Jarenlang was het een worm, een seksuele hoofdpijn. Japanse groene zijderups Megasyllis nipponica het splitst zijn bodem om zichzelf te reproduceren. Maar hoe doen deze algenetende ongewervelde dieren dat? Het proces zou te maken kunnen hebben met enkele ontwikkelingsgenen, blijkt uit een onderzoek dat op 22 november in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschappelijke rapporten.
[Related: The jumping worm invasion may be less worrisome than it sounds.]
Tot ziens kont
Sommige gesegmenteerde zeewormen, zoals de zijderups, ondergaan een voortplantingsproces dat stolonisatie wordt genoemd. De stolon is het laatste orgaan van de worm en zit vol met eitjes of sperma, afhankelijk van het geslacht van de worm. Tijdens stolonisatie wordt de stolon volledig gescheiden van de rest van het lichaam van de worm voor reproductie.
Deze vrijstaande kont zwemt zelfstandig rond en wordt geboren wanneer hij een andere stolon van het andere geslacht tegenkomt. Aangenomen wordt dat dit autonome zwemmen het moederlichaam van de worm beschermt tegen gevaren voor het milieu en ervoor zorgt dat eieren en sperma langere afstanden kunnen afleggen.
Om zelfstandig te kunnen zwemmen, moeten stolonen hun eigen ogen, antennes en zwemharen ontwikkelen terwijl ze nog aan hun oorspronkelijke lichaam vastzitten. Hoe dit gebeurt was een mysterie. De vorming van de stolon zelf begint wanneer de geslachtsklieren nabij de kont van de worm volwassen worden. Het hoofd vormt zich dan voor de zich ontwikkelende stolon, terwijl de ogen, antennes en zwemmende borstelharen er vlak achter volgen. Het ontwikkelt zijn zenuwen en het vermogen om onafhankelijk te voelen en zich te gedragen voordat de stolon zich scheidt van de rest van het lichaam.
Hot hox-genen
In een nieuwe studie onderzocht een team van de Universiteit van Tokio hoe de stolonkop überhaupt wordt gevormd. De onderzoekers onderzochten de expressiepatronen van ontwikkelingsgenen in de wormen terwijl ze seksueel volwassen werden. Een bekende groep genen die de vorming van lichaamsdelen bepalen, de zogenaamde hox-genen, helpt bij het definiëren van het hoofdgebied van verschillende dieren. Het team ontdekte dat hox-genen meer tot expressie komen in de regio van de stolonkop. Genen komen meestal niet zo vaak tot uiting in het midden van het lichaam, behalve wanneer de geslachtsklieren zich ontwikkelen. Gedurende deze tijd komen hox-genen sterk tot expressie in het middengedeelte en de achterhand van de worm.
“Dit laat zien hoe normale ontwikkelingsprocessen worden aangepast om te passen bij de levensgeschiedenis van dieren met unieke voortplantingsstijlen”, zegt co-auteur en marien bioloog Toru Miura van de Universiteit van Tokio.
[Related: These newly discovered bioluminescent sea worms are named after Japanese folklore.]
Hox-genen bepalen ook de segmentatie langs het wormlichaam. Het team dacht dat hox-genen op verschillende manieren tot expressie zouden komen langs een onzichtbare lijn die van de kop van de worm naar de achterkant loopt.
“Interessant genoeg waren de expressies van Hox-genen die de identiteit van lichaamsdelen bepalen gedurende het hele proces constant,” zei Miura.
Vanwege deze consistentie heeft de stolon geen apart spijsverteringskanaal. Het heeft ook herhaalde uniforme lichaamssegmenten, behalve de kop en de staart.
“Dit geeft aan dat alleen het hoofdgedeelte op de achterkant van het lichaam wordt geplaatst om het paaigedrag voor reproductie te controleren,” zei Miura.
De studie toonde voor het eerst het ontwikkelingsmechanisme van stolonen aan en leidde tot aanvullend onderzoek naar deze voortplantingsmethode. Miura en team hopen in toekomstige studies het mechanisme van geslachtsbepaling en endocriene regulatie tijdens de voortplantingscycli van de worm op te helderen.