Zintuigbiologie in optima forma.

Licht is gewoon elektromagnetische straling. Geluid bestaat uit golven van druk. Geuren zijn slechts kleine moleculen. De zintuigen transformeren de stromende chaos van de wereld in waarnemingen en ervaringen. Ze maken het mogelijk dat de biologie de fysica temt. Ze zetten prikkels om in informatie. Ze verbinden dieren met elkaar en met hun omgeving. Aan de basis van dit boek staat het inzicht van Uexkuell dat elk dier in zijn eigen Umwelt leeft, in belangrijke mate bepaald door wat zijn zintuigen hem vertellen. En vanaf de eerste pagina realiseer je je hoe bizar het toch is dat de mens zich superieur aan het dier waant. En zichzelf met Genesis buiten de natuur plaatste.

Het eerste hoofdstuk gaat over chemische stoffen, over ruiken. Yong schetst hoe en waarom honden zo’n fenomenaal reukvermogen hebben. Als iets een geur heeft kan een hond getraind worden om dat op te sporen. En bedenk dat geuren er eerder kunnen zijn dan hun bron. Maar, merkwaardig genoeg, honden kunnen geen levende slangen detecteren. Niemand weet hoe dat komt. Ook ratten, varkens en olifanten zijn goede ruikers.
Ook bacteriën beschikken over een chemisch zintuig. Gezichtsvermogen en gehoor laten zich eenvoudig meten maar geur definiëren en meten is heel wat problematischer. Hoe het ook zij, chemische stoffen vormen wel de oudste en meest universele bron van zintuiglijke informatie.
Zeer opmerkelijk is ook het reukvermogen van vogels, vooral van de buissnaveligen zoals zeevogels. Voor minstens de helft van hun voedsel zijn deze vogels aangewezen op hun reukvermogen dat ze ook aanspreken bij het navigeren over de eindeloze oceaan.
En wist u dat de slang ruikt met haar gevorkte tong en dat die tong gesplitst is omdat alle dieren in stereo ruiken? Ze hebben allemaal twee neusgaten. Het stereo-ruiken stelt een dier in staat snel tot een plaatsbepaling van de geurstof te komen.

Het volgende hoofdstuk gaat over zien. Dieren zien door gebruik te maken van lichtgevoelige proteïnen die eigenlijk gemodificeerde chemische sensoren zijn. Springspinnen blijken wel heel bijzondere dieren te zijn die, naarmate ze ouder worden, steeds helderder gaan zien.
Nu weten we eigenlijk nog steeds niet wat licht echt is. Het bestaat als elektromagnetische golf en als fotonen, deeltjes. Een dier ziet door middel van opsine, dat altijd een partnermolecuul omarmt, een chromofoor dat de energie van een enkel foton kan absorberen. Op datzelfde moment neemt zo’n chromofoor een andere vorm aan en dwingt zijn opsinepartner hetzelfde te doen. En daardoor ontstaat een chemische kettingreactie die eindigt met een elektrisch signaal dat door een neuron gaat. En zo nemen we licht waar.
De ontwikkeling van het zicht speelde een belangrijke rol in de evolutie. Het dierenrijk kon 541 miljoen jaar geleden enorm diversifiëren, roofdieren konden hun prooi van veel verder zien, er kwamen achtervolgingen en zo voort. Darwin zat op het verkeerde spoor toen hij veronderstelde dat complexe ogen perfect zouden zijn en eenvoudige ogen onvolmaakt. Als een dier in zijn Umwelt kan volstaan met eenvoudige ogen is er geen enkele aandrang om complexere ogen te ontwikkelen.
De gezichtsscherpte van de meeste dieren, roofvogels uitgezonderd, is aanzienlijk minder dan die van de mens. En wist u dat Jakobsschelpen ogen hebben, soms tientallen, soms wel tweehonderd! En het zijn ook nog eens complexe ogen, die overigens geen bewegende beelden kunnen waarnemen. Waarom dat alles zo is, weten we niet maar het is buitengewoon fascinerend.

We gaan verder met een hoofdstuk over kleur. Kleur is fundamenteel subjectief en bestaat alleen in het hoofd van de toeschouwer. Een deel van de mensheid en een aantal diersoorten zijn monochromaten. Koppotigen zoals octopussen zijn monochromaat, ze kunnen de kleur van hun huid razendsnel veranderen maar kunnen dat zelf niet zien. Eigenlijk is kleur niet nodig, het biedt vooral houvast in waarnemingen. De meeste dieren zijn dichromaat. Kleurenblinde mensen zijn dat ook omdat zij een van de drie gebruikelijke kegeltjes missen.
Waarom zijn wij mensen dan trichromaat? Dat is vrijwel zeker het gevolg van een duplicatiefout bij een specifieke lijn van primaten ergens tussen 29 en 43 miljoen jaar geleden. En dat vermogen om significant meer kleuren te onderscheiden was evolutionair gezien erg handig omdat primaten daarmee rood, oranje en geel fruit wel heel gemakkelijk konden herkennen tegen een achtergrond van groen gebladerte!
Vogels zijn tetrachromaat en kunnen honderden miljoenen kleuren onderscheiden. Ook reptielen, insecten en zoetwatervissen hebben vier kegels. En zoek op YouTube maar eens op de Odontodactylus scyllarus, verbluffend is nog uiterst zwak uitgedrukt! Het gezichtsvermogen van een bidsprinkhaankreeft is onvoorstelbaar complex en er is niemand die weet waarom deze dieren dat vermogen ontwikkeld hebben, wat ze er mee doen, waar ze het voor nodig hebben.

We vervolgen deze fascinerende ontdekkingstocht met het onderwerp ‘pijn’. Pijn ervaren we door middel van zogeheten nociceptoren. En net als kleur is ook pijn subjectief. We reageren op schade aan ons lichaam en dat noemen we nociceptie. Het lijden dat daaruit voortvloeit noemen we pijn. En in beide gevallen worden neuronen afgevuurd in reactie. Het evolutionaire voordeel van nociceptie is helder, het is een alarmsysteem. Maar wat is de adaptieve waarde van pijn? Nog steeds zijn er hele volksstammen die menen dat vissen, insecten en schaaldieren geen pijn ervaren. Ook de wetenschappers zijn hier nog niet over uitgedacht. Kan pijn bestaan zonder bewustzijn?

In het hoofdstuk over hitte lezen we over de fascinerende Melanofila-kever die op enorme afstanden warmte kan detecteren omdat ze speciale neuronen hebben die op gelijke voet staan met de modernste kwantumdetectoren! En in een hoofdstuk over contact en stroming, we hebben het dan over de tastzin, komen we in aanraking met de lichaampjes van Merkel, de lichaampjes van Ruffini, de lichaampjes van Meisner, de organen van Eimer en de lichaampjes van Pacini. Allemaal receptoren die verschillende signalen waarnemen die we met onze tastzin opmerken. En we maken kennis met de stermol die een hapje binnen 129 milliseconden kan detecteren ‘en verorberen!
En wat te denken van kanoeten en verschillende vissen die hun tastzin op afstand kunnen inzetten! En een krokodil kan een vallende druppel in een waterbassin onmiddellijk detecteren door middel van de bulten rond zijn bek.
De gevoelige haren van spinnen en krekels kunnen worden afgebogen door een fractie van de energie van een enkel foton! Ook het hoofdstuk over oppervlaktetrillingen biedt weer talloze fascinerende voorbeelden hoe dieren door middel van uitgezonden trillingen met elkaar communiceren of prooi kunnen detecteren. Denk maar aan de wielwebwever zoals de Nephila-spin.

We zijn aangeland bij het gehoor en geluid. Horen is nuttig maar niet universeel. De eerste insecten waren doof maar hebben bij 19 gelegenheden tijdens de evolutie oren ontwikkeld op allerlei plaatsen op hun lijf.
En zo lezen we verder over de Tungarakikker en vogels die complexiteiten kunnen horen die door ons mensen niet opgemerkt kunnen worden. Maar we hebben geen idee welke informatie opgesloten zit in de fijne structuur van vogelgezang.
En wat te denken van de spookachtige liederen van bultrugwalvissen! En het infrageluid van gewone vinvissen blijkt wel 21.000 kilometer te kunnen reizen. De zingende muizen kwamen we eerder al tegen bij Angela Stöger (Over zingende muizen en piepende olifanten Uitgeverij Noordboek). En nog zo’n merkwaardig fenomeen: de blauwkeeljuweelkolibrie kan zingen tot wel 30 kHz terwijl de vogel zelf maximaal 7kHz kan horen! De grote wasmot kan frequenties tot wel 300 kHz horen, de hoogste limiet van alle dieren.

Dan komen we bij de echo als informatiebron. Slechts twee diergroepen hebben dit geperfectioneerd, tandwalvissen en vleermuizen. De grote bruine vleermuis produceert geluid tot wel 138 dB en de fluistervleermuis toch altijd nog 110 dB. Maar goed dat het ultrasoon is.
Een vleermuis moet dus maatregelen nemen om niet doof te worden van het eigen geschreeuw. Van belang zijn afstand, volume, snelheid, interpretatie van informatie en corrigeren voor snelheid van jager en prooi zijn de grote uitdagingen voor een dier dat echolocatie toepast.
De potvis produceert geluid dat een enorme omweg door de kop van het dier maakt voordat het wordt uitgescheiden met… 236 bB, feitelijk een explosie! Waar vleermuizen slechts een beperkte afstand kunnen overbruggen, kunnen dolfijnen objecten detecteren op een afstand van 750 m! Tandwalvissen kunnen niet alleen een object aan de buitenkant waarnemen maar ook hun inhoud. Ze zien waar vishaken in hun prooi zit. Ze zouden een foetus in een zwangere vrouw waarnemen.

Maar er zijn meer methoden om met de omgeving te “communiceren“. Ongeveer 350 vissoorten kunnen hun eigen elektriciteit produceren. En de sidderaal is de kampioen, die kan tot wel 860 volt afgeven!
Zwak-elektrische vissen gebruiken hun elektriciteit niet voor jagen maar om te communiceren met elkaar en hun omgeving. Men noemt dit ‘actieve elektrolocatie’. Het is een ogenblikkelijk zintuig (bij echolocatie moet het dier wachten op een terugkerende echo) en omnidirectioneel. Maar het werkt alleen op korte afstand. Er zijn hamerhaaien die een elektrisch veld van één nanovolt kunnen detecteren!
Omdat onze atmosfeer als gevolg van bliksem een potentiaalgradiënt heeft, draagt de lucht een spanning van ongeveer 100 volt voor elke meter boven de grond. Bijen bouwen tijdens het vliegen een positieve lading op en daardoor springt het stuifmeel al over op een bij voordat hij op de negatief geladen bloem geland is. Elektrische zintuigen hebben geleiding nodig maar ze komen dus echt niet alleen in het water voor.

Er zijn ook dieren die gebruik kunnen maken van magnetische velden. Magnetoreceptie is evenwel het zintuig waar we het minst van afweten. Bepaalde motten, walvissen, sommige zeeschildpadden, zalmen en trekvogels maken gebruik van de extreem zwakke geomagnetische kracht. Deze kracht is zo zwak dat de willekeurig wiegende bewegingen van de moleculen van een dier tweehonderd miljard maal meer energie kunnen dragen.
Dit zintuig wordt niet voor communicatie maar vooral voor navigatie gebruikt. De meeste zintuigen communiceren met de buitenwereld door een opening in de huid van een dier maar dat geldt niet voor het magnetisch zintuig. De receptoren kunnen zich overal in het lichaam bevinden omdat magnetische velden niet door biomassa worden gehinderd. Tot nog toe hebben we dan ook geen idee hoe magnetoreceptoren eruit zien. Denkbaar is dat we dit raadsel alleen met behulp van de kwantumfysica kunnen oplossen. Momenteel vermoedt men dat de bij dit proces betrokken moleculen zich in de ogen van trekvogels bevinden. Of dat voor de andere dieren met magnetoreceptie ook het geval zou zijn, is vooralsnog een groot vraagteken.

We moeten ons vooral realiseren dat geen enkele soort slechts één zintuig gebruikt met uitsluiting van alle andere. Integendeel, alle soorten gebruiken al hun zintuigen tegelijkertijd. Dit boek van Ed Yong is een ongekend rijke studie waarbij je op iedere pagina verbaasd staat over de verworvenheden van de moderne wetenschap en je realiseert je ook voortdurend hoe belangrijk het is dat wetenschappers zelf zo enorm gegrepen worden door hun onderzoeksobject dat ze steeds verder inzoomen op details van details en werkelijk alles willen weten. En dat geldt zeker ook voor de schrijver zelf die wetenschappelijk werd opgeleid en daarnaast een vlotte pen heeft. Bij uitstek geschikt om extreem gedetailleerd onderzoek uit te leggen aan de geïnteresseerde leek.
Wij mensen zijn zozeer geneigd alles te meten naar onszelf maar daardoor zijn we blind en doof voor de wereld om ons heen. We hebben werkelijk geen idee hoe andere dieren hun zintuigen hanteren, gebruiken en inzetten. Ed Yong schreef over deze zintuigbiologie een fascinerend boek!

Enno Nuy
Maart 2023