Mieren gebruiken een genetische bulldozer om aan hun ‘superneus’ te komen

Mieren beschikken over een uitzonderlijk sterk reukvermogen. We weten nu hoe ze daar aan komen.

Mieren communiceren met feromonen om te jagen, indringers te herkennen en taken te verdelen. Deze feromonen kunnen ze ‘ruiken’ en zorgen ervoor dat elke mier weet wat de bedoeling is. Voor de context: mieren hebben tot wel 500 unieke genen die zich specifiek richten op het vermogen om geur goed te kunnen herkennen.

“Als mieren niet kunnen ruiken stoppen ze met hun taken en herkennen ze anderen niet meer,” zegt onderzoeker Bogdan Sieriebriennikov. “Deze mieren raken in de war en vallen elkaar aan wat tot totale anarchie leidt. Het begint met een gebrek aan communicatie en eindigt in een catastrofe.”

Om niet alleen hun ‘superneus’ maar ook die van andere dieren te laten werken staat één principe als een paal boven water: elke reukzenuwcel mag maar reageren op één receptorgen. In andere woorden: elke reukzenuwcel mag maar reageren op één specifiek geursignaal.

Hoe dat wordt bepaald verschilt per soort: bij fruitvliegen ligt die keuze al vanaf het begin vast in het genoom. Bij muizen gebeurt die keuze via een soort van complexe ‘loterij’.
Een internationaal team onder leiding van Claude Desplan heeft nu ontdekt hoe deze selectie bij mieren plaatsvindt: zodra een gen gekozen is wordt de rest vernietigd met een ‘biologische bulldozer’. Het onderzoek is te vinden in Nature.

Raadsel

Voor het onderzoek brachten de onderzoekers de genactiviteit in kaart per reukneuron. Hierbij viel hen een patroon op: sommige reukzenuwcellen vernietigden alleen het laatste gen in de stapel, anderen de laatste twee, weer anderen de laatste drie, etc. “Het geheel leek een beetje op een trap,” vertelt Sieriebriennikov. “We zagen dit als een eerste aanwijzing voor een nieuw mechanisme.”

Die ‘trapvorm’ bleek te ontstaan door de ‘transcriptiemachines’ in de zenuwcel. Deze ‘machines’ hebben de nobele taak om het DNA uit te lezen. Met die informatie kan een machine vervolgens stoffen maken die elders in de zenuwcel gebruikt wordt.

Normaal gesproken stopt zo’n uitleesmachine aan het einde van een gen. Maar niet bij mieren: “In plaats van te stoppen aan het einde van elk gen dendert de transcriptiemachine door,” zegt Sieriebriennikov. “Deze op hol geslagen machine rijdt, bij wijze van spreken, dwars door het hek en de rest van de achterliggende genen in, waardoor de transcriptie daar niet meer kan starten.”

Maar ook de genen aan de andere kant van het gekozen gen moeten uit blijven. Daarvoor gebruikt de zenuwcel een tweede truc: het gekozen gen geeft een speciaal signaal af waardoor een andere vertaalmachine de andere kant op gaat rijden en ook daar door alles heen breekt. Samen zorgen die twee stappen ervoor dat er slechts één werkzaam receptorgen per geurzenuwcel aanwezig is. Doordat in elke geurzenuwcel een ander gen wordt geselecteerd ontstaat er in de mierenhersenen uiteindelijk een bonte verzameling van zenuwcellen die allemaal maar op één geursignaal reageren.

Elegant

Het systeem lijkt misschien niet erg elegant. “Het gebruiken van een ‘doorgeschoten bulldozer’ is niet bepaald elegant te noemen,” erkent Sieriebriennikov. “In de evolutie zien we dit echter vaker: zolang een oplossing werkt, ook als deze gebaseerd is op kans, blijft die vaak bestaan.” Desplan laat weten: “het is een mooi maar onverwacht mechanisme. Het laat zien hoe de natuur een nieuw systeem kan uitvinden om de regel van ‘één gen per receptorneuron’ te respecteren.”

De resultaten zijn niet alleen belangrijk om mieren beter te begrijpen. De onderzoekers wijzen op een soortgelijke situatie die ook in specifieke menselijke genen voor kan komen. Sieriebriennikov: “Mieren en mensen zijn verre verwanten, maar als de natuur voor een vergelijkbaar probleem staat kan ze op een vergelijkbare oplossing uitkomen.”

De studie benadrukt ten slotte ook het belang van nieuwsgierigheid naar data die vreemd over kan komen. “Je zou dat gekke patroon ook als ruis in de data kunnen wegzetten,” zegt Sieriebriennikov. “Dat is jammer, omdat ook onverwachte patronen kunnen leiden tot interessante ontdekkingen.”

Schrijf je in voor de nieuwsbrief!
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Luister ook naar de Scientias Podcast: