmerkelijke lange levensduur.
“Bepaalde soorten stress op biologische systemen resulteren in een langere levensduur. Het zou kunnen dat de interactie die bella motten hebben met alkaloïden niet alleen de reden is waarom het voor hen zinvol is om een lang leven te leiden, maar ook een van de mechanismen erachter. "