Als je gestoken zou worden door een schors schorpioen, de meest giftige schorpioen in Noord-Amerika, zou je zoiets voelen als de intense, pijnlijke schok van geëlektrocuteerd zijn. Even nadat het wezen zijn staart heeft geklapt en gif in je huid heeft geïnjecteerd, zou de intense pijn gepaard gaan met een gevoelloosheid of tintelingen in het gestoken lichaamsdeel en kun je een kortademigheid ervaren. Het effect van dit gif op sommige mensen - kleine kinderen, ouderen of volwassenen met een gecompromitteerd immuunsysteem - kan zelfs schuimvorming in de mond, epilepsieachtige symptomen, verlamming en mogelijk de dood veroorzaken.
De steek van de schors schorpioen kan dodelijk zijn - maar een van zijn roofdieren, de sprinkhaanmuis, is ongevoelig voor zowel de pijn als de verlammende effecten van zijn gif. Foto met dank aan Matthew en Ashlee Rowe
Alleen gebaseerd op zijn lichaamsgrootte, zou de vier-inch-lange harige sprinkhaanmuis binnen enkele minuten na zijn gestoken moeten sterven - dankzij het gif van de schorpioen, dat tijdelijke verlamming veroorzaakt, moeten de spieren die de muis toestaan om te ademen worden uitgeschakeld, wat leidt tot verstikking - dus je zou denken dat het knaagdier koste wat kost de schorpioenen zou vermijden. Maar als je een muis en een schorpioen op dezelfde plaats zet, is de reactie van het knaagdier opvallend brutaal.
Als hij wordt gestoken, kan het vier centimeter lange knaagdier verrast terugspringen. Dan, na een korte pauze, zal het gaan voor de kill en verslinden de schorpioen stuk voor stuk:
Dit roofzuchtige gedrag is niet het resultaat van opmerkelijke taaiheid. Zoals wetenschappers onlangs ontdekten, heeft de muis een bijzonder nuttige aanpassing ontwikkeld: het is immuun voor zowel de pijn als de verlammende effecten die het gif van de schorpioen zo giftig maken.
Hoewel wetenschappers al lang wisten dat de muis, afkomstig uit de woestijnen van het Amerikaanse zuidwesten, aast op een reeks niet-giftige schorpioenen, "had niemand ooit echt gevraagd of ze echt giftige schorpioenen aanvallen en doden", zegt Ashlee Rowe van de staat Michigan Universiteit, die de nieuwe studie leidde die vandaag in Science is gepubliceerd .
Om het te onderzoeken, bezocht Rowe de woestijn in de buurt van het Santa Rita-gebergte in Arizona en verzamelde een aantal muizen en schorpioenen. Terug in haar laboratorium, toen zij en collega's de twee dieren in dezelfde tank samenbrachten, zagen ze dat de muizen de schorpioenen verslonden met verve en schijnbaar ongevoelig waren voor hun giftige snaren, die daarna geen tekenen van ontsteking of verlamming vertoonden. Ze injecteerden het gif zelfs rechtstreeks in andere muizenmonsters om verder te bevestigen dat het hen fysiologisch niet beïnvloedde.
De vraag bleef echter of de muizen alleen immuun waren voor de verlammende effecten van het gif, of ook geen pijn konden voelen als gevolg van een steek. "Ik zou zien dat de muizen gestoken werden, en ze zouden gewoon een beetje poetsen en het afblazen, " zegt Rowe. Nadat ze met mensen had gesproken die waren gestoken en hoorde hoe erg het pijn deed, stelde ze dat de milde reactie in de muizen aangaf dat ze resistent waren tegen de pijn zelf.
In samenwerking met Yucheng Xiao en Theodore Cummins van de Universiteit van Indiana onderzocht ze nauwgezet de fysieke structuren die de sensorische neuronen (die externe prikkels, zoals pijn overbrengen) verbinden met het centrale zenuwstelsel (waar pijn wordt ervaren). "Er zijn grote, lange neuronen die zich uitstrekken van de handen en voeten tot aan het ruggenmerg, en zij zijn verantwoordelijk voor het nemen van informatie uit de omgeving en verzenden deze naar de hersenen, " zegt ze.
Ongelofelijk, de zenuwcellen geassocieerd met de interface tussen deze twee systemen kunnen normaal blijven functioneren wanneer ze uit de muizen zijn verwijderd, als ze op de juiste manier zijn bewaard en gekweekt in een medium. Dientengevolge was haar team in staat om te kijken naar de mechanismen die de stroom van signalen tussen de sensorische neuronen en het ruggenmerg regelen - structuren die bekend staan als ionkanalen - en zien of die aanwezig in sprinkhaanmuizen anders functioneerden dan die in huismuizen toen blootgesteld aan schorpioengif.
Ze ontdekten dat in huismuizen het gif ervoor zorgde dat een kanaal dat bekend staat als Nav1.7 een signaal doorgeeft, waardoor pijn wordt waargenomen. Bij sprinkhaanmuizen gebeurde er echter iets onverwachts: de komst van gif veroorzaakte geen verandering in de activiteit van Nav1.7, omdat eiwitten geproduceerd door een ander ionkanaal, bekend als Nav1.8, gebonden aan gifmoleculen en ze nutteloos maakten. In feite produceerde deze reactie een algeheel verdovend effect op het hele transmissiesysteem van de pijn van de muis, waardoor de dieren tijdelijk niet in staat waren om allerlei soorten pijn te voelen, inclusief die die geen verband hielden met schorpioengif.
De onderzoekers keken ook naar de onderliggende genetica en volgden de genen die overeenkomen met deze alternatief gestructureerde ionkanalen, waardoor ze de specifieke evolutionaire achtergrond van deze opmerkelijke aanpassing kunnen onderzoeken. In theorie lijken de prikkels voor de muissoort die een immuniteit voor schorpioen-toxines ontwikkelen duidelijk: het nachtelijke knaagdier voedt zich met allerlei soorten schorpioenen, dus tenzij het visueel onderscheid kan maken tussen die welke goedaardig en giftig zijn, zal het ernstige gevolgen ondervinden als het gevoelig is naar het gif. "Dood is tenslotte een behoorlijk sterke selectiedruk, " merkt Rowe op.
Maar aan de andere kant, pijn dient een cruciale evolutionaire rol, het informeren van een organisme wanneer het in gevaar is. Van sommige andere soorten is bekend dat ze resistentie tegen bepaalde toxines ontwikkelen (bijvoorbeeld kousenbandslangen zijn resistent tegen het toxine dat wordt geproduceerd door grove salamanders), maar deze voorbeelden hebben allemaal te maken met resistentie tegen toxines die kunnen doden, maar niet echt veroorzaken pijn.
Het feit dat sprinkhaanmuizen zelf weerstand tegen pijn hebben ontwikkeld, is dus nieuw - en waarschijnlijk een gevolg van een zeer specifieke reeks evolutionaire omstandigheden. Een belangrijk aspect is dat bastenschorpioenen een aanzienlijk deel van het muizendieet uitmaken, wat leidt tot frequente interacties tussen de twee organismen. Bovendien, zegt Rowe, "is het mechanisme specifiek voor het gif zelf, dus het brengt de algehele pijnwegen van de muis niet in gevaar." Hierdoor is de muis nog steeds in staat om andere bronnen van pijn te detecteren (alleen niet meteen nadat hij gebeten door de schorpioen), en zal dus weten wanneer het geconfronteerd wordt met niet-verwante pijnlijke gevaren.
