Na ruim veertig jaar onderzoek aan sluipwespen en huisvliegen blijft geslachtsbepaling Leo Beukeboom verbazen. ‘We weten nog steeds niet welke evolutionaire krachten die enorme diversiteit veroorzaken.’
‘Toen ik in 1980 in Groningen biologie ging studeren, wisten we vrijwel niets van de moleculaire basis van geslachtsbepaling. We kenden chromosomale systemen wel zo’n beetje, maar van de genen daaronder bijna niets. Nu kennen we cascades van genen die elkaar aanschakelen. En juist daar zit het grote mysterie: bij insecten werkt geslachtsbepaling telkens anders, tot op het niveau van de genen die het proces in gang zetten.’
Dat vertelt evolutionair geneticus Leo Beukeboom, die op 2 april met het college 50 years of Sex Determination afscheid nam als hoogleraar aan de Rijksuniversiteit Groningen. Zijn loopbaan begon bij sluipwespen en eindigde niet ver daarvandaan: bij de vraag waarom de natuur zo veel verschillende genetische routes gebruikt om uiteindelijk steeds weer mannetjes en vrouwtjes te maken. ‘Je zou verwachten dat zo’n fundamenteel ontwikkelingsproces sterk geconserveerd is. Maar op genetisch niveau is dat helemaal niet zo.’
Generatietijden
Insecten zijn voor die vraag bij uitstek geschikt. Binnen die groep komen XY-systemen, ZW-systemen, haplodiploïdie en zeldzamere varianten naast elkaar voor. Bovendien hebben insecten vaak kleine genomen, korte generatietijden en zijn veel soorten goed te kruisen. Beukeboom werkte jarenlang met Nasonia vitripennis, een twee millimeter kleine sluipwesp die zich ontwikkelt in vliegenpoppen.
‘Nasonia is een soort Drosophila melanogaster van de vliesvleugeligen. Bij die wespen hebben mannetjes alle chromosomen één keer en vrouwtjes twee keer. Er zijn dus geen aparte geslachtschromosomen zoals bij zoogdieren’, legt Beukeboom uit. Lange tijd was bij honingbijen en diverse andere vliesvleugeligen vooral één systeem bekend: alleen bij twee verschillende allelen op een bepaald locus ontstaat een vrouwtje. Bij inteelt neemt de kans op twee gelijke allelen toe, waardoor bevruchte eitjes geen vrouwtjes maar diploïde mannetjes opleveren, die vaak onvruchtbaar zijn. Dat paste niet bij Nasonia, die in de natuur juist veel inteelt verdraagt. ‘We wisten eigenlijk al: dit systeem kan er niet in zitten. Dus zijn we gaan zoeken. Daar zijn we heel wat jaren mee bezig geweest.’
De uitkomst was een nieuw mechanisme, gebaseerd op moleculaire imprinting. De moeder geeft een gen dat nodig is voor vrouwelijke ontwikkeling in uitgeschakelde vorm door. De vader levert een actieve kopie. Een onbevrucht ei, met alleen de maternale versie, wordt daardoor een mannetje; een bevrucht ei krijgt de actieve paternale kopie erbij en ontwikkelt zich tot vrouwtje. ‘Bij deze wespen heb je dus vaders nodig om dochters te krijgen’, vat Beukeboom samen. ‘Het gen dat bij dit mechanisme betrokken is, noemden we uiteindelijk wom, dat staat voor wasp overuler of masculinazation, nadat de naam womanizer bij het wetenschappelijke tijdschrift Science op bezwaren stuitte. Opmerkelijk genoeg bleek dat gen zelfs bij de nauwste verwanten van Nasonia niet terug te vinden.’ Voor Beukeboom was dat een eerste aanwijzing dat vooral de genen aan het begin van de geslachtsbepalingscascade evolutionair snel kunnen wisselen.
Beweeglijkheid
Die evolutionaire beweeglijkheid zag Beukeboom later ook bij de huisvlieg. Daar fascineerde hem vooral dat binnen één soort meerdere geslachtsbepalingssystemen voorkomen. ‘Bij de huisvlieg bepaalt een mannelijkheidsgen of een individu een mannetje wordt. In Nederland ligt dat meestal op het Y-chromosoom, waardoor huisvliegen daar een XY-systeem hebben, net als de mens. Maar naarmate je verder naar het zuiden gaat, ligt het steeds vaker op een van de autosomen of zelfs op het X-chromosoom. In Zuid-Italië zijn er vrijwel geen Y-chromosomen meer.’ Die noord-zuidgradiënt bestaat ook in Noord-Amerika, Japan en op het zuidelijk halfrond in Afrika richting de evenaar, wat een verband met temperatuur suggereert. ‘Dat gen beweegt blijkbaar door het genoom. Welke krachten daarvoor verantwoordelijk zijn, is een open vraag gebleven.’
Deze onopgeloste vragen houden wel iets onbevredigends, merkt Beukeboom op. Zijn groep beschreef enkele systemen in detail, terwijl insecten miljoenen soorten tellen. ‘We weten nog steeds niet welke evolutionaire krachten die enorme diversiteit veroorzaken. Er zijn theorieën, maar die zijn niet gemakkelijk experimenteel te toetsen.’ Er is dus nog veel werk te doen voor toekomstige generaties van wetenschappers.
Toepassingen waren voor Beukeboom nooit de motor van zijn onderzoek, eerder een nuttige bijvangst. Bij biologische bestrijding en insectenkweek is de vraag naar sekseratio’s direct relevant: alleen vrouwtjes leggen eitjes, dus meer vrouwtjes kan economisch aantrekkelijk zijn. Toch spreekt Beukeboom er voorzichtig over. Een project rond huisvliegen kwam ‘nooit echt lekker van de grond’ en genetische manipulatie ligt in Europa gevoelig. ‘Ik vind toegepaste vragen ook wel leuk, maar het moeten wel interessante vragen zijn, zodat je er ook fundamenteel wat van leert.’
In dat spanningsveld ziet Beukeboom ook de wetenschap veranderen. Hij heeft zich altijd op fundamentele vragen gestort, maar merkte dat financiering steeds vaker begint bij een impactplan. ‘Eerst moet je de impact beschrijven en dan terugredeneren naar je vragen. Ik had daar een hekel aan. Als je echt toegepast onderzoek doet, vind je iets uit en dan is er een antwoord. Nieuwsgierigheidsvragen leveren altijd weer nieuwe vragen op en laten zich moeilijk door impactplannen leiden.’
Helemaal weg uit de wetenschap is Beukeboom niet. Hij blijft hoofdredacteur van Entomologia Experimentalis et Applicata, het wetenschappelijke tijdschrift van de Nederlandse Entomologische Vereniging. ‘Er komt ongeveer één manuscript per dag binnen. Ik doe de eerste selectie en neem uiteindelijk de beslissing over acceptatie of afwijzing. Dat blijf ik voorlopig doen, gewoon omdat ik het leuk vind.’