Het Deense populair-wetenschappelijke tijdschrift Wiedenskab presenteert vijf soorten echte superkrachten onder zoogdieren. Een giraffe kan bijvoorbeeld een enorme bloeddruk verdragen, en zeeolifanten houden urenlang hun adem in. Wetenschappers vertellen hoe dieren hierin slagen en of het mogelijk is dat een mens ooit dezelfde superkrachten ontwikkelt.
Wat vind je van het idee om een airconditioner in je hersenen te installeren of je adem twee uur in te houden? Sommige zoogdieren hebben bijna bovennatuurlijke krachten.
Wij zoogdieren hebben één ding gemeen: we baren levende baby's. Daarna concentreren we ons op hoe we ze zo goed mogelijk kunnen opvoeden en voeden, voornamelijk met behulp van onze eigen melk.
Maar hoewel de basisprincipes van de fysiologie van alle zoogdieren precies hetzelfde zijn, zijn veel dieren in staat tot wat mensen niet kunnen.
Het ongelooflijke aanpassingsvermogen van wilde dieren was het onderwerp van een onlangs gehouden conferentie aan de Universiteit van Aarhus. Daarop deelden de onderzoekers hun kennis over waartoe dieren in het laboratorium in staat zijn, maar letten ze vooral op hoe ze zich gedragen in hun natuurlijke omgeving.
Juist omdat de basisprincipes van de structuur van ons lichaam hetzelfde zijn, hopen wetenschappers dat als je de superkrachten van zoogdieren begrijpt, deze kennis op een dag kan worden gebruikt bij de ontwikkeling van technologieën en medicijnen voor de behandeling van mensen.
Sommige dieren die zich aan het aanpassen waren, hebben bijvoorbeeld het vermogen verworven om hun hersenen af te koelen.
"We noemen dit selectieve hersenkoeling, en als een dier honger en dorst heeft, kun je dat zien aan de temperatuur van de hersenen", zegt Andrea Fuller, hoogleraar fysiologie aan de Universiteit van de Witwatersrand in Zuid-Afrika.
Promotie video:
Andrea Fuller werkt aan de aanpassing van zoogdieren aan de barre klimatologische omstandigheden van de Kalahari-woestijn in zuidelijk Afrika. Het zand beslaat een oppervlakte die gelijk is aan de helft van Denemarken, en er is praktisch geen water.
Maar voor veel dieren zijn dit gewoon alledaagse zorgen. In dit artikel gaan we kijken naar de verbazingwekkende capaciteiten van vijf wilde dieren die zich hebben aangepast aan hun leefgebied.
1. Aardvark koelt zijn hersenen af
Jarenlang dachten mensen dat dieren als het aardvarken, ook wel bekend als het 'aardvarken', overleven in extreem hete en droge omstandigheden, grotendeels omdat ze actief hun hersenen koelen.
Dit is hoe de zogenaamde selectieve hersenkoeling werkt bij veel grote zoogdieren (primaten zijn eerder een uitzondering):
- Ze koelen het bloed dat al zuurstof heeft gedoneerd, dat wil zeggen veneus bloed.
- Door een speciale structuur in het hoofd kun je zoiets als een meer koud bloed creëren.
- Het hete bloed dat zojuist in de longen is geoxygeneerd, dat wil zeggen slagaderlijk bloed, gaat door dit meer naar de bloedsomloop en koelt af voordat het de hersenen bereikt.
"Dus onze kennis kwam lange tijd neer op het feit dat dieren die in de woestijn leven, zoals aardvarken, op deze manier oververhitting van de hersenen bestrijden", zegt Andrea Fuller, die de mechanismen bestudeert van de aanpassing van zoogdieren aan het leven in de woestijn.
Woestijndieren kunnen het zich niet veroorloven om te zweten
Dit is hoe de zogenaamde selectieve hersenkoeling werkt bij veel grote zoogdieren (primaten zijn eerder een uitzondering):
Ze koelen het bloed dat al zuurstof heeft gedoneerd, dat wil zeggen veneus bloed.
Door een speciale structuur in het hoofd kun je zoiets als een meer koud bloed creëren.
Het hete bloed dat zojuist in de longen is geoxygeneerd, dat wil zeggen slagaderlijk bloed, gaat door dit meer naar de bloedsomloop en koelt af voordat het de hersenen bereikt.
"Dus onze kennis kwam lange tijd neer op het feit dat dieren die in de woestijn leven, zoals aardvarken, op deze manier oververhitting van de hersenen bestrijden", zegt Andrea Fuller, die de mechanismen bestudeert van de aanpassing van zoogdieren aan het leven in de woestijn.
Woestijndieren kunnen het zich niet veroorloven om te zweten
"Maar het meest warmtegevoelige systeem in het lichaam zijn de darmen, en het kookt vóór de hersenen", zegt Andrea Fuller.
Haar onderzoek toont aan dat dieren niet alleen hun hersenen conditioneren om hun leven te redden (wat niet veel zal kosten als hun darmen koken).
Ze koelen de hersenen om het zweten onder controle te houden, dat wordt gereguleerd door de hersenen. Aardvark gebruikt gewoon interne conditionering om het waterverlies in zweet onder controle te houden, wat essentieel is in een omgeving met weinig tot geen water.
Dit is een super handig vermogen om de hersenen te koelen bij een watertekort om zo een onpraktisch zwetsignaal te voorkomen.
Je kunt meer lezen over hersenkoeling van het aardvarken en onderzoek naar grote zoogdieren die onder hoge temperaturen leven in een gratis artikel uit 2014, gepubliceerd in het tijdschrift Physiology.
2. Egel en anderen in winterslaap
In de winter gaat de egel in diepe winterslaap tussen twijgen en verwelkte bladeren, waardoor het energieverbruik van het lichaam wordt teruggebracht tot slechts 4% van het normale metabolisme.
Ter vergelijking: ons absolute minimum tijdens de slaap is 65% van ons normale metabolisme.
Met andere woorden, de egel is klaar om heel lang in de "ingeblikte" staat te blijven. Alles in zijn lichaam tijdens de winterslaap gaat heel langzaam.
Zo'n toestand bij een persoon zou een grote doorbraak zijn bij het uitvoeren van complexe operaties. Om nog maar te zwijgen van het coolste doel: een ruimtereis naar Mars.
Hoe kan een winterslaap nuttig zijn voor een persoon?
Beren en talloze kleine knaagdieren kunnen ook overwinteren, en bij bepaalde vogelsoorten worden winterslaapachtige omstandigheden waargenomen.
Mensen weten nog niet hoe, maar zouden graag leren van experts op dit gebied die het lichaam draaiende kunnen houden met een minimaal energieverbruik.
Een nieuwe studie toont aan dat een natuurlijke verlaging van de lichaamstemperatuur een groot potentieel kan hebben bij de revalidatie van mensen die een hartstilstand hebben gehad.
Hoe zit het met ons? Nieuw onderzoek suggereert dat de tijd in feite niet ver weg is dat er behandelingen zullen zijn die vergelijkbaar zijn met de winterslaap van dieren.
3. De zeeolifant leeft onder een (enorm) waterlichaam
Ondanks hun ongewone uiterlijk kunnen zeeolifanten 50 keer per dag duiken tot een diepte van meer dan 2000 meter, en rustig twee uur onder water blijven, hoewel ze gewoonlijk "slechts" ongeveer een half uur duiken.
Wij van Wiedenskub schreven onlangs over Filipijnse duikers, die ook voor een langere periode kunnen duiken dan wij, de rest van de landbewoners. Maar zelfs getrainde en mogelijk genetisch aangepaste duikers kunnen hun adem "slechts" vijf minuten inhouden.
Het is niet verwonderlijk dat experts zeeolifanten 's werelds zwaarste diepzeeduikers noemen. Inclusief walvissen.
“Een van onze zeeolifanten verbleef 15 minuten op een diepte van 2000 meter, na slechts drie minuten opduiken om lucht te halen. Ze brengen 90% van hun tijd onder water door. Deze dieren zijn geen 'duikers', ze leven gewoon onder water”, concludeert Mike Fedak, emeritus hoogleraar aan de St. Andrews University in Schotland, die al jaren met zeeolifanten werkt.
Deze conclusie wordt ondersteund door het feit dat zeeolifanten het niet erg vinden om op 400 meter diepte een dutje te doen.
Zeeolifanten kunnen de hartfunctie regelen
Tijdens het experiment, toen de zeeolifanten in een gesloten tank zwommen en het raam waardoor lucht kon worden bereikt van tijd tot tijd werd gesloten, keek Mike Fedak toe hoe de zeeolifant opzettelijk zijn hart stopte, zodra de wetenschapper zijn hand naar het luik stak.
Pas onlangs is er overtuigend bewijs dat duikende zoogdieren hun hartslag volkomen bewust beheersen.
Duikende zoogdieren regelen ook hun bloedstroom om zuurstof in het bloed naar de organen te sturen die dit het meest nodig hebben. Bijvoorbeeld naar de hersenen en het hart, terwijl de rest van de spieren tevreden moet zijn met hun eigen zuurstofreserves.
Dat wil zeggen, zeeolifanten zijn experts in het beheren van hun eigen bloedstroom, en dit is duidelijk te zien aan de manier waarop de hartslag plotseling vertraagt met een enkele handbeweging van de wetenschapper.
Het is heel interessant hoe en wanneer zeeolifanten het in de natuur doen. Verklaart dit hun vermogen om zo lang te duiken?
Diepzeesamenwerking in het belang van iedereen
Mike Fedak en oceaanwetenschappers die willen begrijpen hoe de oceanen zich gedragen en hoe ze de klimaatverandering beïnvloeden, zijn een ongebruikelijk partnerschap aangegaan.
Uitgerust met sensoren die bijvoorbeeld watertemperatuur en zoutgehalte meten en een gps-signaal sturen, helpen zeeolifanten oceanografen bij het bestuderen van de diepe lagen van de oceaan, terwijl Mike Fedak waardevol inzicht krijgt in diergedrag op diepte.
Voor meer informatie over deze samenwerking, waarbij zeehonden een heel schip van wetenschappers vervangen, zie de MEOP-website: Marine Mammals Exploring the Oceans Pole to Pole.
4. De bloeddruk van de giraf had hem moeten doden
Veel kenmerken houden verband met de grote afstand van het hart tot de hersenen van een giraffe, die speciale aanpassingen vereist.
Professor Tobias Wang, professor biologie aan de Universiteit van Aarhus, heeft jarenlang samen met Kristian Aalkjær onderzoek gedaan naar de nek, benen en het hart van de giraf.
Het hart van een giraf zou twintig kilo moeten wegen, zegt een grapje. Inderdaad, een giraffe heeft een indrukwekkende druk nodig om bloed door die lange nek naar zijn hersenen te voeren - en hij voelt zich er geweldig bij.
De giraf heeft een dik hart
Maar het gewicht van het hart van een giraf is maar een half procent van het totale lichaamsgewicht, net als dat van ons.
Maar het heeft wel extra dikke wanden van hartkamers, die voor extra bloeddruk zorgen, zoals blijkt uit nieuwe onderzoeksresultaten die op de conferentie zijn gepresenteerd.
5. De alpaca blijft zijn hele leven een halfjong
In de buik van je moeder heb je dit ook gebruikt - een super-type eiwit, hemoglobine genaamd, dat zuurstof in ons bloed bindt en transporteert.
Bij een ongeboren baby is hemoglobine net zo rood als dat van de moeder, maar omdat het zuurstof van de bloedsomloop van de moeder naar het eigen systeem van de baby moet verplaatsen, heeft het een groter vermogen om zuurstof te binden. Dit is kenmerkend voor het hemoglobine van alle zoogdierbaby's totdat ze worden geboren.
Dit wordt gebruikt door de alpaca. Ze brengt haar leven door in hoge bergen, waar de lucht ijl is. Gewone dieren daar zouden veel sneller moeten ademen om voldoende zuurstof te krijgen.
In tegenstelling tot wij, de rest, geeft alpaca gewoon zijn hemoglobine uit zijn kindertijd niet op, wat bloed betreft, het blijft een kind voor het leven.
Veel dieren leven op grote hoogte
Er zijn verschillende voorbeelden van slimme oplossingen om in het hooggebergte te wonen. In de natuur werd over alpenjaks gesproken; muizen, schapen en vogels hebben allemaal hun eigen manieren om op hoogte te overleven.
"Vaak lossen dieren ten minste een deel van het probleem op door 'tweaken' of kleine aanpassingen aan te brengen aan de hemoglobine die zuurstof in het bloed transporteert", zegt Roy Weber, emeritus hoogleraar van de afdeling Biologische Wetenschappen aan de Universiteit van Aarhus, auteur van een overzichtsartikel over aanpassing van dieren aan leven in hoge bergomstandigheden.
Dus we hebben een beetje geleerd over enkele van de indrukwekkende gadgets die onze neven en evolutionaire neven en nichten hebben.
In wezen zijn alle zoogdieren om ons heen net als wij, dus misschien zullen we op een dag in staat zijn om enkele van hun buitengewone vermogens te leren en over te nemen. De wetenschap zal het laten zien.
Inge G. Revsbech
