Een bizarre manier van voortplanten die bij hazewindmieren is ontdekt, resulteert in mannetjes die twee verschillende sets DNA in verschillende delen van hun lichaam hebben.
De meeste mannelijke hazewindmieren (Anoplolepis gracilipes) dragen twee aparte sets DNA, afkomstig van sperma- en eicellen waarvan het genetisch materiaal na de bevruchting niet samensmelt zoals gebruikelijk. Dit betekent dat de mannetjes chimeren zijn: individuen waarvan sommige delen van het lichaam de ene set genen dragen, en andere delen een andere. De vrouwelijke nakomelingen van de mannetjes ontwikkelen zich tot werksters of koninginnen, afhankelijk van het DNA in de zaadcel die wel met de eicel versmelt.
Deze onverwachte ontdekkingen, die een vijftien jaar oud mysterie over de genetica van het insect oplossen, onthullen een wijze van voortplanting die tot nu toe ‘onbekend was voor de wetenschap’, aldus evolutiebioloog Hugo Darras van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz in Duitsland, eerste auteur van een artikel in Science.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Klonale voortplanting
‘Er waren veel gekke hypotheses om te verklaren wat er bij deze mieren gebeurde, maar geen enkele was zo gek als wat wij ontdekt hebben’, zegt hij. Mieren planten zich gewoonlijk voort door seksuele voortplanting, waarbij het sperma van een mannetje het eitje van een vrouwtje bevrucht, of door klonale voortplanting, wat betekent dat de koningin nakomelingen produceert zonder genen van een tweede ouder.
Over het algemeen komen mannetjes voort uit onbevruchte eitjes en vrouwtjes uit bevruchte eitjes. Meestal zijn koninginnen genetisch gelijk aan werksters in dezelfde kolonie, maar ze ontwikkelen zich tot koninginnen omdat ze speciale zorg en voeding krijgen.
Hazewindmieren
In 2007 bestudeerden wetenschappers het genoom van hazewindmieren, en ontdekten tot hun verbazing dat de mannetjes een gemengde genetica hadden, alsof ze twee ouders hadden. Zes jaar later ontdekte een ander team dat alle koninginnen in een kolonie afstammen van dezelfde genetische lijn, en dat hun werksters allemaal afstammen van een andere, tweede lijn.
Geïntrigeerd door dit raadsel hebben Darras en zijn collega’s het DNA van 53 hazewindmierenkoninginnen en 91 werksters uit 14 plaatsen in Zuidoost-Azië gesequenced. De koninginnen waren ingeteeld, maar de werksters hadden een veel grotere genetische diversiteit, zegt hij. Met andere woorden, het leek alsof de koninginnen geboren waren uit ouders van dezelfde afstammingslijn, terwijl de werksters waren geboren uit ouders van verschillende afstammingslijnen, ook al kwamen de mannetjes die ze verwekten allemaal uit dezelfde kolonie.
In de veronderstelling dat dit betekende dat de kolonies twee lijnen van mannetjes bevatten, verzamelden de onderzoekers vervolgens 574 mannetjes uit dezelfde kolonies als de koninginnen en werksters en sequenceten ze het DNA in hun poten. Zij ontdekten tot hun verbazing dat sommige mannetjes een genetische lijn leken te delen met de koninginnen, terwijl de andere nauwer verwant leken met de werksters.
Bevruchte eieren
Dat zou logisch zijn geweest als de mannetjes uit bevruchte eieren waren voortgekomen, zegt Darras, want dat zou betekenen dat ze net als mensen twee kopieën van elk chromosoom hadden: een van elke ouder. Maar uit de analyse van team bleek dat ze, zoals de meeste mannetjes van mieren, bijen en wespen, slechts één kopie van elk chromosoom hadden, en dus leken voort te komen uit onbevruchte eitjes.
Perplex testte het team vervolgens het DNA van individuele cellen van twintig van de mannetjes. Zij ontdekten dat binnen hetzelfde individuele insect ruwweg de helft van de cellen genen van de ene lijn bevat, en de andere helft genen van de andere lijn. Specifiek kijkend naar spermacellen, ontdekte het team dat een lijn, de afstammingslijn die leidde tot werksters, veel talrijker was dan de andere.
Twee sets chromosomen
Verdere analyse wees uit dat de twee afstammingslijnen in deze mannetjes afkomstig waren van twee ouders, wat betekent dat de mannetjes voortkwamen uit bevruchte eitjes. Maar in tegenstelling tot bij de vrouwtjes, versmolt de kern van het eitje niet met de kern van het sperma. De mannetjes eindigden dus met twee verschillende sets chromosomen, die in verschillende delen van het lichaam werden gedragen.
De onderzoekers beseften dat de overgrote meerderheid van de mannetjes van de hazewindmieren waarschijnlijk chimeren zijn, en dat de DNA-monsters van de poten van de insecten dus alleen het genetisch materiaal van die specifieke poot lieten zien, aldus Darras.
Zelfzuchtige genen
De mieren kunnen zo’n bizar voortplantingssysteem hebben ontwikkeld vanwege een oud conflict tussen afstammingslijnen, vermoedt hij. Als de werkster-producerende lijn altijd steriele wijfjes creëert wanneer het ei en het sperma versmelten, dan kan die lijn zijn overleving over generaties verzekeren als hij in een eitje terecht kan komen zonder versmelten. Het wordt dan een ‘zelfzuchtige’ afstammingslijn door de primaire DNA-lijn te worden in het sperma van vruchtbare mannetjes.
’Maar dit is slechts speculatie’, zegt Darras, ‘We beginnen dit nog maar net te begrijpen.’
