De weerbarstige worm blijkt prima te kunnen gedijen op extreme diepte in verzengende hitte. En zijn genoom verklaart nu hoe dat kan.
Het is alweer meer dan tien jaar geleden dat onderzoekers in een goudmijn in Zuid-Afrika op een bijzondere vondst stuitten. Diep onder de grond bleek namelijk een heuse rondworm te leven die prima leek te gedijen in de barre en vooral hete ondergrondse omstandigheden die elk ander dier het leven zou kosten. Onderzoekers waren verbluft en gaven het dier de toepasselijke bijnaam ‘duivelsworm’. En nu is het gelukt om het genoom van dit diertje te sequencen, op zoek naar aanwijzingen hoe dit organisme zich heeft weten aan te passen aan normaal gesproken dodelijke omgevingscondities. Want mogelijk kunnen ook wij hier belangrijke lessen uit trekken.
De rondworm draagt de wetenschappelijke naam Halicephalobus mephisto ter ere van Mephistopheles; een bekende demon uit de middeleeuwse Duitse legende Faust. De worm leeft op een ongelooflijke diepte van wel 3,6 kilometer onder de grond. Dat is erg indrukwekkend; nog nooit vonden wetenschappers een ander meercellig organisme dat dieper onder de grond vertoeft. De duivelsworm weet te overleven in een enorm uitdagende omgeving waarvan onderzoekers voorheen dachten dat die alleen leefbaar was voor microben. Maar ook deze rondworm blijkt te kunnen gedijen op een plek met hoge temperaturen en grote hoeveelheden methaan en waar maar weinig zuurstof voorhanden is.
Waarom?
De rondworm heeft dus een niet alledaagse leefomgeving gekozen. Maar waarom? “We denken dat de worm door middel van seismische activiteit zoals aardbevingen zo diep onder de grond terecht is gekomen,” legt onderzoeker John Bracht aan Scientias.nl uit. “De vraag ‘waarom’ is altijd een lastige. Ik denk dat het antwoord is ‘waarom niet’? Evolutie onderzoekt. Daarnaast hebben nematoden de neiging om bijna alle beschikbare plekjes te bewonen. Bovendien zijn er ondergronds veel smakelijke bacteriën te vinden en zijn er niet veel roofdieren. Nematoden hebben extreem dynamische genomen en kunnen zich gemakkelijk aanpassen en gedijen in omgevingen die veel uitdagender zijn voor hun natuurlijke vijanden.”
Genoom
De onderzoekers bogen zich in de studie over het genoom van de weerbarstige worm. Want hierdoor kunnen we meer te weten komen over hoe deze bijzondere rondworm in de loop van de tijd is geëvolueerd en hoe leven op immense diepte kan bestaan. Uiteindelijk lukte het om het volledige genoom in kaart te brengen. Een aantal zaken vallen daarbij op. Ten eerste blijkt het eiwit Hsp70 (een eiwit dat in alle levensvormen voorkomt en cellen beschermt tegen hitteschade) in ongewoon grote getale aanwezig te zijn. Dat is opmerkelijk, omdat veel nematoden waarvan de genetische code is gekraakt veel minder van dit eiwit hebben. “De eiwitten repareren hitteschade,” legt Bracht desgevraagd uit. “Dit verklaart hoe het kan dat deze wormen kunnen leven onder immens hoge temperaturen die dodelijk zijn voor andere wormen.” Daarnaast blijkt de duivelsworm ook over veel AIG1-genen te beschikken.
Evolutionaire adaptatie
Hoewel meer onderzoek nodig is, lijkt het erop dat de grotere pakketten van de twee genoemde genen ervoor hebben gezorgd dat de worm zich goed kon aanpassen aan de extreme omstandigheden. “De duivelsworm kan niet zomaar wegrennen; hij leeft ondergronds,” zegt Bracht. “Hij heeft geen andere keuze dan zich aanpassen of sterven. Ons onderzoek suggereert dat als een dier niet aan de verzengende hitte kan ontsnappen, hij extra kopieën van de twee genoemde genen begint aan te maken om toch te kunnen overleven.” Om deze theorie te testen, breidden de onderzoekers hun studie uit en vonden een aantal andere gevallen waarin dezelfde twee genfamilies – Hsp70 en AIG1 – in veel grotere getale voorkwamen. Zo blijkt dat ook een aantal tweekleppigen, een groep weekdieren waaronder kokkels, oesters en mosselen over dezelfde uitgebreide genen beschikt en zich aan warmere omstandigheden had aangepast. En dat is interessant. Want mogelijk kunnen ook wij hiervan leren hoe we ons moeten aanpassen aan de opwarmende wereld. “We denken dat een uitgebreide verzameling Hsp70- en AIG1-genen een algemene manier is voor diersoorten – inclusief mensen – om om te kunnen gaan met hittestress,” zegt Bracht. “Natuurlijk zou in dat geval de hittestress wel vele malen extremer moeten zijn. Bovendien was er voor de H. mephisto ook echt geen ontkomen aan.”
De bevindingen uit deze studie kunnen eveneens implicaties hebben voor de zoektocht naar leven op andere planeten. “De zoektocht naar buitenaards leven richt zich met name op de aan- of afwezigheid van een atmosfeer en op bepaalde temperaturen,” vertelt Bracht. “Maar H. mephisto leert ons dat leven misschien ook wel diep onder de grond voor kan komen op plaatsen waarvan we het eigenlijk niet verwachten.” Het betekent dat een op het eerste gezicht onbewoonbare planeet mogelijk toch, diep onder het oppervlak, leven zou kunnen herbergen en dat we zo’n planeet niet bij voorbaat moeten afschrijven. Maar of dat werkelijk zo is, zal toekomstig onderzoek moeten uitwijzen.
