On the evolution of chemical communication in lizards

Datum: 3 maart 2017

Locatie: Campus Drie Eiken, O.1 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 19 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Biologie

Promovendus: Simon Baeckens

Promotor: Raoul Van Damme & Katleen Huyghe

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Simon Baeckens - Faculteit Wetenschappen, Departement Biologie



Abstract

De complexiteit en structuur (design) van signalen die dieren gebruiken om te communiceren verschillen drastisch tussen soorten. Welke evolutionaire mechanismen (stuwende of tegenwerkend) aan de basis liggen van deze verscheidenheid aan signalen is dan ook sinds lang de focus van menig studie. Hierbij is het opvallend dat het merendeel zich voornamelijk richt op visuele en auditieve signalen en worden chemische signalen dikwijls over het hoofd gezien. Nochtans beweren sommigen dat het chemische communicatie systeem “het laatste te ontginnen terrein” is binnen de gedragsbiologie. Die studies die zich toch wendden tot de evolutie van chemische signalen hadden hoofdzakelijk aandacht voor insecten, en concentreerden zich enkel op één of twee soorten. Sinds de recente verbeteringen van chemische analytische technieken is het overduidelijk geworden dat chemische signalen in allerlei contexten en voor diverse organismen belangrijk zijn — o.a. voor hagedissen.

Vele (mannetjes) hagedissen beschikken over gespecialiseerde klieren die vetrijke secreties produceren dewelke functioneren als chemische signalen in allerhande inter- en intraspecifieke situaties. Hagedissen hebben bovendien een goed ontwikkelde tong en vomeronasaal systeem voor het oppikken en verwerken van chemische signalen. Preliminaire analyses op een beperkt aantal hagedissoorten onthulde reeds grote verschillen in de chemische samenstelling van kliersecreties en in verscheidene aspecten van die systemen verantwoordelijk voor het uitzenden en ontvangen van signalen. Toch zijn de adaptieve processen die deze variatie veroorzaken ongekend.

In deze thesis kwantificeerde ik de designdiversiteit van het chemisch communicatie systeem van hagedissen en bestudeerde ik de fylogenetische en ecologische mechanismen die de evolutie van deze diversiteit beïnvloeden. Ik deed dit door het integreren van de drie basis componenten van communicatie: uitzend-systeem → signaal design → ontvangst-systeem. De focus lag op lacertide hagedissen en het gebruik van fylogenetische comparatieve methoden, maar ook andere squamate soorten en onderzoeksbenaderingen kwamen aan bod.

Op basis van histologische coupes en literatuur data documenteerde ik de interspecifieke variatie in aanwezigheid/afwezigheid van klieren, kliergrootte en aantal klieren in hagedissoorten. Door middel van gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) stelde ik heterogeniteit vast in de chemische compositie van het secreet van 64 lacertide soorten, verspreid over Afrika, Azië en Europa. Gedragsobservaties gecombineerd met data van eerder werk onthulde substantiële variatie in het chemoreceptief gedrag van hagedissen. Tot slot ontdekte ik aanzienlijke verschillen in het vomeronasaal-tong systeem van lacertide hagedissen op basis van morfologische metingen van de tong en micro-CT beelden van het vomeronasaal orgaan.

De resultaten van deze thesis tonen aan dat het totale design van het chemisch communicatie systeem van hagedissen significant verschilt tussen soorten en dat het systeem zeer waarschijnlijk relatief snel geëvolueerd is. Uitvoerige fylogenetische comparatieve analyses waren niet in staat de geobserveerde interspecifieke variatie in het chemisch signaaldesign van lacertide hagedissen toe te kennen aan soortenverschillen in dieet of sterkte van seksuele selectie. Ik vond echter wel overtuigend bewijs dat de (a)biotische omgeving (alleszins een deel van) de variatie in het chemisch signaaldesign verklaart, wat mogelijk resulteert van differentiële selectie op signaal efficiëntie; het vermogen van signalen om efficiënt door het medium te reizen en efficiënt de aandacht van de ontvanger te trekken.

Terwijl vele hagedissen op hun chemoreceptief systeem vertrouwen voor het opvangen van chemische signalen in de omgeving, gebruiken sommige soorten ook hun chemische zintuigen om te foerageren. De foerageerstijl van hagedissen verklaarde sterk de geobserveerde interspecifieke variatie in chemoreceptief gedrag (nl. tongelfrequentie), maar niet de morfologie van het chemoreceptief systeem. Niettegenstaande was de morfologie wel gelinkt met hoe sterk een soort investeert in het uitzenden van chemische signalen. Deze bevinding insinueert dat de systemen verantwoordelijk voor het uitzenden en het ontvangen van signalen mogelijk co-evolueren, met een ‘optimaal’ communicatie systeem als resultaat. Echter, enkel bijkomend, diepgaand onderzoek over de functionele morfologie van de tong en het vomeronasaal orgaan kan dit (in)valideren.

Dit werk werpt het eerste licht op de macro-evolutionaire processen verantwoordelijk voor de variatie in het chemisch signaaldesign van (lacertide) hagedissen, en kan aanzien worden als een grondslag voor toekomstig onderzoek.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen