Insecten en kou zijn geen goede combinatie. Toch ploetert de vleugelloze sneeuwmug door de sneeuw zonder te bevriezen. Hoe kan dat?

Temperaturen onder het vriespunt betekenen voor veel insecten hun doodvonnis, maar voor sneeuwmuggen niet. Deze vleugelloze insecten kruipen vrolijk door de sneeuw om partners te vinden en eitjes te leggen. Zelfs bij -6 graden Celsius zijn sneeuwmuggen nog actief. Hoe kan het dat ze niet doodvriezen, zoals bij bijna alle andere insecten wel gebeurt? Biologen van Northwestern University hebben daar nu het antwoord op gevonden en beschrijven hun bevindingen in het vakblad Current Biology.

Lees ook:

• Overlevingsmechanisme van Antarctica’s enige insect onthuld
• Deze keverlarven ruiken naar bloemetjes – en dat is minder onschuldig dan het lijkt

Voorkeur voor kou

“Insecten zijn koudbloedig, dus zijn ze overgeleverd aan de buitentemperatuur”, zegt onderzoeksleider Marco Gallio in een persbericht. “Maar ze beschikken over een verbazingwekkend vermogen om zich aan extreme omstandigheden aan te passen. Als het koud wordt, is een veelgebruikte strategie om een schuilplaats te zoeken en in een rusttoestand te gaan totdat de omstandigheden verbeteren. Maar in plaats van het rustiger aan te doen, geven sneeuwmuggen juist de voorkeur aan ijskoude, besneeuwde omstandigheden en verstoppen ze zich wanneer de sneeuw smelt en het warmer wordt. We hebben nu ontdekt dat sneeuwmuggen de kou niet alleen verdragen, maar ook meerdere manieren hebben om zich ertegen te wapenen.”

De onderzoekers vergeleken het DNA van sneeuwmuggen met dat van verwante soorten die niet zijn aangepast aan de kou. Sneeuwmuggen bleken een heleboel genen te bevatten die andere insecten niet hebben. Ook in databases konden de biologen geen soortgelijke genen terugvinden. Dat komt volgens hen tegenwoordig bijna niet meer voor.

Warmte produceren

Uiteindelijk ontdekten ze dat de onbekende genen de bouwinstructies bevatten voor antivries-eiwitten. Net als de antivries-eiwitten van poolvissen, hechten deze eiwitten aan ijskristallen om te voorkomen dat deze verder groeien. Dit beschermt de cellen tegen schade door bevriezing.

“We hebben ook genen ontdekt die bij grotere dieren in verband worden gebracht met mitochondriale thermogenese in bruin vetweefsel”, zegt Gallio. Hij legt uit: “Veel dieren, zoals marmotten en ijsberen, hebben bruin vet. Wanneer ze in winterslaap gaan, verbranden ze dit opgeslagen vet om warmte te genereren.” Sneeuwmuggen kunnen dankzij deze genen waarschijnlijk ook warmte produceren – iets wat voor zover bekend uniek is onder insecten.

Insect of zoogdier?

De analyses van de genen waren allemaal nog theoretisch. De onderzoekers besloten daarom om de functie van de genen ook in de praktijk te bestuderen. Ze gaven de genen voor de antivries-eiwitten aan fruitvliegjes, insecten die normaliter niet tegen de kou kunnen. Vervolgens plaatsten ze hen in een vriezer. De vliegjes overleefden aanzienlijk langer dan soortgenoten zonder deze genen.

In een ander experiment keken ze of sneeuwmuggen inderdaad hun eigen warmte kunnen produceren. Daarvoor maten ze de inwendige temperatuur van de insecten terwijl ze de temperatuur in de ruimte lieten dalen tot onder het vriespunt. De sneeuwmuggen bleven een paar graden warmer dan fruitvliegen. Ze lijken in korte opwellingen warmte te kunnen produceren. Als het te koud wordt, is dat beetje warmte voldoende om beschutting te zoeken.

“Andere insecten, zoals bijen en motten, rillen om hun lichaamstemperatuur te verhogen”, zegt mede-onderzoeker Marcus Stensmyr. “Maar wij hebben geen aanwijzingen gevonden dat sneeuwmuggen rillen. Ze produceren waarschijnlijk warmte op cellulair niveau, wat meer lijkt op de manier waarop zoogdieren warmte genereren.”

Pijnvrij

De sneeuwmuggen hebben nóg een verdedigingsmechanisme tegen de kou. Je hebt vast weleens iets vastgepakt dat zo koud was, dat het na een tijdje pijn deed aan je handen. Bij extreme kou ontstaan reactieve moleculen die dat pijnlijke gevoel veroorzaken. Dat is een waarschuwingssignaal om het koude object los te laten, omdat er anders schade kan ontstaan.

Sneeuwmug lijken deze reactie flink te hebben afgezwakt. De onderzoekers ontdekten dat een belangrijke pijnreceptor die wordt geactiveerd door de reactieve moleculen bij sneeuwmuggen 35 keer minder gevoelig is dan bij andere insecten. Daardoor kunnen ze extremere kou verdragen zonder pijn te ervaren.

Het team is nu van plan om dieper in te gaan op hoe sneeuwmuggen op cellulair niveau warmte genereren en om het volledige scala aan antivries-eiwitten te onderzoeken. Dat onderzoek zou uiteindelijk kunnen onthullen of andere koubestendige insectensoorten – zoals de Antarctische knut, het enige insect op Antarctica – vergelijkbare strategieën gebruiken om extreme kou te overleven.

Bronnen: Current Biology, Northwestern University via EurekAlert!