De evolutie van veeteelt door mieren

Sommige mieren doen aan veeteelt. Zo houdt de gele weidemier wortelbladluizen in zijn nest om ze op te eten en te kunnen leven van de honingdauw die deze luizen afscheiden. Aniek Ivens onderzocht hoe een dergelijke samenwerking evolutionair ontstaat. Zij ontdekte drie eigenschappen die bijdragen aan een succesvolle samenwerking: de dieren die ‘gehouden’ worden zijn genetisch vrijwel identiek, verspreiden zich nauwelijks en planten zich klonaal voort. Ivens promoveert met dit onderzoek op 23 november 2012 aan de Rijksuniversiteit Groningen.

Aniek Ivens vergelijkt de samenwerking tussen de mieren en luizen met de samenwerking tussen de mens en melkkoeien. ‘De gele weidemier leeft van de honingdauw die de wortelbladluis produceert en eet bovendien de luizen op, als eiwitbron. In ruil voor die voedingsstoffen bouwen de mieren kamers voor de luizen en beschermen ze tegen rovers. De wortelbladluis is in de loop van de tijd zo geëvolueerd dat hij niet meer buiten een mierennest kan overleven.’ Eerder onderzoek aan de Rijksuniversiteit Groningen wees al uit dat deze samenwerking niet alleen gunstig is voor de mieren en de luizen, maar ook de plantengroei in de buurt van de nesten beïnvloedt.

Stabiele samenwerking

De samenwerking tussen gele weidemieren en wortelluizen is maar een van de vele voorbeelden van samenwerking – mutualisme - in de natuur. Zo zijn er andere mieren die schimmels kweken en zijn er in de zee tal van samenwerkingen tussen organismen te vinden. Ook de samenwerking tussen de mens en zijn darmflora en tussen mensen en hun vee zijn voorbeelden van mutualisme.

Evolutie

‘Wetenschappers hebben al ontdekt dat mutualisme heel belangrijk is voor de stabiliteit en veerkracht van een ecosysteem’, vertelt Ivens. ‘Over de evolutie van mutualisme is echter nog heel weinig bekend.’ Als je de gewone regels van evolutie volgt, dan zou je denken dat de sterkste soort uiteindelijk misbruik gaat maken van de ander. Dan zou die soort een parasiet worden. Talloze voorbeelden van mutualisme bewijzen echter dat deze theorie niet altijd op gaat. ‘Met mijn promotieonderzoek heb ik geprobeerd het mechanisme van die evolutie beter te begrijpen,’ zegt Ivens. Zij deed daartoe veldwerk, gevolgd door onderzoek naar genetische verwantschap. Daarnaast gebruikte zij computermodellen.

Schiermonnikoog

Het onderzoek van Ivens begon op Schiermonnikoog. Daar verzamelde ze drie soorten wortelbladluizen uit nesten van de gele weidemier. In een laboratorium in Kopenhagen onderzocht zij de genetische samenstelling van deze luizen. Daaruit bleek dat de wortelbladluizen zich vooral voortplanten door klonen en zich vrijwel niet verspreiden buiten een nest. ‘Hieruit blijkt dat mieren vooral aan monocultuur doen: ze houden vee dat tot één kloon behoort en dat zich snel vermenigvuldigt. Maar meestal hebben ze in een aparte kamer wel een andere kloon of soort achter de hand.’ Die lage diversiteit, geringe verspreiding en klonale voortplanting is ook bij andere mutualismen gevonden. Waarschijnlijk is dat dus een voorwaarde voor co-evolutie en is anders het samenwerkingsverband niet stabiel.

Kost en inwoning

Met behulp van een computermodel bootste Ivens de samenwerking tussen twee bacteriesoorten na. ‘Van te voren hadden we het idee dat samenwerking binnen een soort alleen evolueert als iedereen blijft zitten waar hij zit en goed met elkaar blijft samenwerken.’ Het computermodel liet echter iets heel anders zien. ‘We zagen juist dat organismen uit een populatie weggaan als de samenwerking goed gaat. Ze zoeken dan een populatie op die slechter samenwerkt en profiteren daar van het voordeel dat zij in hun eerdere ‘goede’ populatie hadden genoten.’ Een andere conclusie die Ivens uit het computermodel trok was dat samenwerking succesvol is als de verhouding tussen de kosten en baten van de samenwerking laag is. Bij de wortelbladluis is dat zeker het geval. De bladluis produceert honingdauw als bijproduct. Het feit dat de mieren dit opeten is voor de bladluis niet nadelig. Terwijl de bladluis er kost en inwoning voor terugkrijgt. Dat lijkt de ideale omstandigheid om een goede samenwerking te kunnen opbouwen.

Curriculum vitae

Aniek Ivens (Heerlen, 1983) studeerde af in de biologie aan Wageningen Universiteit en in de evolutiebiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen (beide cum laude). Zij verrichte haar promotieonderzoek aan de Faculteit voor Wiskunde en Natuurwetenschappen van de RUG. Het onderzoek was een samenwerkingsverband tussen de onderzoeksgroep Theoretische Biologie aan de RUG en het Centre for Social Evolution van de Universiteit van Kopenhagen. Ivens is momenteel werkzaam als deelneemster aan de Nationale Denktank 2012, waar ze meedenkt over het verduurzamen van de voedselketen in Nederland. Binnenkort start zij aan The Rockefeller University (NYC, VS) een vervolgonderzoek op haar promotieproject.

Noot voor de redactie

-       Meer informatie: Aniek Ivens, e-mail a.b.f.ivens rug.nl , a.ivens nationale-denktank.nl

-       Gele weidemier melkt honingdauw van een wortelluis: filmpje