Biologen hebben het ontstaan van de eerste hartslag in beeld gebracht in zebravisjes. Ze ontdekten dat een willekeurig groepje hartspiercellen als eerste klopt, waarna de rest snel meedoet.
Onderzoekers van de Harvard-universiteit in de Verenigde Staten hebben ontdekt hoe de eerste hartslag begint. Ze legden hiervoor de allereerste keer klop van de harten van zebravisjes vast op film.
Een hart klopt zo’n zeventig keer per minuut. Hoe dit proces start, is al lang een vraagstuk binnen de biologie. Want hoewel de eerste hartslag goed te bekijken is bij een gekweekt hart in het laboratorium, is dit lastig te doen in een levend dier.
Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’
Primatoloog Frans de Waal is op 14 maart 2024 overleden. In juni 2019 interviewde New Scientist De Waal. De les die hij meegaf: ‘zo speciaal zijn wi ...
Bioloog Adam Cohen en zijn collega’s gebruikten nu zebravissen om de eerste hartslagen nauwkeurig op beeld te brengen. In tegenstelling tot zoogdieren – waarbij het embryohart verstopt zit in de baarmoeder – zijn de harten van embryo-zebravisjes wel goed te bekijken. Ze hebben dan namelijk nog een doorzichtige huid, die door het visseneitje te zien is.
De eerste klop
Om erachter te komen wanneer het hart begint met kloppen, bestudeerden de onderzoekers de calciumstromen en elektrische signalen in het hart. Beide zijn namelijk nodig om een hartspiercel te activeren. Met genetische technieken werden de calciumdeeltjes in het hart fluorescent gemaakt. Daardoor waren ze als een kleurrijke waas door een snelle microscoop te zien en te filmen.
In de video’s is te zien dat de hoeveelheid calciumdeeltjes en elektrische signalen plotseling toeneemt op een willekeurige plek in het hart. Dat is een teken dat de hartspiercellen daar zijn begonnen met kloppen. ‘Het was alsof iemand een schakelaar had omgezet’, zegt Cohen in een persbericht.
Het kloppen van de eerste cellen verspreidt zich vervolgens snel, als een soort domino-effect, over de rest van het hart. De onderzoekers ontdekten dat dit komt doordat de hartspiercellen via poortjes met elkaar verbonden zijn. Via deze poortjes stromen de toegenomen elektrische signalen en calciumdeeltjes makkelijk van de ene naar de andere cel.
Opvallend
Het hart begint dus te kloppen wanneer één groepje hartspiercellen een startsein geeft. Volgens de onderzoekers ontstond dat startsein bij elke zebravis op een andere plaats.
Dit is opvallend omdat een hartslag in het volwassen hart – van zowel de zebravissen als mensen – altijd ontstaat op dezelfde plek. Dat gebeurt bij de zogenaamde pacemakercellen, in de bovenkant van de rechter hartboezem. Maar nu blijkt dus dat de eerste klop is weggelegd voor een willekeurige plek in het hart.
Verder ontdekten Cohen en zijn collega’s dat het hart al begint te kloppen nog voordat het is aangesloten op de bloedstroom. Volgens bioloog Marie-José Goumans van de Universiteit Leiden en het Leids Universitair Medisch Centrum is dat erg opvallend. In het volwassen hart is een goede bloedtoevoer namelijk essentieel om de spiercellen genoeg energie te geven voor het kloppen. ‘Die hartspiercellen zijn echt energieverbruikers. Dus ik dacht altijd dat er eerst bloedvaten zouden worden gevormd en dat dan de hartspiercellen volgen. Nu lijkt het eerder andersom te zijn,’ zegt ze.
De bevindingen in de zebravissen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk vakblad Nature. De vondst kan mogelijk ook iets vertellen over de eerste hartslagen in de mens. ‘Het kan zijn dat het niet helemaal vertaalbaar is naar de mens, maar we weten wel dat veel van de vroege ontwikkeling van het zebravishart overeenkomsten heeft met de mens’, zegt Goumans. Volgens haar gaan we nu op een hele andere manier naar het ontwikkelende hart kijken.
