Sponzen zijn simpele wezens die geen zenuwenstelsel of hersenen hebben. Toch hebben ze mogelijk een rol gespeeld in de vroege evolutie van ons brein. Ze bevatten namelijk cellen die de evolutionaire voorlopers zouden kunnen zijn van zenuwcellen.
De meeste dieren hebben hersenen, of op z’n minst de cellen waar hersenen uit bestaan. Deze zenuwcellen, of neuronen, communiceren met elkaar via stofjes die neurotransmitters heten. De boodschapperstoffen worden overdragen van het ene neuron aan het andere neuron op de plek waar de twee samenkomen: de synaps.
Sponzen vormen een breinloze uitzondering in het dierenrijk. Zij zijn een van de oudst bekende diersoorten die bestaan – mogelijk zelfs de oudste. ‘Sponzen hebben niets dat lijkt op neuronen, synapsen of hersenen’, aldus Jacob Musser, ontwikkelingsbioloog aan het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, Duitsland. Maar nu heeft zijn team mogelijk wél de evolutionaire voorlopers van deze structuren gevonden in een spons.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Overeenkomsten
Het team onderzocht de zoetwaterspons Spongilla lacustris. Ze ontleedden deze sponzen en bestudeerden welke genen er actief waren in individuele cellen. Dit liet zien dat sponzen bestaan uit achttien verschillende soorten cellen, met elk een ander patroon van genactiviteit. Vervolgens kleurde het onderzoeksteam al deze verschillende cellen om erachter te komen waar in de spons ze zich bevinden.
Eén type cel viel op. Het team noemde deze een ‘neuroïde’. De cel had namelijk lange uitlopers die leken op de uitlopers van neuronen. Ze werden gevonden in de spijsverteringskamers van de spons en hadden contact met veel andere cellen die zich hier ook bevonden. Aan het patroon van genactiviteit van deze neuroïden konden de onderzoekers afleiden dat ze signaalstoffen uitscheidden. Deze stofjes leken op de neurotransmitters die neuronen uitscheiden om met hun buren te communiceren.
Toch benadrukt ontwikkelingsbioloog Detlev Arendt, ook van het EMBL, dat deze neuroïden in sponzen geen neuronen zijn. ‘We denken nog steeds dat sponzen geen zenuwstelsel hebben’, zegt hij dan ook. Maar deze cellen hebben mogelijk wel een belangrijke rol in het aansturen van de cellen in het verteringsstelsel van de spons. ‘We zien veel blaasjes in deze neuroïden, wat er op wijst dat zij iets uitscheiden. Dit is een sterke aanwijzing dat ze communiceren’, zegt Arendt.
Twijfel
Sponsbioloog Sally Leys van de Universiteit van Alberta in Canada vindt dat het team ‘uitstekend’ heeft onderzocht hoe de individuele cellen van de spons zich gedragen. Toch is ze niet helemaal overtuigd van de conclusie die de onderzoekers trekken over de parallel tussen neuroïden en zenuwcellen. ‘Ik denk dat ze geen bewijs hebben laten zien dat deze cellen iets te maken hebben met een evolutionaire voorloper van neuronen.’
Leys haalt aan dat veel van de onderzochte genen niet specifiek zijn voor neuronen, maar veel gebruikt worden in complexe organismen. Sponzen gebruiken deze genen mogelijk voor heel andere doeleinden. Daarom wil ze graag eerst onderzoek zien dat nagaat of de neuroïden zich daadwerkelijk zo gedragen als hun genen doen vermoeden.
Evolutie
Arendt wijst erop dat veel genen en chemische stoffen die gebruikt worden door neuronen eigenlijk ontzettend oud zijn. Zo dateren ze al van voor de evolutie van meercellige dieren en zijn ze ook aangetroffen in onze eencellige voorouders. Daarna hebben deze genen zich gedupliceerd en zijn sommige versies van deze genen veranderd. Uiteindelijk heeft dit geleid tot het ontstaan van de neuronen van nu, die gespecialiseerd zijn in snelle communicatie.
Die stap vond al vroeg in de evolutie van dieren plaats. De andere kandidaten in de race voor oudste diersoort, ribkwallen, hebben wel neuronen. Deze hebben zich georganiseerd in een netwerk. ‘Wat mij betreft is het prima om dat een brein te noemen’, zegt Arendt. De afgelopen eeuw woedde er hevige discussies over wat de oudste diergroep is, sponzen of ribkwallen. Arendt neigt naar de spons, de eenvoudigste diersoort.
Openstaande vragen
Dan is er nog de vraag waarom de neuroïden zich in het spijsverteringsstelsel van de spons bevinden. Arendt en Musser zeggen dat het bewijs dat sommige neuronen geëvolueerd zijn uit spijsverteringscellen toeneemt. ‘Er zijn verschillende diersoorten waarin neuronen veel eigenschappen delen met spijsverteringscellen, en zelfs zijn ontstaan uit sommige van dezelfde embryonale voorlopercellen’, zegt Arendt. Toch zijn er ook andere neuronen die meer overeenkomen met cellen die samentrekken, zoals spiercellen, en daarmee een heel andere oorsprong hebben.
‘Veel onderzoekers zouden een aantal jaar geleden hebben gezegd dat neuronen een enkele oorsprong hebben’, zegt Musser. ‘Dat verhaal lijkt nu te veranderen.’
