Straatverlichting in een wespennest

In het pikkedonker je weg vinden, valt niet mee. Veel wespensoorten bouwen hun nesten onder de grond, zodat het letterlijk aardedonker is. Toch is het in de regel een komen en gaan in zo'n nest, waar aan het eind van de zomer enkele honderden tot vele duizenden wespen de nacht doorbrengen. Het nest kan bestaan uit tien of meer 'verdiepingen', zoiets als een grote parkeergarage waar het licht uitgevallen is. Hoe vinden die diertjes de weg? Of, minstens zo lastig, hoe slagen ze erin elke verdieping vol te bouwen met cellen in een perfect zeshoekige honingraatstructuur, terwijl je er geen hand voor je ogen kunt zien?

Twee Groningse onderzoekers hebben samen met twee wetenschappers van de universiteit van Tel Aviv mogelijk de sleutel van dit raadsel gevonden. Ze ontdekten dat in de nok van de cellen van het nest een minuscuul kristal is verwerkt dat waarschijnlijk magnetische eigenschappen heeft en functioneert als 'straatverlichting' binnen het nest. Afgelopen vrijdag publiceerden ze hun vondst in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.

Ing. I. Stokroos en dr. H. van der Want onderzochten de wespennesten van de Vespa orientalis, de oriëntaalse hoornaar, een grote wespensoort –tot 3,5 centimeter lang– die in het oostelijk deel van het Middellandse-Zeegebied voorkomt. „De nesten zijn gemaakt van een soort papier-maché, fijngekauwd hout, en de cellen zijn heel mooi gerangschikt, met de opening altijd naar beneden”, zegt Van der Want. „Elke cel heeft zes wanden met daarboven een dakje, een soort gewelf. Bij de bouw van het nest spaart de wesp een uitholling uit in het koepeltje. Daarin bevestigt hij een ondoorzichtig rond kristalletje, als een soort sluitsteentje. Waarschijnlijk gebeurt dat met speeksel, want het kristal zit niet echt vast, het kan een beetje bewegen. Het speeksel hardt uit tot een elastisch polymeer en het kristal bungelt als een klepel in een klok.”

De wetenschappers onderzochten de precieze samenstelling van het kristal, dat ongeveer 0,1 millimeter groot is. Het bestaat uit titanium, ijzer, zuurstof en koolstof. Het koolstof is waarschijnlijk afkomstig uit het wespenspuug, de andere drie elementen wijzen op het mineraal ilmeniet, dat veel in woestijnzand zit. Van de zestig broedcellen die ze onderzochten, bevatten er 58 zo'n kristal.

Kompas
Hoe de 'plafonnières' in de cellen de wespen helpen om de weg te vinden, weet Van der Want niet. Hij vermoedt dat de wespen een zintuig hebben dat gevoelig is voor magnetisme of dat ze in staat zijn infrarood waar te nemen. Ilmeniet heeft zwakmagnetische eigenschappen en van titaniumoxide is bekend dat het infrarood reflecteert. „Het kristal zou als een soort kompas kunnen werken of –omdat de kristallen bij de bouw van de cellen een heel netwerk vormen– als de waterpas van een landmeter. We weten dat er meer diersoorten zijn die een magnetisch veld kunnen waarnemen, zoals postduiven, maar ook bacteriën. Deze wespen vliegen tot een hoogte van 10 kilometer, dus het is zeker niet onmogelijk dat ze het aardmagnetisch veld gebruiken voor hun ruimtelijke oriëntatie. Binnen het nest zouden ze zo'n zintuig kunnen benutten om de weg te vinden. Die oriëntatie is vooral van belang bij het bouwen, als het nest nog leeg is, de kristallen kunnen dan het referentiepunt zijn.”

De wespen zouden het ilmeniet in hun omgeving kunnen verzamelen, maar het is ook mogelijk dat ze het zelf produceren. De bestanddelen titanium en ijzer zijn aangetoond in het lichaam van de wesp. De Groningers willen vervolgens onderzoeken of het kristal ook in de nesten van Nederlandse wespensoorten voorkomt.

Zonnecel
De Israëlische groep wetenschappers heeft eerder een andere bijzondere eigenschap van deze hoornaar ontdekt: hij heeft een ingebouwde zonnecel aan de bovenzijde van zijn achterlijf. De oriëntaalse hoornaar is een slag groter dan de gewone wesp, heeft een roodbruin borststuk en rode, zwarte en gele strepen op het achterlijf. Prof. Jacob Ishay ontdekte dat de huid van de gele strepen bij een zeer sterke vergroting eruitziet als een heuvellandschap met langgerekte kanalen.

Juist die gele gedeelten hebben een bijzondere eigenschap: er zitten organische kristallen in de huid met een halfgeleidende werking. Bij temperaturen tussen de 20 en 30 graden Celsius ontstaat in de stevige huid bij beschijning met zonlicht een spanningsverschil van een paar honderd millivolt met een stroomsterkte van enkele tienden nano-ampère. Die zonnestroom wordt gebruikt om warmte te produceren en energie te leveren aan de spieren.

Een andere onnatuurlijk aandoend verschijnsel is dat de wesp dankzij die bijzondere structuren op de gele huid die elektrische energie niet alleen kan opwekken, maar ook bewaren, als in een batterij. Ishay heeft in een experiment eens zes dode hoornaars in serie geschakeld en daarmee een digitaal horloge van stroom voorzien. De wespen kunnen de energie die ze onderweg verzamelen, doorgeven aan andere wespen of aan de zich binnen het nest ontwikkelende poppen, die daar als een accu functioneren. „Gedurende zijn leven ondergaat elke hoornaar zo'n 3000 tot 4000 cycli van laden en ontladen, en het dier lijkt daarmee dus op een goede batterij.”