Het is moeilijk om de waarde van pijn in te schatten als we die voelen, maar de meeste levende wezens zouden niet overleven zonder pijn. Pijn is een signaal dat iets je lichaam schade berokkent en dat je actie moet ondernemen.
Een manier om meer te weten te komen over pijnreceptoren is door soorten te bestuderen waarin deze receptoren afwezig lijken te zijn. Veel dieren eten bijvoorbeeld regelmatig giftig voedsel zonder reacties te ondergaan die bij andere soorten pijn zouden veroorzaken: geiten, herten en zwarte beren snoepen allemaal vrolijk van giftige klimop zonder jeukende uitslag te ontwikkelen.
Ik heb al heel lang waardering voor bizarre biologie, dus ik wilde meer te weten komen over een van de meest gespecialiseerde roofdieren in het dierenrijk: de sprinkhaanmuis (Onychomys torridus). Deze kleine knaagdieren hebben een grote eetlust voor prooien die andere muizen liever met rust laten vanwege de chemische afweer van hun prooi. Ashlee Rowe en Matt Rowe, in wiens lab ik heb gewerkt toen zij in Michigan State werkten, onderzoeken hoe sprinkhaanmuizen gevaarlijk voedsel kunnen consumeren. Inzicht in dit vermogen kan inzichten verschaffen in pijnroutes en wetenschappers helpen bij het vinden van nieuwe, niet-verslavende behandelingen voor het blokkeren van pijnsignalen.
Muizen vs. kevers
Om meer te weten te komen over het roofgedrag van sprinkhaanmuizen, reisde ik met Olivia Guswiler, Victoria Rose en Matt Rowe naar de Sonoran-woestijn in het zuiden van Arizona. De woestijn is mooi maar vijandig.
Veel dieren daar hebben extreme aanpassingen ontwikkeld, waaronder gif en giftige stoffen, die hen helpen voedsel te vangen en zich te verdedigen tegen roofdieren. Dit maakt het tot het perfecte natuurlijke laboratorium voor het bestuderen van knaagdieren en hoe zij zich hebben gespecialiseerd om met het woestijnleven om te gaan.
We richtten ons op drie verwante muizensoorten met verschillende voedingsvoorkeuren. Hertenmuizen (Peromyscus) zijn omnivoren, die bekend staan om hun insectendieet aan te vullen met alles wat ze in keukens in heel Noord-Amerika vinden. Pindavormige zakmuizen (Chaetodipus penicillatus) eten bij voorkeur zaden en granen, maar als laatste redmiddel insecten.
Zuidelijke sprinkhaanmuizen zijn daarentegen vraatzuchtige carnivoren. Bij zonsondergang laten ze lange kreten horen, als gedempte theeketels, die zijn beschreven als “wolvengehuil in het klein”. Door hun stompe poten en bruin-wit gevlekte vacht lijken ze op kleine corgi’s, maar dat verraadt hun agressieve aard. Sprinkhaanmuizen vallen aan en eten alles wat beweegt, inclusief duizendpoten, vogelspinnen, schorpioenen en zelfs andere muizen. Ze hebben een verbazingwekkende immuniteit tegen schorpioenengif, dat hertenmuizen in enkele minuten doodt.
We wilden zien hoe sprinkhaanmuizen, hertenmuizen en zakmuizen verschillende soorten insecten aten, dus we vingen meer dan 80 van hen en testten hun eetgedrag. We gaven elke muis een krekel, die grotendeels weerloos is, en een stinkkever (Eleodes longicollis). Deze kevers zijn als de chocoladekrakelingen van de woestijn – calorierijke traktaties die contrasterende smaken bevatten.
Maar om bij de sappige kern te komen, moet een roofdier een harde buitenkant overwinnen en een brandende, bijtende spray die de kever uit zijn achterste spuit. De spray bevat benzoquinone chemicaliën, die dampen afgeven die lijken op bleekmiddel en die de ogen, neus, mond en huid kunnen beschadigen bij langdurige blootstelling. Ik kan persoonlijk getuigen van de bittere, prikkende smaak en de bruine vlekken die het achterlaat op kleding en huid.
Smaaktesten
In een typisch gevecht vielen de meeste sprinkhaanmuizen onmiddellijk de kever aan, maar werden afgeschrikt door een gezicht vol chemische spray. Met gesloten ogen wreven ze met hun kop in het zand, schijnbaar om de spray van hun vacht te vegen. Maar dan, opmerkelijk genoeg, keerde elke muis terug om in de kop van de kever te bijten tot deze onderdrukt was. Gekraak volgde toen de muis de kever vasthield als een sandwich, zich een weg baandend langs het lichaam tot alles wat overbleef zes poten en een lege schaal waren.
De andere mededingers waren totale watjes. Hertenmuizen snuffelden rond de kevers als een restaurantklant die overweegt of hij pikante chili zal bestellen. Ze gaven het uiteindelijk allemaal op, hoewel velen de mildere krekels aten. Sommige nieuwsgierige zakmuizen inspecteerden de insecten, maar bleven vegetarisch.
Carnivore knaagdieren als farmaceutische modellen
Grasshoppermuizen hebben speciale vaardigheden die hen uiterst efficiënte roofdieren maken. We zagen hoe ze aanvalsgedrag vertoonden om een kever snel uit te schakelen door hem in de kop te bijten in plaats van in de buik. We zagen ze ook verdedigingsgedrag vertonen, zoals in hun gezicht wrijven of proberen de kever in het zand te begraven, wat suggereert dat de muizen waarschijnlijk benzochinonen in hun ogen, neuzen en mond hebben opgelopen. Toch achtervolgden ze de kevers onophoudelijk, ondanks dit oppervlakkige ongemak. Zoals de Rowes hebben gesuggereerd, kan dit gedrag wijzen op een onderliggende vorm van chemische tolerantie.
Omdat hertenmuizen dit gedrag niet vertoonden, hebben zij wellicht niet de noodzakelijke aanpassingen voor het eten van hetzelfde soort voedsel. Het is mogelijk dat sprinkhaanmuizen zintuiglijke receptoren hebben die minder gevoelig zijn voor benzoquinone. Om deze vraag te beantwoorden, onderzoekt het Rowe-lab momenteel de sensorische receptoren in hertenmuizen en sprinkhaanmuizen.
Maar we weten wel dat deze dieren een verminderde gevoeligheid vertonen voor andere chemische stoffen die pijnsensatie opwekken. Er is zelfs enig bewijs dat ze geen aversieve conditionering vertonen voor stinkkevers, wat betekent dat sprinkhaanmuizen nooit leren om kevers met pijn te associëren, zelfs nadat ze een negatieve ervaring met de spray hebben gehad.
Toekomstig onderzoek kan in de hersenen van de sprinkhaanmuis nog meer aanwijzingen vinden over hoe pijnsensaties kunnen worden geblokkeerd. Menselijke medicijnen zoals Advil en andere niet-steroïde ontstekingsremmers verminderen pijn door de productie te blokkeren van bepaalde chemische stoffen in het lichaam die weefsels doen ontvlammen. Op dezelfde manier kunnen geneesmiddelen die sleutels nabootsen die bedoeld zijn om de vorm van zintuiglijke receptorsloten te passen, ervoor zorgen dat die receptoren geen pijnsignalen meer uitzenden. Door natuurlijke voorbeelden van pijnweerstand na te bootsen, kunnen wetenschappers behandelingen ontwerpen om pijn te verlichten of identificeren welk deel van de pijnroute mogelijk slecht functioneert bij chronische pijnpatiënten.
Je bent wat je eet
Wanneer we meer leren over pijn- en smaakreceptoren bij sprinkhaanmuizen, kunnen we misschien ook begrijpen hoe ze in de eerste plaats zo anders zijn geworden dan andere muizen. Veel carnivoren hebben minder smaakreceptoren dan herbivoren, mogelijk omdat ze niet hoeven te detecteren welke planten giftig zijn. Zeezoogdieren die hun voedsel in zijn geheel doorslikken, zoals zeeleeuwen en dolfijnen, hebben de meeste smaakreceptoren helemaal niet.
Andere dieren, zoals vampiervleermuizen, lijken niet in staat tot geconditioneerde smaakaversie – de neiging om een voedingsmiddel te vermijden dat je in het verleden ziek heeft doen voelen. Dergelijk gedrag zou nutteloos zijn voor dieren die een strikt dieet van zoogdierbloed volgen en zelden giftig voedsel tegenkomen.
Misschien hebben genetische veranderingen in de smaakreceptoren van de sprinkhaanmuis hen geholpen om andere knaagdieren voor het beperkte voedsel in de woestijn te overconcurreren. Door het eten van insecten en spinachtigen die niemand anders kan verwerken, bezetten sprinkhaanmuizen een unieke voedingsniche die hen helpt te overleven in een van de ruwste omgevingen op aarde.
Gezien het feit dat mensen en muizen genetisch zo op elkaar lijken, zouden deze woeste vleeseters ooit een toonaangevend prototype kunnen zijn voor het ontwerpen van geneesmiddelen die het menselijk lijden verlichten.
Editors note: Dit verhaal is bijgewerkt om de bijdragen van Ashlee en Matt Rowe beter weer te geven.