Wetenschappers van de Universiteit van Tel Aviv, Israël en de Universiteit van de Ryukyu eilanden, Japan, hebben ontdekt dat de soorten Fungia repanda en Ctenactis echinata in staat zijn om regelmatig van geslacht te veranderen, een eigenschap die bij veel dieren gevonden is. Veel koraalvissen, zoals dwergkeizers bijvoorbeeld, hebben dit vermogen. Het is immers zeer voordelig om hermafrodiet  te zijn. Het geeft een soort de mogelijkheid om zich voort te planten in afwezigheid van mannelijke of vrouwelijke dieren. sequentieel hermafroditisme heeft eveneens deze voordelen. Naast dieren hebben ook veel planten dit vermogen ontwikkeld.

Het experiment

Om het voortplantingsgedrag van de Fungiidae familie te bestuderen, verzamelden de wetenschappers 10 tot 20 dieren van beide soorten in Sesoko, Okinawa, Japan. Deze vindplaats wordt bevolkt door tienduizenden koralen, waarvan vele Fungia exemplaren met een grootte van 40 cm! Ze planten zich voort na de volle maan van juni en augustus, kort na schemering, vergelijkbaar met de Caraïben (bijvoorbeeld Acropora palmata).

De onderzoekers waren primair geïnteresseerd in de manier waarop de koralen zich voortplantten; betrof het hier zowel mannelijke en vrouwelijke dieren (gonochorisme) of hermafroditisme?  De natuurvorsers waren behoorlijk verrast toen ze ontdekten dat deze koralen van geslacht konden veranderen! Zij waren in staat om te schakelen van mannelijk naar vrouwelijk, wat protandrie genoemd wordt, en omgekeerd van naar vrouwelijk naar mannelijk, wat protogynie wordt genoemd. Organismen die gedurende hun leven van geslacht kunnen veranderen worden sequentiële hermafrodieten genoemd. Deze mogelijkheid vindt men ook terug bij de Echinodermata (zoals zee-egels en zeesterren), schaaldieren, weekdieren de polychaeta (zoals borstelwormen).

Voor hun onderzoek plaatsten ze verschillende exemplaren in vijf labaquaria van 2000 liter vlakbij de kust. Deze proefopstelling was verbonden met de zee om de waterkwaliteit hoog te houden. De verzamelde exemplaren waren zeer groot; Fungia repanda exemplaren waren 8,5 – 38 cm in diameter, en Ctenactis  echinata exemplaren  waren 12,5 – 38,5 cm in lengte (figuur 1).

Figuur 1: de proefopstelling. Elk gemerkt koraal werd in een individueel aquarium van 40 x 20 x 20 cm geplaatst; deze werden vervolgens in grote zeewatercontainers geplaatst.  (a) Fungia repanda; schaal is 15 cm. (b) Ctenactis echinata; schaal is 15 cm.  (Loya and Sakai, P roc. R. Soc. B, 2008).

Elk koraal werd individueel gemerkt met een label, bevestigd met een nylon visdraad door een klein gaatje wat in het skelet werd geboord.  Er werden geen schadelijke effecten bij de koralen geobserveerd gedurende het aanbrengen van de merktekens. In het laboratorium werden de lengte en breedte van elk koraal gemeten tot op 0,1 mm nauwkeurig. Het natgewicht van elk koraal werd gewogen tot op 0,1 g nauwkeurig na verwijdering van overtollig vocht. Na een gewenningsperiode van twee weken werd elk koraal in een individueel 40 x 20 x 20 cm aquarium geplaatst (figuur 1). Deze werden vervolgens in grote containers geplaatst (figuur 2).

Ze startten hun eerste observaties op 3 juli 2004, gedurende en na volle maan.  De koralen werden gedurende acht opeenvolgende nachten bestudeerd, waarbij de aanvoer van vers zeewater werd gesloten om elke waterverbinding tussen de aquaria te voorkomen. Wanneer de koralen startten met zich voort te planten noteerden de wetenschappers het geslacht van elk koraal door de losgelaten gameten onder de microscoop te bekijken.  ’s Morgens werd de watertoevoer hersteld. Na dit experiment werden de koralen terug in zee geplaatst. Deze studie werd in 2006 en 2007 herhaald. De merktekens op de koralen lieten de onderzoekers toe om dezelfde exemplaren elk jaar opnieuw te gebruiken. Ze startten steeds in juni; twee weken voor hun jaarlijkse voortplanting. Door steeds gebruik te maken een acclimatisatieperiode raakte dit proces niet verstoord.  Om de reproductieve status van de koralen te bepalen, werden vijf grote exemplaren van elke soort vanaf januari 2007 tot oktober 2007 verzameld voor histologisch onderzoek.

‘Kuitschieten’

In 2004 plantten F.  repanda en C. echinata zich allen voort; vijf nachten na de volle maan van juli en augustus, gedurende drie opeenvolgende nachten (figuur 2). De koralen lieten tussen 10 uur ’s avonds en de volgende morgen op verschillende uren hun gameten los. Het ‘kuitschieten’ vond bij sommige exemplaren zes en zeven nachten na volle maan plaats, en enkele exemplaren plantten zich helemaal niet voort. In augustus 2006 vond het proces opnieuw plaats; vijf tot zeven nachten na volle maan, op exact hetzelfde tijdstip als in 2004. Van de bestudeerde F. repanda populatie was 28% van geslacht veranderd, van mannelijk naar vrouwelijk. Bij de C. echinata populatie was 55% van geslacht veranderd; van zowel mannelijk naar vrouwelijk als vice versa.

Figuur 2 : Fungiidae en het loslaten van gameten in aquaria.  (a) Fungia repanda; schaal is 2,5 cm en (b) C. echinata; schaal is 1,5 cm.  (c) Mannelijke F. repanda loosden zaadcellen door de mondopening, wat bleef ronddrijven in het water; schaal is 3,5 cm. (d) Vrouwelijke C. echinata lieten eicellen los via de mondopening. De eicellen vertoonden een negatief drijfvermogen en zakten naar de bodem van het aquarium; schaal is 3,5 cm.  (e) Vrouwelijke en mannelijke koralen 'schieten kuit' in gevangenschap (niet reproductief; NR) is 10 cm. (f) Een vrouwelijk dier tijdens voortplanting (linksboven), een mannelijk dier tijdens voortplanting (rechtsboven en linksonder) en een niet-reproductief koraal (rechtsonder); schaal is 5 cm (Loya and Sakai, P roc. R. Soc. B, 2008).

In juli 2007, vijf tot zeven nachten na de volle maan van 30 juni, plantten de meeste individuen van C. echinata zich voort. 80% van de originele populatie van 2006 was van geslacht veranderd, waarvan 27% terug naar het geslacht van 2004! Dit betekent dat deze soort in staat is van geslacht te veranderen in beide richtingen, wat nog niet eerder direct bij steenkoralen is vastgesteld!

Het feit dat koralen hiertoe in staat zijn, onderstreept opnieuw dat complexe levensvormen vroeg in de evolutie van onze planeet zijn ontstaan. Vrij recent vonden wetenschappers dat koralen een immuunsysteem hebben ontwikkeld, en dat ze in staat waren te versmelten met soortgenoten om chimeren te vormen. Opnieuw zien we dat (sequentieel) hermafroditisme al ontwikkeld is bij koralen; dieren die 200 miljoen jaar geleden zijn ontstaan!

Waarom veranderen koralen van geslacht?

Geslachtsverandering bij koralen moet een doel hebben; bidirectionele geslachtsverandering werd al beschreven bij verschillende planten, die soms mannelijk worden tijdens ongunstige perioden. Deze omstandigheden variëren van een verontreinigde bodem tot extreme temperaturen; wanneer deze verbeteren, worden ze opnieuw vrouwelijk. Dit is zo omdat vrouwelijke vormen meer energie verbruiken; het produceren van eicellen kan alleen plaatsvinden wanneer voldoende energiereserves aanwezig zijn. Eicellen zijn rijk aan dooiermassa, die een grote hoeveelheid eiwitten en vet bevat. Wanneer organismen verzwakt zijn, is het produceren van sperma een beter alternatief.

Deze koralen kunnen van geslacht veranderen na bleking of sedimentatie. Wanneer deze koralen zich herstellen, kunnen ze opnieuw vrouwelijk worden. De onderzoekers vonden inderdaad dat mannelijke koralen gemiddeld kleiner waren, waarbij de grotere (en mogelijk gezondere) koralen voornamelijk vrouwelijk waren!  Meer dan 90% van de grootste C. echinata exemplaren (boven 1800 g!) waren vrouwelijk, terwijl de kleinste reproducerende exemplaren (300 – 700 g) mannelijk waren.

Wanneer deze koralen groter worden, worden ook hun gonaden groter in volume. Hoe groter de koralen, hoe meer energie wordt geïnvesteerd in het voortplantingsproces. Andere wetenschappers hebben gevonden dat kleine Fungia scutaria koralen uit de Rode Zee meestal mannelijk zijn, terwijl de grotere individuen voornamelijk vrouwelijk zijn.

Dit onderzoekt toont aan dat koralen prachtig aangepast zijn aan de zware omstandigheden in de oceaan; zelfs wanneer leden van de Fungiidae familie minder energie beschikbaar hebben door o.a. bleking en sedimentatie, planten zich ze vaak alsnog voort in een mannelijke vorm.

Referenties:

Yossi Loya and Kazuhiko Sakai, Bidirectional sex change in mushroom stony corals, P roc. R. Soc. B (2008) 275, 2335–2343, Copyright the Royal Society 2008