Bladsnijdermieren hebben als enige insecten een kristalpantser

Onderzoekers hebben ontdekt dat het exoskelet van bladsnijdermieren is bedekt met een nieuw type mineraal, dat doet denken aan dolomiet.

Gepubliceerd 27 nov. 2020 14:41 CET
De bladsnijdermier Acromyrmex echinatior onderhoudt zijn eigen ‘schimmeltuinen’ en blijkt nu ook een pantser van biomineraal te ...

De bladsnijdermier Acromyrmex echinatior onderhoudt zijn eigen ‘schimmeltuinen’ en blijkt nu ook een pantser van biomineraal te hebben.

Foto van Eduard Florin Niga / Eddimage Photography

Bladsnijdermieren doen hun naam eer aan, want ze verrichten Herculeswerk door bladeren in stukjes te bijten en die vervolgens (als groene vlaggetjes die vele malen groter zijn dan hun lichaam) over flinke afstanden naar hun kolonie te dragen. Daar worden de bladeren tot moes gekauwd en gebruikt als kunstmest voor onderaardse tuinen van schimmels, waarmee de mieren zich voeden. Onderweg moeten de mieren een heel scala van roofdieren trotseren en raken ze ook geregeld in oorlog met andere mierensoorten.

Maar deze insecten blijken nu nóg geharder te zijn dan tot nu toe werd gedacht.

Nieuw onderzoek toont namelijk aan dat het exoskelet van een bladsnijdermierensoort uit Midden-Amerika is bedekt met een natuurlijk soort pantser. Dit schild in de vorm van een coating is gemaakt van calciet met een hoge concentratie aan magnesium, een type mineraal dat slechts in één andere biologische context voorkomt: in de tandjes waarmee de zee-egel kalksteen kan vermalen.

De botten en tanden van veel dieren bevatten kalkhoudende mineralen, en geleedpotigen als krabben en kreeften creëren gemineraliseerde weefsels in de vorm van schilden en scharen. Maar vóór deze ontdekking was geen enkele vorm van calciet bij volwassen insecten aangetroffen.

Dankzij zijn pantser kan de bladsnijdermier Acromyrmex echinatior oorlogen met andere mierensoorten beter doorstaan.

Foto van of Eugenia Okonski, Smithsonian Institution

De coating van de bladsnijdermieren bestaat uit duizenden minuscule plaatvormige kristallen en vormen een harde laag op het exoskelet van de mieren. Volgens de nieuwe studie, die deze week in het tijdschrift Nature Communications is verschenen, voorkomt dit ‘harnas’ dat de insecten in gevecht met andere mieren ledematen verliezen en kan het ook schimmelinfecties afweren.

De ontdekking is met name verrassend omdat er al zo veel over deze mieren bekend is. “Er zijn duizenden wetenschappelijke artikelen over bladsnijdermieren verschenen,” zegt Cameron Currie, evolutiebioloog aan de University of Wisconsin-Madison en een van de auteurs van de nieuwe studie.

“We waren echt verrukt over deze vondst bij een van de meest onderzochte insecten in de natuur,” zegt hij.

Hoewel in de nieuwe studie naar slechts één mierensoort – Acromyrmex echinatior – is gekeken, vermoeden Currie en zijn collega’s dat verwante mierensoorten eveneens deze biominerale coating hebben.

Mieren met een laagje steen

Zo’n zestig miljoen jaar geleden, lang voordat de mens of zijn directe voorlopers zich ontwikkelden, vonden bladsnijdermieren hun eigen vorm van landbouw uit. Hun onderaardse schimmeltuinen zijn het resultaat van een symbiotische relatie, waarin de schimmels door de mieren worden beschermd terwijl ze als voedsel dienen voor de mierenlarven. Elke soort bladsnijdermier heeft zijn eigen schimmelsoort.

Enkele van de bijna vijftig bladsnijdermierensoorten, waaronder de soort uit de nieuwe studie, hebben daarnaast ook een symbiotische relatie met een bacterie, die voorkomt dat de schimmeltuinen worden besmet met andere, schadelijke schimmels. Jonge werkmieren zijn bedekt met een laagje van deze microben, en terwijl de mieren door hun schimmeltuinen lopen, scheiden de bacteriën een chemische stof uit die ongewenste schimmels doodt.

Een voormalige postdoctoraal-onderzoeker in het laboratorium van Currie, Hongjie Li (inmiddels onderzoeker aan de Universiteit van Ningbo in China), begon onderzoek te doen naar deze bacteriën en raakte al snel gefascineerd door de vreemde, minuscule kristalletjes die hij op het exoskelet van de mieren aantrof. Hij wist geologen ertoe te bewegen om hem bij zijn onderzoek naar dit mineraalachtige materiaal te helpen. Daarbij werden verschillende beeldtechnieken, waaronder elektronenmicroscopie, ingezet om de samenstelling van de coating te bestuderen. 

Toen Li op een herfstochtend in 2018 de resultaten van het geologisch onderzoek binnenkreeg, waaruit bleek dat de mieren waren bedekt met een dun laagje van een biomineraal dat nog niet eerder bij insecten was waargenomen, was hij opgetogen.

“Er zat steen op de mieren!” zegt Li. “Ik heb rotsmieren gevonden!”

Volgens hem doet de samenstelling van het ‘pantser’ sterk denken aan dolomiet, hoewel het nog iets harder is dan dat mineraal.

Zoals alle insecten hebben ook mieren een exoskelet van chitine, een robuuste en toch flexibele stof. Om uit te zoeken of dit laagje biomineraal als een extra harnas fungeert, kweekten Li en zijn collega’s in het laboratorium mieren mét en zonder het laagje biomineraal. (Als mierenlarven in het stadium van verpopping uit de kolonie worden weggenomen en in bepaalde omstandigheden worden grootgebracht, ontwikkelen ze de coating niet.) Vervolgens voerden ze meerdere tests op beide type mieren uit.

Mierenoorlogen

Bij een van die experimenten traden de mieren in het strijdperk tegen iets grotere maar nauw verwante soorten. In deze “mierenoorlogen”, in de woorden van Li, raakten de ‘rotsmieren’ gedurende een strijd van één uur driemaal minder ledematen kwijt dan mieren zonder de biominerale coating.

Vervolgens stelden de onderzoekers de insecten bloot aan een schadelijk schimmel dat mieren kan besmetten en dat verwant is aan beruchte schimmels die deze insecten in ‘zombies’ omtoveren. Na zes dagen waren alle mieren zonder de biominerale coating gestorven, terwijl slechts de helft van hun gepantserde soortgenoten waren gestorven.

Uit een derde experiment bleek dat de exoskeletten van bladsnijdermieren tweemaal zo hard zijn als ze van biomineralen zijn voorzien.

En hun coating groeit mee naarmate de mieren ouder worden. Normaliter zijn het jonge mieren die ondergronds de schimmeltuinen bewerken. Daar komen ze geen roofdieren of vijandige mierensoorten tegen en hebben ze dus weinig aan een sterker pantser. Maar volgens Li ontwikkelen ze tegen de tijd dat ze buiten het nest gaan foerageren, een coating die dikker is dan toen ze nog jong waren.

Volgens Andrew Suarez, entomoloog aan de University of Illinois, is het vooral erg spannend om dit type mineraal op een exoskelet te zien, omdat soortgelijke mineralen eerder alleen in meer afzonderlijke en gespecialiseerde weefsels, zoals tanden, zijn aangetroffen.

“Het is alsof je lichaam bedekt is met kleine kristalletjes van email,” zegt Suarez, die niet bij de nieuwe studie was betrokken.

“Ik heb genoten van dit artikel, want het beschrijft iets nieuws, namelijk skeletten van biomineralen bij insecten,” zegt  Andrew Knoll, expert in biomineralen aan de Harvard University.

“Een aantal geleedpotigen maakt of maakte exoskeletten van calciumcarbonaat, waaronder (...) krabben, kreeften en de uitgestorven trilobieten, maar dat zoiets nu ook bij volledig op het land levende dieren is aangetroffen, is waarachtig interessant,” zegt hij.

Onbekende harnassen

De wetenschappers denken ook dat dit soort biominerale kristallen in de toekomst bij de fabricage van materialen kunnen worden toegepast, zoals in coatings of nanokristallen waarmee materialen sterker gemaakt of tegen corrosie beschermd kunnen worden.

Maar voorlopig gaat het volgens de wetenschappers om het begrijpen van de rol die het biomineraal in de anatomie van de mieren zelf speelt en om het zoeken naar mogelijk andere, nog niet ontdekte pantsers en biomineralen.

De kans is groot dat er nog meer van deze coatings in de natuur bestaan, zegt Currie. “Als we het biomineraal van deze overbekende soort niet kenden, wat zegt dat dan over de 99,9 procent van de insecten die nog maar amper zijn bestudeerd?"

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.