VUB-biologen ontrafelen de oorsprong van een seksferomoon van een watersalamander

t

Veel organismen in het dierenrijk kunnen bepaalde geurstoffen aanmaken, feromonen genaamd, om hun partner te verleiden. Maar het is dikwijls nog onduidelijk waarom bepaalde geurstoffen zo aantrekkelijk worden, en waarom en hoe dat in de evolutie kan ontstaan. Biologen van de Vrije Universiteit Brussel hebben nu in een nieuwe studie aangetoond welke veranderingen in het DNA de verleidings- of seksferomonen van de mannetjes van watersalamanders onweerstaanbaar gemaakt hebben bij de vrouwtjes in de loop van de evolutie.

Een geur die onweerstaanbaar maakt… het houdt mensen zodanig bezig dat de parfumindustrie zonder enig probleem een miljardenbusiness is geworden. Nochtans is het bestaan van seksferomonen, lichaamseigen geurstoffen die iemand voor een partner onweerstaanbaar, of toch minstens aantrekkelijker maken, bij mensen nog altijd niet bewezen.

Bij dieren daarentegen is het absoluut zeker dat er soorten bestaan die over zo’n geheim wapen beschikken, onder meer watersalamanders.

Watersalamanders hebben een, in onze ogen, vreemde manier van voortplanten. Er komt geen fysiek contact tussen de partners aan te pas: de mannetjes deponeren na de balts, een soort dansje, via hun cloaca een spermatofoor, een zaadpakketje, op een blad of een ander oppervlak. Als de vrouwtjes dat willen, nemen ze het pakketje op in hun cloaca, zodat de eitjes bevrucht kunnen worden.

De mannetjes van de salamanders zijn door het ontbreken van lichamelijk contact dus eerder beperkt in hun verleidingstechnieken en ze maken dan ook kwistig gebruik van seksferomonen wanneer ze een vrouwtje aantreffen in een waterpoel tijdens het paarseizoen.

Om het vrouwtje voor zich te winnen, produceren ze een "verleidingscocktail", een mengeling van wateroplosbare eiwitten die ze al wapperend met hun staart naar de neus van het vrouwtje sturen. Het vrouwtje vindt die geuren zo aantrekkelijk dat ze het mannetje bijna blindelings gaat volgen

Spermatoforen van een molsalamander (Foto: Placeuvm/Wikimedia Commons/CC BY-SA 2.0).

Nieuw feromoon

Onderzoekers van het Amphibian Evolution Lab van de Vrije Universiteit Brussel hebben nu een nieuw feromoon ontdekt, en tevens onderzocht hoe dat feromoon ontstaan is.

“We wilden weten hoe een molecule kan ontstaan die plots een aantrekkingskracht heeft, terwijl de voorouders van die dieren nog geen gebruik maakten van die molecule”, zegt Margo Maex, die haar doctoraat gewijd heeft aan dit onderzoek, in een persmededeling.

De onderzoekers ontdekten in 2015 al dat de voorouders van salamanders waarschijnlijk reeds 300 miljoen jaar geleden feromonen gebruikten als verleidingsmiddel tijdens de voortplanting.

In een artikel in het toonaangevend vakblad Current Biology identificeren Maex en haar collega’s nu een extra reeks eiwitten die bij de voorouders van salamanders nog geen feromonen waren, maar pas later in de evolutie onderdeel zijn geworden van de verleidingscocktail.

“Aangezien de eiwitmengeling al miljoenen jaren lang op efficiënte wijze vrouwtjes inpalmt, vonden we het verwonderlijk dat er bij sommige soorten toch nog extra moleculen werden toegevoegd aan dit recept”, zei professor Ines Van Bocxlaer, één van de promotoren van het doctoraat.

Evolutie staat nooit stil

Hoewel de term "evolutie" vaak geassocieerd wordt met het ontstaan van nieuwe soorten, evolueren genen in het erfelijk materiaal, het DNA, evenzeer. Door DNA van verschillende salamanders te vergelijken, ontdekten de wetenschappers dat een specifiek gen met een functie in interne organen van salamanders, de basis vormde voor de recent ontdekte feromonen.

Een verdubbeling van dit ene gen, iets wat vrij vaak voorkomt, gaf evolutie vrij spel: de ene kopie kon haar oorspronkelijke functie behouden, terwijl de andere kopie veranderingen kon ondergaan en een nieuwe functie kon aannemen.

Het gekopieerde gen kwam uiteindelijk tot uitdrukking in de feromoon-producerende klieren van salamandermannetjes, waardoor het product van het gen, een eiwit, samen met de miljoenen jaren oude feromooncocktail in de onderwaterwereld werd geloosd. Zo werd een eiwit dat een bepaalde functie had in interne organen, plots betrokken in een geheel nieuw proces, namelijk het verleiden van de partner.

De combinatie is onweerstaanbaar

Maar volgens Maex en haar collega’s maakt niet om het even welke molecule die samen met de feromoonmengeling uitgescheiden wordt, een even grote kans om een seksferomoon te worden.

“Het net ontdekte feromoon maakte initieel deel uit van een groter eiwit, maar enkel het stukje dat bijzonder stabiel en compact bleek te zijn, heeft het tot feromoon gemaakt. Een salamander-seksferomoon moet dan ook tegen een stootje kunnen, aangezien het terechtkomt in poelwater, een cocktail van andere moleculen”, zo zei professor Franky Bossuyt, de promotor van het doctoraat, in de persmededeling.

Bovendien bleek uit gedragstesten dat de nieuwe component een meerwaarde leverde aan de oorspronkelijke mengeling. Om dit te onderzoeken, voerden de wetenschappers gedragstesten uit waarin telkens twee vrouwtjes werden blootgesteld aan verschillende feromooncomponenten afzonderlijk. Als de vrouwtjes interesse tonen, kan men besluiten dat de feromooncomponent functioneel is op zich.

Uit hun gedragstesten bleek dat, ongeacht de concentratie, de respons van vrouwtjes veel groter was als de net ontdekte feromonen gecombineerd werden met één van de reeds gekende componenten. De twee componenten blijken tegengestelde ladingen te dragen waardoor ze elkaar aantrekken in oplossing. De onderzoekers vermoeden dat de moleculen zich op deze manier clusteren en als een geconcentreerde, onweerstaanbare geurwolk het vrouwtje bereiken.

De studie van het Amphibian Evolution Lab, in samenwerking met het VIB-VUB Center for Structural Biology en het Laboratory of Molecular Immunology van de KU Leuven, is gepubliceerd in "Current Biology".