De zeeslang Hydrophis cyanocinctus en het uitgebreide netwerk van aders op haar kop. Dr. Alessandro Palci/Flinders University

Tropische zeeslang 'ademt' door bloedvaten rond haar kop

Onderzoekers hebben ontdekt dat de zeeslang Hydrophis cyanocinctus een complex netwerk van aders onder de huid van haar snuit en voorhoofd gebruikt om extra zuurstof uit het omringende water te halen. Het is de eerste keer dat een dergelijk systeem, dat in essentie werkt als de kieuwen van een vis, bij een zeeslang gevonden wordt. Het is een nieuw voorbeeld van de vele buitengewone aanpassingen aan het leven onder water die zeeslangen hebben ontwikkeld.   

"We beschrijven voor het eerst dit aangepast vasculair netwerk van het hoofd, dat deze zeeslang voorziet van een aanvullende toevoer van zuurstof naar de hersenen wanneer ze in het water zwemt", zei Alessandro Palci in een persmededeling van de Flinders University in Adelaide in Australië. Doctor Palci is een evolutionair onderzoeker aan de universiteit en hij had de leiding over het onderzoek naar de zeeslang. 

"In essentie hebben we ontdekt dat deze zeeslang de bovenkant van haar kop gebruikt als een kieuw om onder water adem te halen", zo zei hij. 

De zeer giftige Hydrophis cyanocinctus maakt deel uit van het geslacht van de roerstaartzeeslangen - slangen met een afgeplatte staart - en ze leeft in de tropische zeeën van Zuidoost-Azië, in koraalriffen en ondiepe, warme kustwateren. Ze wordt vaak per ongeluk gevangen door garnaalvissers. 

Zeeslangen zijn evolutionair gezien relatieve nieuwkomers in de zeeën: terwijl zeezoogdieren als walvissen en zeekoeien zo'n 50 miljoen jaar geleden ontstaan zijn, zijn de zeeslangen pas zo'n 16 miljoen jaar geleden van het land de zee in getrokken, zo schrijven Palci en mede-auteur doctor Kate Sanders van de University of Adelaide in The Conversation

Desondanks hebben ze een indrukwekkend arsenaal van aanpassingen aan hun nieuwe omgeving ontwikkeld, en zijn ze van alle gewervelden die nog moeten naar het oppervlak komen om lucht in te ademen, het best aangepast aan het leven in het water.

Tot die aanpassingen behoren zoutklieren onder hun tong neusgaten die naar boven gericht zijn en afgesloten kunnen worden, roeispaanachtige staarten om beter te kunnen zwemmen, en, hoewel ze nog steeds naar het oppervlak moeten komen om te ademen, het vermogen om onder water zuurstof op te nemen en koolstofdioxide af te geven door hun huid. Sommige zeeslangen hebben zelfs lichtgevoelige organen in hun staart gekregen, mogelijk om te vermijden dat roofdieren die zouden afbijten als ze gedeeltelijk verstopt zitten in een spleet, aldus Palci en Sanders in The Conversation

Hydrophis cyanocinctus, de 'blue-banded sea snake' of de 'annulated sea snake' - een Nederlandse benaming is er niet -, in haar natuurlijke omgeving,

Een 'derde oog''?

En nu is er dus deze nieuwe aanpassing, een uitgebreid netwerk van aders rond de kop van Hydrophis cyanocinctus om de hersenen van zuurstof te voorzien. 

De eerste aanwijzing dat er iets vreemds aan de hand was, kregen de onderzoekers toen ze een merkwaardig gat vonden in de bovenkant van de schedel van de geringde zeeslang, zo schrijven ze in The Conversation. Dat gat - een foramen in anatomische termen, foramen is Latijn voor gat - deed denken aan het pineaal - pijnappelvormig - foramen dat gevonden wordt bij verschillende soorten hagedissen.

Bij die hagedissen zit er een klein lichtgevoelig orgaan in dat gat, het pineaal oog, maar bij hedendaagse slangen is er nog nooit een foramen gevonden. In de oudste tamelijk volledige fossielen van slangen die we kennen, fossielen van zo'n 100 miljoen jaar oud, is er evenmin een foramen te vinden, en dus wordt aangenomen dat slangen het foramen al minstens 100 miljoen jaar geleden verloren zijn. 

Maar aangezien sommige zeeslangen zelfs lichtgevoelige organen in hun staart ontwikkeld hebben, en slangen afstammen van hagedissen, konden de onderzoekers de mogelijkheid niet uitsluiten dat een lichtgevoelig orgaan opnieuw zou opduiken in de voorouderlijke positie in de schedel, zo schrijven ze. En dus gingen ze het onverwachte foramen van naderbij bekijken, aan de hand van een aantal levende exemplaren uit Vietnam, waar zeeslangen op vismarkten veel verkocht worden als voedsel. 

Een familielid van Hydrophis cyanocinctus, Hydrophis ornatus. Daiju Azuma/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Geen 'derde oog' maar een 'long'

De onderzoekers maakten beelden van het zachte weefsel rond het foramen met microCT-scans en computermodellen. Daar bleek uit dat Hydrophis cyanocinctus geen pineaal oog heeft, maar dat er door het gat in de schedel een groot bloedvat naar buiten kwam, soms ook een paar bloedvaten. Dat bloedvat liep dan verder naar voren en vertakte zich tot een complex netwerk van aders, vlak onder de huid van het voorhoofd en de snuit van de slang. 

Het ligt in lijn met de verwachtingen dat alle slangen een netwerk van bloedvaten onder hun huid hebben, maar speciaal aan Hydrophis cyanocinctus is de enorme grootte van het netwerk en het feit dat de aders samenkomen tot een enkele grote ader die in de hersenen loopt, aldus Palci en Sanders in The Conversation

En het netwerk van bloedvaten van Hydrophis cyanocinctus is tot nu toe uniek, zo blijkt, want de wetenschappers onderzochten met dezelfde methode andere slangen, zowel zeeslangen als op het land levende exemplaren, en vonden geen spoor van een dergelijk netwerk. Ze vermoeden echter wel dat het ook bij een aantal verwante soorten gevonden zou kunnen worden.

Boven- en zijaanzicht van de kop van Hydrophis cyanocinctus en de bloedvaten, na het digitaal verwijderen van de huid en de spieren. Het pijltje duidt de grote ader aan die het netwerk van bloedvaten op de schedel verbindt met de binnenkant van de  hersenpan. Dr. Alessandro Palci/Flinders University

Als kieuwen

Zeeslangen kunnen onder water door hun huid ademen dankzij aders die bloed bevatten met een veel lagere concentratie aan zuurstof dan het omringende zeewater. Dat laat zuurstof toe door de huid te dringen en in het bloed te geraken.

Maar die lage zuurstofniveaus kunnen problemen veroorzaken, omdat de hersenen niet de zuurstof zouden kunnen krijgen die ze nodig hebben. Het dichte netwerk van aders op de snuit en het voorhoofd van Hydrophis cyanocinctus helpt dit probleem op te lossen door zuurstof uit het zeewater te halen en te verspreiden in de hersenen als de slang onder water zwemt, aldus de onderzoekers in The Conversation.

"Hoewel het aangepast vasculair netwerk van het hoofd sterk verschilt van de kieuwen van vissen en amfibieën, is de functie ervan zeer gelijkaardig, aangezien het een groot oppervlak levert dat vol zit met zuurstofarme bloedvaten die efficiënt zuurstof uit het omringende water kunnen halen", zei doctor Palci in de persmededeling van Flinders University. 

Doctor Kate Sanders voegde daar aan toe dat de nieuwe studie onze kennis over de anatomie van de ongewone onderhuidse ademhaling van zeeslangen vergroot. 

"Zeeslangen zijn extreem succesvol geweest in hun aanpassing aan een volledig mariene levensstijl, waartoe ook het vermogen behoort om zuurstof op te nemen door hun huid", zei Sanders in de persmededeling. "En nu hebben we dit interessante kenmerk ontdekt van Hydrophis cyanocinctus dankzij microCT-scans en computermodellen.   

"Dit kenmerk laat deze zeeslangen waarschijnlijk toe langer onder water te blijven, iets wat nagegaan kan worden met verder onderzoek", zo zei ze.

De studie van Palci, Sanders en hun Vietnamese en Australische collega's is gepubliceerd in Royal Society Open Science. Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van Flinders University en een tekst van Palci en Sanders in The Conversation