Het geheime wapen van de komodovaraan - Willy van Strien

Tekst voor KIJK
November 2009
Het geheime wapen van de komodovaraan
Willy van Strien
Komodovaranen, de grootste hagedissen ter wereld, kun je moeilijk verfijnde eters
noemen. Het zijn schrokops die in één keer een gigantisch veel voedsel kunnen verzwelgen:
driekwart van hun lichaamsgewicht. Ze eten aas, maar pakken ook vogels, slangen, herten,
wilde zwijnen, geiten en waterbuffels, en zelfs hun eigen jongen. Die vreten ze met huid en
haar, en zelfs botten gaan mee naar binnen.
Het is sterk dat komodovaranen, gemiddeld tweeënhalve meter lang en 70 kilo zwaar, hun
forse prooien de baas kunnen. Ze missen de bijtkracht van een krokodil. Ze zetten
messscherpe tanden in hun prooi, maar kunnen hem niet doodbijten of met hun bek in
bedwang houden. Hoe overmeesteren ze hun slachtoffers dan wel?
Het verhaal was dat de prooien bezwijken aan giftige bacteriën die komodovaranen in hun
bek hebben. Die bacteriën zouden leven van de rottende voedselresten tussen de tanden. Maar
de Australische bioloog Bryan Fry (universiteit van Melbourne) geloofde daar niets van.
“Komodovaranen zijn juist opmerkelijk schone dieren”, zegt hij. Hij kon helemaal geen
giftige bacteriën bij komodovaranen vinden; de bacteriën die ze in hun bek hebben, komen bij
andere reptielen of bij hun prooien ook voor. En wat nog belangrijker is: een gebeten prooi
zakt heel snel ineen, lang voordat bacteriën schade zouden kunnen aanrichten.
Er moest dus iets anders aan de hand zijn, en Fry veronderstelde dat komodovaranen hun
prooien misschien wel vergiftigen, zoals slangen doen met hun giftanden. Hij wierp zich op
de evolutie van gif bij reptielen en deed verrassende ontdekkingen.
Komodovaranen zijn de grootste hagedissen te wereld. Ze zijn pas in 1910 door westerse
wetenschappers ontdekt. De bruingroene dieren staan te boek als kwetsbare soort, omdat er
hooguit 5000 exemplaren in het wild leven. Bovendien is hun leefgebied klein: ze komen voor
in zuidoostelijk Indonesië, in kleine delen van Flores, op het eiland Komodo en op enkele
andere kleine eilanden. Ze leven daar in open, droge gebieden, vaak in groepen.
De varanen kunnen gevaarlijk zijn voor mensen, maar er zijn slechts enkele ongevallen
bekend. En ze schijnen zelfs tam te kunnen worden.

Veel slangen hebben gifklieren in hun bovenkaak. Via gegroefde of holle tanden stroomt dat
gif in de prooien die ze bijten en het schakelt hen bijna meteen uit. De gifklieren, dachten
biologen, zijn bij de voorouder van de slangen ontstaan, bijna 100 miljoen jaar geleden.
Daarnaast waren er twee nauw aan elkaar verwante soorten korsthagedissen bekend die
gifklieren en gegroefde tanden hebben, het gilamonster en de Mexicaanse korsthagedis. Hun
gifklieren zitten in de onderkaak, en ze leken daarom tijdens de evolutie apart ontstaan te zijn,
los van de klieren van slangen. Men kende geen andere reptielen met gifklieren.
Maar Fry dacht dat die er misschien toch waren. Hij liet allereerst de stamboom van de
reptielen opnieuw maken, gebaseerd op overeenkomsten en verschillen in het erfelijk
materiaal, het DNA. Hij had namelijk geen vertrouwen in de bestaande stamboom. In de
nieuwe boom ligt de tak van de slangen naast een andere loot, die zich vertakt in
leguaanachtigen, varanen, hazelwormen en korsthagedissen. Samen vormen deze groepen één
hoofdtak binnen de zogenoemde schubdragende reptielen. Andere schubdragers, zoals echte
hagedissen, skinken, anolissen, kameleons en gekko’s, vallen daarbuiten, en krokodillen,
schildpadden en dinosauriërs staan nog verder weg. De giftige korsthagedissen zitten dus bij
slangen in de buurt.
Vervolgens bekeek Fry een groot aantal dieren, om te zien of er meer soorten zijn met
gifklieren. Dankzij een goed netwerk wist hij veel collega’s voor zijn onderzoek in te zetten.
Zo kreeg bioloog en reptielenexpert Freek Vonk, verbonden aan het Instituut voor Biologie
Leiden, het verzoek om een baardagaam te bestuderen, een leguaanachtige. Vonk, net als Fry
zelf van jongs af aan gek van reptielen, vertelt dat hij daar graag op in ging. “De oorsprong en
evolutie van gifklieren heeft mij altijd geïnteresseerd.”
Vonk ontleedde het dier, en trof zowaar gifklieren in de bek aan. De baardagaam bezit een
reeks klieren in de onderkaak en een reeks in de bovenkaak, vóór de tanden. De klieren zijn
klein en eenvoudig van bouw, en het gif dat ze produceren komt vrij aan de basis van de
tanden.
Fry benaderde ook Louise van der Weerd. Zij onderzoekt bij het Leids Universitair Medisch
Centrum ziekten in kleine dieren zoals muizen, en maakt afbeeldingen met een kleine, maar
heel krachtige, MRI-scanner (magnetic resonance imaging). Fry hoorde daarvan, en vroeg of
ze voor hem een aantal dieren wilde scannen. “Kort daarna kwam hij met potten slangen
aanzetten”, vertelt ze. “Dat waren exemplaren uit natuurhistorische musea, onder andere
Naturalis, waar niet in gesneden mocht worden. Een MRI-scan is dan een goede mogelijkheid
om toch een beeld van het inwendige te krijgen.” Samen met Fry bekeek ze de slangen. “Het
jaar daarop kwam hij weer, dit keer had hij ook hagedissen bij zich.”
Ze heeft inmiddels ongeveer honderd soorten in de scanner gehad. Veel van die soorten
bleken gifklieren te hebben. En: er zat een duidelijk patroon in.
Reptielen met gifklieren zitten allemaal op de hoofdtak van slangen, leguaanachtigen,
varanen, hazelwormen en korsthagedissen. Omgekeerd: bij geen enkel ander reptiel trof Fry
gifklieren aan. “Andere onderzoekers hebben zich inmiddels ook over de stamboom gebogen
en kwamen uit op dezelfde indeling als wij. Die indeling is nu door iedereen geaccepteerd en
de hoofdtak kreeg de naam Toxicofera, oftewel gifdragers”, zegt hij.
De gemeenschappelijke voorouder van de Toxicofera, concludeert Fry uit zijn vergelijkende
onderzoek, zal kleine en eenvoudige gifklieren hebben gehad in bovenkaak en onderkaak. Die
gemeenschappelijke voorouder leefde 200 miljoen jaar geleden. “Gifklieren zijn dus veel
ouder dan we dachten. Ze zijn uit tandweefsel ontstaan. Dat was iets heel nieuws in de
evolutie van de reptielen, en het is maar één keer gebeurd.”

De leguaanachtigen, zoals de baardagaam van Freek Vonk, hebben het zo gelaten. Het gif is
voor hen niet heel belangrijk om prooien te kunnen vangen, denkt Fry. Vonk houdt een
baardagaam rustig in de hand: “Als hij zou bijten, zou ik geen last hebben van het gif. Het is
slechts genoeg om kleine prooien zoals sprinkhanen aan te kunnen.”
Slangen ontwikkelden de gifklieren in hun bovenkaak tot grote en ingewikkelde organen,
verpakt in een laag bindweefsel en met een opslagruimte om het gif te bewaren. Ze kregen
ook speciale tanden die het gif afvoeren naar hun slachtoffers. De klieren in de onderkaak zijn
verloren gegaan. Bij slangen die geen gif nodig hebben, zoals wurgslangen en eieretende
slangen, zijn de gifklieren ook uit de bovenkaak verdwenen.
Varanen, hazelwormen en korsthagedissen sloegen een andere richting in. Zij behielden de
klieren in de onderkaak en ontwikkelden die verder. De korsthagedissen hebben, als slangen,
grote en complexe klieren en gegroefde tanden. Het is niet toevallig dat hun gifklieren al
langer bekend waren.
Fry bestudeerde ook de honderden eiwitten waaruit reptielengif bestaat. Sommige gifeiwitten
verlagen de bloeddruk van de prooi, andere verlagen de hartslag, veroorzaken bloedingen,
wekken darmkrampen op of verlammen de spieren. Het draagt er allemaal toe bij dat een
gebeten prooi niet ontsnapt. Negen eiwittypen hebben alle giftige reptielen
gemeenschappelijk, en die eiwitten moet dus ook de voorouder van de Toxicofera al gehad
hebben.
En de komodovaraan, waar het allemaal om was begonnen? Het spreekt vanzelf dat Fry die
ook wilde bekijken. Hij had van het natuurhistorisch museum in Berlijn een kop op sterk
water in bruikleen gekregen van een jongvolwassen dier. De kop was bijna twintig centimeter
groot. Hij moest intact blijven.
De kop paste niet in de kleine MRI-scanner die Louise van der Weerd gebruikt, en ze verwees
Fry naar haar LUMC-collega’s Wouter Teeuwisse en Thijs van Osch, die een grote scanner
voor patiëntenonderzoek ter beschikking hadden. Althans: buiten werktijd.
Teeuwisse en Van Osch hadden een paar avonden nodig voordat ze een beeld op het scherm
kregen. “Vervolgens sleutelden we nog eens een paar avonden aan de scanner om het beeld te
bewerken tot iets duidelijks, terwijl Fry met zijn kop op een hotelkamer zat”, vertelt van
Osch. “Maar toen Fry uiteindelijk terugkwam om het resultaat te bekijken, hadden we een
grote verrassing voor hem.”
De verrassing was niet dat de komodovaraan twee gifklieren in zijn onderkaak bleek te
hebben; daar was de Australiër toen al vrij zeker van. De echte verrassing was, dat die klieren
groot zijn en complex van bouw. Ze hebben een kapsel van bindweefsel. Beide klieren
bestaan uit zes of meer compartimenten, elk met een eigen opslagruimte en een afvoergang
die het gif naar de ruimten tussen de tanden voert. Ze behoren tot de meest complexe
gifklieren die van reptielen bekend zijn. Het gifmengsel dat ze in grote hoeveelheden
produceren is even ingewikkeld als dat van sommige soorten slangen: een mix van honderden
verschillende eiwitten.
De klieren van komodovaranen zijn zelfs van buitenaf zichtbaar, als een soort wangzakken.
Maar omdat de dieren geen gegroefde tanden hebben, zoals slangen en gilamonsters, hadden
biologen nooit beseft dat het gifklieren waren. “Dat is het mooie van wetenschap”, zegt Fry.
“Als je bestaande ideeën loslaat en met een nieuwe blik kijkt, kun je verbazingwekkende
ontdekkingen doen.”

Het is lastig om van een op alcohol bewaarde kop van een komodovaraan een afbeelding te
maken in de MRI-scanner, vertellen Wouter Teeuwisse en Thijs van Osch van het Leids
Universitair Medisch Centrum. Ze pakten de kop allereerst stevig in, zodat er geen alcohol in
de scanner kon lopen en de kop niet kon uitdrogen. Vervolgens zochten ze uit hoe ze de
scanner moesten instellen. “Omdat de alcohol in het weefsel is getrokken, konden we niet de
instellingen gebruiken waarmee we patiëntenonderzoek doen”, zegt Teeuwisse. “Het kostte
een paar avonden, voordat we de instellingen gevonden hadden waarmee we een mooi beeld
van de kop konden maken.”
Toen het beeld er eenmaal was, bewerkten ze het om er zoveel mogelijk informatie uit te
kunnen halen. “Je kunt met kleuren werken. En je kunt het beeld draaien en onder
verschillende hoeken bekijken”, zegt Van Osch. De inspanningen hebben een serie duidelijke
plaatjes opgeleverd die onomstotelijk bewijzen dat komodovaranen grote, ingewikkelde
gifklieren bezitten.
Bronnen:
Bryan G. Fry, Nicolas Vidal, Janette A. Norman, Freek J. Vonk, Holger Scheib, S. F. Ryan
Ramjan, Sanjaya Kuruppu, Kim Fung, S. Blair Hedges, Michael K. Richardson, Wayne. C.
Hodgson, Vera Ignjatovic, Robyn Summerhayes & Elazar Kochva, 2006.
Early evolution of the venom system in lizards and snakes.
Nature 439: 584-588.
Bryan G. Fry, Stephen Wroe, Wouter Teeuwisse, Matthias J. P. van Osch, Karen Moreno,
Janette Ingle, Colin McHenry, Toni Ferrara, Phillip Clausen, Holger Scheib, Kelly L. Winter,
Laura Greismana, Kim Roelants, Louise van der Weerd, Christofer J. Clemente, Eleni
Giannakis, Wayne C. Hodgson, Sonja Luz, Paolo Martelli, Karthiyani Krishnasamy, Elazar
Kochva, Hang Fai Kwok, Denis Scanlon, John Karas, Diane M. Citron, Ellie J. C. Goldstein,
Judith E. Mcnaughtan and Janette A. Norman, 2009.
A central role for venom in predation by Varanus komodoensis (Komodo Dragon) and the
extinct giant Varanus (Megalania) prisca.
PNAS 106: 8969-8974.