Ze lijken zo simpel. Amoebes zien er op het eerste gezicht uit als weinig meer dan mini-barbapapa’s. Eencellige, zachte blobjes die vooral op zoek zijn naar bacteriën om op te peuzelen. 

Maar, weet emeritus hoogleraar celbiochemie Peter van Haastert al jaren, schijn bedriegt. Amoebes komen in talloze vormen en maten. Sommige zijn schimmels, anderen zwemmen in je bloed en er zijn er ook die parasiteren en je hersenen opeten.

Van Haastert raakte tijdens zijn studie gefascineerd door de ‘beestjes’. Toentertijd was er nog niet veel bekend over de amoebeschimmel Dictyostelium. Hij zag er wel een goede uitdaging in: ‘Het paste erg goed bij mij. Ik wilde de complexe processen waarin veel onbekend is – en zal blijven – toch proberen te begrijpen.’ 

Hij bestudeerde hoe de cellen communiceren en reageren op chemische signalen en heeft er heel wat opengebroken om te kijken wat daar binnenin gebeurt.

Schijnvoetjes

Maar het spannendste vond hij de de manier waarop een amoebe zich beweegt zonder ogen, oren, benen of armen. In plaats daarvan kunnen ze een deel van hun lijfjes veranderen in ‘schijnvoetjes’, of pseudopodia. Actinevezels – eiwitvezels, zoals wij die in onze spieren hebben – stulpen dan naar buiten zodat het beestje zichzelf kan voorttrekken. 

Om rechtdoor te lopen moet je je bewust zijn van wat je doet

Die schijnvoetjes leveren het bewijs voor een fascinerende stelling waarover Van Haastert onlangs publiceerde in het tijdschrift PlosOne. Want, ontdekte hij, ze verschijnen niet willekeurig, zoals veel onderzoekers dachten. ‘De amoebe heeft de neiging om rechtdoor te lopen’, zegt hij. En dat heeft verregaande consequenties. ‘Daarvoor moet je je bewust zijn van wat je doet, en je moet onthouden wat je eerder gedaan hebt.’

Zijn onderzoek begon tien jaar geleden, toen een reviewer een kritische vraag stelde over schijnvoetjes. ‘Ik had in een bijzin geschreven dat die voetjes aan de achterkant verschenen’, zegt Van Haastert. En hij vroeg: hoe weet je dat zo zeker?’

Geeltje en projector

De bioloog projecteerde vervolgens een filmpje op de muur van een bewegende amoebe, plakte een papiertje op de muur en tekende pijltjes op de plek waar de pootjes begonnen tot waar ze stoppen. En zo, terwijl hij het bewegingspatroon van wezentjes van dertigduizendste millimeter analyseerde, zag hij hoe zich een patroon aftekende.  

Zijn methode bleek doodsimpel, uniek en zo verhelderend dat hij er een decennium later nog succes mee heeft. Inmiddels hebben slimme computerprogramma’s en wiskundige formules de plaats ingenomen van een geeltje en een projector, maar de basis is hetzelfde gebleven. 

‘Aanvankelijk heb ik het zelf niet als erg bijzonder ervaren’, zegt hij. ‘Maar toen we diepe analyses van hoeken en de correlaties in de tijd gingen doen, begrepen we dat we hier in feite kunnen zien hoe cellen een bepaald pad afleggen.’ En dat is een fundamenteel belangrijk gegeven voor heel veel levensvormen. 

Geheugen

Dagenlang zat Van Haastert ervoor achter zijn computer met een Excelsheet op het ene scherm en op het andere tientallen uren aan microscoopfilmpjes van zo’n honderd amoebevarianten, mutanten met veranderingen in specifieke eiwitten. En langzaam maar zeker verzamelde hij het bewijs voor een boude stelling: een amoebe heeft een geheugen, en daarmee een stukje bewustzijn.

Het geheim zit ’m in het voetenwerk. ‘De amoebe schaatst als het ware naar voren’, legt Van Haastert uit. ‘Hij alterneert tussen linker- en rechtervoetjes.’ Als je benen hebt, is zo’n beweging vanzelfsprekend, maar als je je voeten tevoorschijn moet toveren, is het belangrijk om te ‘onthouden’ waar je ze de vorige keer gezet hebt.

De amoebe schaatst als het ware naar voren

Dat vergt een gesmeerd moleculair uurwerk. Voor de amoebe is dat een ‘wiebelend eiwit’, zegt Van Haastert, dat als een springveertje op en neer klappert. ‘Overal in de cel is het eiwit gefosforyleerd. Dat betekent dat je een negatieve fosfaatgroep moet hebben die het positieve eiwit laat dichtklappen als een magneet. Om ergens een pootje te vormen, moet het fosfaat eraf zodat het eiwit open klapt.’ Voor de amoebe is dat het signaal dat aangeeft: hier mag je een pootje vormen. 

Als het schijnvoetje stopt duurt het even voordat het fosfaat er weer op gaat. In de tussentijd kan op die plek weer heel makkelijk een nieuw pootje beginnen. ‘Het duurt zo’n vijftien tot twintig seconden’, zegt Van Haastert. ‘Dat is het kortetermijngeheugen.’

Voor- en achterkant

Maar een amoebe blijkt ook een langetermijngeheugen te hebben. ‘Voor jou en mij is het simpel, want wij hebben een boven- en onderkant, voor- en achterkant. Dat maakt het logische welke kant we op bewegen.’ Maar de amoebe moet zelf bepalen wat zijn voor- en achterkant is, en dat nog onthouden ook.

Daarvoor heeft het slimme beestje nog een mechanisme: een moleculaire gradient, een overloop van hoge naar lage concentraties. Aan de kant waar pootjes kunnen vormen zit veel actine. Aan de andere kant zit myosine en kan het beestje geen pootjes vormen. 

Het is pas bewustzijn als een reactie geen automatisme is

Maar soms moet de amoebe van richting veranderen. ‘Als hij een bacterie ruikt, of als hij wordt teruggeroepen naar zijn kolonie’, legt Van Haastert uit. 

In die gevallen moet het beestje zijn langetermijngeheugen overschrijven; een proces dat ongeveer twee minuten in beslag neemt. ‘De geur van de bacterie beïnvloedt het kortetermijngeheugen. Langzaam maar zeker verschuift het signaal. Dat kan pootje-over of als een slechte schaatser voetje voor voetje’, grapt Van Haastert. 

Na twee minuten is de moleculaire gradient in de cel verschoven en kan de amoebe een andere kant op ‘schaatsen’.  

Brein op pootjes

Een echt bewustzijn is het nog niet, maar het begin is er. Ja, de amoebe neemt waar en reageert op zijn omgeving. ‘Maar het is pas bewustzijn als dit geen automatisme is’, zegt Van Haastert. Dus zelfbewustzijn, ‘dat de cel een vrije wil heeft’, lijkt hem uitgesloten. Voorlopig blijft een amoebe voor Van Haastert daarom een heel klein brein op pootjes. 

Dat maakt hem niet minder tevreden met zijn vondst. en niet alleen omdat hij erin slaagde om te bewijzen dat een amoebe iets kan onthouden. Minstens zo belangrijk is zijn methode, die op veel meer cellen toepasbaar is, zoals bijvoorbeeld witte bloedcellen en stamcellen. 

‘Ik heb het onderzoek ook bewust zo breed getrokken, omdat ik wil dat anderen ook tot nieuwe inzichten kunnen komen’, zegt Van Haastert. ‘Denk aan kankeronderzoek. Je kunt onderzoek doen op een amoeboïde kankercel die zich door een lichaam beweegt en daarmee misschien wel meer te weten te komen over uitzaaiende tumoren en hoe ze te bestrijden.’ Maar, stelt hij vast: ‘Dat is allemaal aan toekomstige onderzoekers.’

Engels