Op zoek naar bizarre dieren die nooit het daglicht zien

Ik moet hem drie keer vragen de naam te herhalen voordat ik elk van de zeven lettergrepen heb geregistreerd. „Khvedelidzeebisklde”, zegt Shalva Barjadze nog een keer, nu iets langzamer. Het betekent zoiets als „grot van de familie Khvedelidze”, legt hij uit, zittend op een rotsblok voor de ingang van de grot in kwestie.

We hebben zojuist een paar uur in onze overalls rondgekropen in de grot, die ligt in een steile helling van een vallei in het voorgebergte van de Georgische Kaukasus. Het is de allerlaatste in een lange rij spelonken die we de afgelopen week (we schrijven november 2022) hebben onderzocht. Met ‘we’ bedoel ik een team van acht grottenonderzoekers uit Georgië, Griekenland en Nederland, onder leiding van Barjadze, associate professor aan Ilia State University in Tbilisi.

En we zijn moe: de week bestond uit eindeloos tijgeren door modderige tunnels in de kalksteen, je ellebogen en knieën keer op keer stoten tegen scherpe richels en onder onmogelijke hoeken proberen wegsnellende grotteninsecten te grijpen met een pincet die met je dikke, met klei aangekoekte tuinhandschoenen onmogelijk te hanteren was. Toch zijn we voldaan: we hebben een koffer vol buisjes met samples in alcohol. Springstaarten, spinnen, pissebedden, kevers, mijten, boekschorpioenen, kreeftjes en slakken – allemaal zogenoemde troglobionten: blinde, bleke, ondergronds levende diertjes.

Databank van troglobionten

Georgië kent maar liefst 1.300 grotten, waaronder de vier allerdiepste ter wereld: zinkgaten van rond de twee kilometer diep. Daarvan hebben onderzoekers er zo’n 200 onderzocht – inclusief die tien van afgelopen week. De resterende 1.100 zijn biologisch nog geheel onbekend. Toch is dat voldoende om te bevestigen wat biospeleologen overal ter wereld zien: dat grotten natuurlijke laboratoria van evolutie zijn.

In de online database die Barjadze heeft opgezet kun je precies zien welke troglobionten in welke grot te vinden zijn. Zo leeft in de Melouri-grot (en verder nergens anders ter wereld) de hooiwagen Nemaspela melouri. Hij lijkt een beetje op de hooiwagens die je ook in je tuin kunt vinden, behalve dat deze geen ogen heeft en nog langere poten (met gemak twintig keer zo lang als zijn lichaam) dan bovengronds levende hooiwagens. En in de zogenoemde Souvenir Cave in heuvels aan de Zwarte Zeekust leeft Taniatrechus setosus. Die ziet eruit als een spin maar is een kever: blind, bleek, vleugelloos, met lange draadvormige antennes, dunne spillebenen, een merkwaardig lang, smal voorlichaam en een opgezwollen achterlijf waar een handjevol lange haren uit steken.

Wrecks of ancient life, zo noemde Darwin ze. Miljoenen jaren geleden opgesloten geraakt in een grot diep onder de grond, hebben troglobionten sindsdien alle lichaamsfunctionaliteiten verloren die bovengrondse dieren wel, maar ondergrondse dieren niet nodig hebben. Dit verlies van onder meer zichtvermogen, pigment en vleugels wordt regressieve evolutie genoemd. Maar dat clichébeeld begint de laatste jaren te kantelen. Want zijn grottenorganismen wel zo oud als ze eruitzien? Zijn ze in zo’n grot eigenlijk wel geïsoleerd? En die regressieve evolutie is misschien ook niet wat het lijkt.

Onleesbare bagger

Om met dat laatste te beginnen: als je het dna van troglobionten bekijkt, dan zie je inderdaad dat de genen die bijvoorbeeld zorgen voor het maken van ogen allerlei schadelijke mutaties vertonen. Soms zijn ze zelfs verworden tot onleesbare bagger. De voor de hand liggende verklaring is dat die genen niet meer gebruikt worden waardoor ieder foutje dat er bij toeval insluipt kan blijven bestaan.

Maar een grote studie van onderzoekers van de Universiteit van Minnesota die in november verscheen op het preprintplatform BioRxiv zegt iets heel anders. Rachel Moran en haar collega’s onderzochten de (ook in de aquariumhandel populaire) blinde Mexicaanse grottentetra Astyanax mexicanus en bovengronds levende verwanten. Ze sequenceten het complete genoom van meer dan tweehonderd exemplaren en zochten daarin naar mutaties in de genen die verantwoordelijk zijn voor ogen, pigment en dag-nachtritme.

Het idee dat grottensoorten stokoude evolutionaire relicten zijn, staat op de helling

Door te kijken naar de manier waarop mutaties in die genen verdeeld zijn konden ze berekenen of die beschadigingen neutraal zijn (wat je zou verwachten bij mutaties in genen die toch geen rol meer spelen). De mutaties die oog-, pigment- en dag-nachtgenen hadden uitgeschakeld bleken vaak omringd door dna waar weinig variabiliteit in te zien was: een indicatie dat deze mutaties een voordeel opleverden en zich daardoor in weinig generaties door de soort verspreid hadden. Met andere woorden: een duidelijk teken dat er sprake is van natuurlijke selectie: een mutatie die een onnodige eigenschap verhindert levert voordeel op, want die energie en weefsel kunnen dan aan iets anders besteed worden. Geen genetisch ‘wrakhout’ dus, maar juist een waardevolle aanpassing.

Extreem milieu

Ook het idee dat grottensoorten stokoude evolutionaire relicten zijn, staat op de helling. Zeker, zegt ook Barjadze, die rare grottenkever van de Zwarte Zeekust behoort tot een wereldwijd verbreide groep van honderden soorten die al tientallen miljoenen jaren ondergronds leeft en waarvan de bovengrondse voorouders lang geleden zijn uitgestorven.

Maar troglobionten kunnen ook veel jonger zijn. De voorouder van die Mexicaanse grottentetra is een gewone tetra met pigment, ogen en een normaal dag-nachtritme die te vinden is in beekjes in hetzelfde gebied; hij is zelfs zo nauw verwant dat hij tot dezelfde soort gerekend wordt. De grottenevolutie is pas zo’n honderdduizend jaar geleden in gang gezet: een ‘oogwenk’, in evolutionaire zin.

En ook bij kevers, spinnen en slakken kennen we voorbeelden van echte troglobionten waar de voorouder nog gewoon buiten de grot leeft en er soms in de grotingang zelfs tussenvormen te vinden zijn. Dat bovengrondse voorouders en hun daglicht niet verdragende nazaten desondanks toch niet vermengen bevestigt wat die genoomstudie aan de grottentetra al deed vermoeden: sterke natuurlijke selectie houdt de troglobiont in stand.

Een paar decimeter onder mijn voeten begint het kalkgesteente al. En dat zit overal vol spleetjes en scheurtjes

Shalva Barjadze onderzoeker

En als je erover nadenkt is dat natuurlijk niet zo gek, want wanneer je een grot binnentreedt beland je in een volkomen ander milieu. Licht verdwijnt, temperaturen stabiliseren, voedsel wordt schaars, luchtvochtigheid hoog… Zo’n beetje alles wat van belang is voor het overleven van een dier verandert onder de grond. De evolutionaire drukken aan weerszijden van de ingang van de grot staan loodrecht op elkaar. Het is dus niet zo dat grottensoorten ontstaan doordat ze per ongeluk in een grot opgesloten raken. Het is eerder een kwestie van het actief koloniseren van en zich aanpassen aan dat nieuwe milieu.

Eigenlijk, zegt Barjadze, laten we ons ook misleiden door de term ‘grot’ en ‘grottenbiologie’. Dat zijn namelijk termen die sterk vanuit menselijk perspectief zijn ontstaan: iets mag pas grot heten als een mens erin past. Maar voor veel dieren zijn ook veel kleinere kiertjes ecologisch equivalent aan grotten. Barjadze stampt met zijn voet op de bosgrond. „Een paar decimeter onder mijn voeten begint het kalkgesteente al. En dat zit overal vol spleetjes en scheurtjes. Daar leven grottendieren in, ook als er in de wijde omtrek geen grot te bekennen is.”

Dat verklaart ook waarom, hoewel sommige troglobionten beperkt zijn tot één grot, de meeste over veel grotere gebieden verspreid zijn: ondergronds bestaan er voor een springstaart van twee millimeter veel meer routes dan voor een speleoloog met volle bepakking. Ook diepte zegt weinig.

Omgekeerde alpinistenexpeditie

Dat merkte de Portugese grottenbiologe Ana Sofia Reboleira, toen zij samen met haar collega Alberto Sendra in 2010 afdaalde in een van die allerdiepste grotten in de westelijke Kaukasus, het 2.140 meter diepe Krubera-Voronja-zinkgat. Een foto in hun artikel in het International Journal of Speleology laat een glooiend landschap zien met schapen en boerderijtjes en een piepklein gaatje in een helling met een witte pijl erbij. Daar lieten de onderzoekers zich in zakken en pas een maand later kwamen ze weer naar buiten.

Het was als een soort omgekeerde alpinistenexpeditie met touwen waar ze honderden meters aan abseilden, verschillende kampementen onderweg en heel veel afzien, als je moet afgaan op de foto’s van de doorweekte, afgepeigerde speleologen.

Maar onder in de grot wachtte hun een desillusie. In tegenstelling tot diepzee-onderzoekers die steeds vreemdere beesten vinden naarmate ze dieper dalen, was de gemeenschap van troglobionten die ze helemaal onderin vonden precies dezelfde als wat er een paar meter van de ingang bovenin leefde.

Het zijn echt laboratoria van evolutie. We beginnen ze nu pas goed te waarderen

Florian Maderspacher redacteur Current Biology

Het beeld van ondergrondse evolutie begint dus steeds meer te lijken op snelle evolutie in een extreem milieu dat eigenlijk overal onder onze voeten aanwezig is – niet alleen in grotten, maar overal waar kleine ruimtes in de grond zitten: kalksteen maar ook gips, sommige vulkanische gesteenten en allerlei soorten puinhellingen. Bovendien beginnen steeds meer evolutiebiologen, niet alleen door de wol geverfde biospeleologen als Barjadze, de waarde van grotten en hun levensvormen in te zien.

„Het zijn echt laboratoria van evolutie”, schreef Florian Maderspacher, redacteur van Current Biology, vorig jaar in een lang artikel waarin hij de wetenschappelijke zegeningen van grotten bezingt. „We beginnen ze nu pas goed te waarderen.” Al was het alleen maar, zegt hij, omdat ze zo goed zijn aangepast aan het soort extreme milieus dat wij mensen nu overal op aarde aan het creëren zijn.

Barjadze en zijn studenten hoeven niet meer overtuigd te worden. In een vorig jaar verschenen artikel noemen ze grotten vol affectie „vensters op een ondergronds universum”. En hoewel het al tegen het einde van de middag loopt, hijst iedereen zich overeind en begint vol goede moed de helling verder te beklimmen om voor het donker nog een laatste grot te kunnen inventariseren. Gebukt onder de bundel natte touwen die hij op zijn schouder draagt draait Barjadze zich toch nog even naar mij om en zegt: „We zijn maar een klein team, en hebben zo weinig tijd en geld; maar toch willen we ten minste één keer door elk van die vensters gekeken hebben.”