Waarom groeien sommige dieren met ontbrekende lichaamsdelen?
In tegenstelling tot mensen groeien sommige diersoorten gewonde of afgehakte lichaamsdelen terug. Ontbrekende armen, benen of andere ledematen worden eenvoudigweg vervangen door nieuwe. Maar waarom hebben niet alle dieren dit vermogen om te regenereren? Een onderzoek naar platwormen levert nu nieuw bewijsmateriaal op. Dienovereenkomstig groeien wormen die zich ongeslachtelijk voortplanten ledematen. De onderzoekers concludeerden dat het vermogen om te regenereren parallel met de voortplantingsstrategie had kunnen evolueren als een evolutionair compromis.
Sommige soorten, waaronder sommige spinnen, slakken, zebravissen, salamanders en zee-egels, kunnen verloren of gewonde lichaamsdelen of zelfs bijna het hele lichaam terug laten groeien. Bij sommige soorten platwormen werkt regeneratie goed: als je ze in stukken snijdt, groeit er uit elk stuk een nieuwe worm. Andere soorten platwormen kunnen echter geen defecte weefsels of organen vervangen. “Dit soort regeneratie lijkt de uitzondering te zijn in de dierenwereld, ook al zou het aanzienlijke overlevingsvoordelen moeten bieden”, zegt senior auteur Jochen Reinke van het Max Planck Instituut voor Interdisciplinaire Natuurwetenschappen in Göttingen. Dus waarom missen zoveel dieren, inclusief wij mensen, dit vermogen om te regenereren?
Eerdere experimenten uitgevoerd door zijn onderzoeksteam hebben al licht geworpen op hoe het regeneratieve vermogen kan worden gecontroleerd. “Wanneer platwormen regenereren, werkt de zogenaamde Wnt-signaaltransductieroute als een moleculaire schakelaar”, legt de celbioloog uit. Als deze signaalroute ‘aan’ staat, laten de wormen een staart groeien, en als ‘uitgeschakeld’ een kop ontstaat. Als de signaalroute volledig geblokkeerd is, verbetert het algehele regeneratieve vermogen. Nu heeft het team van Rink, onder leiding van hoofdauteur Miquel Villa-Fari, onderzocht voor welke soorten platwormen dit mechanisme bijzonder effectief is en wanneer het zich in de loop van de evolutie heeft ontwikkeld. Om dit te doen, onderzochten de onderzoekers in hoeverre 36 verschillende soorten platwormen hun kop konden teruggroeien nadat ze waren onthoofd. Dit werd mogelijk gemaakt dankzij de omvangrijke platwormcollecties van het instituut.
Platwormen in een regeneratietest
Hieruit bleek dat soorten platwormen zich met verschillende snelheden konden regenereren. “We vonden drie groepen”, beschrijft Villa Farre. “De eerste groep heeft zwakke of geen regeneratieve vermogens, de tweede heeft een beperkt vermogen om lichaamsdelen te vervangen, en de derde heeft een betrouwbare hoofdregeneratie.” De beperkte regeneratieve vermogens waren altijd afhankelijk van de Wnt-signaleringsroute. In een aanvullende analyse van de stamboom reconstrueerden de wetenschappers vervolgens hun hoofden, op welk punt in de evolutie de verschillende soorten het vermogen ontwikkelden of verloren om hun hoofd te regenereren. Het blijkt dat: “Het vermogen om organen en weefsels opnieuw te laten groeien bij verschillende soorten platwormen verschillende keren onafhankelijk is geëvolueerd, en in de loop van de tijd ook onafhankelijk bij verschillende soorten verloren is gegaan”, zegt Villa-Vari, die haar observaties samenvat.
Maar waarom werd de capaciteit niet behouden? Zoals de vergelijkingen hebben aangetoond, verschillen platwormsoorten ook in hun voortplantingsstrategie: ze planten zich ongeslachtelijk of seksueel voort. De onderzoekers vermoeden dan ook dat dit het regeneratievermogen kan beïnvloeden. Om deze theorie te onderzoeken, testten ze specifiek verschillende stammen van de platwormsoort Schmidtea mediterranea om te zien of afgehakte lichaamsdelen teruggroeiden en hoe actief hun Wnt-signaalroute was. Ze ontdekten dat platwormen die zich ongeslachtelijk voortplanten, zich in twee delen verdelen, die elk uitgroeien tot een nieuwe worm. “Deze soorten hebben regeneratieve capaciteiten nodig om zich voort te planten”, concludeert Villa-Fari. Wormensoorten die verloren ledematen slechts gedeeltelijk teruggroeien, planten zich daarentegen vrijwel uitsluitend seksueel voort. “Ze leggen eieren en hoeven geen lichaamsdelen te reproduceren om zich voort te planten”, legt Villa-Fari uit. Zijn team vond ook overeenkomstige verschillen op moleculair niveau: moleculaire omschakeling van de Wnt-signaalroute was significant actiever bij seksueel reproducerende stammen dan bij aseksueel reproducerende stammen.
Verzoening tussen reproductie en vernieuwing?
De onderzoekers concludeerden dat de Wnt-signaalroute ook een belangrijke rol speelt in de ontwikkeling van het voortplantingssysteem. “De winst of het verlies van regeneratieve capaciteiten bij verschillende soorten platwormen kan te wijten zijn aan interacties tussen de Wnt-signaalroute en het voortplantingssysteem”, legt Reinke uit. De onderzoekers vermoeden dat Wnt-signalering de vorming van testikels en dooier bevordert, maar ten koste gaat van het regeneratieve vermogen, omdat dit remming van Wnt-signalering vereist.
Bijgevolg zou het in- en uitschakelen van de Wnt-signaalroute kunnen dienen als een evolutionair compromis: ofwel efficiënte seksuele voortplanting en verminderde regeneratie, of omgekeerd. “Onze hypothese is dat het regeneratieve vermogen van platwormen niet is geëvolueerd om wonden te ‘repareren’, maar eerder om zich ongeslachtelijk voort te planten door middel van deling”, zegt Renk. Dit zou kunnen verklaren waarom soorten met of zonder het vermogen om te regenereren in de natuur voorkomen. Aanvullend onderzoek moet nu uitwijzen of deze hypothese klopt en of er andere diergroepen zijn waarbij deze associatie een rol speelt. Er moet ook meer onderzoek worden gedaan naar de vraag of omgevingsinvloeden de evolutionaire ontwikkeling van het regeneratieve vermogen hebben beïnvloed.
Bron: Villa Vari (Max Planck Instituut voor Interdisciplinaire Natuurwetenschappen) et al., Natural Ecology and Evolution, doi: 10.1038/s41559-023-02221-7
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”