Voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd een dier dat zich gewoonlijk seksueel voortplant, maagdelijk te laten voortplanten. En dat levert nieuwe inzichten op in dit nog altijd raadselachtige fenomeen.
De meeste dieren planten zich seksueel voort. Dit houdt in dat een vrouwelijke eicel door een mannelijke spermacel wordt bevrucht. Maar er is nog een andere manier om nakomelingen op de wereld te zetten, namelijk door middel van parthenogenese (maagdelijke voortplanting). De fruitvlieg Drosophila melanogaster is daar echter nog nooit op gesnapt. Tot nu. Want onderzoekers laten in een nieuwe studie zien dat maagdelijke voortplanting af te dwingen valt.
In de afgelopen twee decennia zijn er steeds meer dieren ontdekt die zich maagdelijk kunnen voortplanten, een fenomeen dat ook wel parthenogenese wordt genoemd. In dit geval delen de eitjes van het vrouwtje zich spontaan zonder dat ze zijn bevrucht door een mannetje. De nakomelingen zijn geen exacte klonen van hun moeder, maar lijken er wel sprekend op. Bovendien komen er ook altijd dochters uit voort. Wandelende takken en bladluizen, maar ook goudvissen regelen op deze manier een groot deel van hun voortplanting. Daarnaast zijn er tevens hagedissen, slangen, kraakbeenvissen, haaien en zelfs meerdere soorten vogels (zoals de condor) op deze bijzondere voortplantingstactiek betrapt.
Maagdelijke voortplanting is zeldzaam onder dieren die zich normaal gesproken seksueel voortplanten. Het wordt soms waargenomen bij dieren in dierentuinen (zoals bij deze krokodil). Het gebeurt in dit soort gevallen alleen wanneer het vrouwtje lange tijd alleen is en er daardoor weinig hoop is op het vinden van een partner. Het overschakelen naar parthenogenese is in feite een slimme overlevingsstrategie: het kan helpen om een soort in stand te houden.
Genomen
In de nieuwe studie hebben de onderzoekers de genomen gesequenced van twee stammen van een bepaald soort fruitvlieg, namelijk Drosophila mercatorum. De ene heeft een mannetje nodig om zich voort te planten, terwijl de ander zich enkel maagdelijk voortplant. Na een speurtocht ontdekte het team het betreffende gen dat parthenogenese mogelijk maakt.
Drosophila melanogaster
Met deze kennis op zak, richtte het team zich op de fruitvlieg Drosophila melanogaster. Vervolgens zochten ze naar overeenkomstige genen. Nadat ze een soortgelijk gen hadden gevonden, zetten ze dit gen ‘aan’ in vrouwelijke fruitvliegen. En met succes. Want Drosophila melanogaster kreeg plotseling het vermogen om zich maagdelijk voort te planten. De genetisch gemanipuleerde fruitvliegjes wachtten de helft van hun leven op het vinden van een mannetje – ongeveer 40 dagen. Daarna gaven ze het op en brachten maagdelijk nakomelingen voort.
Doorbraak
De studie is een doorbraak. Het is namelijk voor het eerst dat wetenschappers erin slagen om een dier dat zich gewoonlijk seksueel voortplant, maagdelijk te laten voortplanten. “We zijn de eersten die laten zien dat je maagdelijke voortplanting in een dier kunt manipuleren,” zegt onderzoeker Alexis Sperling. “Het was erg opwindend om te zien hoe een fruitvliegje maagdelijk een embryo voortbracht.” De nakomelingen waren bovendien nog levensvatbaar ook en ontwikkelden zich tot volwassenheid.
Generatie op generatie
De gevolgen van de ingreep van de onderzoekers echoden nog lange tijd na. Eenmaal ingeschakeld, werd het vermogen tot parthenogenese namelijk van generatie op generatie doorgegeven. De nakomelingen konden zich seksueel voortplanten als er mannetjes in de buurt waren, of maagdelijk in afwezigheid van een mannetje. “Het proces bleef zich herhalen,” aldus Sperling. Al wendden niet alle fruitvliegjes zich tot deze bijzondere voortplantingstactiek. Tijdens de experimenten bracht slechts 1 tot 2 procent van de tweede generatie vrouwelijke fruitvliegjes met het vermogen tot maagdelijke voortplanting, nakomelingen voort. Dit gebeurde alleen als er geen mannetjes in de buurt waren. Als er wel mannetjes beschikbaar waren, paarden en reproduceerden de vrouwelijke fruitvliegjes op de normale manier.
Lange studie
Dankzij de studie zijn wetenschappers er voor het eerst in geslaagd de genetische oorzaak van parthenogenese vast te stellen. Anders gezegd, ze ontdekten het betreffende gen dat mannetjes overbodig maakt. Dat was overigens wel een lange weg. Het onderzoek omvatte meer dan 220.000 fruitvliegjes en nam zes jaar in beslag. Dat het team er uiteindelijk toch in slaagde, is met name te danken aan het feit dat de studie werd uitgevoerd met Drosophila melanogaster. Dit vliegje is al meer dan 100 jaar het ‘modelorganisme’ dat op grote schaal gebruikt wordt binnen veel onderzoeksgebieden, met name de genetica. Zijn genen worden dan ook zeer goed begrepen.
Met de studie willen de onderzoekers niet alleen bewijzen dat het mogelijk is om het gedrag van dieren te veranderen met behulp van genetische manipulatie. Het dient ook een ander doel. Uiteindelijk hopen ze namelijk te achterhalen waarom maagdelijke voortplanting bij insecten vaker voorkomt – en dan met name bij soorten die plagen veroorzaken. “Er lijkt een voortdurende selectiedruk te bestaan, waardoor deze insecten zich steeds vaker maagdelijk voortplanten,” vertelt Sperling. “Mogelijk leidt dit ertoe dat ze zich uiteindelijk zelfs enkel op deze manier zullen voortplanten. Dit zou een groot probleem kunnen worden voor de landbouw. Vrouwtjes brengen in dit geval namelijk alleen vrouwtjes voort, waardoor hun vermogen om zich te verspreiden, verdubbelt.”
