Deze vis heeft benen - en hij gebruikt ze niet alleen om te lopen

Het is een vogel! Het is een krab! Nee, het is een vis die met zijn poten kan proeven.

Sommige zeedonderpadden, een groep vissen met twee vleugelachtige vinnen en zes krabachtige poten, gebruiken hun poten om in het zand te graven en begraven prooi te vinden met een zintuig dat veel lijkt op smaak, melden onderzoekers in twee papers die op 26 september zijn gepubliceerd in Current Biology. De meeste zeedonderpadden lijken hun poten alleen te gebruiken om te lopen. Maar een oud gen dat belangrijk is voor de vorming van ledematen bij mensen en andere dieren, en een gen dat betrokken is bij het bouwen van smaakpapillen, hielp enkele soorten ontwikkelen poten die proeven.

"Nieuwe dingen kwamen voort uit oude onderdelen", zegt David Kingsley, een ontwikkelingsbioloog aan de Stanford University. Een lopende vis met smaakorganen op zijn ledematen kan er "echt nieuw en cool en anders" uitzien, maar als je er dieper op ingaat... zijn de nieuwe dingen ontstaan door een gereedschapsset van bestaande genen te gebruiken en ze op nieuwe manieren te implementeren. "

Noordelijke zeedonderpadden (Prionotus carolinus) zijn bedreven in het vinden van begraven krabben of garnalen om een maaltijd te vangen. Zo bedreven zelfs, dat andere vissen lijken mee te gaan om te profiteren van eventuele buit. Eerdere studies suggereerden dat de poten van noordelijke zeedonderpadden chemische signalen konden oppikken, maar het was onduidelijk of de ledematen iets konden waarnemen terwijl ze in de zeebodem groeven.

Vissen hebben smaakreceptoren in hun mond, en sommige vissen hebben zelfs smaakpapillen aan de buitenkant van hun lichaam, zegt Peihua Jiang, een neurobioloog aan het Monell Chemical Senses Center in Philadelphia die niet betrokken was bij het werk. Dus hoewel het hem niet verbaast dat noordelijke zeedonderpadden een externe smaakwaarneming hebben, is het "eigenlijk behoorlijk verbazingwekkend" dat hun poten sensorische organen zijn geworden, zegt hij. "Dat is volledig een nieuwe eigenschap [voor vissen], niet wat we meestal zien voor het waarnemen of verwerken van smaakinformatie."

Het is moeilijk om te definiëren wat smaak is voor veel waterdieren, mede omdat sommige chemicaliën gemakkelijk diffunderen in water, maar er zijn ook andere aquatische dieren die ledematen gebruiken om voedsel waar te nemen, zegt Nicholas Bellono, een fysioloog aan de Harvard University. Octopussen bijvoorbeeld gebruiken hun armen om vettige moleculen te detecteren die aan de schelpen van prooien kleven.

Voor beide studies gebruikten Kingsley, Bellono en collega's een gevarieerde mix aan experimenten om te onderzoeken hoe noordelijke zeedonderpadden voedsel uitgraven. Gedragstests toonden aan dat vissen die in aquaria zwemmen afkomen op extract van kant-en-klare mosselen terwijl ze door zand zeven met poten die eindigen in een schopachtige structuur. Close-up beelden onthulden kleine sensorische bulten genaamd papillen die de poten bedekken, vergelijkbaar met de smaakpapillen die tongen bedekken.

In eerste instantie wist het team niet zeker of de papillen chemicaliën op een manier zouden waarnemen zoals ruiken of proeven, of dat de vissen iets nieuws aan het doen waren, zegt Corey Allard, een bioloog aan de Harvard University. "We ontdekten dat het een combinatie is. [Een zeedonderpad poot] gebruikt veel van dezelfde receptoren als smaak, maar omgevormd en gerangschikt op een heel andere manier" dan de smaakpapillen in de mond.

Aanvullende genetische en fysiologische experimenten toonden aan dat de papillen tastgevoelige zenuwcellen en smaaksensoren hebben die deze zeedonderpadden helpen uit te vinden waar te graven. De onderzoekers detecteerden hoge niveaus van activiteit van een gen genaamd t1r3 - dat de instructies levert om een receptor te maken die wordt gevonden in zoogdiersmakende smaakpapillen - aan de punt van elke poot. Bovendien was een oud gen genaamd tbx3a dat de ontwikkeling van ledematen in veel dieren, waaronder mensen en kippen, stimuleert, niet alleen cruciaal voor de vorming van zeedonderpad poten, maar ook voor het vormen van de papillen en het aandrijven van het graafgedrag.

De meeste zeedonderpadden, inclusief een niet-gravende soort genaamd de gestreepte zeedonderpad (P. evolans), hebben gladde, staafvormige poten die waarschijnlijk niet kunnen proeven, ontdekte het team. Dat verschil suggereert dat noordelijke zeedonderpadden en een andere gravende verwant, de luipaard zeedonderpad (P. scitulus), tot enkele soorten behoren die profiteren van een "evolutionaire innovatie", zegt Amy Herbert, een ontwikkelingsbioloog aan de Stanford University.

Hoewel de poten technisch gezien geen poten zijn, merkt Herbert op. Hoewel de vissen de aanhangsels gebruiken om zich voort te bewegen - wat het team deed besluiten ze poten te noemen - is hun positie aan het lichaam van een zeedonderpad meer vergelijkbaar met het gebruik van armen om te lopen.

Of het nu armen of poten zijn, vraagt Jiang zich af of de papillen van de ledematen bittere stoffen kunnen waarnemen die geen voedsel signaleren maar in plaats daarvan aan zeedonderpadden vertellen wanneer ze iets hebben gevonden dat ze willen vermijden. Hij wil ook weten of de smaakpapillen in de mond van zeedonderpadden dezelfde smaken detecteren als hun poten. "Zodra ze daadwerkelijk voedsel vinden, wat is de volgende stap?"