Diep in de bossen van Zuid-Amerika leven pijlgifkikkers die een gif bij zich dragen dat wel 200 keer krachtiger is dan morfine. Het zorgt voor de fatale klap bij vijanden, maar het gif heeft weinig effect op de kikker. Hoe?
Hun zenuwstelsel is met de tijd zo veranderd dat het de krachtige chemicaliën kan bestrijden – een bijzonder voorbeeld van evolutie in actie, volgens een nieuwe studie.
“Ik wilde begrijpen hoe organismen gif kunnen aanmaken dat ervoor zorgt dat een dier zijn hele zenuwstelsel reorganiseert,” vertelt co auteur van de studie Rebecca Tarvin, bioloog aan de Universiteit van Texas en National Geographic Society begunstigde.
“Het lijkt bijna onwaarschijnlijk dat zoiets kan ontstaan.”
Op hun zenuwen werken
Giftige kikkers maken hun eigen gif niet: ze krijgen het van het eten van mijten en mieren. Felle kleuren zorgen er daarna gek genoeg voor dat vijanden een hapje nemen.
Roofdieren als slangen en schorpioenen, gebruiken echter vergif dat eerst via lichamelijk letsel het lichaam binnengaat, voordat het goed werkt. Deze giftige stoffen hoeven niet meteen dodelijk te zijn: roofdieren gebruiken gif regelmatig om hun prooi te verlammen.
In beide gevallen, willen roofier en prooi een snelwerkend gif dat een dier kan laten stoppen met bewegen. – dit maakt het zenuwstelsel een aantrekkelijk doel.
Het is zelfs zo dat de meeste sterke wilde dieren hun prooi op een of andere manier vergiftigen via het zenuwstelsel.
Sommige gifkikkers dragen een morfineachtig mengsel genaamd epibatidine, dat hetzelfde werkt als het mengsel acetylcholine. Dit zendt berichten naar zenuwcellen. Het werkt in feite zo goed, dat het de verwoestende rol van acetylcholine kan innemen. De hoeveelheid epibatidine van één kikker kan een waterbuffel doden.
Er zijn ook giftige watersalamanders die tetrodotoxine gebruiken, dat de porie verstopt die elektrische signalen naar de zenuwen stuurt.
“Het is net alsof je een kabel doorsnijdt op een zwakke plek, maar dan met een ander voorwerp,” zegt Butch Brodie III, bioloog aan de universiteit van Virginia en gifexpert.
Een lichaam gemaakt voor gif
Maar hoe zijn kikkers epibatidine gaan gebruiken?
Na het bepalen van de sequentie van het DNA van gifkikkers die epibatidine aanmaken, kwamen Tarvin en haar collega’s erachter dat de receptors voor acetylcholine van de kikker zelf langzaamaan misvormd raken, resultaten die het team onlangs gepubliceerd heeft in Science.
Genetisch gezien moet de verandering nauwelijks merkbaar geweest zijn. Acetylcholine en epibatidine zijn op dezelfde plek verbonden aan de zenuwreceptor, dus als mutaties de vorm van de receptor te veel veranderde, zou acetylcholine niet meer in staat zijn om zijn dagelijkse werk te doen.
Maar andere structurele aanpassingen rondom de receptor compenseerde voor dit probleem. Epibatidine kan de acetylcholine receptor niet “herkennen”, maar acetylcholine wel – waardoor de effecten van het gif de kikkers bespaard blijft. (Lees over een giftige kikkersoort ontdekt in Peru.)
Daarnaast blijkt het dat de kikkers tijdens de evolutie wat moeite hebben gehad met de resistentie tegen het gif op drie verschillende momenten. Dit is een bewijsstuk voor het nut van de mutatie.
“Dit is mooi… er is maar een handvol onderzoeken zoals die van Tarvin,” zegt herpetologist en toxicoloog Zoltan Takacs, een National Geographic explorer.
De studie vult een belangrijk gat in de studie naar gifevolutie – maar er zijn nog steeds veel mysteries.
Biologen weten bijvoorbeeld nog steeds niet hoe gifkikkers epibatidine aanmaken. Het is duidelijk dat het komt uit iets dat ze eten, maar onderzoekers hebben de bron nog niet gevonden.
In feite heeft men nog steeds veel vraagtekens als het gaat om het gif van gifkikkers. Er zijn meer dan 800 samenstellingen gevonden in verschillende gifkikkers, maar minder dan 70 zijn te begrijpen, zegt Tarvin.
De oorsprong van de giffen achterhalen en meer leren over de evolutie van de resistentie ertegen kan inzichten bieden aan dingen die dichtbij ons staan, vertelt Brodie.
“We weten heel weinig van chemische biosynthese, in veel gevallen,” gaat hij verder. “Vanuit een meer menselijk oogpunt gezien, kunnen we het gif beter bestrijden als we gif begrijpen.”
