Onderzoek met een geurtje

De koninginnen van bijen, wespen en mieren scheiden feromonen af die verhinderen dat werksters in de kolonie zich voortplanten. Annette Van Oystaeyen en haar collega’s ontdekten dat het bij de drie soorten om nagenoeg dezelfde stoffen gaat, die 145 miljoen jaar oud zijn. Het leverde hen eerder dit jaar een publicatie in Science op.

Terwijl de koningin zich voortplant, nemen de werksters allerlei taken op zich, zoals het grootbrengen van het nageslacht, voedsel zoeken en het nest bewaken. ‘De hoge mate van organisatie in zo’n kolonie vind ik erg fascinerend’, zegt Van Oystaeyen. ‘Er is zelfs een politiekorps dat werksters die toch eieren leggen, bestraft!’

De bijzondere levenswijze van zogenoemde eusociale dieren intrigeert biologen al lang, en plaatste hen voor een raadsel. Want in de evolutie draait het toch om het voortbrengen van nageslacht en het doorgeven van nuttige eigenschappen? Darwin noemde in The Origin of Species het bestaan van steriele werksters in insectenkolonies een ‘speciale moeilijkheid’ die hem ‘onoverkomelijk’ leek, en ‘fataal voor zijn theorie.’ Het zou nog honderd jaar duren tot het concept ‘inclusieve fitness’ ingeburgerd raakte: ook verwanten helpen kan ervoor zorgen dat genen aan de volgende generatie worden doorgegeven. Dat werksters driekwart van hun genen met elkaar delen maakt hun zelfopoffering minder onlogisch. ‘Op het einde van de rit is het voordeliger’, aldus Van Oystaeyen. ‘Werken voor een erg vruchtbare koningin levert uiteindelijk meer nageslacht, meer nieuwe kolonies en meer verspreide genen op.’

Productievere bijen

Van Oystaeyen stelde vast dat de koninginnen van de gewone aardhommel, de gewone wesp en de woestijnmier veel lange koolwaterstofketens produceren – grote moleculen die bestaan uit koolstofatomen met daarop waterstof gebonden. Toen ze die stoffen namaakte en verspreidde in kolonies zonder koningin, bleken ze de aanwezigheid van een koningin te imiteren en de voortplanting van werksters te verhinderen. Uit een analyse van eerdere studies bleek bovendien dat de koninginnen van 64 andere wespen-, bijen- en mierensoorten ook uitzonderlijk veel soortgelijke koolwaterstofketens produceren.

Het feromoon werd wellicht al 145 miljoen jaar geleden aangemaakt door een gemeenschappelijke, solitair levende voorouder van de bijen, wespen en mieren. ‘Hoe die er precies uitzag, en wat toen de functie van die stof was, is niet duidelijk’, zegt Van Oystaeyen. ‘Mogelijk was die voorouder een parasiet, die zijn eitjes legde in andere insecten. De stof kan een signaal zijn geweest om aan soortgenoten duidelijk te maken dat een insect al ‘bezet’ was. Een andere mogelijkheid is dat de stof diende om vruchtbaarheid te signaleren.’

Er blijven dus nog veel vragen onbeantwoord. ‘Daarom vind ik dit onderwerp zo interessant’, zegt Van Oystaeyen. ‘Er valt nog zoveel te onderzoeken en er worden voortdurend nieuwe theorieën gelanceerd.’

In een eerder gepubliceerde studie in het vakblad Animal Behaviour toonde Van Oystaeyen aan hoe koninginnen van de Braziliaanse bijensoort Melipona scutellaris in vreemde kolonies binnendringen om er de boel over te nemen. ‘Wellicht gebruiken ze feromonen om als koningin geaccepteerd te worden.’ Van Oystaeyen ontdekte dat de bijen vooral ‘s avonds laat hun kans wagen, als de wachters die indringers buiten moeten houden minder waakzaam zijn.

Van Oystaeyen en haar collega’s identificeerden ook een feromoon waarmee koninginnen hun eieren markeren. Waagt een werkster het toch een ei te leggen, dan zullen andere werksters het niet als een koninginnenei herkennen en opeten.

Inzicht in de chemische communicatie van eusociale insecten levert ook praktische toepassingen op. ‘Imkers zetten broedferomonen, die aangeven dat er nageslacht moet worden verzorgd, nu al in om bijen productiever te maken. Door die feromonen toe te dienen zullen ze meer uitvliegen, meer bestuiven en meer honing produceren. Ook het verstuiven van koninginferomonen, die werksters aantrekken, kunnen honingbijen ertoe aanzetten meer bloemen te bestuiven. En koninginnenferomonen zouden kunnen worden gebruikt om mieren in een vlak bij het nest geplaatste val te lokken.’

Hommelmicrobioom

Vandaag werkt Van Oystaeyen voor het Belgische bedrijf Biobest, dat zich toelegt op biologische gewasbescherming. Het verkoopt onder meer nuttige insecten die plagen onder controle houden en hommels die gewassen kunnen bestuiven. Hommels zijn daarvoor meer gegeerd dan bijen, onder meer omdat ze makkelijker te houden en minder agressief zijn en actief blijven bij slecht weer. De hommels worden ook ingezet als flying doctors, die stoffen verspreiden die het rotten van vruchten tegengaan.

‘Mijn huidige werk bevindt zich op de grens tussen fundamenteel en toegepast onderzoek, en dat vind ik ideaal’, zegt Van Oystaeyen. In samenwerking met de KU Leuven en de Universiteit Gent onderzoekt ze de micro-organismen in de darmen van hommels. ‘Bij honingbijen is al aangetoond dat bepaalde bacteriën een positief effect hebben op het immuunsysteem. We willen kijken of dat ook bij hommels het geval is, om een soort probiotica voor hommels te kunnen produceren.’

Daarnaast probeert ze artificieel voedsel voor hommels te ontwikkelen. ‘Vandaag krijgen die door honingbijen verzameld pollen voorgeschoteld, dat wordt gekocht bij imkers. Dat is duur en slecht voor de bijen: ze hebben het al moeilijk en hun pollen vervangen door een minderwaardig alternatief kan ze extra verzwakken. Helaas zijn pollen moeilijk na te bootsen.’

Van Oystaeyen weet niet hoeveel prikken ze in haar carrière al heeft geïncasseerd. ‘Veel. Vooral dan tijdens mijn scriptie, toen ik in en rond Leuven wespennesten heb verzameld om de chemische communicatie tussen wespen te bestuderen. Ik droeg weliswaar een beschermend pak, maar er is er altijd wel eentje die in het pak geraakt.’