Slangen voelen warmte met mosterdreceptor

Adders en wurgslangen kunnen met hun warmteorgaan muisjes ‘zien’ in de nacht. Nu is de werking ontdekt. Het is geen oog, maar een aangepast ‘smaakorgaan’.

Het beangstigende zesde zintuig van slangen is gedemystificeerd. In het wetenschappelijke tijdschrift Nature (online) beschrijven Amerikaanse biologen deze week en detail hoe het komt dat sommige slangen hun prooi in het donker kunnen waarnemen. De reptielen blijken daarbij receptoren gebruiken die mensen en andere zoogdieren ook hebben. Het zijn de receptoren die ons bij het eten van mosterd of het scherpe Japanse wasabi een prikkend gevoel op de tong bezorgen.

Dat sommige adders, pythons, boa constrictors – en ook vampiervleermuizen – prooidieren of belagers kunnen waarnemen in het donker was bekend. Wurgslangen zoals de python en de boa constrictor detecteren warmtestraling vanuit kleine putjes rond de bek. Bij groefkopadders zijn de warmtesensoren nog vijf tot tien keer gevoeliger dan bij die wurgers. De Texaanse ratelslang, een groefkopadder, is de kampioen. Met zijn infraroodsensoren kan hij een levend muisje waarnemen op een meter afstand. Deze ratelslang, Crotalus atrox, staat centraal in de zondag verschenen studie onder leiding van moleculair bioloog David Julius (universiteit van Californië in San Francisco).

Groefkopadders detecteren warmte met een dun membraan in holtes tussen oog en neusgat, één aan elke kant van hun kop. Warmte (infraroodstraling) is licht dat voor ons onzichtbaar is. Het was daarom niet vreemd geweest als de warmtesensoren van deze slangen net zo zouden werken als onze ogen. Die detecteren licht door fotonen op te vangen en om te zetten in een zenuwsignaal naar onze hersenen. Maar de warmtegevoelige sensor van slangen werkt anders. Slangen kunnen het onzichtbare licht voelen.

Het membraan in de groef van de groefkopadder is vergelijkbaar met een stukje zeer gevoelige huid. Fysiologen hadden al eerder aangetoond dat het warmtegevoelige vlies verbonden is met een dicht netwerk van zenuwbanen. Bij mensen en andere zoogdieren raken deze zenuwbanen geactiveerd als we ons ergens aan branden, maar ook als we mosterd eten. Bij de onderzochte slangen zijn de zenuwbanen voor deze zintuigen zwaarder uitgerust dan bij ons.

Om uit te zoeken hoe het warmtegevoelige membraan functioneert, ging Julius op zoek naar genen die actief zijn in de zenuwcellen die liggen onder de infraroodreceptoren, maar niet in andere vergelijkbare zenuwcellen. Eén gen sprong eruit, voor de Amerikaanse bioloog een oude bekende. Drie jaar geleden toonde hij al aan dat dit gen bij zoogdieren betrokken is bij het maken van een moleculaire schakelaar die een signaal – ‘dit is scherp!’ – naar de hersenen stuurt als we mosterd of wasabi eten. Fruitvliegen gebruiken dezelfde schakelaar ook om warmte te voelen. De moleculaire schakelaar die zoogdieren gebruiken wijkt daar weer iets vanaf: die wordt geactiveerd bij temperaturen boven 43 graden en – op onze tong – bij het eten van Spaanse pepers.

Om de functie van de receptor in slangen te onthullen zette Julius die in eicellen van kikkertjes. Ook deze cellen bleken nu op warmte te reageren. Kikkercellen met genen van de Texaanse rattenslang begonnen plotseling stroom te geleiden vanaf een temperatuur van 33 graden Celsius. Deze Texaanse rattenslang (Elaphe obsoleta lindheimeri) kan net als de Texaanse ratelslang infraroodlicht detecteren, maar minder goed. De warmtegevoeligheid van de Texaanse ratelslang manifesteerde zich ook in het petrischaaltje. Kikkereicellen met zijn genen reageerden al op een temperatuursverhoging tot boven 28 graden.

Volgens Julius is de warmtegevoelige sensor bij groefkopadders en bij andere slangen onafhankelijk van elkaar ontstaan. Hij schrijft in Nature: ‘Een zintuig kan zich kennelijk razendsnel aanpassen aan veranderde omstandigheden in de omgeving, zoals de relaties tussen prooi en prooidier.’