Hoe kunnen de larven van zwarte soldaatvliegen ondanks hun kleine formaat zo snel en zo veel eten? Wetenschappers van Georgia Tech hebben dit “collectieve eetgedrag” bestudeerd en ontdekten dat een strategie om de voedingssnelheid van de larven te maximaliseren bestaat uit het vormen van “fonteinen” van maden. De wetenschappers hebben de resultaten beschreven in een recent artikel in het Journal of the Royal Society Interface, samen met een onderhoudende video waarop een zwerm larven te zien is die in slechts twee uur een hele pizza verorbert.
“Dit is de eerste keer, voor zover ik weet, dat we echt hebben geprobeerd te kwantificeren hoeveel ze in staat waren om te eten, en hoe ze in staat zijn om dat te doen,” zei afgestudeerde student en co-auteur Olga Shishkov, die het onderzoek zaterdag demonstreerde op de bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science in Washington, DC. Het is niet de eerste keer dat ze op een creatieve manier de vraatzucht van de maden demonstreert: vorig jaar filmde ze hoe de beestjes voor Valentijnsdag een hartvormige donut verslonden.
Shishkovs adviseur is David Hu, die aan het Georgia Institute of Technology een biolocomotielaboratorium leidt dat bestudeert hoe verschillende wezens zich voortbewegen. Hij is misschien het meest bekend om zijn werk met vuurmieren, maar zijn lab bestudeert ook kattentongen, schaatsenrijders, slangen, verschillende kliminsecten, muggen en, natuurlijk, larven van de zwarte soldaatvlieg.
Shishkov werd aangetrokken tot het bestuderen van de collectieve dynamica van de wezens vanwege haar achtergrond in vloeistofmechanica. “Ik was geïnteresseerd om te zien of ik de vloeistofmechanica-technieken die ik ken, kon toepassen om te bestuderen hoe dieren bewegen,” zei ze, met de hoop om de principes die ze ontdekt op een dag toe te passen op robotica.
Het lab kreeg zijn zwarte soldaatvlieglarven van een startup genaamd Grubbly Farms in Atlanta die ze kweekt als een duurzame bron van kippen- en visvoer. De larven eten voedselafval, vooral fruit en groenten, en zijn in staat om twee keer hun lichaamsgewicht per dag te verorberen. Aangezien de mens elk jaar 1,4 miljard ton voedselafval produceert, zijn deze larven een mogelijke oplossing om hiermee om te gaan. De maden eten voedselafval van de consument en worden op hun beurt aan de kip en de vis gevoerd. Het is een win-winsituatie.
Een stapel larven is klein en dicht opeengepakt, waardoor het bestuderen ervan een uitdaging is. Voor de voedingsexperimenten werden de larven in een 10-gallon aquarium geplaatst met camera’s boven- en onderaan om de voedingswoede in actie vast te leggen. Daarna gebruikten Shishkov en haar medewerkers een techniek die ‘particle image velocimetry’ wordt genoemd, om de stroming van de beestjes te volgen en zo een idee te krijgen van wat er zich werkelijk binnen de hongerige horde afspeelde.
Zij ontdekten dat de oppervlakte van het aangeboden voedsel, zoals een pizza, beperkt hoeveel larven zich tegelijkertijd kunnen voeden. De larven nemen ook regelmatig een pauze en beletten hun medelarven om hun maaltijd op te eten. De andere hongerige beestjes omzeilen dit gedrag door fonteinachtig gedrag te vertonen: “nieuwe larven kruipen van onderaf naar binnen en worden van bovenaf naar buiten ‘gepompt’,” schrijven de auteurs. Shishkov et al. ontwikkelden vervolgens een wiskundig model om de eetsnelheid te voorspellen.
Er is nog een praktische uitloper van dit onderzoek. Zwarte vliegenlarven worden grootgebracht in gigantische bakken, wat een probleem kan zijn gezien hun hoge stofwisseling. Ze kunnen gemakkelijk oververhit raken tijdens het voeden. In het wild kunnen ze gewoon wegkruipen, maar in de bakken is hun bewegingsvrijheid veel beperkter, en een hele kolonie kan gemakkelijk oververhit raken en sterven. Daarom conditioneren larvenkwekers het hele pakhuis waarin de beestjes worden grootgebracht. Dat is duur en inefficiënt, en daarom hebben Shishkov et al. ook een beluchtingsbed uitgevonden – octrooi is aangevraagd – dat koele lucht door de voedingsmassa van de larven blaast. Dit voorkomt dat ze oververhit raken en zorgt ervoor dat boeren nog steeds een hoge opbrengst krijgen.
DOI: Journal of the Royal Society Interface, 2019. 10.1098/rsif.2018.0735 (Over DOI’s).