Body size cascades from Neodiprion sawfly hosts to Perilampid parasitoids: An investigation of sequential divergence

In de natuurlijke wereld begint het verhaal van hoe nieuwe soorten ontstaan vaak met een eenvoudige keuze: waar te leven. Wanneer een groep insecten op een andere plant begint te voeden dan hun buren, betreden ze een nieuwe omgeving met een eigen set regels. Na verloop van tijd vormen de drukfactoren van dit nieuwe thuis — misschien de grootte van de bladeren of de chemische verdediging van de schors — de lichamen en het gedrag van de insecten. Als deze veranderingen sterk genoeg worden, kunnen de insecten stoppen met het voortplanten met hun oorspronkelijke neven, waardoor ze uiteindelijk splitsen in twee verschillende soorten. Dit proces, bekend als ecologische speciatie, is goed begreeld bij de insecten zelf. Maar een diepere vraag spookt al lang door de hoofden van evolutionair biologen: rimpelt deze splitsing naar buiten toe? Als het waardgasdier verandert, verandert de parasiet die van hem afhankelijk is dan ook mee, waardoor er een kettingreactie van nieuwe levensvormen ontstaat?

Deze vraag brengt ons naar de dennenbossen van Noord-Amerika, waar een kleine zaagvlieg, een parasitaire wesp en een den in een driehoeksrelatie gevangen zitten. De zaagvlieg, een plaag die aan dennennaalden voedt, is in twee verschillende groepen gesplitst op basis van welke densoort zij hun thuis noemen. Eén groep leeft op het ene type den, de andere op een ander type. Omdat ze op verschillende bomen leven, hebben ze verschillende lichaamsgroottes ontwikkend, een eigenschap die hen nu verhindert met elkaar te paren. De wesp, een kleine jager die haar eitjes in de cocon van de zaagvlieg legt, is volledig afhankelijk van deze zaagvliegen voor haar eigen overleving. Jarenlang vroegen wetenschappers zich af of de wesp simpelweg haar gastheren in deze splitsing had gevolgd, waarbij ze haar eigen aparte populaties ontwikkelde in de pas met de zaagvliegen. Een nieuwe studie door onderzoekers van The Ohio State University heeft eindelijk nauwkeurig naar deze mogelijkheid gekeken, waarbij duizenden wespen werden gemeten om te zien of het verhaal van de zaagvlieg ook in het lichaam van de wesp wordt geschreven.

De onderzoekers verzamelden een enorme collectie wespen, specifiek een soort genaamd Perilampus neodiprioni, die ze als toevallige bijvangst vonden tijdens het bestuderen van zaagvliegkolonies. Deze zaagvliegen waren gedurende twee decennia verzameld, van 2003 tot 2024, verspreid over een groot deel van Noord-Amerika. Het team richtte zich op twee hoofdgroepen zaagvliegen: één die op één type den leeft en een andere die op een ander type den leeft. Deze twee groepen zaagvliegen staan bekend om hun verschillende groottes, waarbij de zaagvliegen op het eerste type den over het algemeen groter zijn. De wetenschappers wilden weten of de wespen die in de grotere zaagvliegen groeiden, ook groter waren dan de wespen die in de kleinere zaagvliegen groeiden. Om dit te achterhalen, maten ze zorgvuldig de totale lichaamslengte van 548 wespen, samen met de grootte van de cocoons waaruit ze waren tevoorschijn gekomen, en noteerden ze het geslacht van zowel de wesp als de gastheer (de zaagvlieg). Ze legden ook de breedtegraad vast waar elk monster werd gevonden om te zien of locatie een rol speelde.

De resultaten toonden een duidelijke en directe verbinding tussen de gastheer en de parasiet. De wespen die zich in de grotere zaagvliegen ontwikkelden, waren inderdaad groter dan de wespen die zich in de kleinere zaagvliegen ontwikkelden. Dit patroon hield stand voor zowel mannetjes als vrouwtjes, ongeacht waar ze in Noord-Amerika werden gevonden. Het was alsof de grootte van de woning van de zaagvlieg de grootte van het lichaam van de wesp had bepaald. De onderzoekers ontdekten dat dit verschil niet slechts een willekeurige fluctuatie was; het was een consistente trend waarbij de wespen de grootteverschillen van hun gastheren weerspiegelden. Dit suggereert dat de wespen niet slechts passieve passagiers zijn, maar actief aanpassen aan de specifieke grootte van de gastheer die ze bewonen. De studie onthulde ook dat de grootte van de cocon van de zaagvlieg, wat dient als een maat voor de beschikbare middelen voor de ontwikkelende wesp, de uiteindelijke grootte van de wesp sterk beïnvloedde. Grotere cocoons produceerden grotere wespen, en deze relatie was zelfs sterker voor vrouwtjes dan voor mannetjes.

Naast alleen de totale lichaamsgrootte keken de onderzoekers naar specifieke delen van het lichaam van de wesp om te zien waar deze veranderingen plaatsvonden. Ze maten de kop, de thorax (het middelste gedeelte) en het abdomen (het achterste gedeelte). Ze vonden dat het abdomen het meest uitgesproken verschil vertoonde tussen de twee groepen wespen. Dit is een belangrijke bevinding, omdat het abdomen de voortplantingsorganen bevat. Bij veel insecten moeten de grootte en vorm van deze organen perfect overeenkomen om paring mogelijk te maken. Als de wespen van de twee verschillende zaagvliegastheren geëvolueerd zijn met verschillende groottes van het abdomen, zou dit kunnen betekenen dat ze fysiek niet meer in staat zijn om met elkaar te paren. Dit zou een cruciale stap zijn naar het worden van twee verschillende soorten. De studie onderzocht ook de gezichten van de wespen, waarbij kenmerken zoals ooghoogte en de afstand tussen het oog en de mond werden gemeten, die vaak verschillen tussen mannetjes en vrouwtjes. Ze vonden dat hoewel mannetjes en vrouwtjes wespen over het algemeen verschillend van elkaar waren, de specifieke verschillen tussen de twee groepen gastheren subtiel waren en vooral zichtbaar werden bij het vergelijken van de wespen van de twee hoofdgroepen zaagvliegen met een derde, meer verre zaagvliegsoort.

De onderzoekers keken ook naar hoe deze patronen veranderden naarmate ze zich naar het noorden en zuidenen over het landschap bewogen. Ze ontdekten dat wespen over het algemeen iets groter werden naarmate ze naar hogere breedtegraden trokken. Echter, dit patroon kwam niet perfect overeen met dat van de zaagvliegen. Terwijl de zaagvliegen op één type den kleiner werden naarmate ze naar het noorden trokken, volgden de wespen die krimpende trend niet. In plaats daarvan leken de wespen het groottepatroon van de andere zaagvliegsoort te volgen, of misschien een mix van beide. Dit suggereert dat hoewel de wespen door hun gastheren worden beïnvloed, ze de patronen niet in elk detail simpelweg kopiëren. De studie merkte ook op dat in de specifieke regio waar de twee zaagvliegsoorten mengen en soms met elkaar kruisen, de wespen van beide gastheren meer op elkaar leken. Maar zodra men de mengzone verlaat, beginnen de wespen van de twee verschillende zaagvliegastheren er weer verschillend uit te zien, wat de indruk versterkt dat de scheiding echt is en wordt gedreven door de verschillende omgevingen die de zaagvliegen bieden.

Dit werk levert het eerste sterke bewijs dat een proces genaamd sequentiële divergentie aan de hand is in een systeem van insecten die zich aan de buitenkant van planten voeden. Lange tijd hadden wetenschappers dit soort cascade-achtige veranderingen alleen gezien bij insecten die binnenin planten leven, zoals galmakers, waar de gastheer en de parasiet nauw met elkaar verbonden zijn. Deze studie laat zien dat zelfs in een systeem waar de gastheer vrij beweeglijk is en de parasiet een jager is, de splitsing in de gastheer de splitsing in de parasiet kan aanjagen. De onderzoekers suggereren dat de lichaamsgrootte van de zaagvlieg fungeert als een "magische eigenschap" — een kenmerk dat de zaagvlieg helpt zich aan te passen aan zijn specifieke boom en die ook voorkomt dat hij met anderen paren. Nu lijkt het erop dat dezezelfde eigenschap de wespen ertoe aanzet zich aan te passen en potentieel uit elkaar te splitsen. De studie beweert niet dat de wespen al twee aparte soorten zijn geworden, maar het toont aan dat de omstandigheden hiervoor aanwezig zijn. De wespen divergeren, hun lichamen veranderen als reactie op hun gastheren, en de fysieke barrières voor paring zijn mogelijk in de maak.

De implicaties van deze bevinding reiken veel verder dan alleen deze twee insecten. Parasitaire wespen behoren tot de meest diverse groepen dieren op aarde, en toch weten we nog maar weinig over hoe zij zo talrijk zijn geworden. Als het splitsen van een gastsoort de splitsing van zijn parasieten kan triggeren, dan kan elke keer dat een nieuwe insectensoort evolueert, dit potentieel een hele nieuwe lijn van wespen voortbrengen. Dit "rimpeleffect" zou een belangrijke motor voor biodiversiteit kunnen zijn, die een enorme, verborgen wereld van soorten creëert die we nog moeten ontdekken. Door aan te tonen dat dit proces ook kan voorkomen bij insecten die zich aan de buitenkant van planten voeden, opent de studie de deur naar het zoeken naar soortgelijke patronen in andere ecosystemen. Het suggereert dat het verhaal van het leven niet alleen gaat over individuele soorten die geïsoleerd veranderen, maar over hele ketens van leven die samen veranderen, waarbij het lot van de één onlosmakelijk verbonden is met het lot van de volgende. De kleine wesp, die ooit werd beschouwd als een eenvoudige volger, wordt nu gezien als een deelnemer aan een grootschalige, cascade-achtige dans van evolutie, waarbij een verschuiving in de gastheer het ritme bepaalt dat de parasiet moet volgen.