Een multidisciplinair team van onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel, de Universiteit van Bergen, het VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie en de KU Leuven heeft een van de meest fascinerende maar minst begrepen chemische verdedigingswapens in het dierenrijk ontcijferd: lijm. In een recent gepubliceerd artikel in Nature Communications rapporteren ze hoe veranderingen in de structuur en expressie van twee eiwitten aan de basis lagen van de parallelle evolutie van verdedigingslijmen in verre verwante kikkerlijnen.
Van traditionele medicijnen tot sjamanistische rituelen: kikkers en padden hebben een lange geschiedenis in volksverhalen en mythen over de hele wereld. “Een overeenkomst tussen al die culturen is de centrale rol van de gifklieren van de kikker en in het bijzonder van de chemische stoffen die ze produceren”, zegt VUB-onderzoekster Shabnam Zaman. “Tot nu toe hebben studies naar de huidafweer van amfibieën zich gericht op moleculen die als gifstoffen fungeren. Naast gifverspreiders heeft een klein aantal kikkers een meer obscure (en veel plakkerigere) overlevingsstrategie bedacht.”
Het onderzoek van Zaman en haar collega’s begon met de waarneming dat sommige amfibieën zich verdedigen door een zeer stroperige vloeistof uit hun huid te produceren als ze worden aangevallen door een roofdier. “Die substantie - eigenlijk een kleverig slijm - verandert binnen enkele seconden in een kleefstof, waardoor het voor een roofdier bijna onmogelijk wordt om de kikker op te eten”, zegt de onderzoekster.
Kikkerlijm is zowel wetenschappelijk als in de populaire cultuur nog altijd een onderbelicht fenomeen, in tegenstelling tot de klevende afscheidingen van spinnen en andere ongewervelde dieren. Zaman en haar collega-onderzoekers gebruikten een breed scala van technologieën variërend van simpele Legoblokjes tot krachtige microscopen om de wetenschap achter het raadsel te ontrafelen. Hun studie is de eerste grondige karakterisering van een lijmproteïne van gewervelde dieren en identificeert eiwit-eiwit interacties die de kleefkracht en cohesieve kracht van de lijm ondersteunen. “Onze resultaten kunnen inspireren tot de ontwikkeling van toekomstige biomimetische lijmen die de sterke kleefkracht nabootsen en die gebruikt kunnen worden in medische of biotechnologische toepassingen. De natuurlijke lijmstoffen zijn zowel niet toxisch als milieuvriendelijk “.
Een andere merkwaardige ontdekking van Zaman en haar team laat zien hoe veranderende genexpressie de beslissende factor was voor de terugkerende evolutie van amfibielijmen. Terwijl andere lijmproducerende dieren elk hun eigen unieke lijm hebben ontwikkeld, laten de auteurs zien hoe verschillende kikkerfamilies dezelfde reeds bestaande eiwitten hebben gerekruteerd. Die bevinding lijkt alle verwachtingen te tarten en toont amfibieënlijmen als een voorbeeld van extreem evolutionair determinisme.
“Het is gemakkelijk te begrijpen waarom kikkers in verschillende culturen symbolen van transformatie en recreatie zijn gebleven”, denkt Zaman.”Niet enkel omvat hun levenscyclus een metamorfose van kikkervisje tot volwassen dier, maar ze blijven ook tijdens hun groei hun huid afwerpen. Nu hebben we bovendien ontdekt hoe sommige kikkers in staat zijn om bestaande ingrediënten verder te transformeren tot kleverige nieuwe substanties, waardoor kikkerlijm een opmerkelijke nieuwigheid blijkt binnen het areaal van verdedigingswapens voor dieren.”
Reference
Zaman, S., Lengerer, B., Van Lindt, J. et al. Recurrent evolution of adhesive defence systems in amphibians by parallel shifts in gene expression. Nat Commun 15, 5612 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49917-3