Skalbaggar av släktet Lagria behöver lite hjälp från sina bakterievänner under hela deras omogna livsstadier. Men att hålla dem på samma plats hela livet är inte genomförbart. Detta beror på att skalbaggar är holometabola insekter, som genomgår en övergripande kroppslig omorganisation (metamorfos) som puppor.

Här visar forskare för första gången att skalbaggarna har utvecklat en genialisk lösning på detta problem:kvinnliga puppor håller sina symbiotiska bakterier i specialiserade fickor på ryggen. När de dyker upp som vuxna, blandar de ut bakterierna ur dessa fickor, bakåt och sedan vidare in i deras underlivsområde.

"Här visar vi hur en insekt kan behålla nyttiga mikrobiella partners trots de drastiska omarrangemang av kroppsstrukturer som sker under metamorfos", säger motsvarande författare Dr Laura V Flórez, forskare vid Institutionen för växt- och miljövetenskaper vid Köpenhamns universitet. "Genom att modifiera unika "fickor" på ryggen lyckas Lagriabaggar behålla sina skyddande symbionter och underlättar deras förflyttning under förpuppning till nyutvecklade vuxna organ."

Unika "bakfickor"

Honor av många Lagria-arter bär en blandning av nyttiga bakterier i sina accessoarer, ett par körtlar bredvid äggledaren. När honor lägger ägg, "pressas" bakterierna ut ur körtlarna och avsätts på äggens yta. Antibiotika som produceras av bakterierna skyddar skalbaggarnas ägg, larver och puppor mot svampar. I en av arterna som studeras här, L. villosa, är den största komponenten i den symbiotiska blandningen en stam av Burkholderia-bakterier som kallas Lv-StB, som har förlorat generna och cellstrukturerna för motilitet och troligen inte kan överleva länge utanför skalbaggarna.

Flórez och kollegor visar att hos L. villosa och L. hirta honpuppor lever symbionterna mestadels inuti de tre tvåflikiga fickorna på baksidan av bröstkorgen, där de kan få näring av skalbaggarna. Sådana "bakfickor" hos larver och puppor är inte kända hos någon annan insekt. Hos kvinnliga puppor samlas symbionter också på en fjärde plats, mellan borsten på baksidan av huvudet. Fickorna är bara rudimentala hos hanpuppor och innehåller få eller inga symbionter. Hos vuxna honor lever symbionterna uteslutande inuti accessoarkörtlarna, som saknas hos män.

'Lång och slingrande väg'

"Symbionterna går från den mycket exponerade äggytan till att kolonisera fickorna på baksidan av larverna och pupporna. Slutligen hamnar de i specialiserade körtlar som är associerade med fortplantningssystemet hos vuxna honor", sammanfattade förstaförfattaren Rebekka S Janke, doktorand. student vid Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz.

Men hur koloniserar bakterierna tillbehörskörtlarna efter förpuppning? För att svara på denna fråga spred författarna cirka 1 m polystyrenfluorescerande pärlor, 1,0 μm breda, över tidiga puppor. De visar sedan att efter uppkomsten hamnade majoriteten av dessa pärlor på toppen av buken. Författarna drar slutsatsen att pärlorna, liksom förmodligen symbionterna, blandas mot könsorganen genom friktion under uppkomstprocessen. Mekanismen genom vilken symbionterna sedan koloniserar de accessoriska körtlarna hos honor är ännu inte känd.

"I vuxenstadiet verkar huvudsyftet med de symbiotiska organen vara att möjliggöra framgångsrik överföring till äggstadiet och till nästa generation. Eftersom endast honor lägger ägg behöver manliga vuxna inte bära dessa potentiellt kostsamma symbionter och är en återvändsgränd för bakterierna", sa Flórez.

Medförfattare Dr. Martin Kaltenpoth, professor vid Max Planck Institute for Chemical Ecology i Jena, tillade:"För att bättre förstå hur fördelaktiga symbionter överförs och upprätthålls inom och över generationer, måste vi identifiera vilka värd- och symbiontfaktorer som reglerar symbionter. Till exempel, väljer värden för specifika symbionter? Och genom vilka mekanismer kan immotila symbionter kolonisera de symbiotiska organen?" + Utforska vidare

Mångsidiga symbionter:Vassbaggar drar nytta av bakteriehjälpare genom alla livsstadier