Biller er afhængige af unikke baglommer for at holde bakterielle symbionter sikre under metamorfose

Biller af slægten Lagria har brug for lidt hjælp fra deres bakterievenner gennem deres umodne livsstadier. Men at holde dem på samme sted hele livet er ikke muligt. Dette skyldes, at biller er holometabole insekter, som gennemgår en overordnet kropslig reorganisering (metamorfose) som pupper.

Her viser forskere for første gang, at billerne har udviklet en genial løsning på dette problem:Hunpupper holder deres symbiotiske bakterier i specialiserede lommer på ryggen. Når de kommer frem som voksne, blander de bakterierne ud af disse lommer, baglæns og derefter videre ind i deres kønsorganer.

"Her viser vi, hvordan et insekt kan opretholde gavnlige mikrobielle partnere på trods af de drastiske omlægninger af kropsstrukturer, der sker under metamorfose," siger den tilsvarende forfatter Dr. Laura V Flórez, forsker ved Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet. "Ved at modificere unikke 'lommer' på ryggen formår Lagria-biller at beholde deres beskyttende symbionter og lette deres flytning under forpupningen til nyudviklede voksne organer."

Unikke 'baglommer'

Hunner af mange Lagria-arter bærer en blanding af gavnlige bakterier i deres tilbehørskirtler, et par kirtler ved siden af ​​æggelederen. Når hunnerne lægger æg, 'presses' bakterierne ud af kirtlerne og aflejres på æggenes overflade. Antibiotika produceret af bakterierne beskytter æg, larver og pupper fra billerne mod svampe. I en af ​​de arter, der er undersøgt her, L. villosa, er den største bestanddel af den symbiotiske blanding en stamme af Burkholderia-bakterier kaldet Lv-StB, som har mistet generne og cellulære strukturer for motilitet og sandsynligvis ikke kan overleve længe udenfor billerne.

Flórez og kolleger viser, at hos L. villosa og L. hirta hunpupper lever symbionterne for det meste inde i de tre to-fligede lommer på bagsiden af ​​thorax, hvor de kan få næring af billerne. Sådanne 'baglommer' hos larver og pupper kendes ikke hos noget andet insekt. Hos hunpupper samles symbionter også på et fjerde sted, mellem børster på bagsiden af ​​hovedet. Lommerne er kun rudimentale hos hanpupper og indeholder få eller ingen symbionter. Hos voksne hunner lever symbionterne udelukkende inde i hjælpekirtlerne, som er fraværende hos hannerne.

'Lang og snoet vej'

"Symbionterne går fra den meget eksponerede ægoverflade til at kolonisere lommerne på bagsiden af ​​larverne og pupperne. Endelig ender de i specialiserede kirtler, der er forbundet med voksne hunners reproduktionssystem," opsummerede førsteforfatter Rebekka S Janke, der er ph.d. studerende ved Johannes Gutenberg Universitetet i Mainz.

Men hvordan koloniserer bakterierne hjælpekirtlerne efter forpopningen? For at besvare dette spørgsmål spredte forfatterne ca. 1 m polystyren fluorescerende perler, 1,0 μm brede, over tidlige pupper. De viser derefter, at størstedelen af ​​disse perler efter fremkomsten endte på spidsen af ​​maven. Forfatterne konkluderer, at perlerne, ligesom formodentlig symbionterne, blandes mod kønsorganerne ved friktion under fremkomstprocessen. Den mekanisme, hvorved symbionterne derefter koloniserer de accessoriske kirtler hos hunner, er endnu ikke kendt.

"På voksenstadiet ser hovedformålet med de symbiotiske organer ud til at være at muliggøre vellykket overførsel til ægstadiet og til næste generation. Da kun hunner lægger æg, behøver mandlige voksne ikke at bære disse potentielt dyre symbionter og er en blindgyde for bakterierne," sagde Flórez.

Medforfatter Dr. Martin Kaltenpoth, professor ved Max Planck Institute for Chemical Ecology i Jena, tilføjede:"For bedre at forstå, hvordan gavnlige symbionter overføres og vedligeholdes inden for og på tværs af generationer, bliver vi nødt til at identificere, hvilke værts- og symbiontfaktorer, der regulerer symbionter. Udvælger værten for eksempel efter specifikke symbionter? Og gennem hvilke mekanismer kan immotile symbionter kolonisere de symbiotiske organer?" + Udforsk yderligere

Alsidige symbionter:Rørbiller nyder godt af bakterielle hjælpere gennem alle livsstadier