Het bloederige kleurenpalet van het dierenrijk

Of het nu uit een gekwetste neus stroomt of zich ophoopt op een geprikte vinger, ons bloed heeft altijd een of andere rode tint. Maar rood bloed is niet universeel in het dierenrijk. Bij sommige dieren is de levensvloeistof paars, bij andere geel, groen of zelfs wit.

Waar komen deze verschillende kleuren van bloed vandaan? Om daarachter te komen, dook Knowable Magazine in het onderzoek daarrond en sprak ze met een paar wetenschappers die zich hierin hebben verdiept: John Postlethwait, ontwikkelingsgeneticus aan de Universiteit van Oregon, en Zachary Cheviron, ecofysioloog aan de Universiteit van Montana. Dit is wat er bekend is over de wetenschap achter de tinten van bloed.

Bizarre blauw- en paarstinten

De dieprode kleur van het bloed van gewervelde dieren is afkomstig van hemoglobine, een eiwit in rode bloedcellen dat ijzeratomen bevat. Hemoglobine heeft als taak zuurstof te transporteren, en de ijzeratomen, die zich aan zuurstof binden, zorgen ervoor dat ons bloed er rood uitziet. Wanneer ijzeratomen aan zuurstof zijn gebonden, is het bloed helder kersenrood; wanneer er minder zuurstof gebonden is, komt bloed in een troebeler bruinrood. Maar veel dieren maken geen gebruik van hemoglobine. Octopussen en inktvissen bijvoorbeeld, en schaaldieren zoals garnalen en krabben, vertrouwen op het eiwit hemocyanine om zuurstof te vervoeren. Hemocyanine bevat koperatomen die er blauw uitzien wanneer ze aan zuurstof zijn gebonden, in tegenstelling tot ijzer in hemoglobine.

Hemocyane bindt zich niet zo efficiënt aan zuurstof als hemoglobine. Maar het functioneert bijzonder goed bij lage temperaturen zoals die in de diepe oceaan voorkomen. En het kan bij de wezens die het gebruiken meer taken vervullen dan alleen het vervoeren van zuurstof. Onderzoek wijst uit dat hemocyane een rol kan spelen bij het immuunsysteem en bijvoorbeeld kan helpen bij wondgenezing.

Andere zeedieren, zoals schelpdierachtige brachiopoden en de op de zeebodem levende pindaworm, hebben violet bloed, maar niet door hemocyanine. In plaats daarvan gebruiken deze dieren een ijzerrijk, paars gekleurd eiwitpigment, hemerythrine genaamd, om zuurstof door hun bloed te transporteren.

De geelgroene kleur van geelzucht

Sommige zeeslakken - zachte, aardappelvormige dieren die in de oceaan leven - bloeden groengeel. Ze produceren geen hemoglobine, en er is enige discussie over wat de gelige tint veroorzaakt. Een mogelijke oorzaak is het element vanadium, dat veel zeeslakken in hun bloed concentreren.

Een andere theorie wijst op het dieet. Wanneer zeeslakken hun hoofdvoedsel, marien fytoplankton, verwerken, produceren ze carotenoïden, pigmenten die geel, rood of oranje zijn.

Er zijn verschillende mechanismen waardoor dieren volledig groen kunnen bloeden. Verschillende hagedissoorten in Nieuw-Guinea gebruiken hemoglobine om zuurstof door hun lichaam te transporteren, zoals gewervelde dieren doorgaans doen. Maar vervolgens breken ze het hemoglobine af tot een van nature groen pigment dat biliverdine heet (hetzelfde molecuul dat, wanneer het in hoge concentraties aanwezig is, bij mensen de geelgroene kleur van geelzucht veroorzaakt). En in tegenstelling tot de meeste gewervelde dieren, die biliverdine omzetten in andere, doffere verbindingen, hopen deze hagedissen uit Nieuw-Guinea het pigment zo sterk op in hun bloed dat de groene tint het rood van de hemoglobine in de bloedbaan en de weefsels overheerst.

Griezelig en helder

De Antarctische zwartvin-ijsvis uit de familie Channichthyidae is het enige bekende gewervelde dier dat geen hemoglobine aanmaakt en geen rode bloedcellen heeft. Het bloed van deze vissen is melkachtig, doorschijnend wit. ‘Ze zien er echt een beetje spookachtig uit’, zegt Postlethwait.

In plaats van hemoglobine of een gelijkwaardig zuurstofbindend eiwit zijn de ijsvissen afhankelijk van zuurstof die zich rechtstreeks in hun bloedbaan oplost. Ze hebben ook grotere harten en bloedvaten in vergelijking met andere Antarctische vissen, waardoor ze grotere hoeveelheden bloed kunnen rondpompen. IJsvissen zijn geduldige roofdieren die vanuit een hinderlaag jagen. Ze liggen op de loer in plaats van in het rond te schieten om hun prooi te vangen, waardoor ze minder energie verbruiken en minder zuurstof nodig hebben.

Hoefijzerkrabben (links) bloeden blauw, dankzij het koperrijke hemocyanine, terwijl ijsvissen (rechts) geen zuurstofdragend eiwit gebruiken en spookachtig wit bloeden. CREDITS: RECHERCHES SUR L’ANATOMIE DES LIMULES 1873 (LINKS); ANTARCTIC FISHES OF THE SCOTTISH NATIONAL ANTARCTIC EXPEDITION 1913 (RECHTS) / PUBLIEK DOMEIN

In een recent onderzoek naar ijsvissen door Postlethwait en collega’s werden de genomen van verschillende vissoorten onderzocht om te achterhalen waarom genen voor de aanmaak van hemoglobine uit het DNA van deze dieren zijn verdwenen. Of ijsvissen eerst hun rode bloedcellen en daarna hun hemoglobine hebben verloren, of juist andersom, is nog steeds een raadsel, aldus Postlethwait. Wat de oorzaak van dit verlies was, is ook een raadsel. Een theorie die de onderzoekers naar voren schuiven, is dat het koude water van de Zuidelijke Oceaan bij Antarctica zo zuurstofrijk was dat de bemiddelende rol van hemoglobine overbodig werd.

Superkrachtige hemoglobine

De bizarre kleuren die bloed kan aannemen, zijn nog maar het begin van wat er zo verbazingwekkend is aan bloed. En de ontdekkingen blijven maar komen. In ecosystemen op grote hoogte moeten veel soorten omgaan met een laag zuurstofgehalte. Dit heeft ervoor gezorgd dat de hemoglobine van sommige bergbewoners naar de hoogste versnelling is geschakeld.

De hertenmuis kan bijvoorbeeld tot 14.000 voet boven zeeniveau leven, duizenden voet hoger dan het punt waarop veel mensen hoogteziekte beginnen te krijgen. De muis heeft hemoglobine ontwikkeld dat extra sterke bindingen met zuurstof aangaat. Ook Andeskolibries en op grote hoogte levende zwartgevlekte kikkers vertonen soortgelijke aanpassingen in hun hemoglobine.

Toch gaan aanpassingen altijd gepaard met compromissen, zegt Cheviron van de Universiteit van Montana. Die hooggelegen hertenmuis heeft bijvoorbeeld wat moeite om zuurstof uit de hemoglobine in zijn weefsels te krijgen. Ze compenseren de gemiste zuurstoftoevoer, zegt hij, door de grotere hoeveelheden zuurstofafgevende mitochondriën in hun spiervezels.

Hoe meer wetenschappers onderzoek voeren, hoe meer ze dit soort verfijnde variaties in het bloed ontdekken: cellen die ‘opmerkelijk zijn afgestemd door de evolutie’, zegt Postlethwait, ‘en die de prachtige diversiteit aan levensvormen op onze aarde mogelijk maken.’