Duke-student Peishu Li ’19 herinnert zich de eerste keer dat hij een babypanda geboren zag worden, in een video voor een les van biologieprofessor Kathleen Smith. “Het leek net een jelly bean die uit een automaat tevoorschijn kwam,” zei Li.
Ruuzenpanda’s worden roze, blind en hulpeloos geboren en wegen bij de geboorte ongeveer 100 gram – het equivalent van een boterham. Hun moeders zijn 900 keer zwaarder dan dat.
Dit ongewone verschil in grootte heeft onderzoekers jarenlang voor een raadsel gesteld. Op enkele uitzonderingen na bij dieren als mierenegels en kangoeroes, zijn geen andere pasgeboren zoogdieren zo klein in verhouding tot hun moeders. Niemand weet waarom, maar een nieuwe studie van botten van 10 soorten beren en andere dieren vindt dat sommige van de huidige theorieën niet opgaan.
Li en Smith publiceerden hun bevindingen deze maand in het Journal of Anatomy.
Baby panda skeletten zijn moeilijk te verkrijgen, maar de onderzoekers waren in staat om de bewaarde overblijfselen van baby panda’s geboren in de Smithsonian’s National Zoo in Washington, D.C. te bestuderen.
Het eerste panda koppel van de National Zoo, Ling-Ling en Hsing-Hsing, kregen in de jaren tachtig vijf voldragen welpen, maar geen van hen overleefde lang na de geboorte.
De onderzoekers namen microCT-scans van twee van die welpen, samen met pasgeboren grizzly’s, lippenberen, ijsberen, honden, een vos en andere nauw verwante dieren uit het Smithsonian National Museum of Natural History en het North Carolina State College of Veterinary Medicine.
Zij gebruikten de scans om 3-D digitale modellen te maken van het benige inwendige van elke baby bij de geboorte.
Als een babydier groeit en zich ontwikkelt in de baarmoeder, doen zijn botten en tanden dat ook. De onderzoekers onderzochten de mate van ossificatie, of hoeveel het skelet is gevormd tegen de tijd van de geboorte. Ze keken of de tanden waren begonnen te verkalken of uit te barsten, en de mate van fusie tussen de benige platen die de schedel vormen.
De panda is misschien een extreem voorbeeld, maar alle beren hebben onevenredig kleine baby’s, zei Li. Het geboortegewicht van een pasgeboren ijsbeer als fractie van dat van de moeder is minder dan 1:400, of minder dan de helft van een procent van haar lichaamsmassa. Bij de meeste zoogdieren, inclusief de mens, ligt het gemiddelde dichter bij 1:26.
Een decennia oud idee legt een verband tussen het lage geboortegewicht bij beren en het feit dat bij sommige soorten de zwangerschap samenvalt met de winterslaap. Zwangere vrouwtjes eten en drinken in deze periode niet, en vertrouwen vooral op hun vetreserves om te overleven, maar breken ook spieren af om de foetus van eiwitten te voorzien.
De gedachte is dat, energetisch gezien, vrouwtjes het zich slechts zo lang kunnen veroorloven hun baby’s op deze manier te voeden, voordat deze weefselafbraak hun gezondheid bedreigt. Door de zwangerschap in te korten en kleine, onvolwassen baby’s ter wereld te brengen, zouden beren meer van hun groei naar buiten de baarmoeder verplaatsen, waar de baby’s kunnen leven van de vetrijke melk van hun moeder in plaats van haar spieren uit te putten.
Voorstanders van de theorie geven toe dat niet alle beren — ook panda’s — in de winter in winterslaap gaan. Maar het idee is dat een klein geboortegewicht ‘opgesloten’ zit in de stamboom van de beer, waardoor verwanten die geen winterslaap houden, geen grotere baby’s kunnen krijgen.
“Het is zeker een aantrekkelijke hypothese,” zei Smith.
Maar uit het onderzoek van het Duke-team blijkt dat dit scenario onwaarschijnlijk is. De onderzoekers vonden geen significante verschillen in botgroei tussen beren in winterslaap en hun tegenhangers die het hele jaar door actief blijven en niet vasten tijdens de zwangerschap.
In feite vonden de onderzoekers, ondanks dat ze klein zijn, dat de meeste berenskeletten bij de geboorte net zo volwassen zijn als hun naaste dierlijke neven.
De pandabeer is de enige uitzondering op deze regel, laten de resultaten zien. Zelfs bij een voldragen baby panda, lijken de botten veel op die van een beagle puppy die enkele weken te vroeg wordt geboren.
“Dat zou vergelijkbaar zijn met een menselijke foetus van 28 weken” aan het begin van het derde trimester, zei Smith.
Andere factoren kunnen panda baby’s in de loop der tijd naar kleinere maten hebben geduwd — sommige onderzoekers wijten dit aan hun dieet dat alleen uit bamboe bestaat — maar gegevens hierover zijn schaars, zei Li. De onderzoekers zeggen dat het embryonale uiterlijk van de pandabeer waarschijnlijk te maken heeft met een eigenaardigheid van pandazwangerschap.
Alle beren hebben te maken met wat “vertraagde implantatie” wordt genoemd. Nadat de eicel is bevrucht, komt de toekomstige foetus in een staat van uitgestelde animatie, zweeft enkele maanden in de baarmoeder voordat hij zich in de baarmoederwand nestelt om zijn ontwikkeling te hervatten en zich klaar te maken voor de geboorte.
Maar terwijl andere beren twee maanden drachtig zijn na de implantatie, zijn reuzenpanda’s in een maand klaar.
“Ze zijn in feite ondergekookt,” zei Li, nu een Ph.D. student aan de Universiteit van Chicago.
De onderzoekers zeggen dat ze in deze studie alleen naar skeletten hebben gekeken, en het zou kunnen zijn dat andere organen zoals de hersenen een ander verhaal vertellen. Maar de nieuwe studie suggereert dat babypanda’s hetzelfde traject volgen als andere zoogdierverwanten – hun botten rijpen in dezelfde volgorde en met dezelfde snelheid – maar met een afgekapt tijdschema.
“De ontwikkeling is gewoon ingekort,” zei Smith.
Wetenschappers zijn nog steeds op zoek naar een volledige verklaring waarom het eigenaardige grootteverschil van de panda in de loop van de geologische tijd is geëvolueerd, en hoe.
“We hebben echt meer informatie nodig over hun ecologie en voortplanting in het wild,” zei Smith, en we hebben misschien niet veel tijd, gezien hun risico op uitsterven. Maar deze studie brengt hen een stap dichter bij een antwoord.
Dit onderzoek werd ondersteund door een Shared Material Instrumentation Facility Undergraduate User Program grant, het Duke Department of Biology, en het Undergraduate Research Office at Duke.
CITATIE: “Comparative Skeletal Anatomy of Neonatal Ursids and the Extreme Altriciality of the Giant Panda,” Peishu Li en Kathleen K. Smith. Journal of Anatomy, 2 dec. 2019. DOI: 10.1111/joa.13127
