Wetenschap - 7 december 1995

Honger maakt mannetjes van alle jonge karpers

Honger maakt mannetjes van alle jonge karpers

Bezuiniging op visvoer leidt tot wetenschappelijke doorbraak

Wilde karpers die vroeger een verborgen bestaan leidden in wateren rond Workum blijken te beschikken over een mutatie die vrouwtjes in staat stelt onder ongunstige omstandigheden uit te groeien tot mannetjes. Dat ontdekten Wageningse onderzoekers nadat ze een broed karpertjes opzij hadden gezet voor een proef om te bezuinigen op de voergift. Ziek werden de hongerige visjes niet, wel mannelijk.


In de werkkamer van onderzoeker Hans Komen in de nieuwe Zodiac-vleugel gaat de telefoon. Na een zakelijk gesprekje vraagt hij of er ook bij het kweken van zebravisjes nauwelijks nog vrouwtjes worden geboren. Dat blijkt niet het geval en Komen bestelt acuut tien mannetjes en tien vrouwtjes om na te gaan waarom deze genetische lijn zich gewoon gedraagt. Hij draait zich weer om en zegt grijnzend: Precies waar het om gaat: geslachtsbepaling bij vissen. Speelt ook bij zebravisjes, die veel worden gebruikt als proefdier in eco-toxicologisch onderzoek."

Dr ir J. Komen houdt zich bezig met de karper en heeft een opzienbarend resultaat behaald: zijn onderzoeksgroep ontdekte een gemuteerd gen dat ervoor zorgt dat genetische vrouwtjes soms uitgroeien tot echte mannetjes. Vervolgens is ontrafeld wanneer het gen de transformatie bewerkstelligt: onder sub-optimale omstandigheden voor ongedifferentieerde visjes wordt het genetische vrouwtje een mannetje.

Dat de geslachtsbepaling bij vissen minder vast ligt dan bij mensen is geen nieuws. Sommige soorten, zoals de zeebaars, brengen zelfs het eerste deel van hun leven door als seksueel actief mannetje en bouwen zichzelf vervolgens om tot seksueel actief vrouwtje. Nieuw is echter dat bij de karper de hoeveelheid voedsel in de beginfase van het karperleven mede bepalend is voor het geslacht van de mutanten. Honger zorgt voor het ontstaan van meer mannetjes.

Glasaaltjes

De vakgroep Visteelt en visserij is gefascineerd door de flexibele geslachtsbepaling bij vissen. Niet alleen wetenschappelijk, maar ook economisch een interessant onderwerp. Bijvoorbeeld voor de palingvisserij. Glasaaltjes, onvolwassen palingen, groeien in gevangenschap voornamelijk uit tot mannetjes. Die zijn minder groot en vet dan vrouwtjes en dus minder waard.

Bij de paling begon het allemaal. De onderzoeksgroep veronderstelde dat milieufactoren het geslacht van de paling bepalen. Ze besloten de rol van de temperatuur te toetsen. Die speelt een aantoonbare rol bij de bepaling van het geslacht van sommige reptielen, al is het mechanisme nog onopgehelderd.

Vissen en reptielen zijn natuurlijk niet vergelijkbaar, erkent Komen. Maar het feit dat vissers in de koude Scandinavische wateren vooral vrouwelijke paling vangen en in de warmere mediterrane gebieden mannetjes, ondersteunt de temperatuurhypothese.

Samen met de universiteiten van Utrecht en Leuven en gefinancierd door de EU bedacht de onderzoeksgroep een ingenieuze proef, waarbij ongedifferentieerde glasaaltjes in de periode waarin ze zich ontwikkelen tot mannetje of vrouwtje werden blootgesteld aan een temperatuurschok van zeven graden.

Komen grimlacht: Daar is niets uitgekomen." Dat was natuurlijk treurig voor de promovendi; die gingen er toch al bijna aan onderdoor, omdat de glasaal zich slechts moeilijk en zeer traag laat opkweken. Daardoor zijn in een onderzoeksperiode van drie jaar maar weinig experimenten te doen. De onderzoeksgroep vond het nogal riskant om een nieuwe lichting promovendi op de klus te zetten; het project verdween in de ijskast.

Het onderzoek werd echter voortgezet aan de karper. Een minder mysterieuze vis dan de paling, bovendien zeer makkelijk kweekbaar. Niet voor niets zou de Latijnse naam van de karper, Cyprinus, verwijzen naar Aphrodite, de godin van de liefde. De vis is al sinds de vroege middeleeuwen gedomesticeerd en inmiddels over de hele wereld verspreid.

Waar de kweek van paling zeer nauw luistert - bij de minste schommeling in temperatuur stopt de paling met eten - kan de karper tegen een stootje. In de middeleeuwen transporteerden vishandelaren karpers per kar over grote afstanden, gebed in vochtig stro, met een in jenever gedrenkt stuk brood in de bek om ze rustig te houden. Kortom, een ideaal proefdier.

Prettig is ook dat de Wageningse onderzoekers kunnen zorgen voor ongeslachtelijke voortplanting van karpers, zodat ze kunnen werken met genetisch identieke dieren. De groep is de enige in de wereld die deze hele santekraam operabel heeft", meent Komen onbescheiden. Bij deze partenogenese van vrouwtjes verwacht je dus na de opkweek alleen vrouwtjes. Maar de onderzoekers troffen soms mannetjes aan die genetisch XX waren, dus honderd procent vrouwelijk. Ze beschikten echter niet over eierstokken, maar over testes.

Na nauwkeurige analyse van kruisingsproeven ontdekten de vistelers dat de mannelijke vrouwtjes een recessieve mutatie op hun X-chromosoom hebben. Die noemden ze mas, van masculien. Alle homozygote dragers, met op allebei de chromosomen het mas-gen, zijn mannelijk. Heterozygote karpers zijn in principe vrouwelijk.

Stom geluk

De op de paling beproefde opstellingen werden weer van stal gehaald om aseksuele jonge karpers tussen de tweede en zesde maand, de periode van seksuele differentiatie, bloot te stellen een aantal milieufactoren.

Toen trad een klassiek geval van serendipiteit op: de Wageningers maakten deskundig gebruik van een toevallige samenloop van omstandigheden. Stom geluk dus. Een groepje van vijftig genetisch identieke karpertjes nam deel aan de proeven. Een ander groepje van vijftig uit hetzelfde broed werd in een apart bakje opzij gezet voor een proef om te bezuinigen op de voergift. Vissen kunnen hun groei reguleren en blijven onder minder profijtelijke omstandigheden klein, zonder daar al te veel onder te lijden. De hongerige visjes groeiden in een half jaar tijd uit tot exemplaren van vijftien gram. De echte proefzusjes kwamen gedurende het experiment op een a twee ons.

Nu wil het toeval dat de proefgroep net te weinig dieren bevatte om statistisch significante uitspraken te doen. En toen herinnerde iemand zich de identieke zusjes in de bak ergens achteraf. Ze werden opgekweekt, maar de achtergestelde zusjes bleken vrijwel allemaal uit te groeien tot mannetjes. Komen: Dat was curieus. Toen moesten we dapper op zoek naar de oorzaken."

Makkelijker gezegd dan gedaan, want de onderzoeksgroep moest allerlei omstandigheden elimineren als oorzaak. Bevatte het voer, vaak slachtafval, geen steroiden? Was de temperatuur een oorzaak of anders de dichtheid waarin de visjes waren gehouden? Uiteindelijk kwam de geringere hoeveelheid voer als reproduceerbare oorzaak tevoorschijn. En het effect trad alleen op bij de echte vrouwtjes die over een mas-gen beschikken. Deze vissen kunnen dus onder ongunstige omstandigheden van geslacht veranderen.

Eitjes

Als je het eenmaal weet, is dat ook wel logisch. Het aanleggen van eitjes vergt meer energie dan het aanleggen van sperma." Kleine visjes die weinig energie overhebben voor de voortplanting, hebben dus als mannetje meer kans op reproduktief succes dan als vrouwtje. Dat kan verklaren waarom het gemuteerde gen in de natuur niet is verdwenen."

Het volgende raadsel was de herkomst van het mas-gen. Merkwaardig is dat de afwijking niet bekend is uit de commerciele karperkwekerij. Dat bleek samen te hangen met de aanwezigheid van W-lijnen in de Wageningse proefhal. De W staat inmiddels wereldwijd voor Wageningse lijn, maar stamt van wildtype. In de jaren zestig klaagden sportvissers dat karpers zo tam waren dat het vangen ervan geen sport meer was. Inkruisen van wilde karpers zou een oplossing zijn, maar waar haal je die vandaan? Er is zoveel met de dieren gesleept dat je bijna overal ter wereld alleen nog verwilderde gedomesticeerde dieren aantreft. Maar ergens in een meertje bij Workum lieten de karpers zich volgens de plaatselijke bevolking niet met een hengel vangen. De organisatie voor de binnenvisserij kruiste deze wilde karpers met de tamme. De eerste generatie bleek zelfs nog te ruig voor de eerlijke sportvisser. Er was nog een terugkruising nodig om een voldoende wilde, maar toch vangbare sportviskarper
te krijgen.

Inmiddels is de W-lijn alleen nog in Wageningen aanwezig. Waarschijnlijk stamt het mas-gen uit dit wildtype, vermoedt Komen. Het is dus misschien een aanpassing aan natuurlijk omstandigheden. Komen denkt dat de vissen ergens in de zeventiende eeuw zijn verwilderd en dat ze dicht bij het oorspronkelijke wildtype liggen. Ze zijn moeilijk hanteerbaar. Ze blijven vechten, ook als je ze uit de bak haalt. Die andere karpers kun je bijna met de hand uit het water rapen", vertelt hij.

Hoogleraar dr C.J.J. Richter steekt bij Komen zijn hoofd om de deur. Deze palingexpert bekent dat het hem toch niet lekker zit dat de geslachtelijke differentiatie bij paling nog niet is opgehelderd. Deze week schreef ik in een artikel dat we niet kunnen uitsluiten dat onze proefopzet toch niet helemaal adequaat was." Misschien, zo filosoferen de visonderzoekers, speelt bij de paling wel net zo iets als bij de karper. De vakgroep overweegt nu om het palingonderzoek weer op te pakken.

Re:ageer