Op het eerste gezicht ziet een gletsjer er levenloos uit - een doodse berg ijs. Maar wie beter kijkt, ontdekt dat er talloze piepkleine organismen in leven, die een levendig ecosysteem vormen.

In het westen van Noord-Amerika zijn de meeste daarvan ijswormen. Deze Mesenchytraeus solifugus zijn ongeveer een centimeter lang en net zo dun als een flosdraadje. Ze komen in groten getale voor in gletsjers in de Pacific Northwest, British Columbia en Alaska. In de zomer komen de kleine zwarte wormpjes ‘s middags en ‘s avonds tevoorschijn om zich tegoed te doen aan algen, microben en andere afgezet materiaal. Bij zonsondergang verdwijnen ze weer in het ijs, waar ze zich ‘s winters ook in terugtrekken.

Deze verre verwanten van aardwormen leven in lagen van ijskoud water die zich in de sneeuw en het ijs bevinden en voelen zich op hun best wanneer het water rond het vriespunt is. Voor de meeste dieren zou dat onmogelijk zijn, vooral voor koudbloedige dieren zonder isolatielaag zoals wormen. Dus hoe krijgen ijswormen dat voor elkaar? Wetenschappers hebben enkele van de strategieën van de ijswormen ontrafeld. Zij stellen dat het, in tegenstelling tot wat je misschien denkt, heel belangrijk is om meer te weten te komen over de biologische buitenbeentjes - en dat haast geboden is.

Als we snappen hoe deze dieren kunnen overleven in extreme omstandigheden, kan dat bijdragen aan ons begrip van de grenzen aan het leven op aarde en verder in het universum, stelt onderzoeker Daniel Shain van de Rutgers University, die de diertjes als 25 jaar bestudeert.

Maar naarmate de gletsjers verdwijnen, verdwijnen ook de ijswormen. “We willen zo veel mogelijk te weten komen over de wormen, voordat ze verdwijnen,” zegt Shirley Lang, die als bioloog werkzaam is aan het Haverford College in Pennsylvania. “En als de gletsjers in het huidige tempo blijven smelten, dan gaat dat ongetwijfeld een keer gebeuren.”

Wormmysterie

De wetten van de biologie schrijven voor dat het lichaam trager gaat werken en dat het energieniveau daalt wanneer de temperatuur daalt. Warmbloedige dieren verbranden energie om hun temperatuur relatief constant te houden, terwijl koudbloedige dieren traag worden en zelfs in een ruststand komen wanneer het te koud wordt. Maar dat geldt niet voor ijswormen.

“Hun energieniveau stijgt naarmate ze kouder worden,” vertelt Shain. “Dat is het paradoxale.”

In een serie artikelen die de afgelopen jaren werd gepubliceerd zetten Shain en Lang, die promoveerde in het laboratorium van Shain, uiteen hoe dat komt. Het heeft allemaal te maken met een bijzonder molecuul: ATP, wat een afkorting is van adenosinetrifosfaat. ATP doet dienst als drager voor energie in cellen en zorgt voor de benodigde energie voor lichamelijke reacties. Het molecuul wordt gevormd met behulp van een enzymcomplex genaamd ATP-synthase, dat in alle bekende organismen zo goed als identiek is. Het vervult zijn taak met een efficiëntie van bijna honderd procent - wat voor menselijke uitvindingen ongekend goed zou zijn. Biochemici zijn er diep van onder de indruk. “Het is een buitengewoon knappe machine,” aldus Shain.

Maar ijswormen hebben een handigheidje in hun machinerie ingebouwd, een extra stukje in het DNA dat verantwoordelijk is voor de aanmaak van ATP-synthase. Het lijkt erop dat deze aanpassing ervoor zorgt dat de productie van ATP sneller verloopt. Shain: “Het is een soort turbo.”

Volgens Shain is het lastig uit te leggen hoe het evolueerde, maar het zou kunnen dat de wormen een stukje genetisch materiaal hebben gestolen van schimmels die op grote hoogte voorkomen. Als dat inderdaad zo is gegaan, dan is dit een heel bijzondere diefstal. Gepikt DNA wordt normaal gesproken niet in de mitochondria opgenomen, de plek waar ATP wordt gemaakt.

Naast de genetische aanvulling hebben de wormen ook een aangepaste ‘celthermostaat’, waardoor de productie van ATP kan plaatsvinden bij lage temperaturen. Door de combinatie van deze twee aanpassingen hebben ijswormen een veel grotere concentratie ATP in hun cellen dan andere dieren, wat deels verklaart hoe hun energieniveau in stand blijft in de vrieskou.

Naast de genetische aanvulling hebben de wormen ook een aangepaste ‘celthermostaat’, waardoor de productie van ATP kan plaatsvinden bij lage temperaturen. Door de combinatie van deze twee aanpassingen hebben ijswormen een veel grotere concentratie ATP in hun cellen dan andere dieren, wat deels verklaart hoe hun energieniveau in stand blijft in de vrieskou.

De dieren leven alleen in gletsjers langs de kust, en komen nergens anders ter wereld voor. In Tibet is wel een soort aangetroffen die erop lijkt. Er is maar heel weinig over de dieren bekend. Ze voelen zich opperbest wanneer de temperatuur rond het nulpunt is, maar zijn niet opgewassen tegen lagere temperaturen.

Roofdier en prooi

IJswormen zijn met hun bijzondere energiehuishouding onderdeel van een ecosysteem waar we heel weinig over weten. Ze leven in een omgeving waar ook raderdieren, beerdiertjes, algen, schimmels en andere microscopisch kleine organismen voorkomen, vertelt bioloog Scott Hotaling van de Washington State University. Ze zijn daarnaast een bron van voedsel voor vogels.

Hotaling en zijn collega’s hebben waargenomen dat er minstens vijf soorten vogels zijn die ijswormen eten. Ze zijn een zeer belangrijke voedselbron op plekken als de Amerikaanse Mount Rainier, waar ze massaal worden gegeten door roze bergvinken die ze ook aan hun jongen voeden, aldus Hotaling.

Vogels zouden ook de verklaring kunnen zijn voor hoe deze piepkleine diertjes zich van de ene gletsjer naar de andere kunnen verspreiden. Er bestaan genetische verschillen tussen de dieren in verschillende leefgebieden en de dieren in Alaska zijn vermoedelijk een andere soort dan veel van de wormen in de Pacific Northwest, aldus Shain.

Onderzoek van Hotaling wijst uit dat levende wormen mogelijk meeliften op de veren of poten van vogels, of dat enkele wormen wellicht een verblijf in de maag van de vogel overleven. Zo bestaat er bijvoorbeeld een nauwe verwantschap tussen een bepaalde populatie van ijswormen op Vancouver Island en een in het zuiden van Alaska, wat er op zou kunnen duiden dat een of meerdere wormen daar onlangs naartoe zijn gebracht door een vogel.

Maar de tijd dringt als we de raadsels rond ijswormen willen ontrafelen. Bepaalde gletsjers waarin ze voorheen werden aangetroffen, zoals de Lyall- en Lewis-gletsjers in de North Cascades in de staat Washington, zijn al gesmolten. Andere worden steeds kleiner. In de Nisqually-gletsjer, aan de zuidkant van Mount Rainier, leven ijswormen, maar deze is tussen 2003 en 2015 gemiddeld ongeveer een meter per tien dagen in omvang afgenomen.

Evolutionair geneticus Joanna Kelley en Hotaling zijn bezig om het DNA-materiaal van de worm te ontleden, maar dat blijkt nog niet eenvoudig. Een van de problemen is dat de dieren dus vol melanine zitten, dat zich vasthecht aan DNA en een vertekend beeld oplevert in de technologische hulpmiddelen voor DNA-ontleding.

De onderzoekers hopen dat ze de dieren hun geheimen kunnen ontfutselen voordat het te laat is. “Ik heb het gevoel dat ik haast moet maken bij het onderzoek naar deze dieren,” aldus Hotaling.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com