Wetenschap & Techniek

Creatief met vlindervleugels: achter de tekentafel van de natuur

foto: Richard Walbankfoto: Richard Walbank

Nieuws
Creatief met vlindervleugels: achter de tekentafel van de natuur

In de natuur zijn er duizenden vlindersoorten te vinden, elk met zijn eigen vleugelpatroon. Om de ontwikkeling van deze diversiteit te bestuderen, hebben wetenschappers een gen gedeactiveerd dat de vleugelpatronen helpt vorm geven. Met opvallende resultaten.

Vlinders bieden een spectaculair voorbeeld van de diversiteit van de natuur. Er zijn zo’n 20.000 soorten beschreven, en samen met motten bestrijken ze zelfs zo’n tien procent van alle bekende soorten op aarde. Omdat deze soortenrijkdom zich uit in een brede verscheidenheid aan vleugeltekeningen, is de vlinder een geliefd onderzoeksobject van biologen. Op die manier hopen ze meer inzicht te krijgen in hoe uiterlijke diversiteit ontstaat.

Die grote verscheidenheid aan kleuren en patronen wordt bij alle vlindersoorten aangestuurd door dezelfde kleine groep genen, maar de precieze werking van die genen was tot nu toe onbekend. De nieuwe gentechnologie CRISPR betekende echter een doorbraak. Met deze techniek werd een van de cruciale genen voor de vorming van vleugelpatronen bij zeven vlindersoorten ‘uitgeschakeld’.

Eén gen, vele uitkomsten

De intrigerende uitkomst was dat de vlakverdeling van vleugelpatronen vervormde, maar op verschillende manieren. Het uitgeschakelde gen, genaamd WntA, vervult dus een specifieke rol in het ontwerp van de vleugelschildering, maar wordt bij elke onderzochte vlindersoort op een andere manier ingezet. Bijzonder aan dit onderzoek is dat de functie van één gen in zoveel verschillende soorten kon worden vergeleken.

Raad je plaatje

Op de afbeeldingen hierboven zie je de effecten bij twee soorten vlinders, boven de monarchvlinder en onder de Heliconius sara. De linkervleugel is telkens de oorspronkelijke vleugeltekening van de vlindersoort, de rechter is van een vlinder zonder het WntA-gen. Bij de monarchvlinder is een witte omlijning van de zwarte aders te zien en een vervaging van de zwarte rand. Bij de Heliconius sara is het patroon met subtiele witte vlakken over bijna de hele vleugel uitgesmeerd.

Het grotere plaatje dat hierbij komt kijken is hoe uiterlijke verschillen evolueren. Het WntA-gen is een soort 'schilder-gen' dat helpt patronen te plaatsen, en het wordt bij verschillende soorten anders ingezet bij het ontwerp van patronen op de vleugels. Dit illustreert dat door evolutie het gebruik van zo’n schilder-gen kan veranderen en dit kan leiden tot verschillende soorten met een ander uiterlijk.

Nieuwe vergezichten voor de biologie

Een belangrijke reden om vlindervleugels te onderzoeken is dat de tekeningen daarop plat zijn. Hoofdonderzoeker Arnaud Martin legt uit aan De Kennis van Nu: “De platte kleurrijke oppervlakten van deze insecten kunnen een indicatie geven hoe complexe systemen, zoals onze eigen anatomie met zijn ongelooflijk gedetailleerde en driedimensionale patronen, groeien. Voor onze hersenen bijvoorbeeld heb je patronen nodig om zo’n zeer complex orgaan te maken.”

Een nieuw tijdperk breekt aan waarin de praktische werking van genen en evolutie beter kan worden begrepen, stelt Martin. “We weten waarom vlinders zulke mooie kleurrijke patronen hebben; vanwege partnerselectie of als aanpassing om roofdieren te misleiden. Ik denk dat de CRISPR-techniek ons nu in staat stelt op een heel brede en diepe manier de mechanismen achter evolutie te bestuderen. Het gaat ons antwoorden geven op hoe (in plaats van waarom) biologische complexiteit op verschillende tijdsschalen werkt.”

Dit artikel is verzorgd door de wetenschapsredactie van De Kennis van Nu (NTR).