Omdat de meeste vlinders maar een korte tijd leven en een paar weken tussen kleurrijke bloemen fladderen voordat ze sterven, hebben een paar zeldzame uitzonderingen wetenschappers versteld doen staan. Nu werpen enkele langlevende tropische vlindersoorten licht op de geheimen van een lang leven.
Vlinders die behoren tot het geslacht Heliconius, die de tropische regenwouden van Zuid- en Midden-Amerika bewonen, hebben een levensduur die enorm varieert. De Dione juno-vlinder leeft 14 dagen nadat hij volwassen is geworden, terwijl Heliconius hewitsoni 348 dagen leeft – bijna 25 keer langer.
Andere Heliconius-soorten hebben ook een indrukwekkend lange levensduur, die tussen de 106 en 277 dagen duurt, volgens een onderzoek naar het fenomeen dat dinsdag in het tijdschrift is gepubliceerd. Natuurcommunicatie. Sommige wetenschappers hebben gespeculeerd dat de langere volwassenheid van Heliconius te wijten is aan het feit dat de insecten een verbeterd dieet consumeren, in plaats van puur op koolhydraten te vertrouwen zoals andere vlinders.
Maar de exacte redenen achter deze onverwachte lange levensduur zijn onduidelijk. Dat is wat Dr. Jessica Foley, hoofdauteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker aan het Jean Mayer USDA Human Nutrition Research Center on Aging in Boston, inspireerde om een diepgaande blik te werpen op het intrigerende geslacht van de vlinder.
“We zien enorme verschillen in levensduur in het dierenrijk – volwassen eendagsvliegen leven slechts één dag, terwijl sommige walvissen en haaien honderden jaren kunnen leven,” schreef Foley in een e-mail. “Ik ben geïnteresseerd in de evolutionaire basis van dit soort verschillen in levensduur, omdat ze inzichten kunnen bevatten die relevant zijn voor gezond ouder worden bij mensen.”
Foley en haar collega’s ontdekten dat hoewel voeding een rol speelt, sommige Heliconius ook een antiverouderingsmechanisme hebben ontwikkeld dat de onderzoekers nog steeds aan het ontrafelen zijn – en hoe dit een model zou kunnen zijn voor het begrijpen van de menselijke levensduur.
Het bestuderen van de ‘extreme agers’ van het dierenrijk is een zware taak voor wetenschappers, vooral als ze eeuwen moeten wachten voordat een soort een soort bereikt die als oud wordt beschouwd, zei Foley.
Minder bestudeerde Heliconius-vlinders vormden de perfecte casestudy, aangezien onderzoekers hun hele levenscyclus in ongeveer een jaar konden observeren. Slechts één andere bekende vlinder, Myscelia cyanaris, leeft langer dan Heliconius, met een maximale levensduur van 380 dagen, maar er zijn weinig gegevens die suggereren waarom.
Foley en haar medewerkers combineerden een uitgebreide dataset om naar levensduur- en verouderingspatronen binnen het geslacht Heliconius te kijken, met behulp van informatie verzameld uit commerciële vlinderhuizen en onderzoeken naar markeren, loslaten en hervangen, evenals gecontroleerde experimenten.
De auteurs wilden zien of het verwijderen van een ongewone voedselbron uit de voeding van deze vlinders hun levensduur zou verkorten, voegde ze eraan toe.
De meeste volwassen vlinders voeden zich uitsluitend met bloemennectar en worden alleen gevoed door koolhydraten in plaats van de aminozuren en lipiden – gebruikt voor eieren en sperma die nodig zijn om zich voort te planten – die ze als rupsen van plantaardig materiaal ontvingen voordat ze metamorfoseerden.
“De algemene evolutionaire strategie is om zoveel mogelijk te reproduceren totdat die hulpbronnen zijn opgebruikt, wat bij deze kleine insecten niet erg lang duurt”, zei Foley over de lipiden en aminozuren. “Ze sterven meestal kort nadat deze eindige hulpbron is opgebruikt.”
De meeste Heliconius-soorten hebben zich echter aangepast om zich te voeden met stuifmeel – zelfs als ze volwassen zijn – wat de insecten van meer energie zou kunnen voorzien, concludeerden de auteurs. Stuifmeel bevat ook lipiden, die helpen bij de energieopslag, maar ook de immuniteit versterken.
De auteurs bestudeerden de relatie tussen Heliconius en stuifmeel nauwgezet om te zien welke gezondheidsvoordelen de vlinders uit hun voeding haalden.
“Ik wilde de werkelijke omvang van deze verlenging van de levensduur bij Heliconius begrijpen, begrijpen of deze ook gepaard ging met vertraagde fysiologische veroudering, en uitzoeken of ze zou nog steeds een verlenging van de levensduur laten zien – wat wijst op ontwikkelde mechanismen voor een lang leven – zelfs zonder het stuifmeel, ‘zei Foley.
Van de 28 Heliconius-soorten die de onderzoekers bestudeerden, waren er slechts zes die geen stuifmeel voedden en die tussen de 14 en 98 dagen leefden. Maar uit de observaties van het team bleek dat zelfs als er geen stuifmeel werd toegediend, de Heliconius-vlinders nog steeds veel langer leefden dan hun verwanten die geen stuifmeel voedden.
Het team gebruikte ook een uniek apparaat om de leeftijdsgerelateerde achteruitgang bij oudere vlinders te meten met een grijpkrachttest. Ze bouwden een apparaat genaamd ‘The Pullinator’, een zitstok bekleed met schuurpapier die aan een lichtgewicht houten basis was bevestigd.
“We plaatsten dit op een laboratoriumweegschaal, stelden de balans op nul, hielden vervolgens voorzichtig een vlinder bij de vleugels vast en lieten hem zakken totdat hij de stok vastpakte,” zei Foley. “Vervolgens trokken we totdat hij losliet, maar terwijl de vlinder trok, werd de balans negatief en konden we de maximale negatieve waarde gebruiken als indicatie van hoeveel gewicht de vlinder kon dragen voordat hij losliet.”
De Heliconius hecale-vlindersoort, die tot 277 dagen kan leven, vertoonde weinig of geen fysiologische achteruitgang tijdens de grijpkrachttest, terwijl de nauw verwante Dryas iulia, die zich niet voedt met stuifmeel en 98 dagen leeft, tekenen van leeftijdsgebonden achteruitgang vertoonde. Heliconois hecale behield ook de lichaamsmassa en spierfunctie langer – zelfs als er geen stuifmeel meer aanwezig was.
De bevindingen toonden aan dat veel Heliconius-soorten die stuifmeel voeden over het algemeen een langere levensduur hadden en langzamer verouderden, wat erop wijst dat voeding een belangrijke factor is. Van stuifmeel afkomstige aminozuren helpen de vlinders ook voortdurend meer eieren te produceren als ze volwassen zijn, waardoor hun reproductieve levensduur wordt verlengd, zei Foley.
Maar gezien het feit dat het permanent verwijderen van stuifmeel uit het dieet van de vlinders geen negatieve invloed leek te hebben op hun levensduur, vermoeden de onderzoekers dat ze, net zoals de insecten een op stuifmeel gebaseerd dieet ontwikkelden, ook zijn geëvolueerd om langer te leven.
“We laten zien dat deze vlinders mechanismen voor een lang leven hebben ontwikkeld, en dat ze ook een vertraagde fysiologische achteruitgang lijken te hebben ontwikkeld, waardoor ze uitstekende nieuwe modellen zijn voor het bestuderen van de mechanismen die een lang leven mogelijk maken,” zei Foley. “We weten echter nog niet wat deze mechanismen zijn.”
Foley’s collega’s zijn geïnteresseerd in het onderzoeken van de meer mysterieuze mechanismen voor een lang leven van Heliconius, evenals in de robuuste cognitie van de vlinders – ze hebben grote hersenen en een indrukwekkend langetermijngeheugen, zelfs als ze ouder worden, zei ze.
Het bestuderen van wormen, vliegen en gist heeft wetenschappers in staat gesteld beter te begrijpen hoe de mechanismen van veroudering bij mensen werken. Door naar meer voorbeelden uit het dierenrijk te kijken, kunnen we oplossingen identificeren die de evolutie heeft gevonden voor het probleem van veroudering, zei Foley.
Het nieuwe onderzoek toont aan dat Heliconius een potentiële modelinsectengroep kan zijn voor het bestuderen van een langere levensduur, inclusief aanpassingen die de veroudering kunnen vertragen en mogelijk toepasbaar zijn op mensen, zei Dr. Jaret C. Daniels, curator en interim associate director van het McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity in het Florida Museum of Natural History. Daniels was niet betrokken bij het onderzoek.
“Deze studie versterkt het nut van veel insectengroepen en belangrijke modelorganismen voor verschillende onderzoeksgebieden”, aldus Daniels in een e-mail. “Aangezien veel insecten vaak over het hoofd worden gezien of ondergewaardeerd/ondergewaardeerd door mensen, kunnen onderzoeken als deze helpen dat perspectief te veranderen.”
Meld u aan voor CNN’s Wonder Theory wetenschappelijke nieuwsbrief. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke ontwikkelingen en meer.
