DNA geeft geheimen prijs van de komodovaraan

Hij bloedt niet, zijn kaak zit vol gif en vanbinnen lijkt hij meer op een zoogdier dan op een reptiel. Onderzoekers hebben het DNA van de komodovaraan opgetekend en het raadsel van de killer opgelost.

Hij bloedt niet, zijn kaak zit vol gif en vanbinnen lijkt hij meer op een zoogdier dan op een reptiel. Onderzoekers hebben het DNA van de komodovaraan opgetekend en het raadsel van de killer opgelost.

Maisano et al./Austin Jackson School of Geosciences/The University of Texas

De zon staat te branden op het Indonesische eiland Komodo. Bij een van de weinige waterbronnen op het eiland ligt een 3 meter lange komodovaraan te zonnebaden.

Plotseling begint zijn tong te trillen: hij heeft een prooidier ‘geroken’.

De varaan houdt zich koest, en even later duikt er een stel geiten op. Dan springt de grote hagedis tevoorschijn en hapt hij met zijn slijmerige bek in de achterpoot van een ervan.

Na enige strijd rukt de geit zich los en gaat hij ervandoor. Maar de komodovaraan weet dat hij die avond te eten heeft, en kalm volgt hij het geurspoor van de gewonde buit.

Een uur na de aanval heeft de geit zo veel bloed verloren dat hij hulpeloos in het bos ligt, alleen nog in staat tot wat halfslachtig gemekker. Dan rijt de varaan zijn buik open.

© iStock/Getty Images

Onderzoekers weten al langer dat een komodovaraan prooidieren op kilometers afstand kan ruiken, maar nu pas hebben ze achterhaald hoe.

Een internationaal team van onderzoekers heeft het genoom van het reptiel in kaart gebracht en onder meer 129 bijzondere genen gevonden die betrokken zijn bij het ongeëvenaarde reukvermogen van de varaan.

De genen vormen bepaalde geurreceptoren in de bovenbek.

Wanneer de komodovaraan zijn lange tong uitsteekt en een hapje lucht ‘proeft’, komen geurstoffen, zoals feromonen en hormonen, langs zijn sensoren, die zelfs subtielere geuren van aas of bloed op 10 kilometer afstand opvangen.

Het genetisch onderzoek begon bij twee komodovaranen in de dierentuin in Atlanta, VS.

Toen hun DNA in kaart werd gebracht, bleken ze 1,51 miljard basenparen verdeeld over 20 chromosomenparen te hebben, wat verrassend weinig is voor zo’n groot dier.

Ter vergelijking: het genoom van een verwant van de komodovaraan, de Chinese krokodilstaarthagedis, is circa 32 procent groter, en dat van de mens is dubbel zo groot.

© Shutterstock

Het doel was te begrijpen op welke wijze de komodovaranen zich onderscheiden van nauwverwante hagedissen.

Daarom keken de onderzoekers naar 4047 genen die bij acht groepen hagedissen te vinden zijn, en zo spoorden ze de genen op die sinds een vertakking van een voorouder anders zijn geworden bij de komodovaraan.

Bepaalde veranderingen hebben het dier gemaakt tot het monster dat het nu is, maar een mythe over zijn dodelijke beet is doorgeprikt.

Stofwisseling is aangepast

Met zijn 140 kilo en een lengte van 3 meter is de komodovaraan de grootste hagedis op aarde.

Vanwege die grootte wordt het dier ook wel de ‘komododraak’ genoemd.

Naast Komodo leven de varanen op vier andere Indonesische eilanden, waar ze helemaal boven aan de voedselketen staan.

© Shutterstock

Al zijn de meeste grote reptielen traag, komodovaranen kunnen 20 km/h halen.

Koudbloedige dieren hebben normaal een tragere stofwisseling dan de warmbloedige zoogdieren, waardoor ze sneller moe zijn, maar de stofwisseling van komodovaranen lijkt op die van zoogdieren.

Dat is te danken aan een aantal genvarianten die tot uiting komen in de mitochondrieën, de energiecentrales van de cellen, die energie voor de spieren produceren.

Eén zo’n gen, ACADL, vormt een enzym dat een grote rol speelt voor de afbraak van vetzuren in de mitochondriën.

En deze afbraak zorgt ervoor dat de mitochondriën energie voor de spieren kunnen leveren in de vorm van het molecuul ATP.

Volgens de wetenschappers heeft de komodovaraan een veel effectievere genvariant dan andere reptielen.

Bij de afbraak van vetzuren gaan elektronen door de hele mitochondriale machinerie: de elektronentransportketen.

En de komodovaraan heeft maar liefst zes unieke varianten van genen die actief zijn in die keten en het proces optimaliseren.

© Shutterstock

Hoe goed de mitochondriën de spieren van energie voorzien hangt ervan af hoe goed het hart- en vaatstelsel zuurstof in het bloed pompt.

De komodovaraan heeft ook hier bijzondere genvarianten die de levering van zuurstof fors verbeteren.

Eén gen vormt angiotensine, een stof die de hoeveelheid bloed die het hart rondpompt, optimaliseert, en daarmee de dosis zuurstof waarmee de mitochondriën energie produceren.

Daarnaast vonden de onderzoekers twee genen die helpen om nieuwe mitochondriën te vormen, en beter werken dan bij andere hagedissen.

Bij de komodovaraan zijn 19 genen van invloed op de stofwisseling, die de ‘draak’ een groter sprintvermogen geven ten opzichte van andere reptielen.

Onderkaak spuit gif

De komodovaraan gebruikt de extra e­ner­gie voor zijn jachtstrategie: een aanval vanuit een hinderlaag.

Dankzij de hoge stofwisseling en het bijzondere hart- en vaatstelsel kan het dier zo snel tevoorschijn springen dat hij zijn prooidier meestal weet te bijten voor het de benen kan nemen.

Terwijl de scherpe karteltanden diep in het vlees dringen, gebruikt de komodovaraan zijn sterke nekspieren om aan de prooi te rukken, zodat de wond zich opent.

Video: Komodovaranen verslinden een hert. WAARSCHUWING: ZEER EXPLICIETE BEELDEN

Een mythe over de komodovaraan is dat hij zijn slachtoffers vergiftigt met vreselijk speeksel vol dodelijke bacteriën die in zijn bek leven, maar nu blijkt uit onderzoeken dat de bacteriepopulatie in de bek van de varaan niet significant verschilt van die van andere vleeseters.

Een groot internationaal onderzoeksteam ontdekte bovendien dat de onderkaak van de komodovaraan een gifklier bevat.

Terwijl de komodovaraan de wond openscheurt, leiden kanaaltjes tussen de tanden het gif naar de bek en de prooi in.

Het gif is een cocktail van stoffen die de bloeddruk verlagen, het bloed verdunnen en hevige bloedingen en shock veroorzaken.

In zijn onderkaak heeft de komodovaraan gifklieren die hevige bloedingen veroorzaken en een prooidier in een hulpeloze shocktoestand brengen.

© Shutterstock & malene vinther

Klieren in de bek brouwen gif

De komodovaraan heeft gifklieren in zijn bek. Het gif loopt de bek in via kanaaltjes tussen de tanden en niet door de tanden heen, zoals bij gifslangen. De varaan rukt met zijn bek aan een prooidier om het vel goed los te rijten en het gif het dier in te krijgen.

© Shutterstock & malen vinther

Gifstof vernietigt bloedplaatjes

Een van de gifstoffen, PLA2 geheten, breekt door het celmembraan van de bloedplaatjes, die daardoor in hun activiteit worden geremd. De bloedplaatjes zorgen ervoor dat het bloed lobbig en niet te dun is. Met grote hoeveelheden PLA2 kan het bloed echter niet goed stollen, met als gevolg dat het uit de wond van de beet gutst.

© Shutterstock & malene vinther

Bloeding is niet te stelpen

Als een prooidier weet te ontkomen aan de aanvallende varaan zorgt het gif ervoor dat het bloedverlies gewoon doorgaat. Naarmate er meer bloed wegstroomt en de bloeddruk daalt, raakt het dier verder verzwakt. Na enkele kilometers vluchten zakt het prooidier veelal door de poten en is het te zwak om zich te verzetten tegen de komodovaraan.

Zelfs als het prooidier ontsnapt, bezwijkt het snel door bloedarmoede.

Vervolgens weet de komodovaraan met behulp van zijn sublieme reukvermogen het verzwakte prooidier snel op te sporen.

Tot 10 procent van het menu van een volwassen komodovaraan bestaat uit kleine soortgenoten.

Deze jonge komodovaranen brengen daarom het grootste deel van hun eerste jaren hoog in de bomen door. Naast jongen eten de komodovaranen slangen, hagedissen, geiten en herten – en zelfs grote waterbuffels en mensen staan soms op het menu.

Dankzij de zeer rekbare maag kan de komodovaraan per maaltijd tot 80 procent van zijn eigen lichaamsgewicht eten.

© Shutterstock

Genen stoppen bloedingen

Bij het opgroeien ontwikkelen de varanen een maliënkolder van kleine botjes onder de geschubde huid, die beschermt tegen beten van soortgenoten.

Maar daarmee overleven ze de agressieve machtsstrijd om vrouwtjes, territorium en voedsel nog niet – ze moeten ook zijn beschermd tegen het gif.

Komodovaranen die door soortgenoten worden gebeten, bloeden niet zo hevig als prooidieren.

Het bloed van alle gewervelde dieren bevat bloedplaatjes die bloedingen stoppen doordat ze het bloed laten stollen en dus lobbiger maken.

Bij komodovaranen zijn vier genen die van invloed zijn op het activeren van de bloedplaatjes, gemuteerd.

© Shutterstock

Hoewel nog bezien moet worden hoe de genvarianten de bloedplaatjes beïnvloeden, is al duidelijk dat andere dieren baat bij de activiteit van de genen hebben.

Een voorbeeld is het gen MRVI1. Normaal voorkomt dit het stollingsproces van de bloedplaatjes, maar de variant van de komodovaraan werkt minder goed, waardoor zijn bloed sneller stolt.

De mutaties kunnen ook de activiteit van de genen verhogen. Dit geldt bijvoorbeeld voor de variant van het gen CD63 bij de komodovaraan, die de bloed­plaatjes in staat stelt om zich via het bloed te verspreiden.

Ook heeft de komodovaraan een gemuteerde versie van het FGB-gen, dat helpt bij het aanmaken van een eiwit dat fibrinogeen wordt genoemd.

Dit eiwit wordt omgezet in fibrinevezels, die bij bloedingen een afdeklaagje vormen.

De komodovaraan produceert die vezels efficiënter dan andere dieren, waardoor de wond sneller dicht gaat.

In hun strijd om vrouwtjes en territoria zetten komodovaranen vaak hun tanden in elkaar. Maar zeven bijzondere genen voorkomen dat de hagedissen doodbloeden.

© Shutterstock & malene vinther

Bloedplaatjes stollen langzaam

Tijdens een normale bloeding stroomt het bloed eruit totdat er zich genoeg bloedplaatjes bij de wond hebben verzameld. Het gen MRVI1 vormt een eiwit dat de activering van de bloedplaatjes blokkeert. Pas als het gen uitstaat, zorgen de bloedplaatjes voor de stolling en sluiten ze de wond af.

© Shutterstock & malene vinther

Inactief gen bevordert de wondgenezing

Bij de komodovaraan zijn bepaalde varianten van vier genen betrokken bij de activering van bloedplaatjes. Het opvallendst is dat de variant van MRVI1 minder actief is dan bij alle andere dieren. Daardoor worden er méér bloedplaatjes sneller naar de wond gestuurd om de bloeding te stoppen.

© Shutterstock & malene vinther

Eiwitten trommelen bloedplaatjes op

In de wond stollen de bloedplaatjes dankzij het eiwit fibrinogeen. Dit wordt mede gevormd door het gen FGB, waar de komodovaraan een speciale variant van heeft. Het gen helpt fibrinogeen om zich om te zetten in fibrinevezels, die de wond afdichten en zo de bloeding stoppen.

De ingrijpende mutatie van genen, die de bloedplaatjes actief maakt en het bloed laat stollen, is waarschijnlijk het resultaat van de grote evolutionaire druk waaraan de komodovaraan zichzelf heeft blootgesteld met zijn hevige interne strijd.

De dieren die de giftige beet van soortgenoten aankonden, overleefden, en de rest stierf uit.

Overblijfsel van oerdraken

Toen de wetenschappers het genoom van de komodovaraan begonnen op te tekenen, dachten ze het genetische geheim van zijn indrukwekkende omvang te ontrafelen, die hem de bijnaam ‘draak’ heeft opgeleverd.

Maar de komodovaraan leek geen mutaties of aanpassingen te hebben in genen die met groei en ontwikkeling te maken hebben.

Ook het ‘eilandeffect’ kan de grootte van het dier niet verklaren. Dit stelt dat dieren die op afgelegen eilandjes leven, dwergen of reuzen worden in verhouding tot hun verwanten op het vasteland.

Maar uit fossielen blijkt dat de komodovaranen die miljoenen jaren terug in Australië leefden, even groot waren – lang voordat ze op Komodo en vier andere Indonesische eilanden aankwamen.

© Fairfax Media/Getty Images

De onderzoekers vragen zich daarom af of de grootte van de komodovaraan een oud oerhagedissentrekje is.

Volgens een nieuwe theorie leefden kleine hagedissen die we nu nog kennen, ooit zij aan zij met gigantische soortgenoten.

Uit fossielarchieven blijkt dat de 5 meter lange reuzenhagedis Megalania slechts 40.000 jaar geleden in Australië rondkroop.

Daarbij hebben de onderzoekers drie fossielen op het eiland Timor gevonden, die het idee schragen dat er vroeger gigantische hagedissen voorkwamen.

De komodovaraan is daarom waarschijnlijk een genetisch uniek overblijfsel uit een ver verleden, toen hagedissen meer leken op angstaanjagende draken dan op de kleine reptielen van nu.