In 2009 ontving bioloog Dan Lahr een intrigerende e-mail van een andere onderzoeker. Het bevatte een foto van een vreemd organisme. De onderzoeker had de microbe ontdekt in een uiterwaard in Centraal-Brazilië. Zijn geelbruine omhulsel had een kenmerkende, driehoekige vorm.
De vorm deed Lahr denken aan de hoed van de tovenaar in The Lord of the Rings-films. “Dat is de hoed van Gandalf,” herinnert hij zich te denken.
Lahr is bioloog aan de Universiteit van São Paulo in Brazilië. Hij realiseerde zich dat de eencellige levensvorm een nieuwe soort amoebe (Uh-MEE-buh) was. Sommige amoeben hebben een schelp, zoals deze. Ze kunnen die omhulsels maken van moleculen die ze zelf maken, zoals eiwitten. Anderen gebruiken stukjes materiaal uit hun omgeving, zoals mineralen en planten. Weer andere amoeben zijn “naakt” en hebben geen schild. Om meer te weten te komen over de nieuw ontdekte amoebe, heeft Lahr meer specimens nodig.
Twee jaar later stuurde een andere Braziliaanse wetenschapper hem foto’s van dezelfde soort uit een rivier. Maar het hoogtepunt kwam in 2015. Toen mailde een derde wetenschapper hem. Deze onderzoekster, Jordana Féres, had een paar honderd van de driehoekige amoeben verzameld. Het was genoeg voor haar en Lahr om een gedetailleerde studie van de soort te beginnen.
Ze onderzochten de microben onder een microscoop. Ze ontdekten dat de amoebe zijn hoedvormige omhulsel bouwde van eiwitten en suikers die hij zelf maakte. De grote vraag is waarom de microbe dat schild nodig heeft. Misschien biedt het bescherming tegen de schadelijke ultraviolette stralen van de zon. Lahr noemde de soort Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr vermoedt dat er nog veel meer amoebe-soorten op ontdekking wachten. “Mensen kijken gewoon niet ,” zegt hij.
Wetenschappers weten nog steeds weinig over amoeben. De meeste biologen bestuderen organismen die ofwel eenvoudiger ofwel complexer zijn. Microbiologen, bijvoorbeeld, richten zich vaak op bacteriën en virussen. Deze microben hebben eenvoudiger structuren en kunnen ziekten veroorzaken. Zoölogen bestuderen liever grotere, meer bekende dieren, zoals zoogdieren en reptielen.
Amoeben zijn grotendeels “genegeerd,” merkt Richard Payne op. Hij is milieuwetenschapper aan de Universiteit van York in Engeland. “Ze zijn lange tijd een beetje in het midden blijven hangen.”
Maar wanneer wetenschappers wel naar deze vreemde kleine organismen kijken, komen ze voor grote verrassingen te staan. Het voedsel van amoeben varieert van algen tot hersenen. Sommige amoeben dragen bacteriën bij zich die hen beschermen tegen kwaad. Anderen “kweken” de bacteriën die ze graag eten. En weer anderen kunnen een rol spelen in het veranderende klimaat op aarde.
Hoewel je ze niet kunt zien, zijn amoebes overal. Ze leven in de bodem, vijvers, meren, bossen en rivieren. Als je in het bos een handvol aarde opschept, zitten daar waarschijnlijk honderdduizenden amoeben in.
Maar die amoeben zijn misschien niet allemaal nauw aan elkaar verwant. Het woord “amoebe” beschrijft een grote verscheidenheid van eencellige organismen die er op een bepaalde manier uitzien en zich op een bepaalde manier gedragen. Sommige organismen zijn maar een deel van hun leven amoeben. Ze kunnen heen en weer schakelen tussen een amoebevorm en een andere vorm.
Zoals bacteriën hebben amoeben slechts één cel. Maar daar houdt de gelijkenis op. Ten eerste zijn amoeben eukaryotisch (Yoo-kair-ee-AH-tik). Dat betekent dat hun DNA verpakt is in een structuur die een kern wordt genoemd (NEW-klee-uhs). Bacteriën hebben geen kern. In sommige opzichten lijken amoeben meer op menselijke cellen dan op bacteriën.
Ook in tegenstelling tot bacteriën, die hun vorm behouden, lijken schelpvrije amoeben op klodders. Hun structuur verandert veel, zegt Lahr. Hij noemt ze “vormveranderaars.”
Hun klodderigheid kan van pas komen. Amoeben bewegen door gebruik te maken van uitpuilende delen genaamd pseudopodia (Soo-doh-POH-dee-uh). De term betekent “valse voeten.” Dit zijn uitsteeksels van het celmembraan. Een amoebe kan zich met een pseudopode uitstrekken en een of ander oppervlak grijpen, en het gebruiken om vooruit te kruipen.
Pseudopodia helpen amoeben ook bij het eten. Een uitgerekte pseudopode kan de prooi van een amoebe opslokken. Zo kan deze microbe bacteriën, schimmelcellen, algen en zelfs kleine wormen inslikken.
Sommige amoeben eten menselijke cellen, waardoor ze ziek worden. In het algemeen veroorzaken amoeben niet zoveel menselijke ziekten als bacteriën en virussen. Toch kunnen sommige soorten dodelijk zijn. Bijvoorbeeld, een soort die bekend staat als Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) kan de menselijke darmen infecteren. Eenmaal daar, “eten ze je letterlijk op,” zegt Lahr. De ziekte die ze veroorzaken doodt tienduizenden mensen per jaar, meestal in gebieden die geen schoon water of rioleringssystemen hebben.
De meest bizarre ziekte veroorzaakt door een amoebe betreft de soort Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Zijn bijnaam is de “hersenetende amoebe”. Zeer zelden infecteert het mensen die zwemmen in meren of rivieren. Maar als het in de neus komt, kan het naar de hersenen reizen waar het zich tegoed doet aan hersencellen. Deze infectie is meestal dodelijk. Het goede nieuws: wetenschappers weten van slechts 34 inwoners van de VS die tussen 2008 en 2017 besmet raakten.
Een piepkleine blikopener
Een wetenschapper genaamd Sebastian Hess ontdekte onlangs de trucs die sommige amoeben gebruiken om te eten. Hij bestudeert eukaryote microben in Canada aan de Dalhousie Universiteit. Dat is in Halifax, Nova Scotia. Hess kijkt al sinds zijn jeugd graag naar kleine beestjes door een microscoop. Tien jaar geleden prikte Hess door het ijs van een bevroren vijver in Duitsland. Hij verzamelde een monster van het water en nam het mee naar zijn lab. Door de microscoop zag hij iets vreemds. Groene bolletjes wiebelden als kleine belletjes binnenin slierten groene algen. Hij had “geen idee” wat de bolletjes waren. Dus mengde Hess algen met de groene bolletjes met andere algen. De wiebelende bolletjes kwamen uit de algen en begonnen te zwemmen. Kort daarna vielen ze andere algenstrengen binnen.
Hess realiseerde zich dat de groene bolletjes microben waren die amoeboflagellaten (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz) worden genoemd. Dat betekent dat ze tussen twee vormen kunnen wisselen. In de ene vorm zwemmen of glijden ze met behulp van staartachtige structuren die flagellen worden genoemd (Fluh-JEH-luh). Wanneer de zwemmers voedsel vinden, veranderen ze in amoeben. Hun vorm wordt minder stijf. In plaats van te zwemmen, beginnen ze nu over een oppervlak te kruipen.
Door de microscoop zag Hess hoe een van deze amoeben een gat in een algencel sneed. De amoebe perste zich naar binnen. Toen at hij het binnenste van de alg op. Daarna splitste de amoebe zich en maakte kopieën van zichzelf. Dat waren de wiebelende groene bolletjes die Hess eerder had gezien. De nieuwe amoeben maakten meer gaten in de algencel. Sommige drongen de naburige cel in de algenstreng binnen. Anderen ontsnapten. Hess noemde de soort Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Hij vond een soortgelijke soort in een moeras. Ook een amoeboflagellate, kroop het niet in algen. In plaats daarvan sneed hij een C-vormige snee in een algencel. Hess vergelijkt deze amoebe met “een blikopener.” De amoebe tilde vervolgens het “deksel” op en gebruikte zijn pseudopod om in het gat te reiken. Hij slokte het materiaal op dat hij uit de cel trok. Hess noemde deze soort Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Meer recent ontdekte hij aanwijzingen over hoe deze twee amoeboflagellaten inbreken in algen. Beide lijken hulp te krijgen van een eiwit genaamd actine (AK-tin). Menselijke cellen gebruiken hetzelfde eiwit om te bewegen.
In amoeboflagellaten vormt actine een netwerk. Het helpt de cel een pseudopod te maken. Het netwerk kan de pseudopod ook helpen zich aan algen vast te klampen. Actine kan zich verbinden met andere eiwitten in het celmembraan van de microbe die zich aan de wanden van de algencellen kunnen hechten. Actine kan zelfs helpen bij het geleiden van andere eiwitten – enzymen – die in de celwanden van de algen kunnen snijden.
Resultaten van studies door Hess en zijn collega’s suggereren dat deze schijnbaar eenvoudige amoeben veel geavanceerder kunnen zijn dan zij aanvankelijk leken. Men zou ze zelfs als eencellige ingenieurs kunnen beschouwen. “In termen van hun gedrag,” zegt Hess, “zijn het gewoon supercomplexe organismen.”
Bacteriële maatjes
De relatie tussen amoeben en bacteriën is nog gecompliceerder.
Debra Brock is een biologe aan de Washington University in St. Louis, Mo. Zij bestudeert een amoebe die Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um) wordt genoemd. Velen noemen ze gewoon Dicty. Deze in de bodem levende organismen eten bacteriën.
Dicty leven gewoonlijk alleen. Maar wanneer voedsel schaars is, kunnen tienduizenden samensmelten en samenklonteren tot een koepel. Meestal verandert de koepel in een slakachtige vorm. Deze slak – in werkelijkheid duizenden individuele amoeben die samen bewegen – kruipt naar het bodemoppervlak.
Als hij daar eenmaal is, vormt de slak een paddenstoelvorm. Amoeben aan de top van de “paddenstoel” omgeven zichzelf met een harde laag. Deze omhulde vorm staat bekend als een spore. Insecten, wormen of grotere dieren die deze sporen aanraken, kunnen ze onbewust meevoeren naar nieuwe plaatsen. Later barsten de sporen open, waardoor de amoeben in het omhulsel op zoek kunnen gaan naar voedsel op deze nieuwe plaats.
Sommige Dicty nemen bacteriën mee als voedsel. Zij dragen de bacteriën in zich zonder ze te verteren. Het is “als een lunchtrommel,” legt Brock uit. Om dit te doen, krijgen de amoeben hulp van een andere groep bacteriën die ze niet kunnen eten. Deze helper-microben leven ook in de amoeben. De helpers voorkomen dat de voedselbacteriën worden verteerd, zodat de amoeben ze kunnen bewaren voor later.
Wetenschappers noemen de bacteriedragende amoeben “kwekers”. Onderzoekers vermoeden dat wanneer de amoeben een nieuw huis bereiken, zij de voedselbacteriën in de bodem uitspugen. Die bacteriën delen zich dan om meer bacteriën te maken. Het is alsof de amoeben zaden dragen en die planten om meer voedsel te kweken.
Onlangs ontdekten onderzoekers dat de amoebe-slak zichzelf tijdens zijn reis beschermt met speciale cellen. Deze cellen zijn ook Dicty amoeben. Bekend als schildwachtcellen, ruimen zij bacteriën en giftige stoffen op die de andere amoeben kunnen schaden. Als dat gedaan is, laat de slak zijn schildwachters achter. Brock vroeg zich af wat die ontdekking betekende voor de Dicty boeren. De boeren zouden niet willen dat schildwachtcellen hun bacteriële voedsel doden. Hadden boeren dan minder schildwachtcellen dan niet-boeren?
Om dat uit te vinden, liet Brock’s team amoebe-slakken vormen in het lab. Sommige slakken waren allemaal boeren. Andere waren allemaal niet-boeren. Onderzoekers verfden de schildcellen, en lieten de slakken vervolgens over een labschaal bewegen. Na afloop telden de onderzoekers hoeveel schildwachtcellen er waren achtergebleven. Zoals verwacht hadden boerenslakken minder schildcellen.
De wetenschappers vroegen zich af of boeren hierdoor een groter risico liepen om giftige chemicaliën binnen te krijgen. Om dat te testen, stelde Brock boeren en niet-boeren bloot aan een giftige chemische stof. De boeren konden zich nog steeds voortplanten. In feite deden zij het beter dan de niet-boeren. Brock denkt nu dat sommige van de bacteriën die de boeren bij zich droegen, hielpen om de giftige chemicaliën te bestrijden. Deze bacteriën zouden de chemicaliën kunnen afbreken. Boeren hebben dus twee wapens tegen toxische bedreigingen: schildwachtcellen en bacteriële maatjes.
Een verband met klimaatverandering?
Hess en Brock bestuderen naakte amoeben. Payne is geïntrigeerd door amoeben met een schelp. Deze microben, die testate (TESS-tayt) amoeben worden genoemd, kunnen allerlei soorten omhulsels maken. Deze bedekkingen kunnen lijken op schijven, kommen, zelfs vazen. Sommige zijn “fantastisch mooi”, zegt Payne.
Veel testate amoeben leven in habitats die veenmoerassen worden genoemd. Deze plaatsen zijn meestal drassig en zuur. Maar tijdens de zomers kan het veen uitdrogen. Payne denkt dat schelpen de amoeben in een veenmoeras kunnen beschermen tijdens deze droogtes.
Niet alleen curiosa, maar deze in veen levende amoeben kunnen een belangrijke rol spelen in het milieu, zegt Payne. Gedeeltelijk vergane planten hopen zich op in veenmoerassen. Bacteriën eten die planten op, waarbij kooldioxidegas vrijkomt. In de atmosfeer kan dat broeikasgas de opwarming van de aarde bevorderen. Moerasamoeben eten deze bacteriën. Op die manier kunnen de amoeben in een veenmoeras invloed uitoefenen op de rol die veengebieden spelen bij de opwarming van de aarde.
Payne en zijn collega’s bestudeerden een veenmoeras in China waar een natuurbrand had gewoed. Als het klimaat opwarmt, kunnen er vaker bosbranden ontstaan. Daarom wilden de wetenschappers weten welke invloed het vuur had op de testate amoeben in het veen.
Payne’s Chinese collega’s namen monsters van verbrande en niet-verbrande delen van het veen. Daarna analyseerde het team verschillen tussen twee soorten testate amoeben. De ene maakt zijn schaal van puin, zoals zandkorrels en stukjes plant. Het andere type bouwt een glasachtig omhulsel met behulp van een mineraal dat silica heet.
In ongebrande stukken vonden de wetenschappers ongeveer evenveel amoebes van beide typen. Maar verbrande plekken bevatten veel meer amoeben met schelpen gemaakt van zand en puin. De bevindingen suggereren dat het vuur meer amoeben met silicaschelpen heeft vernietigd.
Payne weet nog niet wat dat betekent voor de klimaatverandering. Het is niet duidelijk of de verschuiving van amoeben ervoor zal zorgen dat veengebieden meer of minder koolstof zullen afgeven. Het proces is “enorm gecompliceerd”, zegt hij.
Vele andere details over amoeben blijven onbekend. Hoeveel soorten bestaan er? Waarom hebben sommige een schelp? Hoe beïnvloeden amoeben de aantallen van andere microben in sommige delen van het milieu? Hoe beïnvloeden ze het ecosysteem om hen heen, zoals planten?
Wetenschappers hebben genoeg vragen over amoeben om zich lang mee bezig te houden. Dat is deels de reden waarom onderzoekers zoals Payne deze organismen zo intrigerend vinden. Bovendien, zegt hij, “zijn ze gewoon erg cool.”
