Zeezoogdieren worden al lang beschouwd als een uitgemaakte zaak in het onderzoek naar thermoregulatie. Dikke speklaag en tegenstroomwarmtewisselaars, zo luidt de redenering, doen hetzelfde werk als bruin vet op het land, dus leek een warmtegenererend eiwit dat is ontwikkeld voor kou op het land overbodig zodra een soort zich permanent in het water vestigde. Een studie gepubliceerd in *Molecular Biology and Evolution* door Michael Gaudry, Martin Jastroch en collega’s maakt dat beeld wat ingewikkelder. Het blijkt dat zeehonden niet volledig in het water leven zoals walvissen of zeekoeien, en dat verschillende soorten een werkende versie hebben behouden van hetzelfde warmteproducerende mechanisme dat je ook bij kleine landzoogdieren en menselijke baby’s ziet. Het punt is dat het niet zozeer afhangt van waar een dier leeft, maar meer van hoe groot het wordt, of het eiwit nog steeds werkt.
Waarom de thermogenese van bruin vet bij zeehonden oude aannames over zeezoogdieren op losse schroeven zet
Het eiwit dat centraal staat in het onderzoek is UCP1. Dit zit in de mitochondriën van bruin vetweefsel en zorgt ervoor dat er direct warmte kan worden opgewekt, zonder dat je gaat rillen. Deze ‘non-shivering thermogenesis’ is goed gedocumenteerd bij kleine landzoogdieren en bij pasgeborenen van veel soorten, waaronder menselijke baby’s. Volledig in het water levende soorten, zoals walvissen en zeekoeien, zijn het UCP1-gen op een bepaald moment in hun evolutionaire geschiedenis helemaal kwijtgeraakt. Dit sluit aan bij het idee dat de hoge warmtegeleiding van water ervoor zorgt dat het vasthouden van warmte belangrijker is dan het produceren ervan. Grote landzoogdieren, zoals olifanten, paarden en varkens, zijn het ook kwijtgeraakt; in hun geval waarschijnlijk omdat hun enorme lichaamsomvang het warmteverlies al beperkt. Wat vinpotigen tot een interessante uitzondering maakte, is dat de meeste van hen, inclusief zeehonden, nog steeds een intacte kopie van het gen hebben. De vraag was of dat gen nog wel iets deed.
Zeehondenpups behouden een volledig functioneel thermogeen eiwit
Om niet alleen de aanwezigheid, maar ook de werking te testen, brachten de onderzoekers UCP1-varianten van zeehonden in laboratoriumcellen in en maten ze het zuurstofverbruik als reactie op een stof waarvan bekend is dat die het eiwit activeert. Het UCP1 van de gewone zeehond presteerde net zo goed als het overeenkomstige eiwit bij muizen en fretten, wat bevestigt dat deze kleinere zeehondensoort een volledig functionerend thermogeen systeem heeft behouden. Die bevinding sluit aan bij de omstandigheden waarin zeehonden hun eerste levensfase doorbrengen. Zeehondenpups werpen hun beschermende geboortevacht al vóór de geboorte af en brengen meer dan de helft van hun eerste weken in het water door – een echte uitdaging in de kou voor een dier dat nog niet kan rekenen op de isolatie of spiermassa van een volwassen dier. Functioneel bruin vet lijkt een rol te spelen bij hoe ze die periode doorkomen.
Zeeolifanten laten zien hoe een extreem grote lichaamsomvang de thermogenese van bruin vet kan uitschakelen
Zeeolifanten vertellen een ander verhaal. Hoewel ze hetzelfde gen hebben, bleek hun versie van UCP1 niet goed te werken: uit laboratoriumtests bleek dat er helemaal geen thermogene reactie was, zelfs niet toen onderzoekers verschillende manieren probeerden om de mutatie te omzeilen. Biologisch gezien klopt dit met hoe zeeolifanten worden geboren: jongen wegen bij de geboorte zo’n 38 kilo, komen bijna 4 kilo per dag aan en gaan pas het water in nadat ze gespeend zijn, en tegen die tijd hebben ze al een flinke vetreserve opgebouwd. Misschien zorgt hun omvang alleen al voor de warmteregulatie waarvoor een zeehondenpup nog bruin vet nodig heeft.
Wat het patroon van het geboortegewicht bij zoogdieren ons meer vertelt over bruin vet
De onderzoekers hebben de vergelijking verder uitgebreid dan alleen zeehonden en hebben gekeken naar het geboortegewicht van verschillende zoogdiersoorten waarvan bekend is dat ze een intact of een defect UCP1-gen hebben. Soorten met een defect gen hadden gemiddeld een opvallend hoger geboortegewicht, wat nog eens onderstreept dat lichaamsgrootte – en niet de leefomgeving – de sterkste voorspeller is van het al dan niet voortbestaan van dit thermogene systeem in de loop van de evolutie. Dit patroon is niet absoluut. Sommige kleine zoogdieren met een lage stofwisseling, waaronder luiaards en schubdieren, hebben ook hun functionele UCP1 verloren, wat suggereert dat naast lichaamsgrootte ook stofwisseling en voeding een rol spelen. Al met al voegt de vergelijking met zeehonden een duidelijk natuurlijk experiment toe aan die bredere puzzel: twee nauw verwante soorten, de ene klein en thermogeen actief, de andere enorm en thermogeen inactief.
Waarom bruin vet nog steeds belangrijk is voor de Wim Hof-methode
Afgezien van de genetica van zeehonden wijst dit soort onderzoek op iets wat de Wim Hof-methode altijd al centraal heeft gesteld: het menselijk lichaam heeft dit warmtegenererende weefsel nog steeds, een eigenschap die we delen met de jongen van veel andere soorten, waaronder zeehonden. Pasgeboren mensen hebben veel bruin vet, juist omdat ze nog niet kunnen rillen om warm te blijven, en hoewel dat vermogen met de leeftijd afneemt, verdwijnt het nooit helemaal. Dit is precies wat blootstelling aan kou en gecontroleerde ademhaling weer tot leven willen wekken: geen abstract mechanisme, maar een echte biologische functie, dezelfde die ervoor zorgt dat een zeehondenpup zijn eerste dagen buiten het water kan overleven.