Piepkleine wormpjes kunnen ‘horen’ zonder trommelvlies

Darwin kwam tot de conclusie dat wormen niet konden horen toen ze niet wegkropen voor zijn fagot spelende zoon. Maar uit recent onderzoek blijkt iets anders.

Gepubliceerd 7 okt. 2021 09:25 CEST
nematode C. elegans

C. elegans, een worm die over de hele wereld in de aarde voorkomt, is een van de meest bestudeerde dieren in biologisch en genetisch onderzoek.

Foto van Photography by Science Photo Library / Alamy Stock Photo

De vraag of wormen kunnen horen is al oud. Zo probeerde Darwin in de negentiende eeuw een antwoord op deze vraag te vinden door zijn zoon fagot te laten spelen voor aardwormen en te kijken of ze wegkropen voor deze serenade. Het antwoord van Darwin: nee. Maar nieuw onderzoek wijst iets anders uit.

Andere complexe zintuigen, zoals gezichtsvermogen, komen op grote schaal voor in het dierenrijk. Gehoor werd echter tot nog toe alleen bij gewervelde dieren en enkele geleedpotigen geconstateerd. Bijna alle dieren die kunnen horen gebruiken daarvoor een orgaan dat gaat trillen wanneer geluidsgolven het raken, wat vervolgens leidt tot signalen van neuronen die betrokken zijn bij het verwerken van geluiden. Bij mensen en de meeste andere gewervelde dieren is dat het oor, dat bestaat uit een gevoelig trommelvlies en binnenoor.

Maar C. elegans, een wormpje dat heel vaak wordt gebruikt voor biologisch onderzoek, heeft geen speciaal gehoororgaan. Uit nieuw onderzoek blijkt dat de huid van het dier in plaats daarvan dienst doet als een geluid-opvangend membraan, waardoor het hele lijf van de worm in feite een trommelvlies is. Dit onderzoek waarover een artikel verscheen in het vakblad  Neuron, levert het eerste bewijs ooit dat een niet-geleedpotig ongewerveld dier geluidsgolven door de lucht kan opvangen.

Deze kennis is het resultaat van ruim tien jaar gericht onderzoek onder leiding van het laboratorium van  Shawn Xu aan de University of Michigan. Het team had eerder al aangetoond dat de één millimeter kleine wormpjes beschikken over reuk-, smaak en tastzin, en daarnaast ook over proprioceptie, wat staat voor het zesde zintuig van lichaamsbewustzijn, en dat ze licht kunnen waarnemen. (Lees over de mogelijkheid dat een bovenmenselijk gehoor ooit bereikbaar wordt.)

“Sinds die tijd ontbrak het nog aan één ding, namelijk een auditieve gewaarwording,” vertelt de in waarneming gespecialiseerde bioloog Xu. “We zijn al die jaren bezig geweest om hier naar te zoeken.”

De ontdekking is naar zijn zeggen een grote stap vooruit in onze kennis over de manier waarop organismen horen en hoe het gehoor zich mogelijk heeft ontwikkeld. De vondst zou ook kunnen leiden tot onderzoek bij andere organismen zonder zichtbare oren, zoals weekdieren en andere wormen (bijvoorbeeld de aardwormen van Darwin). En daarnaast zou het kunnen bijdragen aan lopend onderzoek naar het gehoor van dieren, zoals bepaalde salamanders en “oorloze” kikkers.

Geluid waarnemen

Veel dieren die geen gespecialiseerd trommelvlies hebben en dus technisch gezien niet kunnen horen, hebben andere manieren ontwikkeld om geluid te verwerken.

“Oorloze” kikkers hebben een binnenoor maar geen trommelvlies, wat betekent dat geluidsgolven mogelijk via een combinatie van hun huid en botten naar hun binnenoor worden geleid.

Springspinnen en andere kleine insecten detecteren geluidsgolven doordat ze de vibraties opvangen met ultragevoelige haren op hun poten.

Lees ook: Maak kennis met een gletsjerbewoner: de ijsworm - een wetenschappelijke ‘paradox’

Maar lange tijd wisten wetenschappers gewoon niet of het merendeel van de ongewervelde dieren, die vaak worden beschouwd als relatief simpele organismen, in staat is om geluid waar te nemen. Een van de redenen daarvoor is dat voor dergelijke experimenten geavanceerde technologie nodig is, en dat wetenschappers het mogelijk niet de moeite waard vonden om die in te zetten, omdat slechts weinigen verwachtten dat wormen geluid konden opvangen. (Lees wat walvis-oren wel hebben dat de onze niet hebben.)

Om te achterhalen of de wormen geluid konden horen of waarnemen, ging het laboratorium van Xu verder waar Darwin was gestopt: bij het laten horen van een hard geluid. Het team paste de wormen genetisch aan en ontdeed ze van hun tastzin, zodat de onderzoekers er zeker van konden zijn dat de wormen geluid registreerden, en niet de trillingen in het petrischaaltje. 

Elizabeth Ronan, die als student in het lab van Xu meewerkte aan het onderzoek, bekeek of de bewegingen van de wormen niet werden veroorzaakt door de geleiachtige substantie waarop ze rondkropen. Zelfs zonder dat ze konden voelen, bewogen de wormen in de studie naar achteren wanneer er herrie was bij hun kop, en kropen ze vooruit wanneer het geluid achter ze was.

“Het was geweldig dat we zagen dat de wormen echt bewegen wanneer je ze geluiden laat horen,” vertelt Ronan. Ze vermoedt dat deze wormen, die over de hele wereld in de grond voorkomen, het vermogen ontwikkelden om geluid te registreren om vijanden als duizendpoten en gevleugelde insecten te kunnen horen en voor ze te kunnen vluchten.

Maar alleen de waarneming dat de wormen wegkruipen voor het geluid was onvoldoende bewijs dat de ongewervelden ook echt geluidsgolven waarnemen. Het was mogelijk dat ze alleen de fysieke beweging van de geluidsgolven op hun huid oppikten in plaats van elektrische signalen op te vangen met hun zenuwstelsel.

Bizarre aanval met slijmkanonnen
Een fluweelworm is dan misschien bijna blind, maar hij heeft een wapen: hij kan zijn prooi van bijna dertig centimeter afstand overvallen met slijm en verlammen. De worm kan twee kleverige ‘touwtjes’ afschieten om onoplettende kleine beesten uit te schakelen. Zo worden ze een makkelijke prooi.

Daarom onderzocht het team vervolgens een ander type genetisch gemodificeerde worm, waarbij ze zich hielden aan de eisen voor ethisch verantwoord dierenonderzoek. Ze deden tests met wormen die onder de blaren zaten. Ze gingen er daarbij vanuit dat deze eventuele trillingen zouden verstoren die de huid van de worm opving en de neuronen geen signalen zouden versturen. Toen de volumeknop openging, gaven de wormen geen krimp. Bingo.

Via tests met nog andere wormen en geavanceerd genetisch onderzoek wist het team uiteindelijk het molecuul in het zenuwstelsel te achterhalen dat verantwoordelijk is voor de waarneming van geluid: nicotinerge acetylcholinereceptor, een neurotransmitter waar veel onderzoek naar is gedaan en die bij veel dieren voorkomt. Deze moleculen, die overal op de huid van de worm te vinden zijn, detecteren geluidsgolven en geven dat door aan het brein. Wormen die zo waren aangepast dat ze deze moleculen niet hadden, reageerden niet op geluid.

Lees ook: Menu van de toekomst: insecten, zeewier en bloederige vegaburgers

“Dit molecuul is het meest uitgebreid bestudeerd van alle neurotransmitters, en niemand heeft gezien wat zij zagen,” stelt neuro-etholoog Gal Haspel van het New Jersey Institute of Technology, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Volgens hem valt er helemaal niets in te brengen tegen de onderzoeksmethoden en hij voegt daaraan toe dat het team “werkelijk alles heeft onderzocht en precies heeft achterhaald welk celmechanisme ten grondslag ligt aan de gedragsmatige reactie.”

Maar is het “horen”?

Alles bij elkaar genomen bleek uit de experimenten dat C. elegans geluidsgolven in de lucht kan waarnemen en daarop kan reageren door middel van een mechanisme dat genetisch uniek is en dat lijkt op ons eigen gehoor. (Bekijk het dier met de grootste oren ter wereld ten opzichte van zijn omvang.)

Maar of de wormen nu daadwerkelijk horen is een andere vraag. Sommige onderzoekers vinden dat er diepere niveaus van waarneming nodig zijn, zoals bewustzijn of het verbinden van geluiden aan een cognitieve plattegrond, om echt van “horen” te kunnen spreken. Xu is van mening dat geluid in de lucht waarnemen en daarop reageren - een gedrag dat in het onderzoek “auditieve sensatie” wordt genoemd - niet aan dat criterium voldoet.

“Perceptie betekent dat je de signalen verwerkt en er vervolgens een bepaalde betekenis aan geeft,” stelt hij.

Maar andere wetenschappers zien meer ruimte voor discussie. “Het zou kunnen dat ook talloze andere lagere stammen van diersoorten geluid mogelijk op een onverwachte manier waarnemen,” aldus Ronan. “Ik bedoel, deze worm is letterlijk niets meer dan een buisje vol vloeistof, dat in staat blijkt om geluidsgolven te detecteren. Mensen zouden op zijn minst open kunnen staan voor de vraag wat horen nou eigenlijk is.”

Daphne Soares, die als neuro-etholoog werkzaam is aan het New Jersey Institute of Technology en die ook niet bij het onderzoek betrokken was, vindt dat er een groot verschil is tussen het fysiek waarnemen van geluidsgolven, wat wormen volgens haar doen, en echt horen. “Het is heel, heel erg cool, maar ik vind dit geen horen,” zegt ze.

Toch vinden Soares en Haspel het een goed idee om ook experimenten op te zetten waarin de omstandigheden uit de werkelijkheid worden nagebootst, door bijvoorbeeld te testen hoe de wormen reageren op het geluid van rondscharrelende vijanden van de wormpjes. De auteurs van het artikel zijn nieuwsgierig bij welke volgende diersoort dieren het vermogen om geluid waar te nemen wordt aangetroffen.

Volgens Soares zou het onderzoek ook vragen kunnen opwerpen over de vroegste evolutionaire geschiedenis, omdat de allereerste dieren die op aarde rondliepen meestal geen enkele vorm van skelet kenden. “Zij moesten de omgeving toch op de een of andere manier kunnen waarnemen!”

Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceer in het Engels op nationalgeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.