Eén keer krassen en je bent vergiftigd

Giftanden van slangen variëren van groefjes tot uitklapbare weerhaken. Slangenonderzoeker Freek Vonk ontdekte dat het wapen bij één gedeelde voorouder ontstond.

Na een uurlang betoog over de evolutie van giftanden gaat Freek Vonk wijdbeens staan om te laten zien hoe hij begin dit jaar op Java een koningscobra ving. De 25-jarige bioloog legt zijn rechterhand behoedzaam op de achterkant van de denkbeeldige kop van ’s werelds langste gifslang. De andere hand draait bezwerend door de lucht om de slang af te leiden. Zachtjes drukt hij het denkbeeldige dier tegen de grond. „Dat laten ze toe”, vertelt Vonk op de werkkamer van een collega van het instituut voor integratieve zoölogie van de Universiteit Leiden. Misschien omdat ze gewend zijn om hun territorium te vechten in een verstrengeling, waarbij ze de achterkant van hun koppen tegen elkaar drukken. „Ik stond stijf van de adrenaline. Koningscobra’s kunnen een olifant doden met één beet in hun slurf. En ze zijn intelligent, als je een stok voor ze heen en weer zwaait dan happen ze niet zo maar toe zoals andere slangen. Ze blijven jou aankijken.”

Het vangen van die koningscobra, een vrouwtje in de buurt van haar nest, was een van de hoogtepunten in zijn leven, zegt Vonk. „Maar bij de acceptatie van mijn Nature-papers heb ik nóg harder gejuicht. Ik denk dat het allebei evenveel kicken is.”

Vandaag staat Vonk opnieuw in Nature, op de cover zelfs, dit keer met een studie die laat zien dat de giftanden van slangen in de loop van de evolutie één keer zijn ontstaan. Vonk en vijftien mede-auteurs concluderen dat uit onderzoek aan 96 embryo’s van acht verschillende slangensoorten. Het onderzoek sluit mooi aan op Vonks Nature-publicatie uit 2005, waarin hij aannemelijk maakte dat ook de gifklier van deze reptielen slechts een keer is ontstaan, zo’n 200 miljoen jaar geleden bij de hagedisachtige voorouders van moderne slangen.

Giftanden van slangen variëren van kanaliserende groefjes tot uitklapbare weerhaken en sproeiers die het gif naar belagers spuiten. Dat die variëteit ontstond vanuit één gemeenschappelijke voorloper maakt Vonk aannemelijk door te laten zien dat giftanden in embryo’s van verschillende slangensoorten steeds op dezelfde plaats ontstaan. Tijdens de ontwikkeling van het embryo krijgen ze een definitieve plaats in de bovenkaak.

Met kleurstoffen laat Vonk zien waar in de babyslangetjes de genen aan staan die zorgen voor tandvorming in de bovenkaak. Bij slangen die hun giftanden voor in de bek hebben zitten, zoals de adder en de cobra, reizen de giftanden in het groeiende embryo als het ware naar voren, doordat het kaakbot achter de achterste tanden snel groeit. Bij slangen met hun giftanden achter in de bek is die transformatie niet nodig. „Wij leveren als eersten het bewijs dat giftanden één keer in de evolutie ontstonden”, zegt Vonk.

Vonk viel als 14-jarig jochie als een blok voor de starre, mysterieuze blik van de tijgerpython van een vriendje. „Ik mocht hem aaien”, zegt hij nu. Een jaar later had hij een kamer vol niet-giftige slangen en toen hij gifslangen wilden gaan houden ging hij op 17-jarige leeftijd het huis uit. „Mijn moeder wilde geen gifslangen in huis, ik heb nog twee broers en een zus.” Zijn contacten met slangenliefhebbers hielpen hem om de eitjes te verkrijgen die nodig waren voor de Nature-studie: „Zelf ben ik immers ook een hobbyist. Mijn belangstelling wordt gedreven door mijn liefde voor deze dieren.”

De oudste fossielen van slangen zijn 95 miljoen jaar oud en de eerste slangen met giftanden, achter in de bek, ontstonden waarschijnlijk zo’n 60 miljoen jaar geleden. Alle slangen stammen daar vanaf. Uit de embryostudies maakt Vonk op, dat een stukje uit de bovenkaak is losgekoppeld bij primitievere slangen die hun prooi wurgen, zoals de python en de boa constrictor. Die evolutionaire opmaat maakte uiteindelijk de giftand mogelijk. Tanden in het achterste, losgeraakte deel van de kaak vormden samen met de eerder geëvolueerde gifklier „het machtigste wapen in het dierenrijk”. In de niet giftige slangen is de gifklier verloren gegaan, of werkt hij nog maar een beetje.

Het evolutionair voordeel van het naar voren plaatsen van giftanden is evident, vertelt Vonk. „Een slang met giftanden achterin de bek moet zijn prooi vangen en vasthouden. Hij moet erop kauwen om het gif goed te laten doordringen. Dat kost tijd en geeft de prooi de kans om terug te bijten. Veel van die slangen met giftanden achter in de bek eten kikkertjes of hagedisjes. Die dieren zijn niet zo gevaarlijk. Slangen met giftanden vóór in de bek kunnen grotere, gevaarlijke prooidieren aan. Ze hoeven hun prooi met hun giftanden maar een tikkie te geven. Dan kunnen ze zich terug trekken en wachten tot hij dood is.”

Slangen met giftanden voor in de bek zijn ook veel gevaarlijker voor mensen. „Ze hoeven je maar een keer te krassen en je bent vergiftigd”, zegt Vonk. „Een slang met giftanden achterin de bek moet je lang vasthouden om je te vergiftigen. Ik ben zo vaak gebeten door dat soort slangen. Je trekt ze gewoon van je vinger af. Pas als je ze vijf minuten laat zitten, dan heb je een probleem.”

De komende vier jaar hoopt Vonk in Leiden te promoveren op zijn passie, maar hij wil er ook op uit blijven trekken om documentaires te maken over slangen en wetenschap. Hij heeft alle vrijheid, want hij ontving in mei van dit jaar een ‘toptalentbeurs’ ter waarde van 180.000 euro van de wetenschapsfinancier NWO. De commissie die Vonk het geld toekende typeerde hem treffend als „prettig onbescheiden”.

Twee weken voor zijn publicatie van vandaag stond Vonk ook al in Nature, met een commentaar op een studie van collega-biologen die beschrijven hoe wervels ontstaan in een slangenembryo. De slang is een interessante evolutionaire casus, legt Vonk uit. Met meer dan 300 wervels zijn ze een schoolvoorbeeld van de flexibiliteit in de lichaamsbouw van gewervelde dieren. Biologen kunnen veel leren van de complexe embryonale ontwikkeling van slangen. Vonk richt zich voor zijn promotieonderzoek echter niet alleen op de embryonale ontwikkeling.

Hij wil zich ook verdiepen in de evolutie van gifsystemen. Hij hoopt als eerste het genoom van een slang op te helderen. Hij wil gifkliercellen in petrischaaltjes bestuderen, om te zien hoe giftige eiwitten gemaakt worden. Én hij wil onderzoeken hoe de samenstelling van het gif van een slang in de loop van zijn leven verandert. Vonk: „Daar weten we nog bijna niks van. Hoort een een wetenschapper zich te specialiseren? Daar heb je gelijk in, maar mijn specialisatie is gewoon slangen.”

Lees meer over slangen op www.evolutionbites.com