Feromonen als wegwijzer voor overwinteringsplaats

Waarom keren vliegen terug naar dezelfde overwinteringsplaatsen?

In de late zomer komen de clustervlieg, de herfstvlieg en/of de gele zwermvlieg massaal in bepaalde Vlaamse hoge gebouwen om dan later daar te overwinteren. Daarna herhaalt dit fenomeen jaarlijks. Zouden semiochemicaliën, waaronder feromonen, de vliegen leiden naar deze locaties? Om deze onderzoeksvraag te beantwoorden, werd de lucht van de geplaagde ruimtes geanalyseerd om daaruit kandidaat-semiochemicaliën te selecteren.

Vliegen worden door de mens vaak als ongewenst beschouwd. Insecticiden gebruiken in binnenruimten is echter niet aangeraden. Hierom is preventie belangrijk, maar de oorzaak van deze terugkeer is niet gekend. In deze masterproef wordt de hypothese van chemische communicatie via semiochemicaliën verder onderzocht.

Een geplaagde ventilatietoren waar de lijmval volhangt met vliegen.

Overwintering van vliegen

De clustervlieg (Pollenia rudis s.l.), de herfstvlieg (Musca autumnalis) en de gele zwermvlieg (Thaumatomyia notata) houden een diapauze als volwassen vlieg in beschutte plaatsen om de winter te doorkomen. Een diapauze is een speciale overwinteringsstaat waar biochemische processen in de vlieg tot een minimum wordt herleid. Ze verblijven van de late zomer t.e.m. vroege lente op hun overwinteringsplaats. De effectieve diapauze start pas aan het einde van de herfst.

Clustervlieg (links), herfstvlieg (centraal) en de gele zwermvlieg (centraal)

Communicatie bij insecten

Insecten communiceren op vier manieren: visueel, auditief, chemisch en via tast. Chemische communicatie verloopt via semiochemicaliën en deze kunnen ver verspreiden en lang actief blijven. Deze eigenschappen verantwoorden de keuze voor chemische communicatie omdat de vliegen tijdens de rest van het jaar niet in de gebouwen verblijven. Mogelijk zijn signaalstoffen achtergelaten door vliegen van de vorige overwintering waardoor de nieuwe overwinteringsgeneratie deze signaalstoffen volgt voor een geschikte overwinteringsplaats.

Semiochemicaliën is een verzamelterm voor feromonen en allelochemicaliën. Feromonen zijn communicatiemoleculen die gebruikt worden binnen eenzelfde soort. Bij allelochemicaliën daarentegen zijn de verzender en de ontvanger van de communicatiemoleculen niet van dezelfde soort. Het gebruik van semiochemicaliën als communicatiemedium bij insecten is al vrij lang gekend. Zo lossen vrouwelijk zijdevlinders (Bombyx mori) de molecule bombykol tijdens het paringsseizoen om de mannelijke sekse naar zich aan te trekken. Insecten kunnen semiochemicaliën specifiek (enkel voor die insectensoort) en in lage concentraties detecteren.

Onderzoek naar semiochemicaliën is belangrijk om het gedrag van insecten te bestuderen. Zo wordt in omgevingstoxicologie onderzocht of de mens geen componenten produceert en/of gebruikt die agressiviteit kunnen uitlokken bij hoornaars. Daarnaast kunnen uit onderzoek toepassingen voortuitvloeien, zoals het opsporen van plaaginsecten, het ontwikkelen van aantrekkings- en afstotingsmiddelen die kunnen worden ingezet in de landbouw voor plaagbeheersing en het inzetten van insecten als biosensor.

Volatolomics: onderzoek naar vluchtige metabolieten

Om ver te kunnen verspreiden moeten deze semiochemicaliën vluchtig zijn. Hierom werd voor deze masterproef een volatolomics-aanpak gehanteerd. De suffix -omics betekent “onderzoek naar een bepaalde verzameling van biomoleculen”. Volatolomics is dus het onderzoek naar vluchtige metabolieten. Volatolomics kan worden toegepast in verschillende onderzoeken zoals het opsporen van ziektes via de adem, het meten van stress van het microbioom in de bodem en het vinden van semiochemicaliën.

Omdat semiochemicaliën chemisch divers zijn en niet is geweten welke klasse van molecule dit veroorzaakt, werd het onderzoek op een untargeted manier uitgevoerd. Hierbij werden alle vluchtige moleculen in de ruimte bemonsterd en chemisch geanalyseerd en werden kandidaat-semiochemicaliën achteraf geselecteerd met statistische analyses.

Experiment in de gebouwen en dataverwerking

De bemonstering werd uitgevoerd door buisjes gevuld met sorbent (Tenax-TA) op te hangen waaraan vluchtige moleculen adsorberen. Dit gebeurde passief (dus zonder pompen, op basis van diffusie), gedurende twee weken. Om te weten wanneer deze vluchtige moleculen worden gelost, werd op drie verschillende momenten bemonsterd, namelijk bij de binnenkomst, vóór de diapauze en na de diapauze. Eén niet-geplaagd en zeven geplaagde gebouwen, die verspreid staan in Vlaanderen, werden geanalyseerd. Elk gebouw werd geïnspecteerd welke vliegen aanwezig waren aangezien de drie soorten niet altijd allemaal aanwezig zijn.

Binnen een geplaagd gebouw werden verschillende posities bemonsterd, namelijk in de ruimte waar veel vliegen verbleven (meestal boven in een gebouw), bij de muur waar veel vliegen clusteren (headspace) en in het midden van het gebouw waar meestal nauwelijks vliegen aanwezig zijn. Bij de eerste twee posities worden in een geplaagd gebouw semiochemicaliën verwacht, in het midden van het gebouw daarentegen nauwelijks tot geen.

Bemonstering van een geplaagde ruimte boven in het gebouw (links) en de headspace (rechts). Het bokaal verhindert vliegen de headspace te betreden zodat enkel componenten achtergelaten op de muur worden bemonsterd. Telkens werden in duplicaat buisjes met Tenax-TA opgehangen.

De buisjes werden kwantitatief geanalyseerd met thermische desorptie – gaschromatografie – massaspectrometrie (TD-GC-MS) om te bepalen hoeveel van een bepaalde vluchtige component is geadsorbeerd op het sorbent. Dit is gerelateerd aan de concentratie van dat vluchtige component in de bemonsterde lucht. Op deze data werd dan de statistische analyse uitgevoerd, opgesplitst per vliegensoort. Twee factoren werden gebruikt voor de selectie, namelijk of het staal afkomstig was van een gebouw geplaagd door een bepaalde vliegensoort en op basis van de positie. Voor de eerste factor werden gevalideerde OPLS-DA-modellen opgesteld en werden componenten die statistisch belangrijk waren én gecorreleerd zijn aan de aanwezigheid van de vliegensoort geselecteerd. Voor de factor positie werden componenten die meer abundant zijn in de geplaagde ruimte of de headspace dan in het midden van het gebouw geselecteerd. Hiervoor werd een script in R (een gratis programmeersoftware) opgesteld op basis van Limma-t-testen.

In de TD-GC-MS-analyses werden 144 componenten opgenomen voor statistisch analyse, 30 componenten zijn mogelijk gerelateerd aan de aanwezigheid van (één van de drie) vliegensoorten. De masterproef verschaft een analysemethodiek in de untargeted volatolomics, die ook kan worden toegepast naast semiochemicaliën-onderzoek.

Plaagcyclus stoppen

Om te onderzoeken of deze 30 resterende kandidaten effectief de oorzaak is van het terugkeren van de vliegen, moeten in-vivotesten worden uitgevoerd om te valideren. Hierbij komen de vliegen in contact met de kandidaat-semiochemicalie en wordt hun gedrag bestudeerd.

Indien uiteindelijk semiochemicaliën gevonden worden, kunnen strategieën worden bedacht om enerzijds de semiochemicaliën te verwijderen zodat ze niet meer daar terugkeren en om anderzijds de semiochemicaliën toe te passen om de vliegen te lokken naar een locatie waar ze wel mogen overwinteren.