Chemische analyse heeft onthuld dat een ‘extreme’ verschuiving in het dieet miljoenen jaren geleden een groep slangen heeft geholpen om hun unieke chemische afweersysteem te behouden.

Rhabdophis-slangen, die algemeen voorkomen in Oost-Azië, krijgen afweergiffen van hun prooi – in plaats van ze zelf te maken – en deze maken hen onsmakelijk voor roofdieren. Eén groep Rhabdophis-soorten, die inheems is in Zuid-China, heeft zijn dieet echter verlegd van giftige padden naar onschadelijke regenwormen. Desondanks lijken de slangen nog steeds te beschikken over dezelfde klasse van afweergif als hun verwanten ontlenen aan amfibieën. Chemische analyse heeft aangetoond dat de slangen het nu betrekken van het enige andere organisme waarvan bekend is dat het bufadienolide verbindingen produceert – vuurvliegjes.

De ontdekking werd gedaan door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Akira Mori van de Kyoto University, die de slangen al meer dan 20 jaar bestudeert. Mori’s onderzoek onthulde dat de meeste Rhabdophis soorten structuren hebben die nuchal glands worden genoemd, waarin ze gifstoffen opslaan die ze van hun prooi hebben verkregen.

‘Het was Akira, die met de hypothese kwam dat de slangen misschien niet het gif produceren, maar in feite padden consumeren en die gifstoffen opslaan of sekwestreren,’ zegt Mori’s langdurige medewerker, Al Savitsky.

Savitsky, die gevestigd is aan de Utah State University in de VS, legt uit dat toen het team de evolutionaire relaties tussen verschillende Rhabdophis-soorten begon te onderzoeken, ze op een onverwachte paradox stuitten. ‘We stelden vast dat er een groep was in het westen van China die hun primaire voedsel items hebben verschoven van naar regenwormen, en toch blijven ze giftig met dezelfde algemene klasse van toxinen – de bufadienoliden,’ zegt hij.

Deze bevinding zette aan tot een zoektocht naar de bron van de toxinen. Het team analyseerde de nekklier en de maaginhoud van wilde slangen, evenals het gedrag van slangen in gevangenschap ten opzichte van verschillende soorten voedsel.

De stereochemie van de bufadienolide-verbindingen leverde de cruciale aanwijzing voor de puzzel, aldus Savitsky. Bufadienoliden zijn een klasse van steroïden die de functie van hartspiercellen verstoren. Terwijl de steroïde ruggengraat van de door padden geproduceerde bufadienoliden alleen cis-gefuseerde A- en B- ringen bevat, bevatten de verbindingen van vuurvliegjes ook trans-gefuseerde structuren. De positie van de acetylgroepen bevestigde ook dat de door de wilde Rhabdophis opgeslagen toxinen afkomstig moeten zijn van vuurvliegjes. Dit werd ondersteund door de aanwezigheid van vuurvlieglarven in de magen van de slangen.

Het is bekend dat slangen chemosensorische signalen gebruiken bij het selecteren van hun prooi. Gezien het verschil tussen padden en vuurvliegen, suggereert het team dat de worm-etende Rhabdophis actief op zoek moet zijn geweest naar een nieuwe bron van bufadienoliden om hun verdediging op peil te houden toen de evolutionaire splitsing ongeveer 13 miljoen jaar geleden plaatsvond. Om dit te testen, voerden ze chemische voorkeurstests uit, waarbij ze monsters van verbindingen geassocieerd met verschillende prooidieren aan de slangen voorlegden, en de reactie van de slangen analyseerden met behulp van een meting die een ’tong-flick attack score’ wordt genoemd.

‘Wanneer slangen hun tong uitsteken, pikken ze vluchtige moleculen op die vervolgens worden afgeleverd aan de vomeronasale organen, en die vomeronasale organen reageren bij voorkeur op bepaalde klassen van verbindingen die worden geassocieerd met prooidieren,’ zegt Savitsky. Door het aantal keren te tellen dat slangen hun tong uitstaken of naar een prooi geurende wattenstaafjes aanvielen, leidden de onderzoekers de voedingsvoorkeuren van verschillende Rhabdophis-soorten af. Dit onderstreepte nogmaals de voorliefde van de wormeneters voor vuurvlieglarven.

De resultaten ‘onthullen een buitengewoon voorbeeld van convergente chemische verdediging’, merkt Steve Mackessy op, een expert in slangengif gevestigd aan de Universiteit van Noord-Colorado. Wat deze studie uniek maakt, is dat ondanks deze belangrijke verschuiving in het dieet, de vastgelegde toxineafweer gehandhaafd blijft, maar deze keer via een andere prooibron, lampyride insecten,’ zegt hij. Mackessy voegt eraan toe dat de combinatie van chemische, dieet- en gedragsanalyse ‘een goed gedocumenteerd voorbeeld oplevert van extreme dieetverschuiving met behoud van een voorouderlijk chemisch afweersysteem’.