Het MYSTERIE der MYSTERIEËN

Menno schilthuizen ; Het MYSTERIE der
MYSTERIEËN
VOORWOORD
De wereld zit tjokvol met" bizar" geevolueerde dieren .
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/unity/c1x17b-finches.jpg
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/unity/case_study.htm
Darwinvinken
Darwins vinken van de Galapagos-eilanden
ze hebben hun snavels aangepast aan alle mogelijke vogellevenswijzen.
Met 13 varianten op snavelvorm zijn de Galapagosvinken omgevormd in even zoveel verschillende
soorten.
Een soort met een zware snavel specialiseert zich in het kraken van harde zaden, terwijl
smalsnavelige vinken zich gedragen als insecteneters of
nectardrinkers.
Zoals Darwin in1845 al opmerkte:
'Het lijkt er bijna of, bij een oorspronkelijke schaarste aan vogelsoorten in de archipel, er eentje
is genomen die vervolgens op allerlei manieren is
gemodificeerd.'
Een ander, minder beroemd voorbeeld zijn de tenrecs.
Deze diertjes van muisformaat, die wonen op Madagascar, zijn uitgewaaierd tot een assortiment van
ongeveer 30 soorten.
Sommige zijn klimmers, sommige zijn kruipers, andere zijn zwemmers, weer andere zijn springers of
gravers.
Sommige produceren worpen met tientallen jongen, andere hebben maar een of twee nakomelingen
per keer.
Sommige zijn harig, andere gestekeld.
Sommige eten wormen, andere eten termieten, weer andere kikkers. Sommige zijn zo groot als grote
ratten, terwiji andere zo klein zijn als de kleinste
spitsmuisjes. Maar geen van hen is identiek.
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/classification/Tenrecidae.html#Tenrecidae
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/pictures/Tenrecidae.html
lesser hedgehog tenrec
Echinops telfairi
lesser hedgehog
tenrec
Echinops telfairi
large-eared tenrec
Geogale aurita
large-eared tenrec
Geogale aurita
shrew tenrecs
Microgale
Dobson's shrew tenrec
Microgale dobsoni
Dobson's shrew tenrec
Microgale dobsoni
Dobson's shrew
tenrec
Microgale dobsoni
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
Tenrec ecaudatus
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Tenrecidae.html
Family Tenrecidae
(tenrecs)
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/specimens/Tenrecidae.html
shrew tenrecs
Microgale
shrew tenrecs
Microgale
shrew tenrecs
Microgale
shrew tenrecs
Microgale
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
tailless tenrec
Tenrec ecaudatus
Tenrecs, Darwinvinken, zijn divers: biodivers.
Vreemd genoeg dateert het woord 'biodiversiteit' pas van 1986,
toen het werd bedacht door een Amerikaanse persvoorlichter met een gave voor rake termen.
Het is verbazingwekkend dat de wereld het zo lang zonder dit woord heeft kunnen stellen, want ons
leven en ons milieu is ermee doordrenkt
(hoewel vandaag de dag misschien iets minder dan vroeger).
Het meest in het oog springende aspect van biodiversiteit zijn soorten.
'Soort' is niet meer dan een geformaliseerde biologische term voor wat niet-biologen gewoonlijk
aanduiden als 'typen' of 'vormen'.
(Een nieuw type vogel is ontdekt... Op dat eiland groeien twee verschillende vormen van palmen...)
En de diversiteit aan soorten is ontstellend: er leven 13 soorten Darwinvinken op de Galapagosarchipel, rond de dertig soorten tenrecs op Madagascar,
600 vogelsoorten in Thailand, 3000 soorten kevers in Groot-Brittannie, 75.000 soorten week-dieren op
de wereld en miljoenen en nog eens miljoenen soorten
insecten in tropische regenwouden. En dan hebben we het alleen nog maar over de dieren.
Loop je plaatselijke supermarkt binnen en neem een kijkje in de schappen. Kiwi's, kokosnoten,
krenten en koolraap: allemaal verschillende soorten.
In je tuin kunnen honderd verschillende planten voorkomen, als je tenminste niet alles hebt afgedekt
met kiezeis en tegels.
En je biertje, je kaas, je wijn, je yoghurt en je azijn zijn allemaal het product van verschillende soorten
micro-organismen -evengoed als je puisten en
je diarree.
Wat zijn soorten en waarom bestaan ze?
Waarom heeft de natuur het nodig gevonden zich op te splitsen in verschillende soorten
levende dingen?
En waarom zijn er in vredesnaam zoveel van?
Heeft het gemiddelde Europese land werkelijk 6000 verschillende soorten kevers nodig ?
en zeker twee keer zoveel soorten wespen?
Waarom zien eikenbomen in Washington er anders uit dan eikenbomen in Wiesbaden?
En waarom groeien er andere soorten paddestoelen onder beuken dan onder berken?
En zelfs als er een goede ecologische reden bestaat voor dit alles, hoe zijn die soorten dan
ontstaan?
Hoe veranderden die van Zuid-Amerika weggewaaide vinken in 13 totaal verschillende soorten
vogels?
Hoe ontstonden uit een reptiel meer dan genoeg soorten dinosauriers om als plastic souvenirs
een museumwinkel mee te vullen?
En hoe kwam het dat een tweebenige aap op de Afrikaanse savanne zich splitste in een reeks
schepsels waarvan er uiteindelijk eentje
populair-wetenschappelijke boeken zou gaan lezen?
'Door evolutie' is het voor de hand liggende en juiste antwoord.
Zie
Het gelijk van Darwin
Maar wat voor soort evolutie?
Stel je het schema van een evolutionaire boom voor.
Van die dingen die in biologielokalen hangen en in de binnenkant van de kaften van
wetenschappelijke boeken staan.
Als we de wormen en kwallen en konijnen en netjes geklede zakenheden die aan de toppen van
takken hangen even wegdenken, dan is zo'n boom eigenlijk
opgebouwd uit twee dingen: de vorken waar takken zich splitsen en de takken zelf.
Maar het type evolutie dat plaatsvindt in een tak is heel anders dan de evolutie die een vork
produceert.
De eerste - de tak - is het type evolutie waarover Darwin het meeste schreef.
Natuurlijke selectie maakt dat planten en dieren geleidelijk van uiterlijk veranderen, omdat ze zich
voortdurend aanpassen aan veranderende omstandigheden.
Een nachtvlindertje in het Engeland van Shakespeare had beige vieugels als camouflage bij de
lichtgekleurde boomstammen waar hij het liefst op zit.
Na de industriele revolutie, met het gehele landschap donker gekleurd door roet, vallen zijn beige
vieugels plotseling op, wat hem een gemakkelijke prooi
maakt voor vogels. Alleen de vlinders met de donkerste vieugels blijven gespaard. Dientengevolge
verandert deze vlindersoort na verloop van tijd van beige
in roetzwart.
Door natuurlijke selectie is hij aangepast aan zijn omgeving ---->
Aanpassing zie --->adaptatie
aanpasbare aanpassen aanpassende aanpassingen aanpassingsfase aanpassingsgedrag
aanpassingsimmuniteit aanpassingsimmuunsysteem aanpassingsimmuunsystemen
aanpassingskracht aanpassingskwaliteiten aanpassingsmechanismen aanpassingsmogelijkheden
aanpassingsproblemen
aanpassingsproces aanpassingsvermogen aanpassingsverscheidenheden
aanpassingsvoordelen aanpassingswaarde aanpassingswerken
aanpassing en variatie
snel aanpassen
Dit is het soort evolutie dat wordt vertegenwoordigd door een tak.
Er is misschien verandering, maar het blijft een enkele soort.(= micro-evolutie of variatie binnen de
soort zegggen creationisten )
Heel anders is het bij de vorken.
Net als bij de takken, kan natuurlijke selectie ook een rol spelen bij het ontstaan van vorken.
Maar in plaats van een verandering van het uiterlijk van een soort, vindt hier een splitsing ( radiatie )
plaats.
Zo was er bijvoorbeeld ooit een soort grote katachtige, maar nu hebben we er twee: leeuwen en
tijgers.
Na de splitsing gaat elk zijn eigen evolutionaire weg. Dit proces van splitsing, dat het,aantal
bestaande soorten vergroot, wordt 'soortvorming' of
'speciatie' genoemd .Darwin noemde het anders. Hij sprak van 'divergentie van eigenschappen', en
sommige biologen vinden dat het niet een onderwerp was
waarover hij erg duidelijke ideeen had.
Zoals de beroemde bioloog Edward 0. Wilson klaagde:
'[Darwins] denken over diversiteit is altijd warrig gebleven'.
En hoewel Darwin, zoals we later zullen zien, soortvorming beter begreep dan veel moderne biologen
beseffen, bleef hij ernaar verwijzen met de term
'dat Mysterie der Mysterien'. We moeten wel bedenken dat dit in het midden van de negentiende
eeuw was, toen de evolutietheorie nog in de kinderschoenen
stond.
Maar zestig jaar later, in 1922, zei de invloedrijke bioloog William Bateson nog:
'dat ... stukje van de evolutietheorie dat gaat over de oorsprong en de aard van soorten, blijft
volstrekt mysterieus'.
En zelfs nog zo recente-ijk als 1974 stelde geneticus Richard Lewontin dat
'we vrijwel niets weten over de genetische veranderingen die plaatshebben bij soortvorming'.
Al deze frustraties zijn begrijpelijk. Evolutiebiologen ondergaan dagelijks de tantaluskwelling dat ze
evolutie niet direct kunnen zien plaatsvinden.
Ze zien natuurlijk wel kleine veranderingen, meestal veroorzaakt door natuurlijke selectie - zoals die
nachtvlinders die van kleur veranderen over de
tijdspanne van een paar decennia.
Maar dat (soms wat neerbuigend 'micro-evolutie' genoemd) is een lachertje vergeleken met het
ontstaan van volstrekt nieuwe soorten.
Biologen kunnen misschien accepteren dat ze nooit getuige zullen zijn van zulke grote evolutionaire
gebeurtenissen als het ontstaan van de dinosauriers,
de oorsprong van de mens of de evolutie van de vogels. Maar zoiets bescheidens als het zien
ontstaan van een enkele nieuwe soort, dat zou toch niet te veel
gevraagd moeten zijn?
En toch, hoewel nieuwe soorten overal om ons heen in allerlei stadia van ontwikkeling zouden moeten
zijn, zijn biologen er altijd van uitgegaan dat het
proces duizenden jaren in beslag neemt, en dat soortvorming dus een veel te traag proces is om van
begin tot eind te bestuderen.
Maar de laatste twintig jaar zijn we erachter gekomen dat dat een te pessimistische kijk is.
Soortvorming is niet altijd zo langzaam.
Het kan soms maar een paar honderd jaar duren; korter zeifs.
Het kan worden nagebootst in een wetenschappelijk laboratorium en zelfs in je achtertuin (mits
onder competente supervisie, natuurlijk).
Het is echte 'macro-evolutie';
het is waar biodiversiteit op draait en het is niet langer een Mysterie der Mysterien.
Toch, hoewel we soortvormingsgebeurtenissen beginnen te begrijpen, zijn we eerbied aan hen
verschuldigd; zo eindeloos fascinerend zijn ze.
Net als liefdesgeschiedenissen vinden ze keer op keer plaats, iedere
keer weer op een iets verschillende manier, afhankelijk van de
omstandigheden en de
eigenschappen van de personages, en elk is een mirakel op zichzelf:
een mirakel der mirakelen.
Over het ontstaan van soorten.
Het ontstaan van soorten is het centrale thema in de evolutie -- en daarmee in de
biologie.
Hoe splitsen soorten zich af?
Hoe lang duurt het voor een nieuwe soort wordt geboren?
En wat is een soort eigenlijk?
Het belang van dit onderwerp is zo groot dat Charles Darwin sprak van
`Het mysterie der mysteri챘n'.
--> de vragen die vaak jarenlang voor
grote onenigheid hebben gezorgd onder de evolutiebiologen zoals Ernst Mayr, Guy
Bush, Stephen Jay Gould en Bill Rice.
De evolutietheorie richt zich op de verklaring van twee processen:
adaptatie aan milieuomstandigheden en
de vorming van soorten.
Dit laatste proces is nog steeds onderwerp van felle discussies en zijn ook
vele voorbeelden van de jarenlange inspanningen van geduldige en soms bezeten
biologen om aan te tonen of ergens nu wel of niet sprake is van een nieuwe soort.
geillustreerd met de meest merkwaardige en opmerkelijke planten en dieren
Onze ideeën over de soortvorming zijn de afgelopen anderhalve eeuw
aanmerkelijk veranderd en paradoxaal genoeg zijn we vandaag terug beland bij
een stelling die ook Darwin verkondigde: het is allemaal een kwestie van
natuurlijke selectie.
Soortgenoten definieerde hij heel pragmatisch als organismen die op elkaar
lijken en als ze veranderden kwam dat volgens doordat het milieu en onder
druk zette .
Inmiddels is de definitie van soorten ietwat uitgebreid met de bepaling
dat soortgenoten ook met elkaar kunnen paren, maar over de reden waarom
soorten zich opeens onderscheiden van elkaar is nog steeds niet alles met
uitsluitsel geweten.
Waarom, zo kunnen we ons bijvoorbeeld afvragen, zijn er ooit leeuwen en
tijgers ontstaan?
De Duitse natuuronderzoeker Moritz Wagner stelde in het midden van de
negentiende eeuw dat de significante oorzaak van soortvorming ruimtelijke isolatie
was.
Zet een dier op een eiland, zo stelde hij ongeveer en het zal beginnen muteren met
uiteindelijk een nieuwe soort als gevolg.
Men vond dat dikke lulkoek en men maakte niet veel woorden vuil aan die
Duitse isolationist.
Wagner dreigde dan ook volledig in de vergeethoek te verdwijnen tot in de jaren
veertig de eveneens Duitse evolutiebioloog Ernst Mayr - zowat de paus van het
twintigste-eeuwse evolutie-onderzoek - stelde dat Wagner een pientere kerel was
geweest. Alle soortvorming gebeurt allopatrisch, zo stelde hij, wat net hetzelfde
betekent als wat Wagner zei.
Echter soortvorming,( speciatie ) zo blijkt uit recent onderzoek, is meer dan een
reactie op geografische isolatie.
Zelfs Darwin wist dat al, stipt Schilthuizen aan.
Mayr stelt bijvoorbeeld dat hoe kleiner een populatie bij afzondering is, hoe meer
mutanten ze zal voortbrengen en hoe meer kans op overleving ze heeft.
Uit experimenten is gebleken dat Darwin het ook hier bij het rechte eind had wanneer
hij stelde dat een schaarste aan individuen net zorgt voor minder levensvatbare
mutanten en dat de soort op zich daardoor verzwakt.
E챕n manier waarop nieuwe soorten kunnen ontstaan - en dat nog wel van het
ene op het andere moment - is bijvoorbeeld door een chromosonale
fout .tijdens de vorming van de gameten
Normaal bevatten ei- en zaadcel ieder een haploide set chromosomen die na
versmelting de twee( diploide ) chromosomenstrengen van de jonge vrucht
opleveren.
Wanneer het goed gaat ontdubbelt zo'n genoom set zich in zaad- of eicel : maar
soms gaat het mis
Zo kan een geslachtscel zich bijvoorbeeld niet helemaal ontdubbelen ( er blijven
chromosomen aan elkaar kleven) en zich toch vermengen met
een zuiver haploide partner ( waarna de jonge vrucht bijvoorbeeld drie
strengen heeft. )
Het gevolg is dat het dier of de plant in kwestie : ofwel niet word geboren ofwel
gehandicapt / onvruchtbaar zal zijn en dus zeker geen nieuwe
soort kan opleveren.
Maar stel nu dat zo'n diploide eicel een diploide zaadcel ontmoet, dan krijgen
we vier strengen en daarmee ook een mogelijke nieuwe soort.: POLYPLOIDIE die
ondermeer bij planten veelvildig voorkomt
Soortvorming kan ook op een meer 'normale' manier gebeuren, iets wat een nuchtere
beschouwing van de natuurlijke verscheidenheid trouwens al suggereert.
In de regenwouden leven er tussen de 5 en de 17,5 miljoen
monofage insectensoorten, wat betekent dat ze leven op 챕챕n welbepaalde plant.
Het is gewoon ondenkbaar dat die allemaal op een soort 'eilandje' ontstaan zijn,
zoals Mayr het zou willen.
Veel geloofwaardiger lijkt het dat die insecten van de ene 'smaak' ge챘volueerd zijn
naar de andere omdat er daar iets te vreten viel, of - iets wetenschappelijker
uitgedrukt - omdat er een niche bestond waarin nog niemand anders gesprongen
was.
Een mooi voorbeeld daarvan is de meidoornvlieg die in de Verenigde Staten op
een gegeven moment overstapte naar de appelboom en een appelvlieg werd, op
andere momenten begon te paren, een paar weken eerder uit het ei kroop en
daardoor een andere soort werd.
En dat op een generatie of tweehonderd, wat in evolutietermen gesproken niet veel
meer is dan een oogwenk.
Schilthuizen gaat vervolgens op zoek naar een algemeen principe achter de
verschillende manieren van soortvorming die hij onderscheidt en komt zo bij
de helmcicade uit.
Dit diertje is op iedere boomsoort weer anders en blijkt een echt blijvertje te zijn. Het
verhuist bij manier van spreken niet van het ene 'eilandje' naar het andere.
Ernst Mayrs allopatrische soortvorming is volgens Schilthuizen in feite niets anders
dan natuurlijke selectie: het organisme dat zich over de generaties heen aanpast aan
zijn milieu, waarbij de individuen die het best passen in dit milieu overleven en de
andere niet.
Mayr zou bijvoorbeeld zeggen dat er zoveel verschillende Galapagos-schildpadden
zijn - of waren - doordat de voorlopers ervan ge챦soleerd raakten op verschillende
eilanden en begonnen te muteren.
Schilthuizen en heel wat hedendaagse biologen zien het anders: er ontstonden
zoveel verschillende soorten omdat er zoveel verschillende niches waren en iedere
soort ontstond om zo'n niche te vullen.
En dat dit op een eiland gebeurde doet er niet toe.
Wat betekent dit nu allemaal voor de geschiedenis van het leven op onze
planeet?
Menno Schilthuizen legt uit wat de rol is van natuurlijke selectie,
genenstroom en seksuele selectie bij soortvorming,
en waarom de bijdrage van geografische isolatie aan de biodiversiteit op aarde
overschat wordt -- en die van niches vullen en kansen grijpen onderschat.
Schilthuizen laat habitats zien, vari챘rend van een enkele appelboom tot de Isthmus
van Panama.
Hij legt uit wat de evolutionaire gevolgen zijn van concurrentie om seks en om
voedsel in organismen, uiteenlopend van de
dradendrongo(Dicrurus hottentottus) tot de
koperminnende maskerbloem.
http://www.jodkowski.pl/we/MSchilthuizen.html
http://www.science.uva.nl/ibed/see/
Wat is de voornaamste moeilijkheid voor de evolutiebiologen wat betreft
soortvorming ( speciatie )?
MSchilthuizen :
het voornaamste obstakel is de quasi onmogelijkheid om tijdens het individuele
leven van een mens , in het laboratorium ,
de kondities te reproduceren van de fenomenen die ze betuderen en daaronder de
speciatie van nieuwe soorten ...
De experimenteele mogelijkheden zijn erg beperkt , vandaar het teruggrijpen op
modellen
Maar
Er zijn wel degelijk experimenten gebeurt ( o.a. met fruitvliegjes )___ waarbij de
langzamere processen
van soortvorming in de natuur , werden onderzocht in enkele jaren tijd...
Waarom is de definitie van de term " soort "zulk een beladen diskussie in de
biologie ?
MS
Evolutie-biologen , lijken me niet de enigen die hierbij vragen stellen ; waarom is het
produkt van ezel en paard , niet
gelijkend op een van beide ouders , maar niettemin een steriel muildier/ muilezel of
steenezel ?
We kennen nog steeds het antwoord niet
Bestaan er in het debat over de soortvorming elementen
die iedereen aanvaard ?
Er bestaat een consentus over het volgende speciatie-scenario :
een gebeurtenis die het kruisings-isolement van een ondersoort veroorzaakt :
Daardoor onstaat een verminderde genetische uitwisseling tussen
deze onderpopulatie en de stam-populatie van wie ze afstamt
De opslag en conservatie van de genetische verschillen in de eigen
afstammingslijnen gaan op hun beurt de isolatie versterken .... totdat kruising met
de oorspronkelijke ring-species onmogelijk is geworden ...
De geisoleerde subspecies is dan een nieuwe soort geworden ...
Zie ook
Moleculaire klokken
Evolutie boven soortniveau ?
http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i000640.html
De evolutie van een soort is niet mogelijk zonder de aanwezigheid van individuen
die van elkaar verschillen. Binnen een populatie van een soort zijn geen twee
individuen hetzelfde. Wanneer het milieu verandert, treedt selectie op. Alleen de
individuen die zijn aangepast aan de heersende omstandigheden zullen overleven.
Er treedt een geleidelijke verandering van de soort op (anagenese), zonder dat er
nieuwe soorten ontstaan. Wanneer de populatie zich opsplitst, gaan de
veranderingen in de afzonderlijke deelpopulaties door. Zo kan het gebeuren dat de
deelpopulaties elkaar niet meer als soortgenoten herkennen: er zijn meerdere
soorten ontstaan (cladogenese).
Ook boven het soortsniveau speelt evolutie een rol. Ondanks de veelheid aan
soorten, kunnen we toch duidelijke lijnen herkennen waardoor we kleinere groepen
kunnen onderbrengen in steeds grotere groepen.
De paarden bijvoorbeeld, horen bij de hoefdieren en die horen weer bij de
zoogdieren.
Evolutie houdt dus niet op bij het soortsniveau, maar er zijn factoren die maken
dat we de soorten in steeds grotere eenheden kunnen indelen, van geslachten
tot stammen.
Door deze indeling, lijkt het alsof de evolutie doelgericht is.
Dat is echter niet zo.
-->Evolutie is het resultaat van natuurlijke selectie, die werkzaam is op het
niveau van willekeurig optredende veranderingen in erfelijke eigenschappen. -->De richting waarin een soort zich ontwikkelt, wordt bepaald door de soort zelf
en door omstandigheden in het milieu.
Een voet met vijf tenen kan zich bijvoorbeeld wel tot een 챕챕n- of tweetenige
hoef ontwikkelen, maar van een hoef naar een grijpvoet om in de bomen te
klimmen is een onmogelijke ontwikkeling.
Rechtlijnige evolutie
Veel veranderingen in de bouw van een organisme kennen geen weg terug. (
zie ook wet van Dollo )
Wanneer een bepaalde ontwikkeling eenmaal in gang is gezet, is er geen terugkeer
naar het uitgangspunt mogelijk. Daarom zal een kenmerk met een bepaalde
functie alleen maar zodanig veranderen dat de functie steeds beter wordt
uitgevoerd.
Anders zou de verandering immers weer verdwijnen door natuurlijke selectie.
Daardoor lijkt de evolutie vaak in een rechte lijn, op een bepaald doel af te
lopen.
Deze rechtlijnige evolutie wordt orthogenese genoemd. Door deze sterke
specialisatie in een bepaalde richting verminderen de overlevingskansen wanneer op
de langere termijn de milieuomstandigheden veranderen
Gestuurde evolutie?
http://www.kennislink.nl/web/show?id=111231&showframe=content&vensterid=811&prev=111230
Soorten evolueren onder andere doordat er mutaties optreden. Een soort varieert in erfelijke
eigenschappen en kan daardoor verandering in natuurlijke omstandigheden overleven. Tot nu
toe heerste de overtuiging dat mutaties volstrekt willekeurig plaatsvinden, maar er zijn
aanwijzingen dat sommige soorten organismen het tempo waarin mutaties plaatsvinden
kunnen regelen.
Natuurlijke selectie
Een soort moet om te kunnen overleven een grote variatie in erfelijke eigenschappen hebben. Dat is
nodig omdat het milieu een selectiedruk uitoefent op de soort. Die selectiedruk kan veranderen. Als
karpers in een vijver zwemmen waar ook een snoek voorkomt, zullen de snelste overleven, maar in
een jaar met weinig voedsel en weinig snoek zullen juist de langzaamste overleven omdat ze minder
energie verbruiken. Deze variatie in erfelijke eigenschappen ontstaat door mutaties, veranderingen in
het DNA.
Veranderingen in het DNA kunnen leiden tot ontregeling van de celprocessen. Om deze ontregeling
tegen te gaan beschikken organismen over ‘DNA-reparateurs’. Deze reparateurs herstellen het DNA
zoveel mogelijk.
Maar variatie is noodzaak, omdat zoals gezegd, de omstandigheden kunnen veranderen en een
eigenschap die in een bepaald milieu ongunstig was in een ander milieu voordeel kan opleveren. Het
zou ideaal zijn als het DNA van een organisme van tevoren kon voelen wanneer en in welke genen
mutaties gunstig zijn en de kans op overleven vergroten. Tot voor kort werd dat onmogelijk geacht.
Het erfelijk materiaal kan de omgeving niet ‘waarnemen’. Als je vele generaties bij muizen de staarten
afsnijdt, ontstaan er toch geen staartloze muizen. Die krijg je eerder door muizen met lange staarten
systematisch te doden, voordat ze zich voortplanten. Zo verwijder je ‘lange staart genen’ door selectie
uit de populatie.
Behoefte aan variatie
Recente ontwikkelingen geven aan dat genen waarschijnlijk toch kunnen ‘waarnemen’. Genetisch
materiaal kan als de nood aan de man komt mutaties bespoedigen en in een bepaalde richting sturen.
Het tempo waarin de mutaties plaatsvinden hangt op mysterieuze wijze samen met de behoefte aan
variatie op dat moment. Dit was al eerder beweerd door Barbara McClintock, die in 1983 voor haar
werk in de genetica de Nobelprijs ontving. Zij beweerde dat het genetisch materiaal een zeer gevoelig
‘orgaan’ was, dat in tijden van stress kan verbeteren en herstructureren. Dus geen ‘blinde’ genen die
ongeacht wat er buiten het organisme gebeurt alle kanten uit muteren. Een tijd later bleek dat Barbara
McClintock gelijk had: genen van een gewone darmbacterie, Escherichia coli, bleken in staat in te
spelen op hun omgeving.
Colibacteriën werden op een onverteerbare voedingsbodem gekweekt en op een voedingsbodem met
de benodigde voedingstoffen in opneembare vorm. Bij de bacteriën op de onverteerbare
voedingsbodem traden veel meer mutaties op waardoor het voedsel alsnog verteerd kon worden dan
bij de bacteriën op de goede voedingsbodem. Het leek wel of de genen informatie over de voeding
doorkregen. Lang werd dit idee van de ‘aangepaste’ of ‘gerichte’ mutaties verketterd. Maar nu zijn de
geleerden het er wel over eens dat dit soort mutaties inderdaad mogelijk is.
Uitgehongerde bacteri챘n
In een kern worden stukjes genetisch materiaal voortdurend vervangen door kopie챘n. Dit gebeurt
dankzij de DNA-reparateurs redelijk nauwkeurig, maar als een bacterie hongert worden er veel meer
fouten gemaakt. De reparateurs kunnen het werk niet meer aan en de hongerende bacteriekolonie
verandert in een verzameling mutanten. En tussen deze mutanten is er altijd wel eentje die het
onverteerbare voedsel aan kan en zich snel kan vermeerderen.
Ook kan het zijn dat niet het kopieerproces uit de bocht vliegt, maar dat de reparateurs het laten
afweten. In beide gevallen maken de bacteri챘n een genetische sprong om in leven te blijven. Een
bacterie in doodsnood vertoont grootschalige mutaties die anders zelden of nooit plaatsvinden. De
honger maakt de kans op ingrijpende mutaties een stuk groter. Hoe dat komt is nog volstrekt
onduidelijk.
Permanente mutaties in bepaalde genen
Als er permanente mutaties in bepaalde genen optreden gaat de evolutie ook sneller. Bij bepaalde
slakkensoorten heeft iedere soort zijn eigen gif. Dat vergif is een mengsel van tientallen eiwitten, die
allemaal delen zijn van een supereiwit. Het recept voor dat supereiwit ligt in het DNA van de slak.
Het afweersysteem van hun prooidieren verandert voortdurend zodat het vergif niet meer werkzaam
is. De slakken zijn voortdurend in gevecht met het afweersysteem van hun prooidieren en moeten
daarom de samenstelling van het gif steeds veranderen. Dus moet het gen van het supereiwit
supersnel en voortdurend muteren. Die mutatiesnelheid is ongelijk over het gen verdeeld. Sommige
van die stukken eiwit verschillen nauwelijks van soort tot soort, terwijl andere juist heel sterk
verschillen.
Hier is sprake van een superslimme evolutiestrategie: sommige eiwitten zijn gericht op fundamentele,
dus zeer stabiele, processen in de stofwisseling en hoeven niet snel te veranderen. Andere moeten
het snel evoluerende afweersysteem van de prooi lamleggen en moeten snel vari챘ren om giftig te
blijven voor de prooi.
Nutteloos DNA? = JUNK DNA
Er is veel ‘nutteloos’ DNA: lange zich zelf herhalende stukken, die nergens voor coderen. Als het DNA
wordt afgelezen moeten deze stukken worden overgeslagen. Bij dat overslaan worden foutjes
gemaakt. Er worden stukken overgeslagen die wel gelezen moeten worden of er worden door het
overslaan stukken twee keer gelezen. ‘Nutteloos’ DNA vergroot de kans op mutaties. Het is dus niet
echt ‘nutteloos’.
Er is nog een andere vorm van ‘nutteloos’ DNA: de transposons. Dit zijn parasieten die zich door
middel van een uitgekiende kop en staart in het genetisch materiaal kunnen nestelen. Speciale
reparateurs, de transposases, herkennen die kop en staart en knippen de transposons los, maar die
nestelen zich dan weer ergens anders.
Extra variatie
De transposons zorgen voor extra variatie. Tranposons kunnen zich op een gegeven moment
permanent in de chromosomen vestigen. Vooral als het DNA per ongeluk breekt en er losse eindjes
ontstaan kunnen ze zich gemakkelijk en voorgoed hechten. Vaak hebben ze dan iets waardevols bij
zich. Ze bevatten soms complete genen. Die genen zijn waarschijnlijk ooit op drift geraakt, doordat
transposases de kop van het ene transposon en de staart van een ander transposon voor het begin
en eind van een transposon aanzagen. Ze knipten de beide transposons maar ook de genen
ertussenin los. Zulke zwervende genen kunnen elders in het genetisch materiaal het functioneren van
andere genen be챦nvloeden of evolueren tot volstrekt nieuwe genen.
Misschien heeft de mens ook zijn bestaan te danken aan zo’n genverhuizing. Er is een lang stuk DNA
dat bij apen en mensen voorkomt maar niet bij andere zoogdieren. Dit stuk DNA zit bij apen op een
heel andere plaats dan bij de mens. Het lijkt er op dat het tussen transposons ingeklemd heeft
gezeten. De functie van dit stuk DNA is nog onduidelijk.
Zie ook:
50 jaar DNA (Kennislink artikel)
Evolutieprocessen bij het ontstaan van vleugelpatronen van vlinders
(Kennislink artikel)
Dit artikel is eerder verschenen in nummer 1 uit de jaargang
1999 van het blad Archimedes.