De geelwesp heeft een reputatie als Britse picknickinbreker Denis Vesely/Shutterstock
Het is lente in Engeland. De narcissen staan in volle bloei. Een koningin-wesp (Vespula) komt uit je hok, versuft door de winterslaap en hongerig naar nectar. Ze begint een papieren nest te bouwen waarin ze een familie zal grootbrengen. Het zal een grote familie worden. Maar voorlopig werkt ze alleen.
Wespen zijn slecht bestudeerd in vergelijking met andere sociale insecten, zoals bijen en mieren. Maar wespengemeenschappen zijn een fascinerend voorbeeld van een sociaal insect (een insect dat in een groep leeft) omdat hun samenlevingen zo gevarieerd zijn. Door hun genetische samenstelling te vergelijken met die van andere sociale insecten kunnen we beter begrijpen hoe dierlijke samenlevingen zijn ontstaan.
Mijn team sequentieerde de genen die betrokken zijn bij sociaal gedrag van negen wespensoorten om te onderzoeken wat een koningin (of een werkster) maakt. Wat we vonden is een uitdaging voor een populaire wetenschappelijke opvatting over de moleculaire machinerie die insectensamenlevingen tot stand brengt.
De gedeelde taakverdeling, in de vorm van kasten van koninginnen en werksters, is het geheim van het succes van alle sociale insecten. Bij de Hymenoptera – dat zijn bijen, wespen en mieren – zijn de kasten minstens acht keer onafhankelijk geëvolueerd.
Als haar eerste broedsel uitkomt, wordt de geelkeel koningin een toegewijde eierproducent. Haar werksters nemen het uitbreiden van het nest en het zoeken naar prooi voor de baby’s over. De werksters zullen nooit koningin worden. Zoals weefsels in je lichaam verdelen de koningin en haar werksters de taken van de samenleving onder elkaar: naadloze samenwerking tussen twee vormen van wespen.
Vespula vulgaris – gewone geelwesp. Voorjaarskoninginnen bouwen alleen een nest. CC BY SA Frank Hornig.
Socialiseren dat komt met een angel
In andere samenlevingen daarentegen, zoals bij de Metapolybia wespen in Trinidad, gaan veel koninginnen en werksters samen op zoek naar een nieuwe nestplaats. De zwerm kiest een boomstam en begint een papierachtig nest te bouwen dat lijkt op een koeienvlaai.
Voorlopig zijn er veel koninginnen en veel werksters, maar na een paar weken groeit het nest en heerst er één koningin. Wetenschappers weten niet hoe de koningin wordt gekozen, maar degenen die het niet halen doen dienst als werksters. Jonge werksters van Metapolybia zijn “totipotent”, wat betekent dat ze koningin kunnen worden als de inwonende koningin sterft. Oudere werksters hebben echter een vorm van insecten “menopauze” doorgemaakt en kunnen zich niet voortplanten.
Andere wespensamenlevingen zijn eenvoudiger. Neem de Polistes papierwespen die leven langs de oevers van het Panamakanaal, waar hun nesten als de zolen van oude schoenen aan bomen, bruggen en huizen hangen. Tientallen kastanjelijven zitten op een nest: elk vrouwtje is totipotent, maar slechts één wesp is tegelijk koningin. Als de koningin sterft, breekt de hiërarchie af en vechten ze venijnig om haar te vervangen.
Polistes canadensis nest, uit Panama.
Dankzij de vooruitgang in de moleculaire biologie weten we nu dat koninginnen en werksters in insectensamenlevingen verschillende uitdrukkingen zijn van hetzelfde genoom (de hele set DNA-instructies die zich in een cel bevindt). De fysiologische en gedragsmatige verschillen waardoor de kasten hun specialistische taken kunnen uitvoeren, komen doordat de gedeelde genen van de kolonie verschillend worden geactiveerd. Honderden genen scheiden koninginnen van werksters bij de honingbij. Sommige van dezelfde genen scheiden kasten bij vuurmieren, hommels en papierwespen. Er is een gedeelde sociale gereedschapskist.
Dat dachten wetenschappers tenminste.
Wat we geleerd hebben
Een probleem is dat het vergelijken van gegevens tussen verschillende soorten, methoden en laboratoria lastig is. Je vergelijkt niet hetzelfde voor hetzelfde. Onderzoekers hebben de neiging zich te concentreren op een paar populaire soorten en verschillende laboratoria kunnen op verschillende manieren resultaten genereren. Het is moeilijk om datasets te vergelijken omdat men gemakkelijk in de val trapt van het uitkiezen van de genen die men verwacht te zien in een sociale toolkit voor de “usual suspects”.
Mijn team bekeek het grotere geheel. We sequencede de genen geactiveerd in de hersenen van negen genera (biologische klassen) van sociale wespen van over de hele wereld, waaronder vertegenwoordigers van enkele van de eenvoudigste en meest complexe samenlevingen bekend in het dierenrijk. Wij richtten ons op de hersenen omdat verschillen in de activatie van het hersengenoom bepalend zijn voor gedrag zoals foerageren, paren en nestbouw, en voor de fysiologie, zoals de productie van eieren. Ook hebben we voor al onze soorten dezelfde bemonsterings- en sequencingtechnieken gebruikt.
We gebruikten kunstmatige intelligentie (AI) omdat computers beter zijn in het herkennen van patronen dan mensen, omdat ze complexere patronen sneller kunnen verwerken. Ze zijn ook objectiever. De computer werd getraind om kasten te herkennen. Vervolgens vroegen we hem monsters in te delen als koninginnen of werksters, gebaseerd op de patronen van welke genen geactiveerd waren in een monster.
Als de hypothese van de sociale gereedschapskist juist was, zouden we bij alle soorten gedeelde activeringsprofielen voor koninginnen en werksters moeten zien.
De machines vonden hiervoor enig bewijs. Uit meer dan 5.000 orthologe genen (genen die door alle soorten worden gedeeld) identificeerde de computer correct koninginnen en werksters voor zeven van de negen soorten. Intrigerend is dat de resultaten laten zien dat koninginnen worden gekenmerkt door meer inactieve genen dan werksters, misschien omdat werksters een breder repertoire aan taken uitvoeren, terwijl koninginnen gespecialiseerd zijn in het leggen van eieren.
Maar ook de complexiteit van een samenleving is van belang. Onze AI-methoden toonden aan dat de gedeelde moleculaire gereedschapskist het basisrecept levert dat voldoende is voor eenvoudigere samenlevingen. Maar aanvullende moleculaire processen zijn nodig voor de meer complexe samenlevingen. Vooral die welke superorganismen zijn, zoals de geelwespen.
De machinerie die nodig is om een totipotente papierwesp werknemer te maken is niet noodzakelijk dezelfde als die welke nodig is om een levenslange toegewijde steriele geelwesp werknemer te maken.
Onze resultaten toonden aan dat de moleculaire gereedschapskist voor sociaal leven complexer is dan eerder gedacht. Uit de studie van mijn team bleek dat het type kolonie van invloed is op de manier waarop de evolutie sleutelt aan de bouwstenen van het leven om samenlevingen te creëren.
De levensgeschiedenis maakt dit nog ingewikkelder. Of een soort alleen nieuwe nesten bouwt (zoals de geeloog) of met een zwerm van andere koninginnen en werksters (zoals Metapolybia) kan ook de sociale gereedschapskist beïnvloeden.
Het beperken van onze wetenschappelijke focus tot een paar populaire soorten heeft ons een oogklep gegeven op het grote experiment van de evolutie: samenlevingen. De overgang van eenvoudige groepen (zoals de papierwesp) naar de zeer complexe machines van de superorganismen (zoals de geelkeelduiker) vereist wellicht een fundamentele verschuiving in de moleculaire machinerie. Zoals bij alle grootste uitdagingen in het leven is innovatie de sleutel tot succes.
Seirian Sumner ontvangt financiering van de Natural Environment Research Council (NERC). Zij is medewerker van het University College London. Haar boek Endless Forms: Why We Should Love Wasps, wordt op 30 maart 2023 door William Collins in paperback uitgegeven. Het onthult de volledige diversiteit van wespen, solitair en sociaal, en wil lezers helpen de vele voordelen die wespen bieden aan onszelf en onze planeet te waarderen.
