Gedrukt met toestemming van Farrar, Straus and Giroux. Aangepast uit How Earth’s Deadliest Creatures Mastered Biochemistry, door Christie Wilcox. Copyright © 2016 door Christie Wilcox.
Ik weet niet of kakkerlakken dromen, maar ik stel me voor dat als ze dat doen, juweelwespen een prominente plaats innemen in hun nachtmerries. Deze kleine, eenzame tropische wespen zijn van weinig belang voor ons mensen; per slot van rekening manipuleren ze onze geest niet zodat ze ons als gewillige, levende maaltijden kunnen serveren aan hun pasgeborenen, zoals ze doen bij nietsvermoedende kakkerlakken. Het is het spul van horrorfilms, vrij letterlijk: de juweelwesp en soortgelijke soorten inspireerden de borstkas uitbarstende verschrikkingen in de Alien franchise. Het verhaal is eenvoudig, zij het grotesk: de vrouwelijke wesp beheerst de geest van de kakkerlakken die zij aan haar nageslacht voedt, en ontneemt hun het gevoel van angst of de wil om aan hun lot te ontsnappen. Maar in tegenstelling tot wat we op het witte doek zien, is het geen ongeneeslijk virus dat een eens gezonde kakkerlak in een hersenloze zombie verandert – het is gif. En niet zomaar gif: een specifiek gif dat werkt als een medicijn, gericht op de hersenen van de kakkerlak. Hersenen zijn in de kern gewoon neuronen, of we het nu hebben over menselijke hersenen of insectenhersenen. Er zijn miljoenen gifstoffen die neuronen aan of uit kunnen zetten. Het mag dus geen verrassing zijn dat sommige gifstoffen zich richten tegen het zorgvuldig beschermde centrale zenuwstelsel, waaronder onze hersenen. Sommige springen over fysiologische hindernissen, van afgelegen injectieplaatsen rond het lichaam en voorbij de bloed-hersenbarrière, om het brein van hun slachtoffers binnen te dringen. Andere worden rechtstreeks in de hersenen geïnjecteerd, zoals in het geval van de juweelwesp en zijn zombiekakkerlakgastheer.
Het maken van een zombie
Juweelwespen zijn een prachtig, zij het angstaanjagend voorbeeld van hoe neurotoxisch gif veel meer kan doen dan verlammen. De wesp, die vaak maar een fractie van de grootte van haar slachtoffer is, begint haar aanval van bovenaf, duikt naar beneden en grijpt de voorn met haar mond terwijl ze haar “angel” – een gemodificeerd eierleggend lichaamsdeel dat een legboor wordt genoemd – richt op het midden van het lichaam, het borststuk, tussen het eerste paar poten. De snelle steek duurt maar een paar seconden, en gifverbindingen werken snel, verlammen de kakkerlak tijdelijk zodat de wesp haar volgende steek met meer nauwkeurigheid kan richten. Met haar lange angel, richt ze haar geestveranderende gif in twee gebieden van de ganglia, het insectenequivalent van een brein.
De angel van de wesp is zo goed afgestemd op haar slachtoffer dat ze kan aanvoelen waar ze zich bevindt in de koepel van de kakkerlak om gif rechtstreeks in subsecties van zijn hersenen te injecteren. De angel is in staat om rond te voelen in de kop van de kakkerlak, vertrouwend op mechanische en chemische aanwijzingen om zijn weg te vinden voorbij de ganglionmantel (de versie van het insect van een bloed-hersenbarrière) en het gif precies daar in te spuiten waar het heen moet. De twee gebieden van de kakkerlakkenhersenen waar ze zich op richt zijn zeer belangrijk voor haar; wetenschappers hebben ze kunstmatig afgeknipt van kakkerlakken om te zien hoe de wesp reageert, en wanneer ze worden verwijderd, probeert de wesp ze te vinden, en neemt een lange tijd met haar angel ingebed op zoek naar de ontbrekende hersengebieden.
Dan begint de mind control. Eerst verzorgt het slachtoffer zichzelf, van alle dingen; zodra de voorpoten van de voorn zich herstellen van de tijdelijke verlamming veroorzaakt door de steek in het lichaam, begint het aan een nauwgezette verzorgingsroutine die ongeveer een half uur duurt. Wetenschappers hebben aangetoond dat dit gedrag specifiek is voor het gif, aangezien het doorboren van de kop, de algemene stress van de kakkerlak, of contact met de wesp zonder steekactiviteit niet dezelfde hygiënische drang teweegbrachten. Deze plotselinge behoefte aan netheid kan ook worden opgewekt door een stortvloed van dopamine in de hersenen van de kakkerlak, dus wij denken dat de dopamine-achtige verbinding in het gif de oorzaak kan zijn van dit kiemdodende gedrag. Over de vraag of het poetsen zelf een gunstige eigenschap van het gif is of een neveneffect wordt gediscussieerd. Sommigen geloven dat het gedrag zorgt voor een schone, schimmel- en bacterievrije maaltijd voor de kwetsbare babywesp; anderen denken dat het de kakkerlak slechts enige tijd afleidt terwijl de wesp het graf van de kakkerlak voorbereidt.
Dopamine is een van die intrigerende chemische stoffen die gevonden worden in de hersenen van een breed spectrum van dierlijk leven, van insecten tot mensen, en de effecten ervan zijn van vitaal belang in al deze soorten. In ons hoofd maakt het deel uit van een mentaal “beloningssysteem”: stromen dopamine worden opgewekt door plezierige dingen. Omdat dopamine ons een goed gevoel geeft, kan het geweldig zijn, maar het wordt ook in verband gebracht met verslavend gedrag en de “highs” die we voelen van illegale stoffen als cocaïne. Wij kunnen onmogelijk weten of een kakkerlak ook een roes van euforie ervaart wanneer zijn hersenen overspoeld worden met dopamine – maar ik denk liever van wel. (Het lijkt gewoon te gruwelijk voor het dier om geen vreugde te beleven aan het vreselijke einde dat het te wachten staat.)
Terwijl de kakkerlak schoonmaakt, verlaat de wesp haar slachtoffer op zoek naar een geschikte locatie. Ze heeft een donker hol nodig waar ze haar kind en het zombie-voornoffer kan achterlaten, en het kost wat tijd om de juiste plek te vinden en voor te bereiden. Als zij ongeveer 30 minuten later terugkomt, heeft het gif zijn werk gedaan – de kakkerlak heeft alle wil om te vluchten verloren. In principe is deze toestand tijdelijk: als je een aangetaste kakkerlak scheidt van zijn beoogde moordenaar voordat de larve kan uitkomen en zich kan voeden en verpoppen, is de zombificatie binnen een week uitgewerkt. Helaas voor de gestoken kakkerlak, is dat gewoon te lang. Voor zijn brein de kans heeft om terug normaal te worden, heeft de jonge wesp zijn buikje al vol en zijn gastheer gedood. De motoriek van de voorn blijft intact, maar het insect lijkt gewoon niet geneigd om ze te gebruiken. Dus het gif verdooft de zintuigen van het dier niet, het verandert hoe de hersenen erop reageren. Wetenschappers hebben zelfs aangetoond dat de stimuli die normaal ontwijkende actie uitlokken, zoals het aanraken van de vleugels of poten van de voorn, nog steeds signalen naar de hersenen van het dier sturen; ze roepen alleen geen gedragsreactie op. Dat komt omdat het gif bepaalde neuronen uitschakelt zodat ze minder actief en responsief zijn, wat leidt tot het plotselinge gebrek aan angst en de bereidheid van de voorn om levend begraven en opgegeten te worden. Voor deze gifactiviteit zijn toxinen nodig die zich richten tegen GABA-gated chloride kanalen.
GABA, of γ-aminoboterzuur, is een van de belangrijkste neurotransmitters in insecten- en mensenhersenen. Als neuronactiviteit een feest is, dan is GABA een natte deken; het dempt het vermogen van een neuron om geactiveerd te worden door activering van chloridekanalen. Wanneer chloride kanalen openen, laten zij negatieve chloride ionen stromen. Omdat deze ionen zich graag ophouden bij positieve ionen, kunnen, als deze kanalen open zijn wanneer een natriumkanaal toevallig opengaat, chloride-ionen het membraan bijna even snel passeren als natriumionen, waardoor het moeilijker wordt voor de natriumionen om de domino cascade te starten die de neuronsignalering is. Ook al krijgt een neuron het “go”-commando, de actiepotentiaal wordt in zijn spoor gestopt. GABA is echter geen volledige remmer – de chloride-kanalen kunnen de natrium-kanalen niet helemaal bijhouden, zodat een sterke stimulus het dempende effect kan overwinnen. Dit dempende systeem is wat de wesp gebruikt om de kakkerlak te laten doen wat ze wil. Haar gif zit vol met GABA en twee andere verbindingen die ook dezelfde chloride-receptoren activeren, β-alanine en taurine. Deze werken ook om de heropname van GABA door neuronen te verhinderen, waardoor het effect wordt verlengd.
Hoewel deze gifverbindingen de hersenactiviteit kunnen afsnijden die haar prooi zou doen vluchten, wat ze niet kunnen doen is uit zichzelf hun weg vinden naar de juiste delen van de kakkerlakhersenen. Daarom moet de wesp ze rechtstreeks in de ganglia van de kakkerlak injecteren. Gelukkig voor haar werkt hetzelfde gif dat de hersenen van kakkerlakken vergiftigt als magie om de tijdelijke verlamming te veroorzaken die nodig is om de schedelinjectie uit te voeren. GABA, β-alanine en taurine schakelen ook tijdelijk de motorneuronen uit, zodat de wesp slechts één gif nodig heeft om twee zeer verschillende taken te volbrengen.
Met haar prooi kalm en rustig, kan de wesp haar energie aanvullen door de antennes van de voorn te breken en wat zoet, voedzaam insectenbloed te drinken. Dan leidt ze haar slachtoffer naar zijn laatste rustplaats, gebruik makend van wat overblijft van een antenne zoals een ruiter de teugels van een hoofdstel gebruikt. Eenmaal in haar hol, bevestigt ze een ei aan de poot van de kakkerlak, en sluit dan haar kroost en de kakkerlak in.
Verse maaltijden
Of de manipulatie van de geest nog niet erg genoeg was, heeft het gif van de wesp nog een laatste truc. Terwijl de voorn wacht op zijn onvermijdelijke ondergang, vertraagt het gif het metabolisme van de voorn om ervoor te zorgen dat hij lang genoeg leeft om nog vers vers verslonden te worden. Het metabolisme kan onder meer worden gemeten aan de hand van de hoeveelheid zuurstof die in de loop van de tijd wordt verbruikt, aangezien alle dieren (ook wij) zuurstof gebruiken bij het aanmaken van energie uit voedsel of vetreserves. Wetenschappers hebben ontdekt dat het zuurstofverbruik van gestoken kakkerlakken veel lager is dan dat van hun gezonde kakkerlakkenvrienden. Zij dachten dat dit het gevolg zou kunnen zijn van de verminderde beweging van de zelfgenoegzame slachtoffers, maar zelfs wanneer verlamming wordt opgewekt door het gebruik van geneesmiddelen of het doorsnijden van neuronen, leven de gestoken kakkerlakken langer. De sleutel tot de langere overleving lijkt hydratatie te zijn. Hoe het gif precies werkt om een voorn gehydrateerd te houden is niet bekend, maar het zorgt ervoor dat wanneer de wespenlarve uit haar ei komt, haar maaltijd klaar is om te eten. En snel genoeg daarna, komt een nieuwe wesp uit het hol, het karkas van de voorn achterlatend.
Joodwespengif is slechts één voorbeeld van neurotoxisch gif tot in het extreme. Er zijn meer dan 130 soorten in hetzelfde wespengeslacht, waaronder de pas beschreven Ampulex dementor (genoemd naar de zielenzuigende bewakers van de magische gevangenis Azkaban in de Harry Potter-reeks). Ampulex behoort tot een zeer grote en diverse groep van wespen, ten minste in de honderdduizenden soorten tellend, die bekend staan om hun ernstige geestelijke manipulatie. Ze hebben allemaal een macabere levenscyclus: als volwassenen voeden ze zich zoals andere wespen en bijen, maar als larven moeten ze zich voeden met andere dieren. Ze zijn niet helemaal onafhankelijk, niet helemaal parasieten-ze zijn parasietachtig, of zoals wetenschappers ze noemen, parasitoïden.
Kakkerlakken zijn niet hun enige doelwitten; er zijn parasitoïde wespen die hun eitjes leggen in spinnen, rupsen en mieren. De gematigde wesp van het noordelijk halfrond, Agriotypus, duikt onder water om haar eitjes op de larven van de caddisvlieg te leggen en kan tot 15 minuten onder water blijven om haar taak te volbrengen. De dappere Lasiochalcidia wespen van Europa en Afrika werpen zich in de nachtmerrieachtige kaken van een mierenleeuw, wrikken deze uit elkaar en steken hun eitjes in diens keel. Er zijn zelfs wespen, hyperparasitoïden genoemd, die parasiteren op andere wespen zoals zijzelf, zoals de Lysibia soorten van Europa en Azië, die rupsen opsnorren die geparasiteerd zijn door collega-parasitoïde wespen van het geslacht Cotesia en eitjes leggen in de pas verpopte wespenlarven. In sommige gevallen parasiteren meerdere wespensoorten elkaar, wat leidt tot een Russische pop van parasitaire interacties.
En om hun veilige doorgang van larve naar volwassenheid te verzekeren, winnen deze wespen vaak meer dan alleen een maaltijd van hun gastheren. Een van hen verandert zijn rups gastheren in ondode lijfwachten die verpoppende jonge wespen zullen verdedigen die net door zijn lichaam aten. De larve van een andere soort dwingt zijn spinnengastheer een misvormd maar duurzaam web te spinnen om zijn cocon te beschermen, net voordat hij de spinachtige doodt.
Waar de wespen van deze ongebruikelijke familie de kunst van de geestbeheersing hebben geperfectioneerd, zijn er andere giftige soorten waarvan het gif de mentale toestand verandert. Er zijn zelfs soorten waarvan de neurotoxische verbindingen door onze eigen bloed-hersenbarrière komen, een prestatie die nog geen wespengif kan bereiken. Maar in tegenstelling tot kakkerlakken hebben wij, Homo sapiens, een vreemde affiniteit voor stoffen die ons verstand aantasten. Hoewel de kakkerlakken op de vlucht slaan voor degenen die hun hersenen zouden kunnen verdraaien, zijn sommige mensen bereid meer dan 500 dollar te betalen voor een dosis gif om een soortgelijke ervaring te hebben.