Van een simpel begin tot een verzameling aan complexe cocktails.
Diverse dieren gebruiken gif om te jagen of om zich te verdedigen. Gedurende de evolutie van het leven is het gebruik van gif minstens 80 keer onafhankelijk ontstaan, van kwallen en schorpioenen tot slangen. Gif is een cocktail van diverse moleculen – meestal eiwitten – die de normale lichaamsfuncties van het slachtoffer verstoren. Sommige moleculen zorgen bijvoorbeeld voor een kortsluiting in zenuwcellen waardoor bepaalde delen van het lichaam verlamd raken. De evolutie van deze giftige cocktails is vooral goed bestudeerd bij slangen, maar een recente studie in het vakblad Molecular Biology and Evolution focuste op een andere groep dieren: de duizendpoten.
Vijf ordes
Alle duizendpoten zijn giftig. Hun eerste paar looppoten zijn omgevormd tot giftige klauwen die ze gebruiken om te jagen op insecten, slakken en wormen. De grotere soorten vangen ook weleens uit de kluiten gewassen prooien, zoals kikkers, muizen of vogels. Er zijn ongeveer 3000 verschillende soorten duizendpoten, onderverdeeld in vijf ordes (voor de liefhebbers van tongtwisters: Scutigeromorpha, Lithobiomorpha, Craterostigmomorpha, Scolopendromorpha en Geophilomorpha). Een internationaal team wetenschappers verzamelde diverse soorten uit elk van deze vijf ordes en bracht de diversiteit aan gifcocktails in kaart.
Complexe cocktails
Uit de resultaten bleek dat elke soort een uniek gifprofiel had. Twee soorten uit het genus Scolopentra hadden de meest complexe cocktails. Het gif van de Roodhoofdige Duizendpoot (Scolopentra morsitans) bestond uit 47 verschillende eiwitfamilies en het gif van de Vietnamese Duizendpoot (Scolopendra subspinipes) bevatte 48 verschillende eiwitfamilies. Beide soorten kunnen zo een 20 centimeter lang worden – je komt ze ’s nachts dus liever niet tegen in het bos – en ze jagen af en toe op kleine zoogdieren en reptielen. Mogelijk zijn de complexe gifcocktails nodig om zulke grote prooien te overmeesteren.
Een simpel begin
Op basis van de gifprofielen konden de wetenschappers de voorouderlijke gifcocktail van alle duizendpoten reconstrueren. Deze cocktail was waarschijnlijk heel simpel en bevatte slechts vier ingrediënten: GH18, M12A, β-PFTx en CAP1. De onderzoekers vermoeden dat CAP1 en β-PFTx samenwerkten om prooien te verlammen. CAP-eiwitten verstoren namelijk de werking van zenuwcellen en β-PFTx maakt gaatjes in cellen (net zoals het gif van de beruchte Zwarte Weduwe, Latrodectus mactans). M12A en GH18 zijn moleculen die bepaalde eiwitten afbreken. Zij speelden mogelijk een rol in het verteren van de verlamde prooi. De combinatie van deze vier moleculen zorgde er dus voor dat de voorouderlijke duizendpoten hun prooien konden verlammen en oppeuzelen.
Evolutie
Vanuit een simpele cocktail ontstond de diversiteit aan complexe gifcocktails die we vandaag onder duizendpoten zien. De evolutie van deze cocktails is een ingewikkelde combinatie van diverse moleculaire processen op DNA-niveau. Hoe dit precies gebeurde tijdens de evolutie van duizendpoten weten we nog niet, maar we kunnen inspiratie opdoen bij andere giftige dieren. Een eerste manier waarop een nieuw ingredient kan ontstaan is genduplicatie. Tijdens het kopiëren van DNA wordt een gen toevallig twee keer overgeschreven. Vervolgens gaan beide kopieën hun eigen evolutionaire weg: het originele gen blijft zijn functie vervullen terwijl de kopie evolueert tot een giftig ingredient voor de cocktail. Een tweede manier is zogenaamde alternative splicing waarbij eenzelfde gen verschillende eiwitten kan produceren. Het gen acetylcholinesterase (nog zo’n tongtwister) van de Gestreepte Krait (Bungarus fasciatus), een Aziatische slang, produceert bijvoorbeeld een ‘gewoon’ eiwit en een giftige versie. Tenslotte kunnen stukjes van genen ook door elkaar gegooid worden met nieuwe – soms giftige – combinaties als resultaat. Dit fenomeen kan de gifcocktails van sommige hagedissen verklaren. Daarnaast kunnen bepaalde ingrediënten verloren gaan (less is more…). Het samenspel van deze moleculaire processen bepaalt de samenstelling van de duizend-en-een gifcocktails van duizendpoten en diverse andere giftige dieren.
Jente Ottenburghs promoveerde aan de Universiteit Wageningen waar hij onderzoek deed naar de evolutie van ganzen. Na een stage bij de wetenschapsredactie van de Volkskrant werkt hij nu als postdoc aan de Uppsala Universiteit in Zweden. Meer weten over Jente? Neem een kijkje op zijn website. Recent kon je in een artikel van de hand van Jente al lezen hoe een genoom in kaart wordt gebracht. Nieuwsgierig? Klik hier! En hier kun je lezen hoe de genetische code precies werkt.
