Vreemde snuiter

Dankzij de opheldering van het genoom van het vogelbekdier heeft deze mengelmoes van eend, mol en bever zijn plek in het dierenrijk gekregen. Jop de Vrieze

Dolbij waren ze, de Australische biologen, dat ze het DNA in kaart mochten brengen van ‘hun’ onderzoeksobject: het vogelbekdier. Een vreemde snuiter met eigenschappen van zoogdieren en reptielen, die hun al veel had geleerd over het ontstaan van soorten. In 2004 startten ze het platypus genome project, naar de Engelstalige benaming van het dier. In 2008 was dat klaar.

In oktober van het afgelopen jaar verschenen maar liefst 28 publicaties in een speciale uitgave van twee verschillende wetenschappelijke tijdschriften, Australian Journal of Zoology en Reproduction Fertility and Development. Frank Grutzner, vogelbekdieronderzoeker en auteur van verscheidene publicaties: “Eindelijk zijn er grondige analyses over de vraag of het vogelbekdier nu een zoogdier is of een reptiel. En die een antwoord geven op de vraag wanneer deze groep dieren precies is ontstaan.”

De westerse mens maakt kennis met het vogelbekdier in 1798. Kapitein John Hunter keek raar op toen hij een wilde worsteling tussen een aboriginal met een grote speer en een klein, ondefinieerbaar waterdier van een afstandje gadesloeg. Hij was bezig met een verkenning van het nieuwe continent Australië en stond aan de oever van een meer vlakbij de Hawkesbury River, in de buurt van het huidige Sydney. Het molachtige beest met de kop van een eend, poten met schubben en de staart van een bever bood hevig weerstand. Het dappere dier van amper vijftig centimeter schudde zijn belager af, maar tegen de kogel van Hunter was het niet bestand. Hunter stuurde de huid van het beest in 1799 naar Engeland, waar wetenschappers hun nieuwe aanwinst zagen als slechte namaak: hoe kon zo’n combinatie van eigenschappen bestaan? Een jaar later werd de echtheid van het vogelbekdier bevestigd en kreeg het de wetenschappelijke naam Ornithorhynchus anatinus, zogend vogelbekdier. Bekender is nog altijd de naam platypus, hoewel die wetenschappelijk ongeldig werd verklaard omdat een schildpaddensoort al eerder die benaming had gekregen.

Op basis van kenmerken werd de onderklasse der monotremen, waartoe behalve het vogelbekdier alleen nog de mierenegel behoort, na enige aarzeling ingedeeld bij de zoogdieren. Het vogelbekdier legt eieren en heeft een snavel, maar, zo bleek in 1825, het vrouwtje heeft wel melkklieren waarmee het haar jongen zoogt. Toch bleven de monotremen een geval apart. Charles Darwin zei toen hij voor het eerst een vogelbekdier zag: “Hier moeten twee scheppers aan het werk geweest zijn.”

GEKKIGHEID

Hij zag in de platypus in 1836 al een link tussen de reptielen en zoogdieren en een belangrijk bewijsstuk voor zijn theorie over de oorsprong van de soorten. Pas in 1884 werd bevestigd dat vogelbekdieren en mierenegels eieren leggen, en meer opmerkelijke ontdekkingen volgden met de jaren. Met de leerachtige snavel en zwemvliezen houdt de gekkigheid bij het vogelbekdier niet op. Het dier heeft net als een vogel maar één uitgang voor urine en andere uitwerpselen (een cloaca) – monotrema betekent letterlijk ‘één gat’. Het beschikt weer wel over melkklieren maar heeft geen tepels, en het vrouwtje legt eieren die het voor en na het uitkomen enkele weken in een buidel bij zich draagt. De monotremen beschikken over reptielenkarakteristieken die de andere zoogdieren verloren, zoals de opbouw van hun skelet en de vorm van hun spermacellen. Sommige zoogdiertrekjes hebben ze in primitieve vorm, zoals de eenvoudige buidel waarin het jong zich ontwikkelt.

Hoewel de discussie nooit verstomde, was de overgrote meerderheid van de wetenschappers het erover eens dat de monotremen naast de buideldieren en de zoogdieren met een placenta een eigen onderklasse vormen. Tot het eind van de vorige eeuw konden wetenschappers deze indeling uitsluitend baseren op uiterlijke kenmerken en fossiele vondsten.

De monotremenorde kent ook historische leden, die stammen uit het Mesozoicum, dat duurde van 250 tot 65 miljoen jaar geleden. De steropodon bijvoorbeeld, een 40 tot 50 centimeter groot beestje dat lijkt op het vogelbekdier, leefde ongeveer 100 miljoen jaar geleden. De oudste bekende voorouder is de teinolophos, die 123 miljoen jaar oud is. Hiervan werd alleen een onderkaak gevonden. Van de familie Ornithorhynchidae, waar de platypus deel van uitmaakt, is de oudst bekende telg 9 miljoen jaar oud.

ZOOGDIER?

Onderzoekers debatteerden hevig over de afstamming van de monotremen: waren ze afgesplitst van de buideldieren, die andere primitieve zoogdieren? Of waren ze al eerder ontstaan? Verder bleven ook die andere vragen knagen: is het vogelbekdier inderdaad een zoogdier? Of lijkt het toch meer op een reptiel? En wat leren de monotremengenomen ons over de zoogdierenevolutie?

Dat de hoeveelheid DNA van het vogelbekdier veel dichter bij die van een rat lag dan bij die van een, gemiddeld veel kleiner, reptielengenoom, was in 1967 al duidelijk geworden. Maar wat er voor informatie op dat DNA stond, was toen nog een groot raadsel. De genetische speurtocht begon voorzichtig, met de analyse van losse genen, wat destijds al veel tijd en geld kostte. Soms legden die een link naar reptielen, maar net iets vaker naar zoogdieren. Al ging de strijd niet gelijk op, een analyse van het gehele genoom moest eraan te pas komen om uitsluitsel in deze kwestie te geven.

Uit de 28 publicaties die verschenen in navolging van het platypus genome project blijkt dat de monotremen inderdaad de oudste nog levende zoogdierorde vormen. 166 miljoen jaar geleden splitste de groep zich af van de lijn die later tot de buideldieren en andere zoogdieren zou leiden. Dat bleek uit de genetische stambomen die de onderzoekers opstelden, na de analyse van representanten van alle drie de groepen. De vermoedens werden bevestigd. Grutzner, die onder andere een overzicht schreef van ‘de puzzel van het platypusgenoom’: “De strijd is beslist in het voordeel van de zoogdieren.”

Op basis van ‘microsatellieten’ bekeek een van de Australische onderzoeksgroepen hoe groot die genetische verwantschappen nu eigenlijk zijn. Microsatellieten zijn kleine stukjes zich herhalend DNA, die in de loop der tijd door mutaties kunnen veranderen. De gedachte is dat hoe meer microsatellieten twee soorten gemeen hebben, hoe meer verwant ze zijn en hoe korter geleden ze in de evolutie van elkaar gesplitst zijn.

Wat bleek uit de analyse? Het vogelbekdier deelt 83 procent van zijn microsatellieten met zoogdieren en 30 procent met reptielen. Daarmee staat het dier definitief veel dichter bij de andere zoogdieren, maar is het van alle zoogdieren wel het nauwst verwant aan de reptielen. “De overeenkomsten met andere zoogdieren en reptielen zijn dus niet toevallig, maar tot in het DNA te herleiden”, zegt Grutzner.

Uit een analyse van genen voor de productie van caseïnes (melkeiwitten) bij platypus, echidna (mierenegel) en een aantal zoogdiersoorten blijkt dat die grofweg hetzelfde zijn, al traden in de loop van de tijd ook structuurveranderingen op. De wetenschappers concluderen in een van de artikelen dan ook dat het ‘zoogmechanisme’ al was ontwikkeld vóór het ontstaan van de monotremen. De zoogdieren begonnen dus eerder met zogen dan dat ze hun eieren afschaften.

Hoe houdt die vreemde snuiter het zo lang vol? Dankzij zijn beschermde status is het vogelbekdier niet langer een bedreigde diersoort. Precieze getallen zijn er niet, maar er zwemmen duizenden vogelbekdieren rond in rivieren en beken in Oost-Australië en Tasmanië. De wonderbaarlijke duurzaamheid van het geslacht ‘monotremen’ verbaast evolutiebiologen nog altijd. De mierenegels en het vogelbekdier zijn de enige nog levende representanten van deze tak.

“Het vogelbekdier is een geraffineerd en extreem goed aangepast dier”, zegt Frank Grutzner. “Omdat vogelbekdieren al zo lang meegaan, lijken ze misschien primitief, maar hun ontwikkeling heeft niet stilgestaan. Integendeel: ze hebben zich uitermate goed aangepast.”

WATERPROOF

De dikke vacht van het dier bestaat uit twee lagen, een wollige binnenlaag en een vettige buitenlaag. Daardoor is die waterproof, vertelt Grutzner. De lichaamsvorm is perfect om te zwemmen en de zwemvliezen tussen zijn tenen kan het vogelbekdier terugtrekken. Vogelbekdieren beschikken over gifklieren op hun poten en angels waarmee ze het gif in het slachtoffer spuiten. Mogelijk is de aanvallende Aboriginal uit 1798 ook met dit wapen afgeschud. Het gif, blijkt uit analyses, bevat heel andere eiwitten dan reptielengif, en is dus onafhankelijk ontstaan. Het is voor mensen niet dodelijk, maar veroorzaakt een vlijmscherpe pijn, die alleen met narcosemiddelen te behandelen is.

Daarnaast maakt het vogelbekdier gretig gebruik van speciale neuronen rond zijn bek, elektroreceptoren, om onder water naar wormen en insectenlarven te speuren. Met die neuronen legt het vogelbekdier een elektrisch veld aan in het modderige water, dat wordt verstoord door de kleine signaaltjes die zijn prooien produceren. Die verstoring voelt het vogelbekdier. Wetenschappers kwamen hier achter nadat ze ontdekten dat vogelbekdieren de neiging hebben om in het water gevallen batterijen aan te vallen.

Naast 40.000 elektroreceptoren bevat de snavel van het vogelbekdier ook 60.000 drukreceptoren die beweging in het water kunnen detecteren. Het dier duikt met gesloten ogen, oren en neus. Zwemmend en zwaaiend met zijn kop van links naar rechts door het water zoekt hij naar voedsel.

Het neefje van de platypus, de mierenegel, beschikt ook over deze receptoren, maar kan hier in zijn relatief droge leefgebied weinig mee – droge grond geleidt immers niet. De mierenegel splitste zich waarschijnlijk 20 miljoen jaar geleden van het vogelbekdier af, en wetenschappers denken dat het daarna nog zwemmende voorouders heeft gehad.

Toch blijft de vraag hoe deze kwetsbare en gespecialiseerde dieren het al zo lang volhouden. “Het vogelbekdier en de mierenegel hebben waarschijnlijk de invasie van de buideldieren in Australië overleefd omdat ze ecologische niches bezetten die de buideldieren vanwege hun voortplantingsstrategie niet konden bereiken”, schreven Matthew Philips en collega’s van de universiteit van Canberra in april in Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Australië was een vergevingsgezind continent voor het vogelbekdier”, zegt ook Stephen O’Brien van het Laboratory of Genomic Diversity, National Cancer Institute, Frederick, USA. Hij onderzoekt soortbehoud vanuit een genetisch perspectief en schreef het introductieartikel bij de verzameling publicaties over het vogelbekdier. “Als de bever zijn intrede had gedaan in Australië, had het vogelbekdier het waarschijnlijk niet gered.”

OVERBEVOLKT

Het vogelbekdier eigende zich een territorium toe, op een plek waar bijvoorbeeld buideldieren zich niet goed konden voortplanten. Die eigenzinnigheid past perfect in het beeld van het vogelbekdier uit een overlevering die rond de vorige eeuwwisseling werd opgeschreven door de Australische schrijver David Unaipon, een Aboriginal. Er was een tijd dat de dieren zich in strijd met elkaar zoveel voortplantten, dat het land overbevolkt raakte. Maar, concludeerden de andere dieren, het vogelbekdier was de schuldige en moest worden uitgeroeid. Het noodweer dat uitbrak leek hiervoor te zorgen, omdat alle dieren een schuilplaats vonden behalve het vogelbekdier.

Maar drie jaar later bleek het dier zich teruggetrokken te hebben in een afgelegen bergstroom. Uit mededogen besloten de andere dieren het vogelbekdier uit te huwelijken aan een verwante diersoort. De buidelrat moest het worden, maar het huwelijk strandde jammerlijk. Meerdere huwelijken mislukten, steeds werd het vogelbekdier herinnerd aan zijn halfslachtige poging los te komen van de vogels.

Hij hoorde nergens bij, concludeerde hij, en uiteindelijk besloot het vogelbekdier zich terug te trekken. Daar leeft het dier nog steeds voort met zijn vrouw, gelukkig, maar nog altijd in angst uitgeroeid te worden door de anderen.