Een enkel molecuul kan normaal gesproken solitaire sprinkhanen verleiden om enorme zwermen te vormen

Sprinkhanen zijn meestal ongevaarlijke eenlingen. Maar samen worden ze plagen.

Als de omstandigheden goed zijn, beginnen solitaire sprinkhanen samen te komen en te transformeren in hun “gezellige” vorm, waarbij ze een grotere, agressievere eetmachine worden. Deze groepen kunnen uitgroeien tot steeds grotere conglomeraties, mogelijk honderden miljoenen sterk, die continenten doorkruisen en gewassen vernietigen. Een zwerm woestijnsprinkhanen (Schistocerca gregaria) de grootte van Rome verbruikt evenveel voedsel op een dag als alle mensen in Kenia. Dit jaar kampt Oost-Afrika met de ergste sprinkhanenplaag in decennia.

Nu hebben wetenschappers lokaliseerde een compound uitgestoten door samenkomende sprinkhanen dat zou kunnen verklaren hoe individuen van een wijdverspreide soort hun aangeboren afkeer van sociale contacten overwinnen. De bevinding, beschreven op 12 augustus in Natuur, zou nieuwe manieren kunnen opleveren om sprinkhanenzwermen te bestrijden of te voorkomen, mogelijk door de insecten met hun eigen geuren aan te trekken.

“Het is een belangrijke en opwindende studie”, zegt Baldwyn Torto, een chemisch ecoloog bij het International Center of Insect Physiology and Ecology in Nairobi, Kenia, die niet bij de studie betrokken was. ‘We hebben geen geweldige manieren om sprinkhanen te lokken. Dit [compound] heeft potentieel. “

Wetenschappers wisten niet zeker wat solitaire trekkende sprinkhanen (Locusta migratoria) om samen te komen, maar vermoedde wat bekend staat als aggregatieferomonen. Deze door de insecten vrijkomende chemicaliën in de lucht zouden kunnen fungeren als een olfactorisch baken, andere normaal gesproken solitaire sprinkhanen naar een zwerm oproepen en de transformatie naar meer gezellig gedrag initiëren (SN: 28/03/01).

Le Kang, een entomoloog aan de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, en collega’s begonnen hun zoektocht naar aggregatieferomonen door verbindingen te identificeren die alleen worden uitgestoten door gezellige sprinkhanen. Het team blies zes van deze gezellige geuren in arena’s samen met controlerende geuren om te testen of ze fungeerden als lokstof voor solitaire sprinkhanen. Eén verbinding, 4-vinylanisol of 4VA, deed het. Het bleek aantrekkelijk voor sprinkhanen van alle geslachten en leeftijden, zowel solitaire als gezelschapsvormen.

Dat is cruciaal, zegt Torto, omdat het aantoont dat 4VA zou kunnen functioneren om zowel solitaire sprinkhanen in de plooi van de zwerm te brengen als om de samenhang van een zwerm in de loop van de tijd te behouden.

Gemeenschappelijke sprinkhanen beginnen 4VA uit te zenden zodra ze zich verzamelen in groepen van slechts vier of vijf individuen, ontdekte Kang. Naarmate de groepsgrootte toeneemt, schiet de 4VA-concentratie omhoog, wat mogelijk een groter signaal uitzendt en bijdraagt ​​aan de exponentiële groei van zwermen.

Kang en collega’s bevestigden dat 4VA sprinkhanen in de echte wereld kan aantrekken door vangplaten te plaatsen met het feromoon. Op zowel kunstgras als een natuurlijk broedgebied van trekkende sprinkhanen in Noord-China trokken 4VA-vallen meer sprinkhanen dan controles aan, hoewel het effect in het veld bescheiden was en de onderzoekers de aantrekkelijkheid alleen op korte afstand testten.

4VA is duidelijk een speler, zegt Torto, maar het is misschien niet het hele verhaal. Chemische communicatie tussen insecten is niet altijd monosyllabisch, waarbij een enkele verbinding een gedragsgroothandel verandert. Meerdere verbindingen werken vaak samen, waar deze studie niet op inging. Hij zegt dat er een kans is dat de achtergrondgeuren van gezellige sprinkhanen kunnen interageren met 4VA om het aggregatiesignaal te versterken.

Toch prikkelt Torto het vooruitzicht van vallen met aas voor de bestrijding van sprinkhanen. “We hebben geen goede manier om sprinkhanen aan te trekken”, zegt hij. Vallen die met 4VA zijn doorspekt, kunnen sprinkhanen concentreren en de behandeling met insecticiden of pathogenen veel gemakkelijker maken, vooral als 4VA ook als lokstof werkt bij andere soorten, zoals de woestijnsprinkhaan. Momenteel beheersen veel regio’s uitbraken door pesticiden vanuit vliegtuigen op zwermen te dumpen, wat schadelijk kan zijn voor vee en het milieu.

Deze studie opent ook de deur voor andere beheersmaatregelen die de biologie van sprinkhanen zelf veranderen. Kang en zijn collega’s identificeerden het eiwit dat 4VA detecteert, genesteld op specifieke sensorische haren die zich uitstrekken vanaf de antennes. De onderzoekers gebruikten de genbewerkingstechnologie CRISPR / Cas9 om deze 4VA-detector uit te schakelen en ontdekten dat genetisch gewijzigde individuen niet langer werden aangetrokken door 4VA.

Een verbinding die antennes blokkeert om 4VA te detecteren, zou op sprinkhanen kunnen worden gesproeid om zwermen te voorkomen, suggereren de onderzoekers. Als alternatief kunnen sprinkhanen die genetisch zijn gemanipuleerd om deze 4VA-detector te missen, en dus minder snel zwermen, ook in populaties worden geïntroduceerd als een controlemaatregel.

“Alles dat tot een potentiële nieuwe managementtechnologie leidt, vooral een die de afhankelijkheid van synthetische pesticiden kan verminderen, is echt opwindend”, zegt Arianne Cease, een duurzaamheidswetenschapper aan de Arizona State University in Tempe. Maar dergelijke technologieën zijn nog ver weg en kunnen afwijkende effecten hebben die beter moeten worden begrepen, zegt ze. Verder heeft het veranderen van de genetische samenstelling van een soort ook ethische consequenties die zouden moeten worden afgewogen door degenen die mogelijk getroffen zijn, van boeren tot natuurbeschermers.

Ze is ook sceptisch dat het simpelweg uitschakelen van een gen zwermen effectief zou voorkomen. Een zwerm worden omvat een hele reeks radicale veranderingen in gedrag, metabolisme en lichaamsgrootte (SN: 29-1-2009). Het aanpassen van een aspect van deze transformatie kan dit misschien niet voorkomen, zegt ze. “Het zou me verbazen als er maar één rokend pistool was.”