Voor veel wezens is het vangen van een ledemaat in de mond van een roofdier meestal een doodvonnis. Maar geen zeesterren: ze kunnen een ledemaat afsnijden en een roofdier iets achterlaten om op te kauwen terwijl hij wegkruipt. Maar hoe kan ik het eraf krijgen?
Zeesterren en enkele andere dieren (waaronder hagedissen en salamanders) zijn in staat tot autonomie (het afwijzen van een ledemaat wanneer ze worden aangevallen). De biologie achter dit fenomeen bij zeesterren was tot nu toe grotendeels onbekend. Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Maurice Elphick, hoogleraar dierenfysiologie en neurowetenschappen aan de Queen Mary Universiteit van Londen, ontdekte dat een neurohormoon dat vrijkomt door zeesterren grotendeels verantwoordelijk is voor het losmaken van ledematen die in de kaken van roofdieren terechtkomen.
Dus hoe laat dit neurohormoon (specifiek een neuropeptide) zeesterren ontsnappen? Wanneer een zeester gestrest raakt door een roofaanval, wordt dit hormoon uitgescheiden, waardoor een spier aan de basis van de arm van het dier wordt gestimuleerd waardoor de arm kan afbreken.
De onderzoekers bevestigden dat dit neuropeptide “werkt als een autotomiebevorderende factor bij zeesterren en het eerste neuropeptide is dat is geïdentificeerd als een regulator van autotomie bij dieren”, zeiden ze in een onderzoek dat onlangs in Current Biology werd gepubliceerd.
Wacht even
Het team van Elphick bestudeerde hoe een neuropeptide bekend als ArSK/CCK1 de autonomie van de Europese zeester vergemakkelijkt. Asteria rubens. Het is al bekend dat ArSK/CCK1 het voedingsgedrag remt A. rubens waardoor de maag samentrekt, en spiercontractie speelt een rol bij het verlies van ledematen. Onderzoekers hebben ontdekt dat het vermogen om weeën op te wekken verder gaat dan alleen voeden.
De zeester werd onderworpen aan een experiment dat omstandigheden simuleerde waarin de kaak van het roofdier zich op één hand klemde. Klemmen worden op een van de drie gebieden op één arm geplaatst, hetzij aan het uiteinde, in het midden of aan de basis waarvan bekend is dat autotomie plaatsvindt, ook wel het vlak van autotomie genoemd. Vervolgens werden de zeesters met deze klemmen boven een glazen bak met zeewater opgehangen. Tijdens het eerste deel van het experiment lieten we de zeester op natuurlijke wijze reageren, maar in het tweede deel werden ze geïnjecteerd met ArSK/CCK1.
Zonder injectie werd autotomie vooral gezien bij dieren waarvan de armen het dichtst bij het autotomievlak waren geklemd. Er was lang niet zoveel reactie van de zeester als de armen in het midden of aan het einde werden vastgeklemd.
In de tweede helft van het experiment werd de eerder gebruikte klem gecombineerd met ArSK/CCK1-injectie. Ter vergelijking werden sommigen geïnjecteerd met het verwante neuropeptide ArSK/CCK2. Een verbazingwekkende 85 procent van de met ArSK/CCK1 geïnjecteerde dieren die midden in de arm of dichter bij het autotomievlak waren vastgeklemd, vertoonden autonomie, en sommige autotomiseerden extra armen. Dit gebeurde slechts bij ongeveer 27 procent van degenen die met ArSK/CCK2 waren geïnjecteerd.
Loslaten
Hoewel is aangetoond dat ArSK/CCK1 de meest effectieve chemische trigger is voor autotomie, hangt de activiteit ervan op het vlak van autotomie af van bepaalde aspecten van de anatomie van de zeester.
Zoals alle stekelhuidigen hebben zeesterren endoskeletten gemaakt van kleine botten of gehoorbeentjes, verbonden door spieren en collageenvezels waardoor de dieren van positie kunnen veranderen en kunnen bewegen. Twee exclusieve kenmerken die alleen op het vlak van de autotomie voorkomen, maken het mogelijk deze structuur te doorbreken. Onder de huid van het autotomievlak bevindt zich een gebied waar bundels collageenvezels ver uit elkaar zijn geplaatst om het breken te vergemakkelijken. Een ander kenmerk is een spierband nabij het gebied van de collageenbundels. Deze spier staat bekend als de adductorspier en is verantwoordelijk voor de samentrekking waardoor de arm in gevaar kan vallen.
Het analyseren van het weefsel van de arm van de zeester terwijl deze autotomie onderging, heeft wetenschappers een nieuw perspectief op dit proces gegeven. Onmiddellijk nadat een roofdier de arm van een zeester grijpt, vertelt ArSK/CCK1 de zenuwen in de tourniquetspier om te beginnen samentrekken in het gebied net grenzend aan het vlak van autonomie. Terwijl dit gebeurt, wordt het collageen in de lichaamswand in dat gebied zachter en breekt het, evenals de spieren en ligamenten die de botten bij elkaar houden. Er wordt nu gedacht dat ArSK/CCK1 ook betrokken is bij het verzachten van dit weefsel, waardoor het wordt voorbereid op breuk.
Nadat zeesterren een ledemaat autotomiseren, regenereert dat ledemaat uiteindelijk. Hetzelfde gebeurt bij andere dieren die autotomie in hun voordeel kunnen gebruiken (zoals hagedissen, die ook staarten laten groeien). In de toekomst kan het ontdekken waarom sommige dieren het vermogen hebben om te regenereren ons vertellen waarom we dit nooit hebben ontwikkeld of waarom sommige van onze voorouders dit vermogen zijn kwijtgeraakt. Elphick erkende dat er mogelijk nog andere, niet-geïdentificeerde factoren zijn die samenwerken met ArSK/CCK1, maar verder inzicht kan ons op een dag een duidelijker beeld geven van dit proces.
“Autotomie is een belangrijke overlevingsaanpassing die is geëvolueerd in verschillende diersoorten”, zei het onderzoeksteam in hetzelfde onderzoek: “[and] De bevindingen van deze studie bieden essentieel inzicht in de neurale mechanismen die dit opmerkelijke biologische proces controleren.”
Huidige biologie, 2024. DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.003