Een te laag CO2-gehalte kan zelfs een toeval veroorzaken.

Normaal gesproken hebben zoogdieren zuurstof nodig om goed te kunnen functioneren. Maar de eigenaardige naakte molrat niet. Die gedijt juist het beste in omgevingen met veel CO2. Sterker nog, is er te weinig CO2 voorhanden, dan kan dit zelfs toevallen – een soort kortsluiting in de hersenen – veroorzaken. “Het is voor het eerst dat we ons bewust zijn van een zoogdier dat een bepaald CO2-gehalte nodig heeft om de hersenactiviteit te reguleren,” zegt onderzoeker Dan McCloskey tegen Scientias.nl.

Naakte molrat
De naakte molrat is een tamelijk onaantrekkelijk uitziend beestje maar beschikt over heel wat indrukwekkende eigenschappen. Ze worden dan ook niet voor niets soms de dierlijke superhelden genoemd. Naakte molratten blijken bijvoorbeeld vrijwel immuun tegen kanker, zijn ongevoelig voor sommige vormen van pijn en leven opmerkelijk lang. Daarnaast kwamen onderzoekers er al eerder achter dat ze niet terugschrikken voor hoge CO2-gehaltes. Bovendien kunnen ze probleemloos achttien minuten zonder zuurstof. En deze laatstgenoemde bevindingen krijgen nu een interessant vervolg.


CO2
Naakte molratten blijken niet alleen bestand te zijn tegen hoge CO2-niveaus, dit is zelfs van levensbelang. De onderzoekers kwamen er namelijk achter dat de beestjes hoge CO2-gehaltes nodig hebben om te functioneren. Deze ontdekking is mogelijk te herleiden naar de leefomgeving van de naakte molrat. Ze leven namelijk in gangen onder de grond, waar soms wel honderden van deze dieren samengepakt op een klein oppervlak bovenop elkaar zitten. Hierdoor is er weinig zuurstof en veel CO2 voorhanden. En daar maakt de naakte molrat handig gebruik van. “CO2 is eigenlijk een afvalproduct,” zegt McCloskey. “Daarom waren we erg verrast dat ze het als het ware ‘recyclen’.”

Een op elkaar gepakte kolonie naakte molratten. Afbeelding: Roland Gockel

Zit er bovendien niet genoeg CO2 in de lucht, dan heeft dit voor de naakte molrat ernstige gevolgen. Zo blijkt dat te weinig CO2 de beestjes vatbaar maakt voor toevallen. Hoewel naakte molratten het grootste deel van hun leven doorbrengen in grote ondergrondse gangenstelsels, laten ze zich heel af en toe boven de grond zien. En wanneer ze zich in de frisse en zuurstofrijke buitenlucht bevinden, kunnen ze zomaar door een toeval worden overvallen. Het betekent dat naakte molratten – ondanks dat ze zoogdieren zijn – het beste lijken te gedijen in hun krappe, overvolle en met CO2-gevulde holen onder de grond.

Mutatie
De vraag is natuurlijk waar deze merkwaardige behoefte aan CO2 precies vandaan komt. Uiteindelijk lukte het de onderzoekers om dit te herleiden naar een veel voorkomende genetische variant – R952H – die op zijn beurt invloed uitoefent op het KCC2-eiwit. Dit eiwit is verantwoordelijk voor het reguleren van de hoeveelheid chloride in de neuronen van de hersenen. Door de genetische afwijking kan het KCC2-eiwit niet langer zijn werk doen, waardoor de hersenen overtoeren maken en er een toeval worden getriggert. De ontdekking van deze variant is trouwens best verrassend. Want afgezien van een klein groepje mensen zijn naakte molratten nu de enige andere zoogdieren waarvan bekend is dat ze deze mutatie herbergen. Maar waarom is deze opvallende variant eigenlijk in de naakte molrat gemuteerd? “We denken dat het voordeel van deze KCC2-mutatie energiebesparing is,” legt McCloskey desgevraagd uit. “Naakte molratten kunnen door de mutatie wellicht een voller en drukker nest verdragen met een lager gehalte aan beschikbare zuurstof.”


Meer over het KCC2-eiwit

Zoals gezegd is het KCC2-eiwit verantwoordelijk voor het regelen van de hoeveelheid chloride in neuronen. Bij een doorsnee volwassen zoogdier worden de chloride-niveaus in de neuronen laag gehouden. Dit remmende vermogen is essentieel zodat neuronen op gecoördineerde wijze samen kunnen werken en niet overprikkeld raken. Bij naakte molratten en mensen met de betreffende mutatie, wordt de hoeveelheid chloride in de neuronen door het KCC2-eiwit niet goed gereguleerd, waardoor het remmende vermogen niet zo goed werkt.

Nader onderzoek leverde nog meer verrassende ontdekkingen op. Toen de onderzoekers een naakte molrat het anti-epilepticum diazepam gaven, veroorzaakte dit medicijn juist een aanval in plaats van er een te voorkomen. Een onverwachtse vondst. “Toen we diazepam aan naakte molratten die zich in het nest bevonden gaven, had het dezelfde kalmerende eigenschappen als bij mensen,” licht McCloskey verder toe. “Maar gaven we het medicijn aan naakte molratten in gesimuleerde bovengrondse omgevingen, veroorzaakte het epileptische aanvallen. Dit was voor ons een verrassing. Het vertelt ons hoe anders de hersenen van de naakte molrat werken.”

Compensatie
Hoewel het resultaat onverwachts was, vielen wel ineens de puzzelstukjes op zijn plaats. De hersenen van naakte molratten missen een deel van het remmende vermogen dat een normaal zoogdier nodig heeft. Om dit compenseren vertrouwt de naakte molrat op CO2. Anders gezegd, naakte molratten zijn afhankelijk van CO2-rijke omgevingen om hun hersenen binnen de juiste parameters te houden. Ze gebruiken dus deze CO2 om de door R952H veroorzaakte onbalans te compenseren.

Naast de nieuwe inzichten in de evolutie van naakte molratten, hebben de bevindingen uit de studie mogelijk ook gevolgen voor mensen die dezelfde KCC2-variant dragen. Mensen met deze mutatie zijn bijvoorbeeld vatbaarder voor koortsstuipen. Bovendien wordt dezelfde mutatie gevonden bij mensen met idiopathische gegeneraliseerde epilepsie, schizofrenie en autisme. De bevindingen uit deze studie zouden eventueel ook gebruikt kunnen worden om toevallen bij mensen met dezelfde genetische mutatie als de molrat helpen te beheersen. “De mutatie stimuleert de behoefte aan CO2 bij deze dieren,” zegt McCloskey. “Het gebruik van CO2 om de kwetsbaarheid die deze mutatie veroorzaakt bij naakte molratten te maskeren, kan ons aanwijzingen geven over wat de variant met de hersenen doet en hoe we die mogelijk kunnen corrigeren.” De ademhalingspatronen en de behoefte aan CO2 van deze mensen zijn mogelijk dus iets om rekening mee te houden.