samenvatting amenvatting - Faculteit Wetenschappen

MONITORAAT
FACULTEIT WETENSCHAP
WETENSCHAPPEN
CELESTIOJNENLAAN 200
200I
3001 LEUVEN,
LEUVEN BELGIË
LEUVEN
09/03/2015
SAMENVATTING
Biologische evolutie
Hoe soorten kunnen veranderen doorheen de tijd.
tijd
Vorige lezing 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 speciaal ontworpen 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
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.
J.
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
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
natuurlij
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
toevallig structureel, functioneel of gedragsmatig beter dan
andere uitgerust zijn om onder een bepaalde milieuconditie te overleven en zich voort te
planten (fitness).
). 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
akomelingen 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 err 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 (doorgaans) 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
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 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.
2/2