Eindelijk zijn paleontologen en genetici het eens

bionieuws 15, 30-09-2005
nieuws
Eindelijk zijn paleontologen en genetici het eens
Waarom blijven soorten constant terwijl ze genetisch zo flexibel zijn? Paleontoloog Niles
Eldredge vertelt over de oplossing die hij met een chique werkgroep bedacht.
‘Genenuitwisseling vlakt variatie uit.’
Door Willy van Strien
freelance auteur
© bionieuws
Een populatie planten of dieren kan heel snel nieuwe erfelijke eigenschappen aannemen, is de
ervaring van populatie-genetici. Ze zien soms evolutie voor hun ogen gebeuren. In het fossiele archief
zie je soorten meestal plotseling verschijnen, miljoenen jaren lang onveranderd blijven en dan weer
verdwijnen, zeggen paleontologen. Die twee verschijnselen – veranderlijkheid en onveranderlijkheid –
zijn moeilijk met elkaar te rijmen. ‘Het is een paradox,’ zegt paleontoloog prof. dr. Niles Eldredge
(American Museum of National History).
Vijf jaar geleden vormde hij samen met evolutionair-ecoloog prof. dr. John Thompson (Universiteit van
Californië) een werkgroep van tien vooraanstaande, voornamelijk Amerikaanse evolutiebiologen om
de paradox te lijf te gaan. Ze kozen vijf paleontologen en vijf, zoals ze noemden ‘neontologen’
(populatie-genetici en evolutionair-ecologen), die samen alle schaalniveaus van de evolutiebiologie
bestrijken: van genoom tot massa-extincties. Het National Center for Ecological Analysis and
Synthesis (NCEAS, Santa Barbara in Californië) bood financiële steun en na vijf jaarlijkse
bijeenkomsten publiceerde de club onlangs een artikel in Paleobiology. Twee weken geleden waren
de leden in Leiden op het symposium Extending the Synthesis; integrating micro- and macroevolutionary scales (16 september).
Trilobieten
Eldredge kent Thompson van een congres, waar hij met hem sprak tijdens diners en vogelexcursies,
zo vertelt hij daags na het Leidse symposium. Eldredge had dertig jaar geleden met Stephen Jay
Gould de theorie van onderbroken evenwichten (punctuated equilibria) gelanceerd. Op grond van zijn
werk aan fossiele trilobieten, geleedpotige diertjes, stelde hij daarin dat lange perioden waarin soorten
onveranderd blijven (stasis) afwisselen met korte episoden van snelle veranderingen en soortvorming.
Toch was hij verrast toen Thompson vertelde hoe snel veranderingen kunnen optreden. Thompson
werkt aan de complexe co-evolutie tussen een plant en een motje dat die plant bestuift én waarvan de
larven de zaden eten. Thompson, op zijn beurt, was verbaasd dat Eldredge zo weinig verandering zag
in zijn fossielen.
De twee beseften dat micro-evolutie en macro-evolutie gescheiden werelden waren en dat niemand
één alomvattend evolutieverhaal kon maken. Is macro-evolutie niets anders dan micro-evolutie in het
groot en kun je alles, inclusief het ontstaan van de grote takken aan de stamboom van het leven,
verklaren met het proces van natuurlijke selectie? Of spelen op macroniveau andere processen mee?
‘Vandaar ons idee om onderzoekers uit verschillende hoeken bijeen te brengen,’ zegt Eldredge. ‘En
het eerste wat we moesten doen, was iedereen ervan te overtuigen dat soorten inderdaad miljoenen
jaren onveranderd kunnen blijven. Vooral de neontologen geloofden dat gewoon niet.’
Een van hen was prof. dr. Paul Brakefield, hoogleraar evolutiebiologie in Leiden. Zijn groep werkt aan
Afrikaanse zandoogjes en kan door kunstmatige selectie in ruwweg twintig generaties nieuwe
varianten van de vlinders kweken met verschillende oogpatronen en vleugelmaten. ‘Dat gaat
ongelooflijk snel,’ zegt hij. ‘Ik had dus twijfels over de onveranderlijkheid van soorten, ik dacht dat het
fossiele archief niet betrouwbaar was.’
Maar Jeremy Jackson, marien paleontoloog (Universiteit van Californië), wist de club te overtuigen
met een gedegen onderzoek aan fossiele en levende Bryozoa (mosdiertjes, kolonievormende,
poliepachtige organismen). Jackson moest zelf overstag, want ook hij had verwacht dat alle soorten
continu en geleidelijk in de tijd zouden veranderen; zo’n verandering zag hij echter maar bij één van
27 soorten. ‘Dat was de eerste van twee psychologisch belangrijke momenten die we meemaakten,’
vertelt Eldredge.
Zo stonden de evolutiebiologen voor de taak te verklaren waarom er met soorten in evolutionair
opzicht meestal helemaal niets gebeurt. Aanvankelijk zochten ze de verklaring in de genetica. Er
waren misschien te weinig gunstige mutaties mogelijk, bijvoorbeeld omdat één gen (en dus een
mutatie daarin) vaak meerdere effecten tegelijk heeft. Of er zou een onwaarschijnlijke combinatie van
mutaties nodig zijn om een eigenschap te verbeteren. Of natuurlijke selectie straft nieuwe afwijkingen
af en werkt behoudend.
‘We schreven drie schoolborden vol met processen die veranderingen mogelijk maken of
tegenhouden,’ zegt Eldredge. Toen greep prof. dr. Richard Lenski (Michigan State University) in, hij
bestudeert evolutie in het lab aan stammen van de bacterie Escherichia coli die hij al dertigduizend
generaties volgt. Eldredge: ‘Hij liet twee van de drie borden doorstrepen, want alle genetische
belemmeringen voor veranderingen die we bedacht hadden, waren volgens hem overkomelijk. Dat
was het tweede beslissende moment. Genetische belemmeringen zijn het probleem niet en populaties
kunnen inderdaad makkelijk veranderen; om de onveranderlijkheid van soorten te verklaren, moesten
we verder kijken.’
Afvlakken
Sindsdien zoekt de club de oorzaak van de stasis van soorten in hun geografische structuur. Veel
soorten zijn wijdverspreid in een afwisselende omgeving en moeten dus aan verschillende eisen
voldoen. Eldredge: ‘Denk maar aan koolmezen in Europa, die zowel in steden als allerlei typen
bossen leven. Ze hebben daar te maken met ander voedsel, andere concurrenten, andere vijanden en
andere ziekten. Een soort als geheel zal dan niet in één richting veranderen. Er ontstaan plaatselijke
en tijdelijke variaties, maar door genenuitwisseling vlakken die steeds af.’ Dat zien paleontologen ook;
wel plaatselijke en tijdelijke variaties in een soort, maar het nettoresultaat is vaak: geen verandering.
Bij macro-evolutie spelen dus processen een rol op een niveau boven dat van populaties, ofwel;
macro-evolutie is meer dan micro-evolutie in het groot. De onveranderlijkheid van soorten is nu min of
meer verklaard; de publicatie in Paleobiology rondt deze gedachtevorming af en het geld is op.
Brakefield haalde de club niet alleen voor het symposium naar Leiden, maar ook om te praten over
een doorstart. Want de volgende vraag is duidelijk: wanneer gebeurt er dan wél iets? Wanneer en
waar wijkt de onveranderlijkheid en ontstaan nieuwe vormen en soorten?
Het patroon van onderbroken evenwichten dat Eldredge bij trilobieten ontdekte, is ook bij andere
soortgroepen vastgesteld, en, wat sterker is, vaak tonen veel soortgroepen een gelijktijdige uitbarsting
van verandering en soortvorming. Het idee is, dat zo’n uitbarsting volgt op een dramatische
verandering in de fysieke omgeving, waarbij ecosys-temen teloor gaan. Eldredge: ‘We willen proberen
subsidie en nieuwe deelnemers te krijgen om ons daar op te werpen.’