Biologische evolutie

Biologische evolutie
Hoe soorten kunnen veranderen doorheen de tijd.
Donderdag 16 januari 2014 – Dr. Peter Roels
Vorige les gingen we in de op duizelingwekkende soortendiversiteit die 3,5 miljard jaar evolutie op
aarde heeft opgeleverd. Een ander intrigerend aspect van het evolutieproces is het ontstaan van
zogenaamde adaptaties: aanpassingen van organismen aan hun omgeving, soms zo wonderbaarlijk
dat het wel lijkt of de organismen geschapen zijn voor hun omgeving. Tot na de middeleeuwen werd
het westers denken gedomineerd door de gedachte dat soorten door God zijn geschapen als
onveranderlijke entiteiten. De variatie tussen de individuen van een soort werden opgevat als een
soort ‘ruis’ op het Goddelijke bouwplan. Pas in de achttiende, negentiende eeuw begint de idee dat
soorten kunnen veranderen (en dat bestaande soorten daarbij aanleiding kunnen geven tot nieuwe
soorten), aan terrein te winnen. De Franse bioloog J.-B. de Lamarck bedacht er zelfs een mechanisme
voor, waarmee hij meteen ook trachtte te verklaren hoe adaptaties ontstaan (nu ze niet langer door
God geschapen zijn). In de tweede helft van de negentiende eeuw schuift de bekende Charles Darwin
zijn evolutietheorie naar voren. Zijn conclusies zijn gebaseerd op jarenlange studies en het
verzamelen van massa’s evidentie. Hij slaagt er uiteindelijk niet alleen in de evolutie als fenomeen
definitief op de agenda te plaatsen, maar ook om met het mechanisme van natuurlijke selectie te
verklaren hoe adaptaties achteraf bekeken de indruk kunnen wekken dat een intelligente ontwerper
aan het werk is geweest.
De redenering is als volgt. Geen twee individuen van een soort zijn precies hetzelfde. Sommige
individuen kunnen toevallig structureel, functioneel of gedragsmatig beter dan andere uitgerust zijn
om onder een bepaalde milieuconditie te overleven en zich voort te planten (fitnes). Het effect van
deze subtiele verschillen wordt uitvergroot in de zware ‘struggle for existence’ die steeds tussen
individuen aan de gang is, aangezien doorgaans veel meer nakomelingen worden voortgebracht dan
de omgeving kan dragen. Op die manier ‘selecteert’ de omgeving indirect die kenmerken die
organismen een betere overlevingskans bieden. De nakomelingen zullen een deel van de gunstige
eigenschappen overerven waardoor ook de genetische samenstelling van de populatie wijzigt. In de
toekomstige populatie zullen hierdoor relatief meer organismen met de geselecteerde
eigenschappen voorkomen zodat er ook een evolutionaire verandering op langere termijn heeft
plaatsgevonden. Omdat ook in de geselecteerde eigenschappen weer variatie optreedt, kunnen bij
gerichte selectie over meerdere generaties kleine veranderingen cumuleren en leiden tot de de
meest wonderbaarlijke adaptaties.
Met de herontdekking van het werk van de monnik Gregor Mendel over erfelijkheid kreeg het
Darwinisme een genetische basis mee en zag uiteindelijke gedurende de eerste helft van de
twintigste eeuw de moderne evolutietheorie het licht. Sindsdien definiëren we evolutie als de
verandering van de frequentie van genen in de populatie. Voorzover variatie een erfelijke basis heeft,
is deze terug te voeren tot het bestaan van varianten van genen. Door natuurlijke selectie kan een
gunstig gen in een populatie dus relatief gezien meer gaan voorkomen. Er zijn echter nog andere
mechanismen die de genfrequentie kunnen wijzigen en dus tot evolutie kunnen leiden, namelijk
migratie van invididuen tussen populaties en genetische drift. Immigrerende individuen (maar ook
binnenkomende pollen en zaden) brengen hun eigen genetisch materiaal mee en kunnen zo een
invloed hebben op de genfrequentie van de bestaande populatie, een fenomeen dat meer algemeen
genmigratie (gene flow) wordt genoemd. Genetische drift houdt in dat ook puur door toeval
bepaalde genen in frequentie kunnen toe- en afnemen. Vooral in kleinere populaties, waar
toevalsfactoren meer zichtbaar zijn, kan genetische drift van belang zijn. Hoewel dus meerdere
evolutiemechanismen bestaan, zal doorgaans alleen natuurlijke selectie tot adaptaties kunnen
leiden. In de 2de helft van de twintigste eeuw plaatste bedeelde onder andere Richard Dawkins met
het ‘zelfzuchtige gen’ het gen een nog centralere positie toe. Dit laat toe bepaalde vormen van
altruïsme te begrijpen die op het eerste zicht contradictorisch lijken met een darwinistische visie op
evolutie.
Specialisten zijn vaak in staat op het zicht soorten van elkaar te onderscheiden. Men kan zich de
vraag stellen of er voor dergelijk morfologisch erkende soorten ook een objectieve basis bestaat of
dat het puur om hersenspinsels gaat. Het blijkt dat de individuen van morfologisch erkende soorten
ook op vele andere gebieden onderling sterke gelijkennissen vertonen. De reden hiervoor wordt
duidelijk als we naar de definitie van de biologische soort kijken, zoals door Ernst Mayr in 1942 naar
voren geschoven: de individuen van een soort kunnen onderling kruisen en daarbij vruchtbare
nakomelingen produceren (terwijl individuen behorend tot verschillende soorten dit niet kunnen).
Reproductieve isolatie blijkt de hoeksteen te zijn om soorten van elkaar af te bakenen. Dit verklaart
ook de verschillen die kunnen waargenomen worden tussen soorten. Binnen een soort blijven de
kenmerken van de individuen gemeenschappelijk zolang er voldoende genmigratie is tussen de
verschillende regionale populaties van de soort. Deze genmigratie homogeniseert immers de
genfrequenties tussen deze populaties.
De sleutel tot soortvorming is de verminderde genmigratie tussen populaties, zodat elke populatie
zijn eigen evolutie kan doormaken. Het meest klassieke model is allopatrische speciatie, waarbij
geografische isolatie een oorspronkelijke populatie opdeelt in subpopulaties. De (genfrequenties van
de) subpopulaties evolueren gedurende een bepaalde tijd onafhankelijk van elkaar. Wanneer door
toeval of selectie sterke verschillen tussen beide subpopulaties ontstaan, kan het zijn dat na verloop
van tijd de individuen van beide subpopulaties elkaar niet meer herkennen als
voortplantingspartners of dat ze zo sterk genetisch verschillen dat hun eventuele hybride
nakomelingen er last van ondervinden. In het eerste geval is de soortvorming een feit. In het laatste
geval zullen mogelijks prezygotische reproductiebarrières ontstaan waardoor individuen van de
betrokken subpopulaties niet langer met elkaar kruisen, zodat ook hier 2 soorten ontstaan zijn. Dit
laatste is ook van belang in sympatrische speciatie, een ander model van soortvorming waar de
laatste tijd veel aandacht naar uitgaat. Hier zullen subpopulaties van een soort zich aanpassen aan
andere omgevingscondities of niches zonder dat ze geografisch gescheiden zijn en zo nieuwe soorten
vormen.
Met de processen van soortvorming in het achterhoofd wordt ook duidelijk waarom eilanden,
omwille van hun geografische isolatie, vaak laboratoria van evolutie zijn.