DOOR GERT VAN MAANEN_ - FOTO: JACOB MUSSER, GIULIA MIZZON, CONSTANTIN PAPE, NICOLE SCHIEBER – EMBL - 13-11-2021 - Mariene biologie
De vertakte zoetwaterspons (Spongilla lacustris) leeft ook in Nederlandse binnenwateren. Foto: Anouk Langerak, Naturalis.
Sponzen beschikken over een primitief zenuwstelsel, een communicatiesysteem waarbij neuronachtige cellen via synaptische genen cellen in spijsverteringskamers activeren.
Het is een ultieme paradox: juist de als zeer primitief beschouwde, breinloze watersponzen bieden onderzoekers nu sleutels om de evolutionaire ontwikkeling van neuronen en hersenen beter te begrijpen. Door genoomanalyses en ingenieuze röntgen- en elektronenmicroscoopopnames heeft een internationale onderzoeksgroep ontdekt dat de vertakte zoetwaterspons (Spongilla lacustris) bepaalde cellen in de spijsverteringskamers kan activeren met synaptische genen in neuronachtige cellen (Science, 5 november).
De onderzoeksgroep onder leiding van ontwikkelingsbioloog Detlev Arendt van het European Moleculair Biology Laboratory begon de zoektocht in een poging de functie op te sporen van synaptische genen. Die genen komen voor bij sponzen terwijl deze dieren geen synapsen, neuronen of spieren bezitten. ‘We weten dat deze synaptische genen betrokken zijn bij de neuronale functie bij hogere dieren. Als we ze vinden in primitieve soorten zoals sponzen, rijst de vraag: als deze dieren geen hersenen hebben, wat is dan de rol van deze genen?’, aldus Arendt.
Elektronenmicroscopiefoto van een gemmula van de zoetwaterspons Spongilla lacustris. Foto: Nicole de Voogd, Naturalis.
In hun onderzoek gebruikten ze uitgegroeide cellen uit compacte overwinteringstructuren (gemmula) van de zoetwaterspons Spongilla lacustris en onderwierpen deze met microfluïde technieken – waarbij individuele cellen in druppeltjes worden gevangen – cel voor cel aan rna-sequencing. Zo identificeerden ze achttien verschillende celtypen waaronder stikstofmonoxide-gevoelige samentrekkende pinacocyten, vormveranderlijke fagocyten en neuronachtige neuroïde cellen. Die neuroïden blijken in nauw contact te staan met spijsverteringscellen (choanocyten) van de spons, en visualisatie met röntgen- en elektronenmicroscopie onthullen vorming van blaasjes en andere cellulaire processen die veel lijken op de interacties bij prikkeloverdracht via synapsen in het zenuwstelsel van ‘hogere’ dieren.
Ingekleurde elektronenmicroscopie-opname van een neuroïde cel (paars) met uitstulpingen naar spijsverteringscellen (andere kleuren), die illustreert hoe informatie-overdacht in de spons plaatsvindt.
‘Het is een heel omvangrijke, complexe en indrukwekkende studie, waar ik echt laaiend enthousiast over ben’, aldus sponzenonderzoeker Nicole de Voogd van Naturalis. ‘Het levert eindelijk bewijs dat sponzen iets hebben dat lijkt op zenuwcellen en verklaart hoe ze interacteren met hun omgeving. Zelf werk ik meestal met tropische sponzen en als je duikt en je hand naar een spons beweegt, dan zie je ze soms de uitstroomopeningen samentrekken. De studie roept veel vragen op en de onderzoekers presenteren al aanwijzingen dat zulke systemen ook bij zeesponzen voorkomen. Voor zoetwatersponzen is er een goede functionele reden om te reageren, want die moeten het zand en sediment dat ze binnenkrijgen kwijt zien te raken door hun kamers samen te trekken.’ De Voogd is extra enthousiast omdat ze vanwege de coronacrisis niet op reis kon en nu veldwerk doet aan precies dezelfde sponzensoort die algemeen voorkomt in Nederlandse binnenwateren. ‘Ik vind ze al op 50 meter van mijn huis in een kanaal in Oegstgeest. Wij zijn nu bezig om zulke gemmula, overwinteringsvormen van de sponzen, in het lab te kweken. Onder meer om te kijken wat dat betekent voor hun symbiose met groene algen en bacteriën. Het is onwijs gaaf te weten dat zulke babysponzen ook een primitief soort zenuwstelsel bezitten. Daar wordt iedere bioloog toch vrolijk van.’