Het is wonderlijk hoe piepkleine diertjes bestand zijn tegen de ergste kou en vorst. Die bijzondere kwaliteit ontstond 400 miljoen jaar geleden al toen een gek insectachtig diertje begon met de aanmaak van een klein eiwitmolecuul dat ervoor zorgt dat zijn lichaamscellen niet bevriezen. Dit beestje heet de springstaart en hij is nog steeds overal ter wereld te vinden, ook bij jou in de tuin.
Ooit was de Aarde vochtig en heet. De zee barstte van het leven. Vroege inktvissen, aalachtige vissen en zeewormen jaagden op kleinere diertjes. Boven de grond gebeurde er echter maar weinig. De dieren waren nog niet op het land gekropen. Zo zag de Aarde er zo’n 450 miljoen jaar geleden uit aan het einde van het Ordovicium. Het warme water zorgde ervoor dat de leefomstandigheden perfect waren voor allerlei soorten leven, maar dit zou snel gaan veranderen.
Het werd kouder
Niet veel later begon het veel kouder te worden en bevroren grote stukken land. Langzaam maar zeker ontstonden er steeds grotere ijskappen. Het water, dat eerder nog warm en aangenaam was voor de dieren, werd koud en onleefbaar. De ene na de andere diersoort legde het loodje. In een relatief korte periode werd de helft van alle leven op aarde uitgeroeid in wat later bekend werd als de op een na grootste massa-extinctie in de geschiedenis van onze planeet.
Maar dan de springstaart
Een van de dieren die de moeilijke tijd overleefde, was de springstaart. Dit kleine, insectachtige diertje had een speciale strategie ontwikkeld tegen de kou. Zijn cellen waren namelijk begonnen met het produceren van proteïnen die de cel beschermen tegen bevriezing en de daaropvolgende celdood. Het zou goed kunnen dat de springstaart het eerste dier ooit is dat antivries-eiwitten kon aanmaken. Tot nu toe werd gedacht dat dieren die eigenschap pas veel later ontwikkelden, maar deze nieuwe studie komt tot een hele andere conclusie.
“We weten dat antivries-eiwitten onafhankelijk van elkaar zijn ontstaan op verschillende momenten in de evolutionaire geschiedenis. Vissen hebben ze, insecten hebben ze, en sommige spinnen hebben ze. Maar totdat we de resultaten van ons onderzoek onder ogen kregen, wisten we niet dat ze zo vroeg in de geschiedenis van het dierenrijk al opdoken”, zegt professor Martin Holmstrup van de Aarhus University.
Kleine katapultjes in de tuin
Springstaarten zijn maar klein. Er zijn meer dan 9000 verschillende soorten bekend, maar de grootste zijn slechts 6 millimeter lang. Ze hebben zes pootjes en twee antennes aan de voorkant. Een springstaart lijkt op een insect, maar is het niet. Hij behoort tot een geheel eigen tak van de evolutionaire stamboom. De diertjes zijn overal ter wereld te vinden, ook in de bovenste laag van je tuin en in gevallen gebladerte, waar ze zich tegoed doen aan microscopisch kleine schimmels, bacteriën en andere micro-organismen.
Het dier dankt zijn naam aan zijn gevorkte staart die hij onder zijn lichaam houdt en waarmee hij zichzelf kan afzetten als een soort katapult. De springstaart kan zijn staart snel en met kracht losschieten, waardoor het dier tot 10 centimeter de lucht in kan vliegen. Dit doet hij ter verdediging wanneer hij door een spin of ander dier wordt aangevallen. Springstaarten zorgen voor een goede bodemkwaliteit, omdat door hun toedoen voedingsstoffen terugvloeien richting planten.
Geen moeilijke eters
Holmstrump houdt zo’n twintig verschillende springstaartsoorten in zijn laboratorium. De diertjes hebben weinig ruimte nodig en zijn niet kieskeurig wat betreft voeding. “We houden ze in petrischaaltjes in een laagje kalk dat we nat houden. Als voedsel geven we ze een beetje droge gist. Dat is eigenlijk alles wat ze nodig hebben”, legt Holmstrump uit.
De springstaarten in zijn lab zijn gebruikt in het experiment. Hij stuurde monsters op naar zijn collega’s in Canada, die een aantal moleculaire experimenten op ze uitvoerden om erachter te komen wanneer de dieren voor het eerst de antivries-eiwitten produceerden. De Canadezen zijn namelijk al eerder achter de DNA-sequentie gekomen die de bouw van de specifieke proteïne mogelijk maakt. Door te zoeken naar dezelfde genetische code in andere soorten, families en ordes waren ze in staat om te berekenen wanneer de mutatie plaatsvond: in het Ordovicium.
Bijzonder diertje
“De berekeningen laten zien dat de springstaarten de productie van het antivries-eiwit lang voor andere dieren al onder de knie hadden. Vissen en insecten waren zeker een miljoen jaar later hiermee. Al ontwikkelden planten, bacteriën en eencellige algen eenzelfde soort mechanisme mogelijk nog eerder dan de springstaart”, vertelt de Deense onderzoeker.
Je kunt springstaarten bijna overal ter wereld vinden, maar in het Arctische gebied zijn er meer dan waar ook. Slechts een klein deel van de landdieren kan overleven in de kou van Groenland en Canada, en dat betekent dat springstaarten in alle rust bacteriën en schimmels kunnen verorberen. “De superpotente antivries-eiwitten zorgen ervoor dat springstaarten in koude regionen kunnen overleven waar ze hun voedsel alleen hoeven te delen met een paar andere wormen en insecten. En ze hebben heel weinig natuurlijke vijanden”, aldus Holmstrump.
Gevriesdroogd in een rimpelige winterslaap
In de winter, als het kwik drastisch omlaag gaat, starten de springstaarten met de productie van het antivries-eiwit. Hierdoor bevriest hun ‘bloed’ niet. Maar dat is niet de enige truc in hun arsenaal. “Omdat de cellen van elk levend wezen watermoleculen bevatten, zijn ze kwetsbaar voor lage temperaturen. Als het water bevriest, dan gaan de cellen kapot. Om dit te voorkomen, droogt de springstaart zichzelf uit en gaat hij in een soort winterslaap”, zegt Holmstrump.
Zijn metabolisme wordt dan zo laag dat er geen levenstekenen meer te meten zijn. Maar als de lente daar is, absorberen ze water terug in hun lijf en start het metabolisme weer op. “Je kunt het vergelijken met een druif die indroogt en verandert in een rozijn. Het lijkt op het vriesdroogproces. De springstaarten krimpen en veranderen in de winter in kleine, rimpelige beestjes. Maar als het lente wordt, absorberen ze water en zwellen ze op tot hun normale grootte”, legt de onderzoeker uit.
