1

Hoewel het gebruikelijk is dat mannelijke vissen de dominante ouderrol spelen, is mannelijke zwangerschap een complex proces dat uniek is voor de visfamilie Syngnathidae, waartoe zeenaalden, zeepaardjes en zeedraken behoren. Adam Jones, onderzoeker aan de evolutiebiologie van de Texas A&M University, en collega’s in zijn lab bestuderen de effecten van mannelijke zwangerschap op de sekserollen en de seksuele selectie van partners, en proberen te begrijpen hoe de nieuwe lichaamsstructuren die nodig zijn voor mannelijke zwangerschap zijn geëvolueerd. Op deze manier hopen de onderzoekers een beter inzicht te krijgen in de evolutionaire mechanismen die verantwoordelijk zijn voor veranderingen in de structuur van organismen in de loop van de tijd.

“We gebruiken zeepaardjes en hun verwanten om een van de meest opwindende onderzoeksgebieden in de moderne evolutionaire biologie aan te pakken: de oorsprong van complexe eigenschappen,” zei Jones. “De broedbuidel op mannelijke zeepaardjes en zeenaalden, waarin vrouwtjes eieren afzetten tijdens de paring, is een nieuwe eigenschap die een enorme invloed heeft gehad op de biologie van de soorten, omdat de mogelijkheid voor mannetjes om zwanger te worden de paringsdynamiek volledig heeft veranderd.”

Wanneer zeepaardjes paren, steekt het vrouwtje haar legboor in de broedbuidel van het mannetje (een externe structuur die op het lichaam van het mannetje groeit) en zet haar onbevruchte eieren af in de buidel. Het mannetje laat dan sperma in de buidel los om de eitjes te bevruchten. “Het zou niet zo interessant zijn als de broedbuidel gewoon een flap huid was waar de vrouwtjes gewone viseitjes in stopten en die zich in de buidel ontwikkelden in plaats van op de zeebodem,” zei Jones. “Maar de mannelijke zwangerschap bij sommige soorten zeepaardjes en zeenaalden is fysiologisch veel complexer dan dat.”

Nadat het vrouwtje haar onbevruchte eitjes in het mannetje deponeert, breekt de buitenste schaal van de eitjes af en groeit er weefsel van het mannetje rond de eitjes in de buidel. Na de bevruchting van de eitjes controleert het mannetje nauwgezet de prenatale omgeving van de embryo’s in zijn buidel. Het mannetje houdt de bloedstroom rond de embryo’s in stand, regelt de zoutconcentraties in de buidel en voorziet de zich ontwikkelende nakomelingen van zuurstof en voeding via een placenta-achtige structuur totdat hij bevalt.

Zwangerschap van het mannetje heeft interessante implicaties voor de sekserollen bij het paren, aldus Jones, want bij de meeste soorten concurreren mannetjes om toegang tot vrouwtjes, zodat je meestal de evolutie van secundaire geslachtskenmerken bij mannetjes ziet (bijvoorbeeld de staart van een pauw of het gewei van een hert). Maar bij sommige soorten zeenaalden zijn de rollen omgedraaid, omdat de mannetjes zwanger worden en er weinig ruimte is in de broedbuidel. Vrouwtjes concurreren dus om toegang tot beschikbare mannetjes, en zo evolueren secundaire geslachtskenmerken (zoals felgekleurde versieringen) bij vrouwelijke zeenaalden in plaats van bij mannetjes.

“Vanuit een onderzoeksstandpunt is het interessant omdat er niet veel soorten zijn waarbij sprake is van een omkering van de sekserol,” zei Jones. “Het biedt een unieke kans om seksuele selectie in deze omgekeerde context te bestuderen.”

Om het paringsgedrag van zeepaardjes en zeenaalden te bestuderen, gebruikt het lab van Jones moleculaire markers voor forensische moederschapsanalyse om de moeder van het nageslacht van een mannetje te achterhalen. Het laboratorium ontdekte dat golfzeepaardjes paren volgens het “klassieke polyandrie”-systeem, waarbij elk mannetje per zwangerschap eitjes van één vrouwtje ontvangt, maar vrouwtjes met meerdere mannetjes kunnen paren. Omdat aantrekkelijke vrouwtjes meerdere keren kunnen paren, resulteert dit systeem in zeer sterke concurrentie bij de seksuele selectie, en hebben vrouwelijke golfzeenaalden sterke secundaire seksuele eigenschappen ontwikkeld, aldus Jones.

Zeenpaarden zijn echter monogaam binnen een broedseizoen, en elk zeepaardje paart slechts met één ander zeepaardje. In dit systeem is er bij gelijke sekseverhoudingen niet zo veel concurrentie tussen de vrouwtjes, omdat er genoeg partners zijn voor iedereen, aldus Jones. Zeepaardjes hebben dus niet de sterke secundaire seksuele eigenschappen ontwikkeld die zeenaalden wel hebben.

Zwangerschap van mannetjes leidt ook tot een ommekeer in geslachtsgerelateerd gedrag, aldus Jones. “Vrouwtjes vertonen een competitief gedrag dat normaal een mannelijk kenmerk is, en mannetjes worden kieskeurig, wat normaal een meer vrouwelijk kenmerk is,” zei hij. Zijn lab bestudeert de evolutionaire stappen die leiden tot die omkering in gedrag en de rol die hormonen spelen bij de verandering.

Jones’ lab bestudeert ook hoe de broedbuidel voor het eerst evolueerde bij zeepaardjes en zeenaalden. “Een grote vraag in de evolutiebiologie is hoe een nieuwe structuur aan alle noodzakelijke genen en onderdelen komt om te functioneren,” zei Jones. “Dus proberen we te begrijpen hoe de broedbuidel en de genen die nodig zijn voor mannelijke zwangerschap in de loop van de evolutionaire tijd zijn ontstaan.”

Een van de interessante dingen over de broedbuidel is dat deze meerdere keren onafhankelijk van elkaar lijkt te zijn geëvolueerd. Er zijn twee grote lijnen van zeepaardjes en zeenaalden – rompbroedende en staartbroedende – en de broedzakstructuur is in elk van deze groepen onafhankelijk van elkaar geëvolueerd, aldus Jones.

Een ander gebied waarop het lab van Jones onderzoek doet, is de evolutionaire stap die heeft geleid tot de unieke algemene vorm van zeepaardjes. “Hoe ga je van een gewone, oude vis naar iets heel ongewoons als een zeepaardje?” aldus Jones. “

Jones legde uit dat de eerste stap in het evolutionaire proces de verlenging van het lichaam van de vis was, die momenteel in het lab wordt bestudeerd. De volgende stap was de toevoeging van andere unieke structurele kenmerken die zeepaardjes bezitten, zoals het buigen van de vis in zijn unieke vorm. De kop van een zeepaardje is ongewoon omdat, in tegenstelling tot de meeste vissen, de kop van een zeepaardje een hoek van 90 graden maakt ten opzichte van zijn lichaam, aldus Jones. Zeepaardjes hebben ook een grijpstaart, wat betekent dat ze, in tegenstelling tot de meeste vissen, hun staart kunnen gebruiken om dingen vast te grijpen.

“Dit zijn allemaal interessante veranderingen, en we zijn geïnteresseerd in het bestuderen van hoe deze nieuwe eigenschappen zijn ontstaan en de evolutionaire stappen die daartoe hebben geleid,” zei Jones. “Uiteindelijk hopen we meer inzicht te krijgen in enkele van de evolutionaire mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de ongelooflijke veranderingen in de structuur van organismen die zich in de loop van de geschiedenis van het leven op aarde hebben voorgedaan.