Home

Economische biologie van pratende planten en spionerende sluipwespen

Planten en dieren moeten economische beslissingen nemen die leiden tot meer of minder nakomelingen (winst of verlies). Slimme economen nemen betere beslissingen waardoor ze meer nakomelingen krijgen dan domme economen. Slimme economen zullen hierdoor op den duur de domme economen wegconcurreren. Het is dus van het grootste belang de beste strategie te kiezen. Hoe nemen planten en dieren echter zulke strategische beslissingen? Daar zit een luchtje aan!

Beslissingen van planten en dieren

Elke dag nemen planten en dieren beslissingen. Een dier beslist of het op zoek gaat naar voedsel, of dat het bescherming zoekt tegen regen, koude of vijanden. Ook moet een dier beslissen waar het naar voedsel zoekt en waar het bescherming zoekt. Een plant beslist om te investeren in groei of in bloei, of in verdediging tegen belagers. Deze beslissingen nemen planten en dieren op basis van informatie uit hun omgeving.
Planten en dieren nemen die beslissingen natuurlijk niet op grond van rationele afwegingen, zoals mensen dat doen. Toch spreken we van beslissingen omdat planten en dieren aan de hand van binnenkomende informatie kiezen uit verschillende strategieŽn. Die informatie vertelt een plant of dier bijvoorbeeld hoeveel voedsel er is, of dat van goede kwaliteit is. Of er concurrenten dan wel vijanden zijn, en hoe gevaarlijk die zijn. Op grond van dit soort informatie zal een antilope beslissen te stoppen met eten en wegrennen voor een naderende leeuw. Een watervlo die een vis ruikt zal de diepte in zwemmen. Een plant die ziet dat er veel buurplanten zijn zal, in plaats van te investeren in een stevige dikke stengel, harder gaan groeien om de buurplanten voor te blijven en zo zelf het meeste zonlicht opvangen.
In de natuur draait alles om het nemen van de juiste beslissing. Want organismen die minder goede beslissingen nemen (domme economen) zullen minder bijdragen aan volgende generaties. Minder goede beslissingen leiden niet tot het snel vinden van voedsel of een partner maar leiden juist tot een vroege dood, bijvoorbeeld omdat een vijand niet herkend werd. Om goede beslissingen te kunnen nemen moeten organismen zintuigen bezitten die de binnenkomende informatie op kan vangen. Want op grond van deze informatie zal een organisme zijn beslissing nemen. Hieronder ga ik dieper in op de geur- en smaakzin die erg belangrijk zijn bij het nemen van de juiste beslissingen in het leven.

Geur- en smaakstoffen

Het waarnemen van belangrijke informatie uit de omgeving gaat via zintuigen. Planten en dieren kunnen zien, ruiken, proeven en voelen. Dat kunnen we waarnemen door de reacties van planten en dieren te observeren. Een hond die een konijn ruikt rent erop af. Een plant die van ťťn kant belicht wordt groeit naar de lichtbron toe. Bij dieren kennen we specifieke zintuigen die omgevingsprikkels waarnemen en vervolgens signalen naar het centraal zenuwstelsel sturen. Bij planten zijn dergelijke gespecialiseerde zintuigen niet bekend, net zo min als een centraal zenuwstelsel. Er wordt nogal eens gedacht dat planten daarom niet op hun omgeving kunnen reageren, maar dat is niet waar. Planten reageren op licht, op geurstoffen, op smaakstoffen en op contact. Een goed voorbeeld van de reactie op contact kennen we van het kruidje-roer-me-niet. Als je de plant aanraakt vouwt die razendsnel zijn bladeren dicht.
Eťn van de belangrijkste vormen van informatie voor planten en dieren zijn geur- en smaakstoffen. Antilopen kunnen hun vijanden ruiken en daarom zullen leeuwen bij voorkeur hun prooi benedenwinds benaderen. Nachtvlindervrouwtjes zenden sekslokstoffen uit die mannetjes aantrekken over grote afstanden (zie figuur 1). Planten kunnen proeven of ze door de wind worden beschadigd, of door een rups of door een konijn. En afhankelijk van welk soort planteneter hen beschadigt zullen ze verschillende reacties vertonen. Een tabaksplant die door een konijn wordt aangegeten zal veel nicotine aanmaken, wat konijnen weerhoudt van verder eten. Als een tabaksplant echter wordt beschadigd door een rups van de tabakspijlstaartvlinder, die zich specialiseert op tabak, dan maakt de tabaksplant SOS-geurstoffen aan die vijanden van de rups aantrekken en veel minder nicotine (voor meer info zie het Natuurdatabase-artikel van Jules Beekwilder "Hoe overleeft een plant in zijn omgeving?").

Fig. 1. Vrouwtje van de koolmot Mamestra brassicae die haar sekslokstofklier aan het einde van haar achterlijf heeft uitgestulpt en sekslokstof uitzendt die mannetjes van de koolmot aantrekt (foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)
Fig. 1. Vrouwtje van de koolmot Mamestra brassicae die haar sekslokstofklier aan het einde van haar
†† †††† †† achterlijf heeft uitgestulpt en sekslokstof uitzendt die mannetjes van de koolmot aantrekt
††† †† ††† (foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)

Kakofonie van chemische informatie

Het gebruik van chemische informatie zoals geur- en smaakstoffen komt heel algemeen voor. Van alg tot aardvarken en van zwam tot zijderups. In feite is het in de natuur ťťn grote kakofonie van chemische† berichten. Toch merken wij daar niets van als we buiten lopen. We ruiken of proeven wel wat hier en daar: we ruiken de kamperfoelie die in bloei staat, we ruiken de hondenhoop waar we in gestapt zijn en we kunnen de honing uit de bloem van de witte dovenetel proeven. Het overgrote deel van de geur- en smaakstoffen gaan echter aan ons voorbij. Omdat we daar niet op afgestemd zijn. Onze neus is er niet gevoelig voor of de concentratie is te laag. Vergelijk het maar met radiogolven. Als we buiten lopen gaan de signalen van tientallen radio en TV-zenders door ons heen, en van duizenden mobieltjes. Die signalen nemen we alleen waar als we een toestel afstemmen op de juiste golflengte en signaal.
Zo zal een hond heel specifiek reageren op de geur uit de urine van soortgenoten en op lichaamsgeuren van konijnen. Hij neemt echter de sekslokstoffen van de nachtvlinder niet waar. Terwijl een mannetje van het gamma-uiltje feilloos de sekslokstof van een gamma-uil-vrouwtje onderscheidt van die van het goudvenstertje, twee nauwverwante nachtvlinders. Het gamma-uiltje daarentegen reageert niet op urinesporen van de hond.

Spionerende insecten

Elk organisme heeft dus zijn eigen zend- en ontvangstinstallatie. Daarvan wordt naar hartelust gebruik gemaakt. Iedereen zendt zijn informatie uit met bepaalde bedoelingen, maar er bestaat net als bij mensen altijd de mogelijkheid dat de informatie misbruikt wordt. Als ik in de krant een advertentie zet waarin ik een dure Harley-Davidson te koop aanbied, mijn adres vermeld en aangeef dat ik op woensdag niet thuis ben, dan kŠn dat er toe leiden dat mijn motor op woensdag gestolen wordt. Als een nachtvlinder-vrouwtje een sekslokstof verspreidt dan kan dat leiden tot de aantrekking van een mannetje waarmee ze paart en waarna ze eieren legt. Het kan echter ook een sluipwesp aantrekken die de eitjes van de nachtvlinder parasiteert (zie figuur 2), waarna er geen rupsjes uit de nachtvlinder-eieren komen maar nieuwe sluipwespen. De sluipwesp spioneert dus op de sekslokstof van de nachtvlinder. Ook bestaan er illegale zenders: de Australische lassospin, bijvoorbeeld, maakt de sekslokstof van ťťn nachtvlindersoort na en daarmee trekt de spin mannetjes van deze nachtvlinder aan die geen seksuele partner vinden, maar de dood.
Slachtoffers kunnen ook tegenmaatregelen nemen. Ze kunnen bijvoorbeeld de signalen van hun vijand gebruiken: er zijn insecten die de geuren van hun sluipwesp-vijand kunnen waarnemen en vervolgens wegvliegen naar een plek waar ze geen vijanden ruiken. Dit is een vorm van contraspionage.
Er zijn duizenden soorten sluipwespen (zie figuur 3). De meeste soorten zijn gespecialiseerd op ťťn of enkele soorten gastheren. Sluipwespen leggen hun ei in een gastheer. Het ei komt uit, de larf eet de gastheer van binnenuit op en doodt deze. Hun gastheer kan bijvoorbeeld een insectenlarve zijn. De meeste soorten sluipwespen zijn ca. 0.5 2 mm klein. Hoe vinden zulke kleine dieren hun slachtoffer dat niet veel groter is dan zijzelf. Hun slachtoffers produceren weinig informatie. Immers, zulke informatie kan tot hun dood leiden, als sluipwespen die informatie gebruiken. Maar de SOS-geuren van de plant die door hun slachtoffer wordt aangegeten leveren goed waarneembare en vaak betrouwbare informatie op over de aanwezigheid en identiteit van hun slachtoffer. Sluipwespen blijken deze informatie uitstekend te kunnen uitbuiten bij hun spionage. Ze kunnen kleine details in de geurinformatie leren onderscheiden. Zo kunnen positieve en negatieve ervaringen (het vinden van een gastheer, respectievelijk het niet vinden van een gastheer) in aanwezigheid van geurstoffen leiden tot het onderscheiden van allerlei details in het geurmengsel. Als de sluipwesp een gastheer parasiteert kan dit leiden tot minder vraat aan de plant en tot een grotere zaadproductie en dus een grotere fitness voor de plant. Ook de sluipwesp heeft baat bij de informatie: zij vindt gastheren en kan zo nakomelingen produceren.

Fig. 2. Trichogramma-sluipwespen parasiteren eieren van de koolmot Mamestra brassicae. Als gevolg van de parasitering komen er geen rupsen uit de eieren maar nieuwe sluipwespen (foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)
Fig. 2. Trichogramma-sluipwespen parasiteren eieren van de koolmot Mamestra brassicae. Als gevolg van de
†††††††††† parasitering komen er geen rupsen uit de eieren maar nieuwe sluipwespen.
†††††††††† (foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)

Fig. 3. Ephialtus-sluipwesp die larven van solitaire bijen parasiteert die in holtes in hout voorkomen (foto: Marcel Dicke, Wageningen Universiteit)
Fig. 3. Ephialtus-sluipwesp die larven van solitaire bijen parasiteert die in holtes in hout voorkomen
†††††††††† (foto: Marcel Dicke, Wageningen Universiteit)

Pratende planten

Hierboven staan voorbeelden van dieren die met elkaar communiceren met behulp van geurstoffen. Een vraag die biologen bezighoudt is of planten dit ook kunnen. Er zijn mooie voorbeelden van communicatie van planten met dieren. Bloemen produceren geuren die bestuivers zoals bijen aantrekken. Na de bestuiving houden veel bloemen op met de geurproductie. De bloemengeur is voordelig voor de plant die er de bestuiver mee aantrekt en ook voor de bestuiver die nectar en stuifmeel als beloning krijgt. Planten communiceren ook met lijfwachten† die ze inschakelen als ze worden belaagd door planteneters. Planten die worden beschadigd door plant-etende insecten maken geurstoffen aan die als SOS-signaal dienen. Zo trekken ze roofinsecten zoals sluipwespen en roofwantsen aan en die verlossen de plant van hun belagers.
Ons onderzoek in Wageningen laat zien dat het vermogen om SOS-geuren te maken algemeen voorkomt bij planten. De SOS-geurstoffen worden gemaakt in het blad dat aangegeten wordt, maar ook in bladeren die (nog) niet zijn aangetast. De SOS-geuren kunnen heel specifiek zijn. Elke plant heeft zijn eigen SOS-geuren. SOS-geuren die worden aangemaakt als een rups van de plant eet kunnen anders zijn dan de geuren die gemaakt worden als een bladluis van de plant eet. MaÔsplanten maken in het bijzonder geuren aan als jonge rupsen van de soort Pseudaletiaseparata de plant aantasten. Deze geuren trekken een sluipwesp aan die de rupsen parasiteert waardoor de rupsen veel minder schade doen. Als oude rupsen van dezťlfde soort van de maÔsplant eten investeert de plant nauwelijks meer in SOS-geurstoffen!† Als de rupsen ouder zijn is de plant eigenlijk te laat: als de rupsen dan nog geparasiteerd worden, levert aantrekking van sluipwespen de planten niets meer op want de meeste schade is al gedaan.
Het aantrekken van de vijanden van planteneters is voordelig voor de plant: het levert bescherming en daardoor meer nakomelingen op. Planten trekken de vijanden van hun eigen vijanden als lijfwachten aan via een geurige advertentie (zie figuur 4).

Doofstomme komkommerplanten

Het is niet alleen opmerkelijk dat planten kunnen communiceren met hun lijfwachten maar ook nog handig voor de mens. Bijvoorbeeld bij het kweken van voedings- en siergewassen. Planten die goed communiceren met de vijanden van hun eigen vijanden (harde roepers) zijn echte doe-het-zelvers als het gaat om hun verdediging. Zulke planten hoeven wij namelijk niet meer te beschermen met schadelijke insecticiden. Als we de harde roepers kunnen onderscheiden van de doofstomme komkommerplanten, dan kunnen we de harde roepende komkommerrassen uitkiezen voor een gezonde en milieuvriendelijke komkommerteelt. Hetzelfde geldt voor hard roepende rozen. Want ook in de bloementeelt wordt nog altijd heel veel gebruik gemaakt van chemische bestrijding om plagen te lijf te gaan.
Ook kunnen we de lijfwachten van planten voor andere doeleinden gebruiken. Het vermogen van sluipwespen om SOS-geuren van planten te leren bracht onderzoekers op het idee om ze te trainen als een soort speurhonden. Dit lukte want sluipwespen kunnen net als de honden van Pavlov leren om geuren te associŽren met een beloning. De beloning is het succesvol parasiteren van een gastheer. Zo kunnen sluipwespen leren te reageren op Chanel† 5 aftershave, op chocolade- en vanillegeuren, maar ook op de geuren van landmijnen of† drugs. Amerikaanse en Nederlandse onderzoekers zijn nu bezig om uit te vinden of sluipwespen daadwerkelijk kunnen worden ingezet als detectivehulpjes bij het opruimen van mijnenvelden of bij de douane.

Fig. 4. Planten die belaagd worden door planteneters produceren geurstoffen die functioneren als een soort advertentie waarmee ze de vijanden van de planteneters aantrekken als lijfwacht
Fig. 4. Planten die belaagd worden door planteneters produceren geurstoffen die functioneren als een soort
†††††††††† advertentie waarmee ze de vijanden van de planteneters aantrekken als lijfwacht

Kletsende bonenplanten

Planten kunnen dus roepen naar insecten, maar kunnen planten onderling ook communiceren? Dit is een vraag die sterk tot de verbeelding spreekt. Immers, wij zien planten als passieve wezens en kunnen ons niet voorstellen dat ze met elkaar communiceren. Maar zŪjn planten wel zo passief? Waarschijnlijk niet! Zaailingen van de gatenplant draaien rondjes met hun stengel net zolang tot de stengel ergens houvast voelt en dan groeit de plant om het houvast heen en daarna naar boven. Als je dit gedrag van de plant versneld afgedraaid ziet, dan lijkt dat het meest op een slang die om zich heen zwaait naar een steunpunt.
Als planten dan niet zo passief zijn als we vaak denken, kunnen ze dan ook met elkaar communiceren? We hebben gezien dat planten SOS-geuren maken die lijfwachten aantrekken. Deze geuren verspreiden zich door de omgeving. Dan is het misschien ook niet zo gek voor te stellen dat planten onderling ook wat met deze informatie doen. Stel je bent plant en je staat in de SOS-geur van een buurplant. Dan sta je dus bloot aan een noodkreet van de buurman. Die informatie zou je kunnen gebruiken om vroegtijdig maatregelen te nemen voor het geval de belagers van jouw buurman op zoek gaan naar een volgend slachtoffer. Dat volgende slachtoffer zou jij wel eens kunnen zijn! Maar dan moet je wel in staat zijn deze SOS-geur op te vangen. Nu is het bekend dat planten kunnen reageren op allerlei chemische stoffen zoals voedingsstoffen, kooldioxide en zuurstof. Ook zijn er parasitaire planten die reageren op uitscheidingsproducten van de wortels van hun gastheerplant. Dus waarom zouden planten niet kunnen reageren op de SOS-geuren van hun buren? In de afgelopen 20 jaar is uitgebreid onderzocht of intacte planten kunnen reageren op de SOS-signalen van aangetaste buurplanten. Wageningse biologen hebben daar ook aan meegedaan. Dat planten via geuren met elkaar kunnen communiceren wordt ondersteund door vele onderzoeken in het laboratorium en het veld. Zwarte elsbomen die dicht bij een boom staan die door onderzoekers beschadigd werd, hebben minder elzenhaantjes (een kevertje dat van de els leeft) dan zwarte elsbomen die verder van de beschadigde boom staan. Tabaksplanten die in de natuur naast een beschadigde Artemisia tridentata plant (een plant verwant aan de alsemplant) staan maken verdedigingsstoffen aan, die beschadigde tabaksplanten ůůk aanmaken. Tabaksplanten die naast een onbeschadigde Artemisia-plant groeien doen dat niet. In bonenplanten die blootgesteld worden aan de SOS-geur van bonenplanten die door spintmijten (zie figuur 5) worden beschadigd, worden genen geactiveerd die bij de verdediging van de plant betrokken zijn. Dit gebeurt niet in bonenplanten die naast onbeschadigde bonenplanten staan.
Niet alleen via geurstoffen kunnen planten met elkaar communiceren. Ook via stoffen uit hun wortels. Bonenplanten die door bladluizen of door spintmijten worden aangetast scheiden via de wortels stoffen uit die in buurplanten leiden tot de productie van SOS-geuren die vijanden van de bladluizen of spintmijten aantrekken. Planten kunnen dus zowel boven- als ondergronds hun buren afluisteren.

Fig. 5. Bonenblad met spintmijten (Tetranychus urticae) (foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)
Fig. 5. Bonenblad met spintmijten (Tetranychus urticae)
†††††††††††(foto: Laboratorium voor Entomologie, Wageningen Universiteit)

De wereld is groen: ecosystemen en natuurbeheer

De wereld is groen. Als je goed om je heen kijkt zie je overal groene planten. Zelfs tussen de stoeptegels voor het huis en door het asfalt heen groeien planten. Toch heeft elke plant te maken met een groot aantal belagers: de planteneters. De grootste groep planteneters bestaat uit plant-etende insecten. Planten kunnen niet weglopen voor hun belagers. Hoe kan het dan dat de wereld toch groen is met al die planteneters die actief op zoek gaan naar hun groene prooi. Dit heeft voor een deel te maken met het feit dat elk plantenetend insect zelf ook een groot aantal vijanden heeft. Meestal zijn dit ook weer insecten zoals sluipwespen en roofmijten. Daarnaast kunnen planten zich goed verdedigen: via giftige stoffen, stekels en doorns en... door een bondgenootschap met insecteneters aan te gaan via de SOS-geurstoffen.
Hoe belangrijk is het effect van de SOS-geurstoffen eigenlijk op de samenstelling van levensgemeenschappen in de natuur? We weten dat het vermogen om SOS-geurstoffen te maken wijdverbreid is onder planten. Naar verwachting kunnen de meeste plantensoorten het. Maar om te onderzoeken hoe SOS-geurstoffen de samenstelling van leefgemeenschappen beÔnvloeden zijn gerichte experimenten nodig. Ook daarvoor zijn doofstomme en hard-roepende planten een belangrijk hulpmiddel. We kunnen samenstelling in een proefveldje met doofstomme† planten vergelijken met die van een proefveldje met harde roepers. Hiervoor moeten we wel eerst doofstomme en hard roepende planten zoeken. Maar het kan misschien ook wel makkelijker: door van een zacht roepende† plant een harde roeper te maken. In ons onderzoek in Wageningen naar de mechanismen van SOS-geur productie hebben we ontdekt dat planten na beschadiging hormonen aanmaken die de SOS- geur productie op gang brengen. We kunnen in het veld dus planten een hormoonbehandeling geven en bestuderen wat voor effect dit heeft op de samenstelling van een levensgemeenschap. Zo verkrijgen we inzicht in de processen van een ecosysteem. De eigenschappen van planten beÔnvloeden welke dieren (planteneters en hun vijanden) er voorkomen. De samenstelling van de plantengemeenschap bepaalt daarmee de samenstelling en de dynamiek (hoe de boel veranderd in de loop der tijd) van dierlijke gemeenschappen. Omgekeerd bepalen dieren de samenstelling van de plantengemeenschap.
Dit soort ecologisch onderzoek leert ons welke relaties soorten onderling hebben en geeft ons inzicht in de opbouw van een ecosysteem. Ook kunnen we strategieŽn kiezen voor duurzaam natuurbeheer.† Daarbij moeten we ons niet richten op het behoud van ťťn of enkele soorten, maar op de hele levensgemeenschap.


Auteur: prof. dr. Marcel Dicke


Relevante links op internet:

Artikel van Jules Beekwilder: "Hoe overleeft een plant in zijn omgeving?":
http://www.trezorix.nl/tn.cultuur/asp/page.asp?id=i000262&alias=ndb.mcp&view=natuurdatabase.nl

Informatie over onderzoek van Wageningen Universiteit naar planten die om hulp geuren:
http://www.dpw.wau.nl/ento/nederlands/index_personeel.htm

Informatie naar aanleiding van† VPRO's Noorderlicht-programma "Wat zegt de plant?" (inclusief foto's en videoclips):
http://www.vpro.nl/programma/noorderlicht/index.shtml?2785571+2848322+2897441+3502165

Over het internationale onderzoek aan 'talking plants':
http://www.discover.com/apr_02/gthere.html?article=featplants.html

Nature-artikel over het internationale onderzoek aan 'talking plants': http://www.nature.com/nsu/010329/010329-11.html

Over het vermogen van sluipwespen om geuren te kunnen leren en de toepassing daarvan bij het opsporen van landmijnen en bij de douane:
http://www.rnw.nl/wetenschap/html/sluipwesp011128.html

Website van de Nederlandse Entomologische Vereniging:
http://www.nev.nl/


Klik op 'NIBI' (in de groene balk bovenaan) voor een overzicht van de beschikbare artikelen van het NIBI