Een Europese adder bijt met één giftand in een handschoen, de andere giftand zit nog naar achteren geklapt.
Piet Spaans/Wikimedia Commons/CC BY-SA 2.5

Slangen hebben giftanden die perfect aangepast zijn aan hun prooien

De giftanden van slangen zijn angstaanjagend en fascinerend. En ze blijken ook perfect aangepast aan de favoriete prooien van hun eigenaar. Uit onderzoek van 3D-scans van de giftanden van 81 verschillende slangen blijkt dat slangen die prooien met een zachte huid eten, dunne en scherpe giftanden hebben, terwijl slangen die prooien met een harde schaal eten, botte en stevige giftanden hebben, zodat ze niet breken bij het bijten. 

Giftige slangen zijn berucht voor hun dodelijke giftanden. Die ongewone tanden hebben over de gehele lengte een tunnel aan de binnenkant, en lijken op een injectiespuit. Met de tanden spuiten de slangen hun gif in hun prooi als ze die bijten.   

Maar voor het gif kan worden ingespoten, moeten de giftanden eerst de prooi doorboren. Dat maakt dat de tanden scherp moeten zijn, maar dan weer niet zo puntig dat ze broos worden en breken als de punt de prooi raakt. Dat is belangrijk omdat niet alle prooien hetzelfde zijn: ratten en muizen hebben een zachte huid, hagedissen, andere slangen en vissen hebben schubben en krabben hebben een harde schaal. 

Om na te gaan in hoeverre de giftanden aangepast zijn aan verschillende diëten, gebruikten onderzoekers hoogtechnologische micro-CT-scans om 3D-computermodellen te maken van de giftanden van slangen uit verschillende families. 

Het onderzoek werd uitgevoerd door drie wetenschappers van de Australische Monash University en stond onder leiding van de Vlaamse doctoraatsstudente Silke Cleuren. 

Een zeer giftige 'Chapell Island tiger snake' (Notechis scutatus) uit Australië toont zijn botte, stevige giftanden.
Benjamint444/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Verschillen tussen de slangenfamilies

Giftige slangen komen over de hele wereld voor, behalve op Antarctica, en ze behoren tot vijf grote families: de Viperidae of adders, de Atractaspididae of stilettoslangen, de Elapidae of koraalslangachtigen, de Colubridae of toornslangachtigen en de Homalopsidae of waterdrogadders. 

In de loop van de evolutie heeft elke familie onafhankelijk haar giftanden en systeem om het gif in te spuiten 'ontworpen', wat geleid heeft tot kleine verschillen tussen de families.

Viperidae en Atractaspididae hebben lange, buisvormige giftanden die naar voren klappen wanneer ze toeslaan, Elapidae hebben korte, buisvormige giftanden die vastzitten aan de kaak en Colubridae en Homalopsidae hebben gegroefde giftanden die ver naar achteren in hun mond zitten.   

Overzicht van de schedels van de vijf gifslangenfamilies. Opvallend zijn de verschillen in de positie van de giftand in de mond, het verschil in grootte van de giftanden en de grootte van het kaaksbeen waaraan ze vastgemaakt zijn.
Silke Cleuren

In het dierenrijk zijn tanden aangepast aan het dieet

Variaties in de vorm van de tanden naargelang van het dieet komen algemeen voor in het dierenrijk. Carnivoren of vleeseters hebben vaak op een lemmet lijkende tanden om vlees mee te verscheuren, terwijl herbivoren of planteneters geribbelde kiezen hebben om bladeren, wortels en ander plantaardig materiaal mee te vermalen.

Gifslangen verschillen van elkaar in de soorten prooien waarop ze jagen. Sommige slangen zijn gespecialiseerd in kleine zoogdieren zoals muizen, sommige jagen op vissen, garnalen of krabben en andere gifslangen hebben het gemunt op reptielen en zelfs andere slangen. Daarnaast zijn er ook nog 'generalisten', die bijna alles eten wat in hun mond past.   

Vleeseters als de Tasmaanse duivel (linksboven) hebben zogenoemde carnassiale tanden, scheurkiezen of knipkiezen. Die scheren langs elkaar zodat ze een soort van schaar vormen en stukken vlees kunnen afsnijden. Planteneters zoals de oostelijke grijze reuzenkangoeroe (rechtsboven) hebben kiezen met veel ribbels die tegen elkaar schuren om plantaardig materiaal te vermalen. De manier waarop de giftanden van slangen spits toelopen en de scherpte van hun punt hangt af van de hardheid van de buitenste laag van hun prooi, zodat ze de ideale vorm hebben om de buitenkant te doorboren en een dodelijke dosis gif te injecteren. Van links naar rechts onderaan: een giftand van een slang die zich voedt met zoogdieren met een zachte huid, gebaseerd op de Viperidae, een giftand van een slang die zich voedt met reptielen, gebaseerd op de Elapidae, en een giftand van een slang die zich voedt met krabben, gebaseerd op de Homalopsidae.
Silke Cleuren

De vorm van de giftand linken aan het dieet

De wetenschappers onderzochten de driedimensionele vorm van de giftanden van 81 slangensoorten die behoorden tot vier verschillende families. Van de zeldzame Atractaspididae werden geen giftanden onderzocht. 

Door de verschillen te meten in de sterkte en de scherpte van de giftanden, waren de onderzoekers in staat om aan te tonen dat de vorm van de giftanden nauw verbonden is met een voorkeur voor bepaalde prooien. 

De giftanden van soorten die het gemunt hebben op 'harde' prooien, zoals hagedissen en krabben, zijn steviger en botter, terwijl de tanden van soorten die jagen op prooien met een zachtere huid, zoals muizen, dunner zijn en een scherpe punt hebben. 

Daarnaast ontdekten de onderzoekers dat de vorm van de giftanden 'convergente evolutie" vertoonde: de giftanden van soorten die slechts verre verwanten van elkaar zijn maar hetzelfde dieet hebben, lijken meer op elkaar dan de tanden van nauw verwante soorten met verschillende diëten.

"De evolutie heeft ideale oplossingen gevonden voor de giftanden van slangen - het maakt niet uit welk type van slang, overal ter wereld passen de giftanden bij hun favoriete voedsel", zei hoogleraar Alistair Evans, een van de auteurs van de studie. "Dit is convergente evolutie op haar best, die het probleem oplost hoe door de huid van je prooi te breken zonder je giftanden te breken."

Convergente evolutie is het fenomeen waardoor bij niet of slechts ver verwante soorten die dezelfde ecologische niche innemen, zogenoemde analoge structuren ontstaan. Die hebben dezelfde functie maar vaak zitten er andere mechanismen achter. Daardoor lijken niet-verwante soorten met dezelfde leefwijze vaak sterk op elkaar, omdat die vorm nu eenmaal het best aangepast is voor een bepaalde leefwijze. Voorbeelden zijn de Afrikaanse otterspitsmuizen en de otters, de buidelmol en de mol, de suikereekhoorn - een buideldier - en de vliegende eekhoorns en de pyrenese desman en de watertenrek uit Madagaskar.   

Variaties in de scherpte van de punt van de giftanden (op de X-as, met de scherpste tanden links) en de stevigheid van de giftanden (op de Y-as, met de minst stevige tanden onderaan) voor de verschillende categorieën van diëten bij slangen. De vorm van de giftanden die gevonden wordt bij slangen met een bepaald dieet is weergegeven door de gekleurde lijnen: donkerrood zijn prooien met een uitwendig skelet zoals krabben, rood zijn prooien met schubben zoals hagedissen, geel zijn generalisten zonder een bepaalde voorkeur, groen zijn slangen die op vissen jagen, blauw zijn slangen met een ontogenetische evolutie, die evolueren tijdens hun groei van prooien met schubben naar zoogdieren, en purper zijn zoogdieren met een zachte huid.
Silke Cleuren

Nuttig voor de bescherming van bedreigde slangen

Weten welk voedsel elk type van slang verkiest, kan waardevol zijn voor het succes van zowel slangen als hun prooien in de toekomst, zeggen de onderzoekers. 

In Australië hebben de meeste bedreigde slangensoorten te lijden onder verlies van hun leefgebied, en dat betekent waarschijnlijk ook dat ze niet meer in staat zijn de prooien te vangen die hun voorkeur wegdragen. 

Door hun giftanden te onderzoeken, kunnen de onderzoekers nu voorspellen welk soort prooien de bedreigde slang verkiest. Als bedreigde slangen verplaatst zouden worden naar een ander leefgebied, kan deze informatie dienen om een geschikt gebied te kiezen waar hun favoriete maaltijd leeft. 

De kennis kan ook in de andere richting gebruikt worden, volgens de onderzoekers, voor de bescherming van bedreigde prooidiersoorten, door hen te beschermen tegen slangen die een bedreiging vormen. 

Een Indiase slang, Rhabdophis ceylonensis, probeert een pad op te eten die zich heeft opgeblazen om zo groot mogelijk te worden.
Dr. Raju Kasambe/Wikimedia Commons/cc BY-SA 4.0

Fossiele slangen en beschermende kleding

De studie kan ook helpen bij het onderzoeken van fossielen van uitgestorven slangen. Het onderzoek van de giftanden van fossiele slangen kan meer duidelijkheid brengen over welke prooien ze waarschijnlijk najoegen en hoe hun leefgebied er kan uitgezien hebben. 

Daarnaast kan kennis over de vorm van de giftanden van fossiele slangen ook de grote variatie in giftanden helpen verklaren die we nu zien, en hoe die variatie het voortbestaan heeft verzekerd van de slangen, die tot de meest gespecialiseerde roofdieren in de natuur behoren. 

Ten slotte kan de kennis over de variatie in de vorm van de giftanden ook helpen om betere beschermende kleding te ontwerpen, zeggen de onderzoekers. Door te testen hoe makkelijk verschillende giftanden door verschillende materialen geraken, kunnen we betere materialen kiezen die daadwerkelijk bescherming bieden tegen slangenbeten.

"Als we weten hoe scherp en bot giftanden van slangen echt zijn, kunnen we beschermende kleding tegen slangenbeten ontwerpen en testen", zei Silke Cleuren. "Nu kan je te weten komen of je veilig bent voor slangenbeten als je je favoriete jeans draagt."

De studie van Silke Cleuren, Alistair Evans en doctor David Hocking is gepubliceerd in Evolution. Dit artikel is gebaseerd op een artikel van de drie auteurs in The Conversation en een persbericht van de Monash University. 

Onderzoekster Silke Cleuren met een 3D geprinte giftand.
Maarten Rubens
Het geraamte van een gabonpofadder met een duidelijk zichtbare giftand.
Stefan3345/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Meest gelezen