De vrouwelijke zijdevlinder produceert, net als een loops teefje, een signaalstof om mannetjes te lokken. Zij steekt haar achterlijf omhoog en stulpt twee gele blaasjes naar buiten, waaruit de lokstof kan verdampen. De stof wordt met de luchtstroom meegevoerd en daardoor al snel sterk verdund. Dat betekent dat op enige afstand, zeg een kilometer, de lucht nog maar spoortjes van de stof bevat. Toch zijn mannetjesvlinders in staat zo’n vleug op te merken. Slechts enkele tientallen molekulen veroorzaken, als zij de reukorganen van een mannetje treffen, al grote opwinding. Het dier reageert prompt door in de geurpluim windopwaarts te vliegen om honderden meters verderop naast het lokkende vrouwtje te landen.

Het spreekt vanzelf dat dit systeem alleen goed kan functioneren, wanneer de mannelijke partners van een lokkende vlinder over zeer gevoelige reukorganen beschikken. Er zijn natuurlijk honderden verschillende insektensoorten die op zoele zomeravonden tegelijkertijd hun uiterste best doen om, ieder met hun eigen signaalstof, een partner te lokken. Deze veelheid van signalen gaat onze neus geheel voorbij.

Zodra de paring is voltooid, vertonen de meeste vrouwtjes geen lokgedrag meer. Ze blijven dan voor hun soortgenoten verder onopgemerkt. In sommige gevallen brengen de mannetjes tijdens de paring zelfs een eigen signaalstof als een soort chemisch eigendomsmerk op het vrouwtje over. Deze geurstof stoot andere mannetjes af.

Onuitputtelijke bron van signaalstoffen

De bevruchte vrouwtjes wacht een moeilijke taak, misschien wel de moeilijkste uit hun leven. Zij moeten hun eitjes dáár deponeren waar de minuscule larven, direct nadat ze uit het ei zijn gekropen, voldoende voedsel van de juiste samenstelling vinden. Voor plantenetende insectensoorten lijkt dat op onze groene planeet niet zo’n probleem, ware het niet dat zij meestal een bijzondere kieskeurigheid ten aanzien van hun voedsel vertonen. Op andere planten dan hun kenmerkende voedselplant gaan ze snel dood. De namen van veel insekten – berkehaantje, wortelvlieg, gentiaanblauwtje, kersevlieg, preimot en koolwitje – spreken voor zich.

De kieskeurigheid van insekten met betrekking tot hun voedselplant hangt samen met chemische eigenschappen van die plant. Hoewel de plantenwereld door haar universele groene kleur een grote homogeniteit in chemische samenstelling suggereert, bevat zij in werkelijkheid een breder scala aan chemische verbindingen, dan elk ander compartiment van de levende natuur. Naast de in levende organismen algemeen voorkomende stoffen, zoals koolhydraten, aminozuren en mineralen, bevat iedere plant ook soortspecifieke, secundaire plantestoffen. Elke plantesoort bezit daarmee een karakteristieke chemische vingerafdruk. Al met al moeten er honderdduizenden verschillende secundaire plantestoffen bestaan, waarvan de alkaloïden, fenolen en terpeenverbindingen wel de meest bekende vertegenwoordigers omvatten. Insekten hebben zich tijdens hun evolutionaire ontwikkeling aan de chemische kenmerken van de plantenwereld aangepast.

Zo herkent het grote koolwitje in een gevarieerde vegetatie haar waardplant, kool. De vlinder, al rondfladderend op zoek naar een plekje voor haar eieren, strijkt regelmatig neer op alles wat groen is. Met smaakharen op haar voorpoten proeft zij telkens of zij bij toeval op haar waardplant is geland of niet. Op het bladoppervlak van kool bevinden zich namelijk minieme hoeveelheden van een voor deze plantesoort specifieke mosterdolieverbinding, het glucobrassicine. Pas nadat de vlinder deze signaalstof heeft geconstateerd, begint zij de tientallen eitjes stuk voor stuk zorgvuldig tegen elkaar aan te leggen, zodat er een heel regelmatig en fraai geelgekleurd pakketje ontstaat.

Signaalstof voor vriend en vijand

De moederzorg is daarmee echter nog niet afgelopen. Er bestaat gezien het grote aantal koolwitjes in verhouding tot het aantal voedselplanten, een reëel risico dat een soortgenoot dezelfde plant vindt en er ook haar eieren op legt. Dat zou echter tot ernstige voedselconcurrentie met de rupsjes uit het eerste legsel kunnen leiden. Als een soort territoriumvlag geeft ieder eileggend vrouwtje aan het eipakket een signaalstof mee, een mengsel dat het eileggedrag van andere koolwitjes onderdrukt zodra hun pootsmaakhaartjes ermee in contact komen.

Men kan zich voorstellen dat met voldoende signaalstof uit de eieren spectaculaire dingen op het gebied van de gewasbescherming kunnen worden gedaan. Wordt de signaalstof bijvoorbeeld over een koolplant verspoten, dan zullen legrijpe koolwitjes die plant mijden alsof het een gifplant is. Een realistische bestrijdingsmethode voor dit plaaginsekt komt echter pas binnen bereik als het mengsel niet meer hoeft te worden gewonnen uit eipakketjes, maar in het laboratorium kan worden gesynthetiseerd. Dit euforische toepassingsbeeld werd kort geleden aanzienlijk dichterbij gehaald, toen Wageningse onderzoekers erin slaagden om de chemische structuur van de belangrijkste componenten van de eistof op te helderen. Zij ontdekten dat het om vrij eenvoudige, stabiele aromatische verbindingen gaat, die zich bovendien heel wel laten synthetiseren.

Signalen voor onze neus

Mogelijk roept het in dit artikel geschetste beeld met betrekking tot insekten de vraag op of de mens in een uitzonderingspositie verkeert en helemaal verstoken is van het chemische communicatiekanaal. Een tweetal voorbeelden die er op wijzen dat ook wij, hoewel veelal onbewust, via signaalstoffen elkaar beïnvloeden, prikkelt wellicht de nieuwsgierigheid.

Van androgene steroïden is bekend dat zij in vluchtige toestand een signaalfunctie kunnen hebben en een rol spelen bij dominantieverhoudingen tussen primaten. Engelse onderzoekers hebben vastgesteld dat zakelijke rekeningen die waren gedrukt op met deze hormonen geïmpregneerd papier, sneller werden betaald dan rekeningen op onbehandeld papier. Uit het feit dat voor deze vinding een patentaanvraag loopt, blijkt dat de ontdekkers behalve de signaalstof ook geld ruiken.

Een andere aanwijzing voor het bestaan van signaalstoffen bij de mens is gebaseerd op de waarneming dat bij vrouwen die in groepen samenwonen, zoals in internaten en kloosters, er geleidelijk aan een zekere synchronisatie in hun menstruatiecycli optreedt. Het vermoeden dat de synchronisatie via de reukzin verloopt, lijkt te worden bevestigd door de uitkomsten van een experiment met een aantal niet-samenwonende vrijwilligsters. Zij roken regelmatig aan een watje met okselgeur van één ‘donorvrouw’, die dus als trendsetter fungeerde. Na vier maanden bleken de cycli van de proefpersonen in hoge mate samen te vallen met die van de geurdonor.

Bij de meeste hogere diersoorten is het belang van chemische communicatie nog veel groter dan bij de mens. Informatieoverdracht met behulp van signaalstoffen is beslist niet het alleenrecht van insekten.

Vanuit biologisch oogpunt blijkt deze signaalstof nog een interessant aspect in petto te hebben. Behalve het grote koolwitje, waarvan de eistof afkomstig is, kunnen ook enkele andere insectensoorten de eistof als signaal benutten. Eén daarvan is een verwante vlindersoort, het kleine koolwitje. Vrouwtjes van deze soort mijden de eistof eveneens wanneer zij op zoek zijn naar een geschikte plek voor hun eitjes en voorkomen daarmee dat hun nakomelingen in voedselconcurrentie geraken met de rupsen van het grote koolwitje. Er bestaat op z’n minst nòg een insektensoort die de eistof herkent. Het is een kleine parasitaire wesp ( Trichogramma evanescens), die met behulp van een legboor haar eitjes in de eieren van koolwitjes deponeert. De wesp vertoont na contact met deze signaalstof juist een tegengestelde reactie: als zij in aanraking komt met de eistof van haar gastheer, verhoogt zij haar zoekactiviteit, waardoor de kans om snel de begeerde eieren te vinden sterk toeneemt. De signaalstof vervult dus niet alleen een functie in de communicatie tussen soortgenoten, maar waarschuwt tevens een andere voedselconcurrent (het kleine koolwitje) èn een natuurlijke vijand. Waarschijnlijk zijn dergelijke netwerkfuncties van communicatiestoffen veel algemener dan we tot voor kort konden bevroeden.

Insekten zijn voedselspecialisten

Niet alleen volwassen vrouwtjes op zoek naar een plaatsje om hun eieren te deponeren zijn buitengewoon selectief met betrekking tot hun waardplant. De uit de eieren gekomen rupsen hebben veelal maar één doel voor ogen: eten, eten en nog eens eten van slechts één bepaald type voedsel. Rupsen zijn connaisseurs, vaak met een exquise smaak. Maar hoe herkent een insekt ‘zijn’ specifieke voedselplant, nadat hij bijvoorbeeld van zijn plant af is geraakt of als hij een nieuwe voedselplant moet zoeken omdat de eerste is kaalgevreten?

Als we precies willen weten welke chemische prikkels het keuzegedrag bepalen, moeten we in de zintuigen meten op welke stoffen zij reageren. Bovendien moeten we zien te achterhalen met welke code de zintuigcellen aard en concentratie van de stof doorgeven aan de hersenen. Met behulp van geavanceerde elektronische apparatuur is het mogelijk om de zenuwsignalen van afzonderlijke reuk- of smaakcellen op te vangen en aldus de code op grond waarvan de hersenen beslissen over eten of niet eten, als het ware af te tappen.

Met deze elektrofysiologische techniek bleek dat het onderscheidend vermogen van de koolrups berust op een dubbelkenmerk. De koolspecifieke smaakstoffen, zoals het eerder genoemde glucobrassicine, zijn ook nu van belang. Speciaal aangepaste smaakcellen geven, als zij door die stof worden geprikkeld, aan de hersenen het sein ‘eten maar’. Mocht de rups per ongeluk een ongeschikte plant aanvreten, dan worden er smaakcellen geactiveerd, die als een soort brandmelders onsmakelijke stoffen signaleren. Dat kunnen heel verschillende stoffen zijn, zoals alkaloïden en terpenen die voorkomen in andere plantesoorten dan de waardplant.

Naast dit dubbelsysteem, met stoffen die vraat stimuleren en andere stoffen die vraat remmen, kan de smaakzin op nog een manier worden geprikkeld, of liever gezegd, worden ontregeld. In sommige planten zitten een soort ‘smaakbedervers’. In de schors van de Chinese boomsoort Melia toosendan heeft men toosendanine aangetroffen. Deze verbinding onderdrukt bij de koolrups de gevoeligheid van de smaakcellen voor vraatstimulerende stoffen zoals suiker of glucobrassicine. Zelfs heel geringe hoeveelheden smaakbedervers vergallen de smaak en de rups weigert verder te eten. Het behoeft geen betoog dat het onderzoek naar vraatremmende en smaakbedervende stoffen wel eens milieusparende insektenbestrijdingsmiddelen zou kunnen opleveren.

Laten we nu even de aandacht van de insekten afwenden en proberen vanuit een plant te denken. Om te beginnen bezitten ook de door planten geproduceerde signaalstoffen meerdere functies. Het glucobrassicine, dat bij de koolrups eetgedrag stimuleert, is voor de meeste andere insekten een vraatremmende en giftige stof, wat voor de plant natuurlijk van essentieel belang is. De secundaire plantestoffen waar sommige insektensoorten juist op af komen, fungeren als beschermstof tegen tal van andere insekten. Soms gaan dergelijke stoffen buiten de plant een eigen leven leiden. Dat is het geval wanneer een insectensoort handig profiteert van de beschermstoffen in zijn voedselplant, door ze na consumptie niet uit te scheiden, maar op te slaan. Het insekt gebruikt deze ‘gestolen’ signaal- en gifstoffen, om er in geval van nood zijn natuurlijke vijanden mee af te schrikken. Ook hier, evenals bij de eistof van het grote koolwitje, blijkt een signaalstof betrokken te zijn bij relaties tussen meerdere soorten.

Planten beschikken niet alleen over de permanent aanwezige beschermstoffen, maar ook over een chemisch afweersysteem, dat in werking treedt bij insektenvraat. Planten zijn zeker niet zo passief als op het eerste gezicht lijkt. Soms voert de plant bij aantasting de produktie van gifstoffen drastisch op. In andere gevallen produceert de plant die wordt aangevreten, vluchtige signaalstoffen voor zijn omgeving. Die zorgen ervoor dat naburige planten minder aantrekkelijk worden voor de planteneter of trekken natuurlijke vijanden van de planteneter aan. Katoenplanten die door spintmijten zijn aangetast, vertonen zo’n alarmreactie. Uit nauwgezet onderzoek bleek dat onaangetaste katoenplanten die zich benedenwinds van een door spintmijt bevolkte plant bevinden, na verloop van tijd minder aantrekkelijk worden voor spintmijten, dan planten die bovenwinds staan. De aangetaste plant brengt geurstoffen die het afweersysteem van buurplanten activeren, in de lucht, met als gevolg dat hun vatbaarheid voor spintmijt afneemt. Dezelfde vluchtige stoffen trekken bovendien roofvijanden van de planteneter aan. Dankzij de signaalstoffen van de plant kan de rover zijn prooi gemakkelijk vinden, waardoor de groei van de spintmijtpopulatie en uiteindelijk de aantasting van de katoenplant, worden afgeremd.

Afluisteraars en profiteurs

Wanneer een nieuw geval van chemische communicatie wordt ontdekt, is de eerste indruk meestal dat het om een eenvoudige boodschap tussen twee organismen gaat. Maar steeds vaker blijkt dat meesnuffelaars de boodschap afluisteren en er hun voordeel mee doen. Dikwijls is zo’n communicatiekanaal met aftakkingen naar de afluisteraars ook verknoopt met andere kanalen. Aldus ontstaan netwerken. Een eenvoudige, rechtlijnige chemische communicatie tussen een zender en één ontvanger is waarschijnlijk eerder uitzondering dan regel. Dikwijls zijn er vele ontvangers, die ieder deelnemen aan andere chemische communicatienetwerken.

De chemische wereld waarin een insekt zich bevindt, is onvoorstelbaar gedetailleerd en complex. Het gaat om een heel web van boodschappen. Een onderzoek dat erop was gericht om schorskevers te bestrijden door ze met signaalstoffen in vallen te lokken, illustreert die samenhang overduidelijk. Hierbij werden in een door schorskevers aangetast bos vallen opgehangen met daarin de lokstoffen waarmee de kevers soortgenoten aantrekken. Tot verrassing van de onderzoekers vingen zij niet alleen veel schorskevers, maar ook vele andere soorten insekten, waaronder parasieten en roofvijanden van de schorskever en insectensoorten die leven van hetzelfde voedsel als de kever of van dode kevers enzovoort. De lokstof fungeert als signaal naar een groot aantal deelnemers van de levensgemeenschap waarvan de schorskever deel uitmaakt.

Chemische ecologie

In de besproken voorbeelden hebben we gezien hoe geslachtsrijpe insekten hun partner weten te vinden met behulp van geursporen, hoe een vlinder de geschikte plant voor haar nakomelingen herkent aan bepaalde chemische verbindingen op het bladoppervlak van die plant en hoe zij met behulp van een signaalstof haar nageslacht probeert te vrijwaren van een concurrentiestrijd met soortgenoten. De rupsen herkennen de voor hen geschikte voedselplant aan unieke combinaties van geur- en smaakstoffen, die in een vrijwel oneindige variatie in het plantenrijk aanwezig zijn. Maar we hebben ook gezien hoe de chemische prikkels die primair waren bedoeld als lokstof, smaakbederver of merkstof voor territoriumafgrenzing, andere organismen beïnvloeden, zoals voedselconcurrenten, parasieten en roofvijanden, om nog maar te zwijgen over andere soorten, zoals micro-organismen en andere plantesoorten.

Het beeld waarin de natuurlijke samenhang van planten en dieren voor een belangrijk deel wordt bepaald door chemische signalen, is onontkoombaar en wordt nog met de dag duidelijker. Slechts doordat tot voor kort de chemische analyseapparatuur niet gevoelig genoeg was en doordat onze aangeboren interesse voor chemische signalen niet zo groot is, werd de betekenis van signaalstoffen in de natuur heel lang onderschat. Sinds enige tijd beleeft dit onderzoeksgebied, dat met de term chemische ecologie wordt aangeduid, een opmerkelijke belangstelling. Met de chemische ecologie is een nieuw venster op de natuur geopend, dat uitziet op een immens gebied. We kunnen alleen nog maar gissen naar de reikwijdte ervan, maar het lijkt erop dat we pas het spreekwoordelijke topje van de ijsberg hebben ontdekt.

De eerste lokstof, die van de in het begin van dit artikel genoemde zijdevlinder, werd in 1959 geïdentificeerd. Sindsdien heeft men belangrijke stukken van het chemische netwerk waarvan de levende natuur zich bedient, blootgelegd. De produktie van signaalstoffen en de ontvankelijkheid voor deze stoffen vertonen geen constant niveau, maar worden voortdurend aangepast aan de behoeften die een relatie tussen twee organismen op dat moment stelt. De geur van een klaverbloem verandert na de bestuiving zo, dat niet alleen bijen maar zelfs wij het verschil met een onbestoven bloem kunnen ruiken. Doordat bijen de reeds bestoven bloemen in het vervolg overslaan, bevordert de plant op deze wijze de efficiëntie van de bestuiving.

Ook aan de ontvangerskant bestaan diverse aanpassingen. Zo blijkt dat de aanwezigheid van bepaalde smaakstoffen in het voedsel van rupsen de gevoeligheid van hun smaakzintuigen beïnvloedt. Als gevolg daarvan smaakt aardappelloof voor een rups die van jongs af aan op aardappel is opgegroeid, heel anders dan voor een rups van dezelfde soort die zich uitsluitend aan tomatenblad tegoed deed. Hun zintuigen hebben zich aangepast aan het type voedsel en je zou kunnen zeggen dat hun smaakcellen (in feite zenuwcellen) een geheugen bezitten.

Dergelijke aanpassingen wijzen op een zich voortdurend wijzigende relatie tussen signaalproducent en signaalontvanger. De verandering van aanpassingen wijst op een evenwichtige samenhang van de organismen, ook al kunnen de belangen van de betrokken wezens sterk van elkaar verschillen.

Na een periode waarin de diversiteit van de chemische communicatie tussen organismen, althans ten dele, kon worden blootgelegd, staan we nu aan het begin van een tijdvak waarin de betekenis van fluctuaties (in ruimte en tijd) in de chemische communicatie kan worden opgehelderd. Dit zal ons begrip van de onderlinge betrekkingen in de natuur verdiepen en een nieuwe dimensie toevoegen aan Darwins waarneming: “We see how full nature is, how finely each holds its place”.