Temperatuur bepaalt oogvlekken van Afrikaans vlindertje

De afgelopen 100 miljoen jaar hebben zich binnen de orde Lepidoptera (vlinders en motten) 15.000 verschillende vleugelpatronen ontwikkeld.

Wetenschappers uit Leiden, Madison (Wisconsin, VS) en Edinburgh onderzoeken al jaren de oogvlekpatronen van het Afrikaanse vlindertje Bicyclus anynana. Ze proberen de evolutie, ontwikkeling en genetica van deze oogvlekken te ontrafelen. De onderzoekers publiceerden een groot aantal resultaten in Nature (21 nov.). In een commentaarstuk wordt vooral de bijzondere combinatie van de vakgebieden geprezen.

B. anynana, die iedere twee tot drie maanden een nieuwe generatie voortbrengt, heeft zich op wonderlijk wijze aangepast aan de omstandigheden in Malawi. Van november tot mei regent het vaak en hevig in dit land. De temperatuur schommelt dan tussen de 23 en 28 graden Celsius, planten groeien weelderig. Rupsen die in deze periode opgroeien ontwikkelen zich tot druk rondfladderende vlinders met opvallende oogvlekken. Vanwege hun actieve gedrag zijn de vlinders een opvallende prooi voor hun belagers, vogels en hagedissen, die uitvallen naar de ogen van het insect. Juist door zijn opvallende tekening weet B. anynana zijn belagers vaak af te leiden van zijn meest kwetsbare lichaamsdelen, de kop en de romp.

Van mei tot november is het droog in Malawi. De temperatuur daalt tot zo'n 17 graden Celsius, bruine bladeren en kale takken bepalen het beeld van de vegetatie. Rupsen die dan opgroeien ontwikkelen zich tot vlinders met egaal bruine vleugels zonder tekening. Ze zitten bewegingloos tussen de bruine bladeren en vallen amper op voor hun predatoren.

Uit het gezamenlijk onderzoek blijkt hoe gevoelig B. anynana is voor omgevingsinvloeden. Onder invloed van de temperatuur maakt de rups bepaalde hormonen aan die op hun beurt bepaalde genen aanschakelen.

Het lijkt erop dat Bicyclus anynana over een speciale set genen beschikt die alleen betrokken zijn bij de ontwikkeling van oogvlekken. De onderzoekers schatten het aantal op minimaal vijf of zes genen. Bij het uitschakelen van een van die genen verdwenen sommige oogvlekken, andere 'smolten samen'. Maar het omliggende weefsel bleef zich normaal ontwikkelen.

Het onderzoek wees verder uit dat grootte, positie, aantal en kleur van de oogvlekken gedurende vier stadia wordt vastgelegd. Het proces begint vlak voordat de rups gaat verpoppen. In bepaalde gebieden in de huid van de rups wordt in een brede band cellen het gen Distal-less (Dll) afgelezen. Loodrecht op die band vormen zich smallere lijnen waarin hetzelfde gebeurt. De lijnen lossen vervolgens op, er blijven ronde vlekken over waarin Dll tot expressie komt. Tot op dit moment vertonen individuen van de natte- en droge-seizoensvorm geen verschillen.

Die treden 24 uur na verpopping op. De gebieden waar het Dll-gen wordt afgeschreven, zijn bij de individuen van de natte-seizoensvorm veel groter. Als zo'n grote vlek wordt getransplanteerd naar een ander deel van de vleugel ontstaat op die plaats een oogvlek.

Onderzoek aan andere vlinders bracht overeenkomsten in de genetische activiteit aan het licht. De monarchvlinder (Danaus plexippus) legt dezelfde brede band aan als B. anynanus waar het Dll-gen tot expressie komt. Maar de smalle lijnen ontbreken. De monarchvlinder ontwikkelt geen oogvlekken. Bij een andere vlinder, Precis coenia, ontstaan zowel de brede band als de smalle lijnen. Op twee van die lijnen ontstaan oogvlekken, de andere lijnen verdwijnen. De onderzoekers concluderen dat de evolutie van oogvlekpatronen zeer flexibel is. Veranderingen zijn snel door te voeren via kleine ingrepen in een klein aantal genen.

    • Marcel aan de Brugh