Een eencellig organisme dat loopt op veertien poten blijkt die aan te sturen met een netwerk van buizen. Deze bevinding moet nieuw licht werpen op het uitzonderlijk verfijnde gedrag dat veel eencellige organismes vertonen zonder te beschikken over hersenen of een zenuwstelsel.
Het idee voor het onderzoek ontstond toen biofysicus Ben Larson van de Universiteit van Californië te San Francisco opmerkte dat de cellen die hij bestudeerde steeds werden opgegeten door roofdieren. Deze beestjes bewogen zich op een opmerkelijke, insectachtige manier langs de oppervlaktes. Larson wist dat ingenieur en celbioloog Wallace Marshall, van dezelfde universiteit, een expert was op het gebied van ongewone micro-organismes, dus nam hij contact met hem op.
De twee wetenschappers identificeerden de roofdiertjes als eencellige organismes, trilhaardiertjes, van het geslacht Euplotes. Deze protisten – noch plant, noch dier – kunnen zwemmen, maar ook op oppervlaktes lopen met hun ongeveer veertien poten. (Het precieze aantal poten verschilt per soort.)
‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.
Ongewone tred
Hoe eencellige wezens zonder zenuwen zoveel poten kunnen aansturen, houdt biologen al bezig sinds het begin van de twintigste eeuw. Dus besloten Larson, Marshall en hun collega’s de trilhaardiertjes verder te onderzoeken.
Larson begon met het maken van video’s van dertien Euplotes-cellen die over een microscoopglaasje liepen. Daarna ondernam hij de monsterlijke taak om alle poten te markeren in elk afzonderlijk beeldje, zodat het team de manier van lopen kon analyseren. Hieruit bleek dat de trilhaardiertjes een erg ongewone tred hebben.
Dieren met hersenen, zoals duizendpoten, herhalen hetzelfde patroon van pootbewegingen keer op keer. De poten van Euplotes bewegen in veel verschillende patronen. ‘Er is geen exacte volgorde van stappen; die varieert juist enorm’, zegt Larson.
Mechanische computer
Een verklaring zou kunnen zijn dat de trilhaardiertjes niet in staat zijn tot regelmatige, herhalende patronen van pootbewegingen, zegt hij. Het kan ook een aanpassing zijn aan het lopen op ruwe oppervlaktes die ze niet kunnen voelen. Ontwerpers van wandelende robots voegen doorgaans ook wat variabiliteit toe om te voorkomen dat de apparaten vastlopen, zegt Marshall.
Maar de bewegingen van Eupotes zijn ook weer niet compleet willekeurig. Dit wijst erop dat er iets van een controlesysteem is dat de pootbewegingen tot op zekere hoogte kan coördineren. ‘Er wordt een bepaald soort informatie overgebracht’, zegt Larson.
De meest waarschijnlijke kandidaat is het netwerk van microtubuli dat zich uitspreidt naar alle poten en ze met elkaar verbindt. Daarom voegde het team een stofje toe aan het water, dat de vorming van de buizen verstoort. Dit leidde inderdaad tot een andere manier van lopen in de cellen, in andere patronen. De Euplotes-cellen begonnen in cirkeltjes te lopen. De resultaten van hun onderzoek suggereren dat het netwerk van buizen werkt als een simpele soort mechanische computer, ook wel eindigetoestandsautomaat genoemd.
Raadselachtig gedrag
‘Het is heel degelijk wetenschappelijk werk’, zegt Robert Blick van de Universiteit van Hamburg in Duitsland, die nanomechanische computers ontwerpt. ‘Mechanica is ondergewaardeerd in de biologie, en zelfs in de biofysica.’
Het team moet nog meer werk verzetten om aan te tonen dat het buizennetwerk werkt als een eindigetoestandsautomaat, zegt Blick. ‘Als dat het geval is, is dat grensverleggend.’ Het buizennetwerk speelt dan misschien ook in andere celtypes een belangrijke rol in het gedrag van de cel.
Veel eencelligen zijn in staat tot heel verfijnd gedrag. Eén soort krijgt bijvoorbeeld zijn prooi in het vizier met een beweegbaar oog, waarna dit micro-organisme een harpoen afvuurt om hem te vangen. Maar hoe wezens zonder zenuwen of hersenen hiertoe in staat zijn, blijft een mysterie. ‘Dit gedrag is nog steeds bijzonder raadselachtig’, zegt Marshall.
Strandbeesten
De onderzoekers vergelijken Euplotes met de mechanisch lopende strandbeesten van de Nederlandse kunstenaar Theo Jansen. ‘Ze vormen het perfecte voorbeeld’, zegt Marshall. ‘Mechanische verbindingen maken de behoorlijk ingewikkelde bewegingen mogelijk.’
Jansen is gefascineerd door Euplotes. ‘Het is inderdaad indrukwekkend hoe deze kleine beestjes bewegen’, zegt hij.
