Bij veel soorten zijn speciale eigenschappen in de voelspriet, die het mannetje gebruikt om deze geurstoffen waar te nemen, verantwoordelijk voor hun keuze. Bij de Europese maisboorder (Ostrinia nubilalis) echter lijken variaties in de hersenen van het mannetje zijn keuze te bepalen tussen twee soorten beschikbare vrouwtjes. Dat is de conclusie van onderzoek uitgevoerd door een internationaal team van de Universiteit van Amsterdam (UvA), de Zweedse Universiteit voor Landbouwwetenschappen en het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie. Het team publiceerde zijn resultaten in de nieuwste editie van Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Een partner ruiken

Vrouwtjesmotten produceren een geslachtsferomoon, een cocktail van chemische stoffen die per soort verschilt, waarmee ze mannetjes al op grote afstand aantrekken. Mannetjes nemen deze chemische stoffen waar met extreem gevoelige haarachtige structuren in de voelspriet. Deze haren bevatten gespecialiseerde neuronen, zenuwcellen met feromoonreceptoren, die worden geactiveerd zodra ze zich binden aan afzonderlijke feromooncomponenten. Verschillende soorten motten hebben verschillende feromoonreceptoren, en omdat ze in staat zijn om vrouwtjes van dezelfde soort uiterst nauwkeurig te ruiken worden de mannetjes niet aangetrokken tot andere vrouwtjes. Het oplossen van het vraagstuk waarom een bepaalde feromoonreceptor uitsluitend wordt geactiveerd door een bepaalde chemische stof, vormde in het verleden vaak de aanleiding voor onderzoek. De Europese maisboorder vroeg echter om een andere aanpak.

Het zit 'm in de hersenen

De Europese maisboorder gebruikt een simpel feromoon met slechts twee isomere verbindingen die identiek zijn, behalve bij de oriëntatie van een dubbele binding. De twee ‘feromoonstammen’ van deze soort produceren de isomeren in verschillende verhoudingen. Vrouwtjes van de E-stam maken voornamelijk het E-isomeer aan met sporen van het Z-isomeer, dat uiterst aantrekkelijk is voor mannetjes van de E-stam. Vrouwtjes van de Z-stam geven de tegenovergestelde verhouding af, waarmee ze mannetjes van de Z-stam aantrekken. In beide gevallen zijn de twee componenten absoluut noodzakelijk voor aantrekking en mannetjes van beide stammen kunnen ze allebei ruiken, met dezelfde of vergelijkbare voelsprietstructuren en feromoonreceptoren. Welk verschil tussen E- en Z-mannetjes kan dan hun verschillende voorkeuren verklaren?

Door de E- en de Z-stammen te kruisen in het laboratorium en het gen in kaart te brengen dat verantwoordelijk is voor de voorkeur van het mannetje, ontdekten de onderzoekers dat de feromoonreceptoren nauwelijks tot geen effect hadden. Daarentegen verklaarde een chromosomaal gebied met genen die betrokken zijn bij de neuronale ontwikkeling grotendeels de reactie van het mannetje. Dit onverwachte resultaat sluit aan bij eerder onderzoek waaruit bleek dat bij E- en Z-mannetjes verschillende verbindingen bestaan tussen de neuronen met feromoonreceptoren en de hersenen. Dit wijst erop dat vrouwtjes van de E- of de Z-stam voor zowel E- als Z-mannetjes hetzelfde ruiken, terwijl hun voorkeuren niet door hun neus worden aangestuurd, maar door hun hersenen.

Moleculaire mechanismen

Volgens Fotini Koutroumpa, hoofdauteur en onderzoeker aan het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica (IBED) van de UvA, wijzen de resultaten in de richting van toekomstig onderzoek naar het minuscule maar complexe mottenbrein, dat inzicht moet geven in hoe de verschillende feromoonsystemen van duizenden mottensoorten in de loop van de evolutie zijn veranderd. ‘De ontdekking dat nieuwe moleculaire mechanismen kunnen worden onderzocht aan de hand van het reukvermogen van insecten is niet alleen essentieel voor de evolutiebiologie, maar ook voor plaagbestrijding, vooral met de onlangs ontwikkelde technologie voor genoombewerking (CRISPR), aldus Koutroumpa.’

Publicatiegegevens

Fotini A. Koutroumpa, Astrid T. Groot, Teun Dekker, David G. Heckel (2016). ‘Genetic mapping of male pheromone response in the European Corn Borer identifies candidate genes regulating neurogenesis’ in: Proceedings of the National Academy of Sciences. Doi:10.1073/pnas.1610515113