Schildpadden zijn opnieuw het middelpunt van een fascinerende ontdekking geworden. Dit keer draait alles om hun schubben — en de manier waarop die zich vormen zet ons hele begrip van de evolutiebiologie op het spel. Wat men lang als vanzelfsprekend zag, krijgt dankzij een toonaangevend onderzoek van de Universiteit van Genève een compleet nieuw perspectief.
kort gezegd: bij de vorming van de schubben op hun kop blijkt dat schildpadden twee verschillende mechanismen combineren. Zowel chemische processen als fysieke krachten werken samen — iets wat ongekend is onder gewervelde dieren.
Een unieke mix: chemie én mechanica in één dier
Onder leiding van professor Michel Milinkovitch zocht een Zwitsers team uit hoe het opvallende schubbenpatroon op de kop van schildpadden tot stand komt. Klassiek denken we: alles draait om genetische signaalprocessen, ofwel “placoden”, die bepalen hoe schubben, veren of haar zich ontwikkelen. Bij vogels, bij zoogdieren — zelfs bij leguanen — klopt dat ook. Maar schildpadden? Die blijken een opvallende uitzondering.
Aan de randen van de kop verloopt het proces inderdaad nog klassiek-chemisch. Genen als β-catenine en sonic hedgehog geven het startschot, waarna polygonale, fraaie schubben ontstaan. Dat zie je ook bij andere reptielen en vogels die door de straten in Amsterdam fladderen.
Opvallend anders gaat het op de bovenkant van het hoofd. Daar spelen niet de bekende genen, maar — en dat is écht bijzonder — de fysieke krachten tussen huid en bot een hoofdrol. Door verschillend rekken en groeien ontstaan daardoor schubben die grillig, asymmetrisch en van dier tot dier totaal verschillend zijn.
Inzichten van de onderzoeksgroep
Rory Cooper, postdoctoraal onderzoeker, legt uit dat “mechanisch vouwen van de huid op de kop de opvallende asymmetrie veroorzaakt”. Zijn collega Ebrahim Jahanbakhsh, specialist in computer modellen, voegt toe dat dit zelfs zorgt voor verschillen tussen de linker- en rechterzijde bij één indivdu. Een mooi voorbeeld van hoe puur fysica voor unieke patronen zorgt — wie had dat gedacht?
Vergelijking: krokodillen, vogels en dinosauriërs
Het onderzoek gaf aanleiding om verder terug te gaan in de evolutie. Wat blijkt: krokodillen vormen de schubben op hun kop ook volledig door mechanisch vouwen van de huid, zónder gen-regulatie zoals vogels dat doen. Dit duidt erop dat het mechanisch opbouwen van schubben al bij een gezamenlijke voorouder van schildpadden, krokodillen en dino’s voorkwam.
Opmerkelijk: moderne vogels — nakomelingen van dinosauriërs — zijn hier doorheen geëvolueerd. Zij ontwikkelen hun veren wél via puur chemische, genetische routes. Volgens professor Milinkovitch is “het vermogen om patronen te vormen door puur mechanische krachten een oeroude eigenschap, nog vóórdat schildpadden en vogels bestonden.”
Om deze ontdekkingen te bewijzen, gebruikte het team vernuftige technieken zoals 3D-light sheet microscopen om ultrascherpe beelden te maken van de zich ontwikkelende huid en botten van jonge schildpadden — o.a. Tortuga sulcata en de Griekse landschildpad. Met in situ hybridisatie konden ze genactiviteiten in verschillende hoofdregio’s checken. 3D-computermodellen maakten het mogelijk om zelfs het effect van kleine verschillen in huiddikte of groeisnelheid te simuleren. Zo ontstond een dieper begrip van de enorme variatie tussen soorten én tussen individuele dieren.
De conclusie: zelfs kleine mechanische verschillen zorgen voor opvallend uiteenlopende schubbenpatronen. Fysics speelt dus in de evolutie een grotere rol dan men ooit dacht.
Wauw-factor: wat betekent dit voor wetenschap & technologie?
Leuk detail: dit is niet alleen spannend voor biologen. Begrijpen hoe de natuur complexe structuren fabriceert door fysieke basisprocessen inspireert ontwerpers en ingenieurs. In de biomimetica — het imiteren van natuur voor technologie — kan dit leiden tot nieuwe materialen of architectuur die zich als ‘levend’ kunnen aanpassen. Denk aan flexibele gevelmaterialen of slimme protheses in de regeneratieve geneeskunde.
Aan de TU Delft werken ontwerpers al aan vezelsterke oppervlakken geïnspireerd op reptielenhuid, en met deze inzichten wordt het nog makkelijker ingenieuze producten te ontwikkelen. Misschien zien we binnenkort Nederlandse startups die deze kennis inzetten voor duurzame materialen, of betere implantaten bij het Erasmus MC.
Tot slot — evolutie, altijd verrassend
Terwijl u dit leest — misschien met een kop koffie in Rotterdam of in de trein richting Utrecht CS — zet de natuur haar evolutie-trucs gewoon door. Schildpadden leren ons vandaag hoe simpelweg groeien, vouwen en wat genen al tot unieke patronen leiden. en dat — toegegeven — blijft verbazen. Wilt u de diepte in? Zoek gerust het originele onderzoek in iScience of bezoek eens Naturalis in Leiden voor een blik op de levende evolutie.
Wat neem ik hier uit mee: evolutiebiologie is springlevend, en de inzichten van vandaag brengen technologie en natuur steeds dichterbij elkaar.