De kakkerlakdarm is een dierentuin

Twintig jaar lang onderzocht de bioloog Hackstein de darmbacteriën van kakkerlakken. Nu publiceert hij over de darmflora van geiten en panda’s.

Foto Merlin Daleman

Twintig jaar leefden er kakkerlakken in de kelders van de Radboud Universiteit in Nijmegen. Ze werden er gekweekt door Johannes Hackstein. In 2011, bij zijn pensionering, werden de insecten op internet aangeboden aan terrariumhouders. Hackstein: „Hagedissen hebben al mijn kakkerlakken opgegeten.”

Als universitair hoofddocent evolutiebiologie aan de Radboud Universiteit in Nijmegen ploos Hackstein uit wat er leefde in de darmen van zijn kakkerlakken. Zulk onderzoek naar het samenspel tussen darmflora en gastheer is tegenwoordig erg populair. Het veld heeft de wind mee, omdat genetici het DNA van de bacteriën in een darm in één klap kunnen bepalen.

In de tijd van Hackstein kon dat niet. Hij moest zich redden met microscoop en later met een paar DNA-volgordes. Toch wist hij diep door te dringen in de kakkerlakkendarm. Zo ontdekte hij dat waterstofproducerend orgaantjes in sommige van die kakkerlakdarmbewoners afstammen van dezelfde vrijlevende bacteriën als de energiecentrales in onze cellen. Dat staat nu in alle microbiologische leerboeken.

Hackstein is al een tijd niet in het lab geweest. Toch verschijnen er af en toe nog artikelen van zijn hand. Vorige week nog in het European Journal of Protistology, over de evolutie de darmflora van herkauwers en andere plantenetende zoogdieren. De gegevens heeft hij tot acht jaar geleden verzameld. Dankzij moderne DNA- en computertechnieken en de hulp van een paar oud-collega’s kon hij het onderzoek afronden. „Nu heb ik nog één onderzoek in de la liggen”, zegt Hackstein.

We zitten aan een keukentafel in de buurt van Kleve, een Duitse grensstad in de buurt van Nijmegen. Het huis van Hackstein staat aan een rustige landweg, naast een oude molen. Binnen verhaalt Hackstein over zijn onderzoek. Zijn stem is zacht, zijn humeur opgewekt. Als hij over kakkerlakken en hun darmflora praat, heeft hij het steevast over ‘beestjes’.

Welke kakkerlakken hield u?

„Van alles wat eigenlijk. Maar vooral van die grote joekels uit Madagaskar. Als je er op drukte, of er per ongeluk op ging staan, sisten ze als een slang.”

Wat eet een kakkerlak zoal?

„Alles! Maar wij gaven ze konijnenvoer en aardappelen. ”

Waarom kakkerlakken?

„Omdat er beestjes in hun darmen zitten! De kakkerlakkendarm is één grote dierentuin. Er zitten ciliaten bijvoorbeeld. Dat zijn eencellige trilhaardiertjes. Per kakkerlak zo’n tien tot duizend, of geen.

„En het stikt er van de methaanbacteriën. Dat kakkerlakken ook echt methaangas produceren, zagen we toen we ze in een potje stopten en maten welke gassen vrijkwamen. Waarschijnlijk helpen die bacteriën de kakkerlakken bij hun spijsvertering. Niet alle kakkerlakken hebben trouwens methaanbacteriën in hun darmen. En zonder methaanbacteriën, zijn er ook geen ciliaten. Ciliaten en methaanbacteriën gaan hand in hand.”

Waarom die verbondenheid?

„Dat weet niemand.” Hackstein zucht. „Misschien heeft het met waterstof te maken. Methaanbacteriën verbruiken waterstof om methaan te maken. En ciliaten gedijen bij lage waterstofconcentraties, omdat ze zelf waterstof maken. Sommige dragen zelfs methaanbacteriën ín hun cel.”

U onderzocht dus de bacteriën ín een trilhaardiertje, ín een kakkerlakkendarm?

„Dat is symbiose! Symbiose is biologie op z’n leukst. Darwin had niet helemaal gelijk. Het gaat niet alleen om competitie. In de natuur is samenwerking juist gewenst.

„Het ontstaan van onze cellen is daarvan het beste voorbeeld. De energiefabriekjes in die cellen, de mitochondriën, stammen af van een bacterie die door onze vooroudercel werd opgeslokt en bleef leven. Dat was een uitzonderlijke gebeurtenis en het zal niet gauw een tweede keer gebeuren.”

Is dat niet frustrerend voor een bioloog? Dat er geen patroon bestaat, dat alles afhangt van één vreemde gebeurtenis?

„Ja. En dat wordt ook vaak vergeten. Je ziet wel eens berekeningen over de waarschijnlijkheid dat er intelligent leven voorkomt elders in het heelal. Maar het is zo onwaarschijnlijk dat dit op een andere planeet nog een keer gebeurt. Een bacterie gaat nog wel. Maar ik verwacht geen groene mannetjes op Mars. Dat is uitgesloten.

„Ook bij de ciliaten gingen onderzoekers daaraan voorbij. Ciliaten hebben een celorgaan waar ze waterstof mee maken. Dat is het hydrogenosoom. Men wist niet waar dit vandaan kwam. ‘Dat zal vast een symbiose geweest zijn’, dacht iedereen. Maar wij hebben laten zien dat het aangepaste mitochondriën zijn. Die hydrogenosomen zijn niet de uitkomst van een nieuwe symbiose, maar vloeien voort uit die ene oeroude, unieke symbiose.”

U deed veel onderzoek naar kakkerlakken, maar ook bij zoogdieren. Hebben die ook zo’n dierentuin in hun darmen?

„Ja. Maar niet allemaal. Het idee was dat alle zoogdieren die plantaardig voedsel eten methaanbacteriën in hun darmen hebben om vezelrijk voedsel te verteren. Maar dat klopt niet. Een pandabeer vreet de hele dag bamboe, maar heeft geen methaanbacteriën in zijn poep.”

Waarom niet?

Hackstein haalt zijn schouders op.

Hebben zoogdieren wel ciliaten?

„De pens van herkauwers zoals geiten en runderen zit er vol mee. En we vinden ze ook in de poep van paarden, zebra’s en olifanten. Dat zijn dieren zonder pens. De vergisting van cellulose gebeurt bij deze dieren ná de maag, in de darmen.

„Pensdieren delen vaak ciliaten. We vonden een DNA-volgorde van een ciliaat in een geit uit Nijmegen die ídentiek was aan die van een schaap uit Warschau. Maar de ciliaten van dieren zonder pens zijn juist soortspecifiek. De ciliaten van een paard zijn niet anders dan die van een zebra. Net als paard en zebra zelf, stammen hun ciliaten af van een voorouder die 4 miljoen jaar geleden leefde”

„Waarom? Ciliaten kunnen van de ene naar de andere herkauwer overgedragen, bij dieren zonder pens gaat dat niet. Een paard kan alleen geïnfecteerd raken als het een paar dagen oud is en poep vreet van de ouders. Hun ciliaten worden van ouder op nakomeling overgedragen.”

Jeuken uw handen niet om met die nieuwe technieken aan de slag te gaan?

„Ik zou nu graag onderzoek doen naar de genen van die beestjes in de pens. Maar ik heb geen machines meer. En ach. Wij hebben gedaan wat wij konden doen, met onze beperkte middelen.”

Mist u de kakkerlakken?

„Absoluut niet! In het instituut in Keulen waar ik promoveerde hadden we er juist veel last van. En we konden niet met insecticide spuiten, want dan was ik ook de vliegen kwijt waaraan ik onderzoek deed. Ik had een keer bijna een kakkerlak mee naar huis genomen. Die kon ik net op tijd dood maken.”