The Race to Save the Axolotl

De axolotl, of Ambystoma mexicanum, is de ultieme overleveraar: Als een axolotl een poot, staart of een stukje van zijn hart verliest, groeit het lichaamsdeel weer aan en blijft er nauwelijks een litteken over.

De axolotl is ook een paradox voor het behoud van de soort: het iconische dier is het nationale symbool van Mexico en, omdat het zich gemakkelijk voortplant in een aquarium, een geliefd huisdier over de hele wereld. Er leven zoveel axolotls in gevangenschap dat sommige restaurants in Japan de axolotl als gefrituurd hapje serveren. Vele duizenden axolotls per jaar worden ook gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek: Vanwege hun wonderbaarlijke regeneratievermogen, worden axolotls bestudeerd in laboratoria over de hele wereld. Maar in de Xochimilco kanalen rond Mexico Stad, het enige overgebleven natuurlijke leefgebied van de axolotl, is hij door vervuiling en het verlies van water een zeldzame verschijning geworden.

Mensen en axolotls hebben lange tijd een ambivalente relatie gehad. Toen de Mexicanen, of “Azteken”, zich in de dertiende eeuw vestigden in de regio rond het Texcocomeer en een eilandstad bouwden in het midden van het meer als hun hoofdstad, gedijde de axolotl in en rond het uitgebreide grachtensysteem. Het dier is genoemd naar de Azteekse god “Xolotl”, die in een axolotl zou zijn veranderd om te voorkomen dat hij zou worden geofferd (hoewel axolotls nog steeds werden gedood en gegeten). Naarmate het Azteekse rijk groeide, groeide ook de hoofdstad, en het meer kromp in. Van het Texcocomeer zijn nu alleen nog vervuilde kanalen en meertjes over in Xochimilco, een zuidelijk district van Mexico-Stad.

En met het verdwijnen van de wetlands, verdween ook de axolotl. De eerste robuuste telling van axolotls in 1998 schatte dat er ongeveer 6.000 dieren per vierkante kilometer leefden. Toen ecoloog Luis Zambrano van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico (UNAM) in 2015 een telling uitvoerde, vond hij er nog maar 35 per vierkante kilometer.

Deze dramatische daling bedreigt ook de axolotl waar hij floreert, in aquaria en laboratoria over de hele wereld. In 1804 stuurde de wetenschapper Alexander von Humboldt twee in alcohol geconserveerde exemplaren naar Parijs. Humboldt en andere vroege ontdekkingsreizigers hadden al een andere eigenaardigheid van de axolotl opgemerkt: terwijl andere salamanders bij het geslachtsrijp worden metamorfoseren tot landdieren, houden axolotls hun veerachtige kieuwen vast en blijven hun hele leven in het water. In de woorden van Stephen Jay Gould zijn axolotls “geslachtsrijpe kikkervisjes.”

Axolotls kwamen in laboratoria terecht toen een Franse expeditie er 34 naar het Natuurhistorisch Museum in Parijs verscheepte in 1863. Vijf mannetjes en een vrouwtje werden doorgegeven aan de Franse zoöloog Auguste Duméril, die ze met groot succes wist te kweken. Duméril verdeelde axolotls onder instellingen en particulieren in heel Europa. Verschillende laboratoria hebben ze de afgelopen eeuw gefokt, waardoor de axolotl de oudste zichzelf in stand houdende proefdierenpopulatie is geworden.

Fascinerende en enigszins groteske experimenten van de afgelopen 150 jaar hebben ons veel informatie opgeleverd over het vermogen van de axolotl om te regenereren en te genezen. Geamputeerde axolotl-ledematen regenereren bijvoorbeeld volledig, en zelfs na meerdere amputaties zijn ze even functioneel als de oorspronkelijke ledemaat. De cellen van de axolotl “weten” welke structuur opnieuw moet aangroeien: Als een arm ter hoogte van de schouder wordt geamputeerd, groeit de hele arm opnieuw aan. Maar als de arm ter hoogte van de elleboog wordt geamputeerd, groeien alleen de onderarm en de hand weer aan; als de arm ter hoogte van de pols wordt geamputeerd, groeit alleen de hand weer aan.

Andere fundamentele experimenten gingen nog een stap verder. Wanneer regenererend weefsel wordt geënt van een geamputeerde linker ledemaat op een geamputeerde rechter ledemaat, en vice versa, kweekt de axolotl vreemd genoeg drie nieuwe ledematen in plaats van slechts één – twee van hen zijn zogenaamde “overtallige ledematen”. Misschien nog verbazingwekkender is dat axolotls getransplanteerde hoofden kunnen ontvangen zonder problemen van afstoting.

Dit lijken misschien de laboratoriumaantekeningen van een gekke wetenschapper, maar de (enigszins groteske) experimenten die deze regeneratieve vermogens aan het licht brachten, vormden een essentiële basis om te begrijpen hoe regeneratie bij axolotls werkt – en waarom het bij zoogdieren niet werkt. Bij zoogdieren (zoals wij mensen) vormen zich snel littekens die weefselregeneratie verhinderen. De axolotl daarentegen kan diepe weefselwonden herstellen zonder dat er littekens ontstaan. Dit is te danken aan de blastema, een groep cellen die de amputatiewond bedekt. Terwijl macrofagen, een type immuuncel dat dode cellen opslokt, bij zoogdieren verantwoordelijk zijn voor littekenvorming, ontdekten wetenschappers dat bij de axolotl deze macrofagen essentieel zijn voor de opmerkelijke wondgenezing en regeneratie. Dit blastema is ook de reden waarom de axolotl een gebroken (of afgesneden) hart kan laten hergroeien.

Onderzoekers hebben nauwkeurig ontcijferd hoe moleculen de regeneratie van axolotl-ledematen orkestreren, hoewel er nog veel open vragen zijn. Maar regeneratiebiologen beperken zich niet tot de axolotl; ze hebben zich gericht op het begrijpen waarom zoogdieren zo slecht zijn in regeneratie. Volwassen muizen en mensen kunnen vingertoppen regenereren, een eigenschap die ze met het ouder worden verliezen, wat hoop geeft dat onderzoekers uiteindelijk onze regeneratieve vermogens weer kunnen opwekken.

Maar het is onbekend hoe lang onderzoekers nog met de axolotl zullen kunnen werken: Zoals veel proefdieren zijn ze sterk ingeteeld, wat hun voortbestaan kan bedreigen. Om te meten hoe klein een genenpoel is, gebruiken wetenschappers een “inteeltcoëfficiënt”: eeneiige tweelingen hebben een inteeltcoëfficiënt van 100, volledig onverwante individuen een coëfficiënt van nul. Voor een gezonde groei zou een populatie in gevangenschap maximaal een coëfficiënt van 12,5 moeten hebben. De beruchte inteelt van de Spaanse Habsburgers had een coëfficiënt van 20; de coëfficiënt voor axolotls is 35.

Het hoge inteeltniveau van de axolotl is deels een gevolg van zijn geschiedenis. De axolotls die tegenwoordig in laboratoria worden gebruikt, gaan terug op de vijf exemplaren die in 1863 naar Parijs werden verscheept. Van daaruit werden axolotls verspreid over Europa en later naar de VS, waar de laboratorium-axolotls af en toe werden gekruist met wilde axolotls. Deze axolotls vormen de basis voor de meer dan 1.000 volwassen en jonge axolotls die worden gehouden in het Ambystoma Genetic Stock Center van de Universiteit van Kentucky, dat elk jaar tienduizenden axolotl-embryo’s verscheept naar onderzoekslaboratoria over de hele wereld. Samen met de slinkende aantallen in het wild zorgt de kleine genenpool voor een perfecte storm die deze dieren zou kunnen bedreigen.

Ziekte of een toevallige brand zou deze kwetsbare populatie kunnen uitroeien. Een vreemde ziekte heeft bijvoorbeeld axolotllarven gedood in sommige laboratoria en in het bemiddelingscentrum. Nieuwe genvarianten die de axolotl in staat stellen de ziekte te weerstaan, zouden een oplossing zijn. Maar waar moet de nieuwe genetische variatie vandaan komen, als het niet is van de bedreigde wilde populatie in het Xochimilco-meer? Het verlies van de laboratorium- en wilde populaties zou een aanzienlijke tegenslag betekenen voor het onderzoek naar regeneratie.

Dat zou een ongelukkige timing zijn, aangezien het axolotl-onderzoek onlangs twee doorbraken heeft gevierd: de toepassing van de genetische CRISPR/Cas9-schaar en de ontcijfering van het genoom. Met CRISPR/Cas9 kunnen onderzoekers de DNA-bouwstenen in verschillende dieren en planten nauwkeurig en gemakkelijk wijzigen. Pas onlangs toonden de regeneratiebiologe Elly Tanaka en haar team aan hoe zij deze schaar kunnen gebruiken om selectief genen te integreren in het axolotlgenoom. Anders dan bij andere proefdieren, zoals de muis, de zebravis of de fruitvlieg, waren onderzoekers lange tijd niet in staat axolotl-genen specifiek te wijzigen. Met de CRISPR/Cas9-schaar kunnen axolotl-biologen nu specifieke cellen in kleur markeren en ze tijdens de regeneratie bekijken.

Terwijl het menselijke genoom in 2003 werd ontcijferd, bleef het axolotl-genoom ongrijpbaar tot begin 2018. Het 32-gigabase-paar axolotl-genoom is ruwweg tien keer zo groot als het menselijke genoom – het grootste genoom dat tot nu toe is ontcijferd. Met de exacte genetische code van de axolotl in handen, kunnen onderzoekers volledig nieuwe vragen stellen. Waarom kan de axolotl regenereren en de muis niet? Hoe is het genoom van de muis veranderd om regeneratie onmogelijk te maken? De antwoorden op deze vragen zullen bepalend zijn voor de strategie om regeneratie bij muizen – en misschien ook bij mensen – te bewerkstelligen.

Maar in het Xochimilco-meer ziet het er niet naar uit dat de wilde axolotl-populatie als geheel snel of gemakkelijk zal herstellen. De ecoloog Luis Zambrano schrijft de snelle achteruitgang van de axolotl toe aan twee belangrijke bedreigingen: uitheemse vissen en vervuiling. Karper en tilapia werden in de jaren ’70 en ’80 in Xochimilco geïntroduceerd door programma’s van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de VN, als onderdeel van een poging om meer proteïnen in het plaatselijke dieet op te nemen.

Zambrano heeft in kaart gebracht waar nog axolotls leven en overweegt een plan waarbij lokale vissers deze gebieden herhaaldelijk van vis ontdoen, zodat axolotls de tijd krijgen om zich opnieuw te vestigen. Hoewel het introduceren van axolotls uit succesvolle laboratoriumpopulaties een aantrekkelijk idee kan lijken, waarschuwt Zambrano ervoor: “Het is effectiever om heiligdommen te creëren waarin de bestaande axolotls kunnen overleven en misschien wel gedijen,” zei hij.

Verontreiniging is lastiger aan te pakken. Telkens wanneer een storm de verouderde rioleringssystemen van Mexico-Stad vult, worden de kanalen van Xochimilco door overstromingen van afvalverwerkingssystemen overspoeld met ammoniak, zware metalen en andere giftige chemicaliën. Axolotls ademen, gedeeltelijk, via hun zeer doorlaatbare huid, waardoor ze bijzonder kwetsbaar zijn voor vervuiling. Hoewel Zambrano en anderen, zoals de plaatselijke zoöloog Virginia Graue, hebben geprobeerd het aantal axolotl’s te vergroten.

In het korte verhaal “Axolotl” van Julio Cortazar uit 1952 is de verteller gefascineerd door de axolotl: “De ogen van de axolotls spraken tot mij van de aanwezigheid van een ander leven, van een andere manier van kijken. Met mijn gezicht tegen het glas geplakt (de bewaker kuchte af en toe kribbig), probeerde ik die kleine gouden puntjes, die toegang tot de oneindig trage en afgelegen wereld van deze rozige schepsels, beter te zien”. Als de inspanningen voor het behoud niet worden opgevoerd, kan deze afgelegen wereld voor altijd verloren gaan.