De aanwezigheid van piepkleine trilharen op cellen kan mogelijk verklaren hoe temperatuur het geslacht van schildpadden beïnvloedt.
Bij veel schildpadden bepaalt niet een geslachtschromosoom of een jong mannelijk of vrouwelijk wordt. In plaats daarvan speelt de temperatuur van het zand of de bodem waarin het ei ligt een belangrijke rol. Warme nesten leveren meestal vrouwtjes op, terwijl uit koelere nesten vaker mannetjes komen. Maar hoe een embryo die temperatuur precies waarneemt was lange tijd onduidelijk.
Onderzoekers van Iowa State University hebben nu een mogelijke ontbrekende schakel gevonden: trilharen. Dat zijn piepkleine uitsteeksels op cellen die werken als een soort antennes. Ze vangen signalen op uit de omgeving en geven die informatie door aan de cel. Het is voor het eerst dat trilharen in verband worden gebracht met de geslachtsbepaling van schildpadden. Het onderzoek is te vinden in PLOS One.
Opvallend verband
De onderzoekers benadrukken wel dat nog niet bewezen is dat deze structuren rechtstreeks bepalen of een embryo mannelijk of vrouwelijk wordt. De resultaten wijzen vooral op een sterk en opvallend verband. Onderzoeksleider Nicole Valenzuela wil daarom verder uitzoeken wat deze trilharen precies doen. “We hebben geconcludeerd dat we een heel nieuwe onderzoekslijn moeten openen”, zegt zij. “We willen weten hoe deze trilharen bij schildpadden zijn opgebouwd, wat ze doen en hoe ze reageren op temperatuur en andere signalen van cellen.”
Valenzuela onderzoekt al langer hoe evolutie en omgevingsfactoren ingewikkelde eigenschappen beïnvloeden, zoals geslachtsbepaling. Schildpadden zijn daarvoor bijzonder interessant: ze bestaan al meer dan 200 miljoen jaar en hebben in die tijd verschillende manieren ontwikkeld om het geslacht van hun jongen te bepalen. Sommige soorten hebben geslachtschromosomen, net zoals mensen. Bij veel andere soorten bepaalt nog altijd de temperatuur tijdens de ontwikkeling of een jong mannelijk of vrouwelijk wordt.
Om beter te begrijpen hoe dat verschil is ontstaan vergeleken de onderzoekers twee soorten: de sierschildpad en de doornrandweekschildpad. Bij de sierschildpad wordt het geslacht bepaald door de temperatuur. De doornrandweekschildpad heeft juist geslachtschromosomen.
De wetenschappers onderzochten welke genen actief zijn terwijl de geslachtsorganen van embryo’s worden gevormd. Ook bekeken ze hoe eiwitten met elkaar samenwerken en hoe eiwitten invloed hebben op DNA. Op basis daarvan maakten ze modellen van de zogenoemde regulatienetwerken in de cellen. Zo’n netwerk laat zien welke moleculaire schakelaars bepaalde groepen genen aan- of uitzetten.
De twee schildpadsoorten bleken 89 belangrijke ‘schakelaars’ met elkaar te delen. Vijftig daarvan waren bij beide soorten vrijwel hetzelfde. Volgens Valenzuela vormen die mogelijk de basis voor de ontwikkeling van geslachtsorganen bij schildpadden. De schakelaars die tussen de twee soorten het sterkst verschilden trokken echter de meeste aandacht. Toen de onderzoekers bekeken met welke functies deze genen samenhingen verscheen steeds opnieuw dezelfde onverwachte term: trilharen.
“We dachten: wat is hier aan de hand?”, vertelt Valenzuela. Die verrassing is niet zo vreemd: trilharen speelden tot voor kort nauwelijks een rol in onderzoek naar de geslachtsbepaling van schildpadden. Toch lijkt het gevonden verband niet op toeval te berusten. Verschillende analyses wezen volgens de onderzoekers dezelfde kant op: bij de sierschildpad waren genen rondom trilharen vooral gekoppeld aan de werking van deze ‘antennes’. Bij de doornrandweekschildpad waren ze vaker verbonden met de bouw ervan.
Meer aanwijzingen
Ook ander onderzoek uit het laboratorium van Valenzuela leverde aanwijzingen op. Daarbij keken onderzoekers naar eiwitten waar DNA als het ware omheen is gewikkeld. Ook daar zagen ze verbanden met trilharen. “We vonden plotseling allerlei verschillende aanwijzingen die allemaal dezelfde kant op wijzen”, zegt Valenzuela.
Dat werd nog interessanter toen het team de bestaande kennis over trilharen bekeek. Deze kleine celstructuren kunnen namelijk signalen uit hun omgeving waarnemen, waaronder veranderingen in temperatuur. Ook sturen ze belangrijke processen in cellen aan. Sommige daarvan spelen bij zoogdieren een rol bij de ontwikkeling van het geslacht.
Daarmee ontstaat een mogelijke verklaring voor de temperatuurafhankelijke geslachtsbepaling bij schildpadden. Trilharen zouden veranderingen in temperatuur kunnen opmerken en die informatie vervolgens kunnen doorgeven aan processen die bepalen hoe de geslachtsorganen zich ontwikkelen.
Dat moet echter nog wel rechtstreeks worden aangetoond. De huidige studie laat vooral zien dat primaire trilharen op meerdere manieren verbonden zijn met de processen rond geslachtsontwikkeling.
De ontdekking is in ieder geval wel interessant voor de geneeskunde. Trilharen komen ook voor in menselijke cellen en spelen een belangrijke rol bij de ontwikkeling van het lichaam. Als deze structuren niet goed werken, worden ze in verband gebracht met verschillende ziekten, waaronder kanker en aandoeningen van de hersenen en longen. Volgens Valenzuela kan een onderzoek naar schildpadden daarom ook bredere kennis opleveren.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Zeeschildpadden komen al sinds 1040 voor rondom Curaçao en Bonaire en De schildplaten van zeeschildpadden laten zien hoe het met de zee gaat . Of lees dit artikel: Kustvissers komen met een ingenieus idee dat de zeeschildpad uit hun netten houdt .
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
