Kwallenalarm: Dirk Draulans over de opportunisten van de zee

Kwallen gaan al meer dan 500 miljoen jaar mee. Vandaag behoren ze tot de soorten die het goed doen in het zog van de mens. Dat leidt – uiteraard – tot problemen. Wetenschappers proberen die op te lossen, onder meer door genetisch onderzoek.

Sinds een jaar of tien twijfelen wetenschappers er niet meer aan: kwallen zijn aan een opmars bezig. Dat zwemmers er almaar vaker last mee krijgen, illustreert dat. Op minstens twee derde van de onderzochte plekken is de populatie toegenomen. Het gaat om een globaal probleem, dat zowel de Middellandse en de Zwarte Zee treft als de Japanse Zee en de kust voor het Afrikaanse Namibië, waar volgens metingen 10 miljoen ton sardienen in een halve eeuw tijd vervangen zijn door 12 miljoen ton kwallen.

De verklaring daarvoor is minder duidelijk. De link met overbevissing lijkt, om te beginnen, evident. Daardoor komt in zee veel ruimte vrij die kwallen met plezier innemen. De klok terugdraaien door de druk van de visserij te verlagen, ligt niet voor de hand. De kans is nihil dat kwallen vanzelf de vrijgekomen plekken weer zullen opgeven als vissen terugkeren.

De visserij liquideert ook de populaties van gepatenteerde kwalleneters, zoals tonijnen en zeeschildpadden – de laatste dieren vooral als ongewenste bijvangst. Visserij op kleinere soorten, zoals sardienen en haringen, vermindert dan weer de voedselcompetitie voor kwallen: kleine vissen leven, net zoals kwallen, vooral van zoöplankton of piepkleine waterdiertjes. Kwallenlarven maken bovendien deel uit van het zoöplankton. Daardoor kunnen vissen een kwallenpopulatie actief onder controle houden. Die rem valt natuurlijk weg als er minder vissen zijn.

Opportunistische kwallen

Nu gebeurt het omgekeerde: zo veel kwallen voeden zich met het zoöplankton, waarvan ook vissenlarven deel uitmaken, dat ze de recuperatie van vispopulaties kunnen hinderen. Wetenschappers vrezen dat ook de klimaatopwarming kwallenpopulaties omhoogjaagt. Veel soorten gedijen beter in warmer water. Sommige kwallen kunnen vervuild water aan, of water met een lager zuurstofgehalte dan normaal. Veel kwallen doen het, als echte opportunisten, goed in het zog van de vervuilende en natuur vernietigende mens.

Om greep te krijgen op het kwallenprobleem buigen wetenschappers zich over de genetica van de familie. Kwallen behoren tot de oudste vertegenwoordigers van het dierenrijk. Ze zouden meer dan 500 miljoen jaar geleden het levenslicht hebben gezien en probleemloos verschillende uitstervingsgolven overleefd hebben. Ze belichamen een succesformule.

Momenteel zouden er ongeveer vierduizend soorten echte kwallen zijn. De familie manifesteert zich in veel vormen, inclusief zeeanemonen en koralen, die als volwassen dieren vastzitten op substraten of op de zeebodem. Ook kwallen kennen zo’n vastzittende fase. Nadat ze uit het eitje zijn gekomen, zwemmen ze een tijd als larve rond in het zoöplankton. Daarna settelen ze zich op de zeebodem als een poliep, die zich ongeslachtelijk kan voortplanten.

Echte kwallen – zoals de oorkwal, die algemeen is in de Noordzee – hebben een fase toegevoegd aan hun poliepenbestaan: de fase van de vrij zwemmende volwassen kwal die zich geslachtelijk kan voortplanten. In wetenschappelijk jargon wordt die een medusa genoemd. De meeste kwallensoorten leven langer als poliep dan als medusa, het gaat om jaren versus maanden.

Verjongende kwallen

Sommige soorten hebben de originele capaciteit ontwikkeld om in slechte leefomstandigheden een stapje terug te zetten en weer ‘jong’ te worden. Hun medusa’s kunnen zich omvormen tot vastzittende poliepen. Gaat het later beter, dan duiken ze opnieuw als medusa het ruime sop in. Het getuigt van een enorme aanpassingsvaardigheid. Anders zouden de dieren het geen honderden miljoenen jaren hebben uitgezongen in een niet altijd kwalvriendelijke omgeving.

Twee recente studies in het vakblad Nature Ecology & Evolution vergelijken de genetische activiteit van kwallen in de poliepen- en de medusafase, onder meer voor onze oorkwal. De onderzoekers ontdekten dat vastzittende koralen en zeeanemonen over twee derde van de genen beschikken die actief zijn in de volwassen kwalfase. Toch hebben de echte kwallen een speciale genetische kit ontwikkeld die niet bij de andere groepen voorkomt. Hij komt uitsluitend in actie om de medusafase mogelijk te maken.

De speciale genen zijn voortgekomen uit de recyclage van oudere genen, waarvan de functie werd aangepast om nieuwe richtingen in te slaan. Het lijkt erop dat een genoom, door dezelfde genen anders met elkaar te laten samenwerken, tot een compleet nieuw lichaamsdesign kan komen. Innovatie kan evengoed door wat er is te herschikken als door op nieuwe genen in te zetten.

Slapende kwallen

Kwallen hebben geen hersenstructuur, en toch kunnen ze op een bepaalde manier slapen. Volgens een studie in Current Biology blijkt die activiteit uit verminderde spiercontracties en een vorm van ‘wakker schrikken’ als slapende dieren plots geprikkeld worden. Kwallen kunnen ook vermoeid raken als ze te lang uit hun slaap worden gehouden. Ze hebben een soort netwerk van zenuwcellen, maar dat is niet georganiseerd in een orgaan. Dat illustreert vooral dat hersenen niet nodig zijn om het goed te doen in de dierenwereld.

De gerecycleerde genen in het genoom van de oorkwal zijn vooral zogenoemde transcriptiefactoren. Ze sturen de activiteit van andere genen mee: wanneer en hoe intens die tot expressie worden gebracht en in eiwitten worden overgeschreven. Ze maken onder meer ogen en spieren, om de medusa’s toe te laten zich voort te bewegen, zelfs tegen de zeestroom in. De beweging van kwallen is dus geen louter passief proces. Wetenschappers gaan ervan uit dat kwallen de eerste dieren waren die erin slaagden zich door spierbewegingen op eigen initiatief voort te bewegen. Ze werden actieve jagers. Sommige soorten jagen op vissen en kreeftjes en halen daarbij een snelheid tot 7,5 kilometer per uur.

Kwallensoorten kunnen genetisch erg van elkaar verschillen. Volgens een studie in Current Biology zijn er in de kwallenwereld minstens acht keer, onafhankelijk van elkaar, ogen ontstaan. Ze variëren van eenvoudige lichtgevoelige organen tot vrij complexe ogen. Omdat kwallen geen hersenen hebben, is onduidelijk hoe goed ze ermee kunnen ‘zien’. Onderzoek heeft ook uitgewezen dat lichtgevoelige eiwitten als opsinen gerecycleerd zijn om de netelcellen te activeren, de prikkende organen waarmee kwallen zich verdedigen en waarmee ze prooien vangen. Op hun tentakels kunnen honderdduizenden van die speciale cellen zitten. Ze bevatten elk een microscopisch harpoentje. Dat kan met een snelheid van 60 kilometer per uur op een slachtoffer worden afgevuurd om zijn gif af te geven.

Een studie in BMC Biology besluit dat het genoom van een reusachtige Japanse kwallensoort ongeveer evenveel genen bevat als dat van de mens, ook al is het veel kleiner. Kwallen moeten natuurlijk door drie compleet verschillende levensfasen gaan. En hun ingewikkelde netelcellenapparaat is maar een van de mechanismen die wij niet hebben.

Killende kwallen

Kwallen hebben specifieke genen om de eiwitten te produceren die aan de basis liggen van het gif in de netelcellen. Voor mensen zijn de meeste kwallen onschadelijk. Sommige soorten kunnen gezondheidsproblemen veroorzaken: elk jaar krijgen miljoenen mensen ziekteverschijnselen en ongemakken na een aanraking met kwallententakels. Er zijn ook dodelijke soorten. Jaarlijks zouden die een honderdtal slachtoffers maken, meer dan alle andere zeedieren samen. Maar in onze contreien komen ze niet voor.

Voor een recente studie in GigaScience zijn de gifgenen van enkele kubuskwallen onderzocht. De zeewesp, bijvoorbeeld, die tot drie meter lang kan worden, draagt voldoende gif in zich om zestig mensen te doden. Hij zou het giftigste dier op aarde zijn. Onderzoekers ontdekten 117 eiwitten die tot het gif bijdroegen, waarvan negen exclusief bij kwallen voorkomen. Uit de vergelijking van het genoom van drie verschillende giftige kwallen bleek dat sommige genen kunnen verdwijnen, terwijl andere gekopieerd worden en dus sterker tot expressie komen. Er is in de evolutie niet altijd veel logica te bespeuren.

Eén eiwit kwam in maar één kwallensoort voor. Het boort gaatjes in celwanden en kan zo op grote schaal rode bloedcellen afbreken. Een aanraking met een zeewesp kan mensen in minder dan 5 minuten doden door hartfalen. Zulke ontdekkingen kunnen bijdragen tot efficiënte behandelingen. Uit een studie in Nature Communications blijkt dat het uiterst giftige eiwit voor zijn vorming cholesterol nodig heeft. Het onderzoeksteam kon de effecten van het kwallengif met een cholesterolremmer tegengaan, maar alleen als het antigif wordt toegediend binnen het kwartier na de blootstelling aan het gif.

Wetenschappers proberen kwallen ook nuttige functies te geven, in de hoop hun ongebreidelde populatiegroei onder controle te brengen. Echte opruimacties – de dieren massaal opvissen en vernietigen of ter plekke belagen met akoestische shocks en elektrocutie – kosten veel geld en zijn zelden efficiënt op grote schaal. In New Scientist komt GoJelly aan bod, een Europees project: vier jaar lang werd 6 miljoen euro besteed aan de zoektocht naar economische functies voor kwallen. Ze zouden nuttig kunnen zijn als biologische bemester en als voedsel voor vissen en mensen. Hoewel ze vooral uit water bestaan, zouden ze zo klaargemaakt kunnen worden dat wij ze met smaak kunnen eten. In Azië staan kwallen al vaak op het menu.

Kwallen zouden ook collageen produceren, een stof die de cosmetica-industrie vaak gebruikt. Het verslag in New Scientist besteedt veel aandacht aan de strijd tegen de microplastics die alomtegenwoordig zijn in het oceaanwater. Kwallen produceren grote hoeveelheden slijm, dat geschikt zou zijn om microplastickorreltjes uit water te zeven – op voorwaarde dat je via een behandeling kunt vermijden dat het meteen wordt afgebroken. Het lijkt voorlopig eerder om wishful thinking te gaan, maar je weet nooit waartoe zo’n innovatieve aanpak kan leiden.