De grond is bezaaid met lijken, doodgeslagen door een dodelijke parasiet. Terwijl de lichamen woekeren met de groeiende spawn van de parasiet, beginnen ze te stinken en gloeien een helder elektrisch blauw. Uiteindelijk barsten ze open om de volgende generatie moordenaars te onthullen, die uit resten kruipen om hun volgende slachtoffer te vinden. Nee, dit is niet de volgende pandemische film: het is een alledaagse scène gevoed door een bacterie-worm-partnerschap. Nu proberen wetenschappers dit dynamische duo beter te begrijpen en er een commercieel product van te maken dat de boeren ten goede komt.
gerelateerde inhoud
- Hollywood heeft niets op deze levensechte Halloween-horrorshows
- Ik ben officieel verliefd op kakkerlakken
- Parasitaire wespen veranderen spinnen in zombiewevers
De beige, half millimeter lange nematode worm lijkt nauwelijks op een parasitaire bedreiging. Deze kleine kruipers brengen het grootste deel van hun tijd door met zwemmen door de grond, staan af en toe op hun staart en steken hun kleine kopjes door het oppervlak. Maar echt, ze wachten gewoon hun tijd af. Zodra ze aanvoelen dat een nietsvermoedend insect op het punt staat voorbij te sjokken, lopen ze in een hinderlaag. Een nematode kan als een kanonskogel uit de grond schieten en zichzelf tot 10 centimeter uitsteken om zijn ongelukkige prooi te infecteren.
Nadat hij op een slachtoffer is geland, kronkelt de nematode de ingewanden van het insect in via elke opening die hij kan vinden, of baant hij zich een weg door een speciale tand te gebruiken. Deze parasiet is zo klein dat het slachtoffer niets voelt. Maar de worm draagt een dodelijk wapen in zijn darm, wachtend op uitbraken: de bacterie Photorhabdus luminescens . De gifstoffen die deze bacterie produceert, zijn zo krachtig dat 10 cellen een insect in slechts 24 uur kunnen doden. De bacteriën geven ook chemicaliën af die voorkomen dat het lijk uiteenvalt, zodat de nematoden altijd een verse maaltijd hebben om op te snacken. Zie het als de ultieme bed and breakfast.
De nematoden eten hun vulling gedurende ongeveer twee weken, of totdat ze gastheer-burst capaciteit hebben bereikt. Daarna exploderen ze door het lijk in de grond, in een live-actieversie van de scène uit Tim Burton's Nightmare Before Christmas, wanneer Oogie Boogie uit zijn voegen ontrafelt om een kronkelende kolonie insecten te onthullen. Op weg naar de gebruikte gastheer herlaadt elke nematode hun dodelijke bacteriële arsenaal door een paar Photorhabdus- cellen op te slokken . Dan zijn ze terug op jacht om hun volgende slachtoffer te vinden.
Wat de nematoden en hun bacteriële helpers niet willen, is dat een roofdier hun geliefde lijk thuis pakt voordat ze de kans hebben gehad om hun levenscyclus te voltooien. En buiten in je tuin is het een honden-eet-hondenwereld: grotere insecten, kleinere insecten met grote eetlust zoals mieren, of zelfs vogels op zoek naar een maaltijd willen allemaal een hulpeloos insectenlichaam sjouwen voor voedsel. Dat is waar die bacteriële sidekicks weer in het spel komen.
Photorhabdus stopt niet bij het doden van de insectengastheer, zodat de nematode kan eten en baby's ongehinderd kan maken. Ze veranderen ook het lijk in een luguber spektakel dat zou kunnen werken als een verdedigingsstrategie. Ten eerste scheiden de bacteriën chemicaliën uit die het insectlichaam baksteenrood maken, een veel voorkomende waarschuwing voor insecten die zegt: "Eet me niet op! Ik ben vies! '
Voor roofdieren die niet zo visueel onderscheiden zijn, stoten de bacteriën ook een vreselijke stank uit. Hoe vreselijk? "Ze ruiken echt slecht, " zegt Rebecca Jones, een docent in populatiegenetica aan de Universiteit van Liverpool, die dit nematode-bacterieduo bestudeert. "Het ruikt niet naar iets dat rot of rot." In plaats daarvan, zegt ze, ruiken ze naar pyrazine, een organische stof waarvan entomologen weten dat ze alarmbellen voor insecten veroorzaken. Tegen degenen die geen bug-experts zijn, zegt Jones: "Het lijkt een beetje op amandelen."
Alsof dat niet genoeg was, als laatste aanraking, de bacteriën bioluminescentie van binnenuit, waardoor hun prooi oplicht als een gloeiende blauwe papieren lantaarn.
Dit wasmotmotje bevat duizenden nematoden, die met hun bacteriële partners zijn uitgebarsten om hun volgende slachtoffers te zoeken. (Peggy Greb, USDA Agricultural Research Service) Maar is dit niet allemaal een beetje overdreven? Jones denkt dat het allemaal deel uitmaakt van een gezamenlijke inspanning om zo bizar onsmakelijk mogelijk te zijn, zodat de nematoden veilig blijven en binnen bezig zijn. "Onze hypothese is dat ze een scala aan verdedigingen hebben om de parasitaire kolonie te beschermen tegen predatie door een hele reeks verschillende roofdieren, " zegt Jones, die eerste auteur is van een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Animal Behaviour dat probeert te plagen afgezien van deze verdedigingsstrategieën.
"Door twee, of drie, of zelfs vier signalen samen te combineren, creëert dat misschien een betere bescherming voor de parasitaire gemeenschap", zegt ze.
Om de puzzel te ontwarren, riep ze de hulp in van een paar vogelroofdieren: wilde koolmezen, die uit een regio van Finland komen waar de nerode Heterorhabditis meestal niet wordt gevonden. Dit was belangrijk, omdat de vogels geen vooroordelen hadden over hoe deze insecten eruit zouden moeten zien of ruiken, waardoor ze de ideale proefpersonen zijn.
Voor haar experimenten presenteerde Jones afzonderlijk 30 koolmezen met een selectie van acht larvenwaswormen die ze met nematoden had besmet. Het experiment was bedoeld om te bepalen of kleur, geur of een combinatie van beide het sterkste afschrikmiddel was. In de proeven met alleen geur gebruikte ze niet-geïnfecteerde, normale witte waswormen in een schaal, met stinkende, geïnfecteerde wormen eronder verborgen. Om alleen de kleur te testen, stopte ze rode, geïnfecteerde wormen in een heldere, voor geur ondoordringbare container en telde ze hoe vaak de vogels ze probeerden te pikken.
"Het meest verrassende wat we zagen was dat het niet de combinatie van strategieën was die het beste werkte", zegt Jones. Hoewel een rode waarschuwingstoon en een vreselijke geur beide onafhankelijk van elkaar werkten, was het samen gebruiken niet zo effectief als het ging om het vermijden van de dood door koolmezen. Het bleek dat de vogels het meest afkerig waren van het eten van gewone oude stinkende insecten. "Het hebben van geur alleen overschaduwde zelfs de kleur- en geurproeven die we deden", zegt Jones.
Wetenschappers vermoedden dat het geurgezicht van de bacteriën "als een leegstandsignaal in een motel was en zei:" Eet me niet op, ik ben verschrikkelijk ", zegt Richard Ffrench-Constant, professor in de moleculaire natuurlijke geschiedenis bij de universiteit van Exeter die niet bij het onderzoek betrokken was.
Deze resultaten tonen een krachtig voorbeeld van symbiose in actie. De bacteriën kunnen niet zelfstandig overleven in het wild; ze hebben de nematode nodig om ze van het ene insect naar het andere te transporteren. Omgekeerd heeft de nematode de bacteriën nodig om de gastheer te doden en te voorkomen dat deze wordt opgegeten. Ffrench-Constant beschouwt dit als weer een fascinerend voorbeeld uit het ontluikende veld van microbioomwetenschap. "We zijn op het puntje van een grote ijsberg" als het gaat om dit specifieke bacteriële partnerschap, zegt hij. "Er is zoveel over deze bugs dat we niet begrijpen."
Hoewel nematoden boven de grond kunnen aanvallen, doden ze het grootste deel van hun leven onder het oppervlak, verplaatsen ze zich in pakketten onder het oppervlak en volgen ze hun prooi door chemische signalen. Om die reden, zegt Ffrench-Constant, zouden de afweerstrategieën van de bacterie beter zijn aangetoond met behulp van mieren in plaats van vogels. "Ik kan mezelf er niet van overtuigen dat wanneer deze dingen je waxwormen doden, het tieten zullen worden die de grote roofdieren worden", zegt hij.
Andere mysteries zijn er in overvloed. Bijvoorbeeld, de chemische verbindingen die door deze bacteriën in duizenden worden uitgescheiden, en onderzoekers hebben nog steeds geen idee waarvoor ze worden gebruikt. "Nou crikey, " zegt Ffrench-Constant, "Als deze chemische stof mieren afstoot of vogels afstoot, wat doen de andere 999 dan?"
Hoewel er nog veel te begrijpen valt, hebben boeren al geprofiteerd van dit krachtige, verkleinwoord duo. Boeren kunnen vaten van nematoden kopen om in hun velden te spuiten als een alternatief voor chemische bestrijdingsmiddelen, dankzij onderzoekers die efficiënte manieren bedenken om deze insecten in het laboratorium in massa te produceren. De nematoden zijn zelfs gebruikt om de sinaasappels in Florida te redden van de ondergang van de hongerige onderkaken van de citrusvruchtenkever.
Zowel boeren als tuinders beginnen eindelijk in te halen wat de planten al die tijd al weten. Hoewel Jones haar nematoden niet uit het lab heeft meegenomen voor buitenschoolse experimenten - haar flat in Liverpool heeft geen tuin - predikt ze nog steeds het parasitaire nematoden-evangelie. Ze zegt: 'Ik heb het mijn opa verteld en hij is erop uit geweest om wat te kopen en al zijn vrienden te vertellen. Ze zijn een kleine nematoden tuiniersgemeenschap. '
