Zeer snelle aanpassingen bij fruitvliegjes

Een eenzame fruitvlieg (Drosophila melanogaster) in de experimentele boomgaard bij Philadelphia. Foto: Seth Rudman, University of Pennsylvania

Fruitvliegen kunnen zich ongekend snel fysiek en genetisch aanpassen aan veranderende omstandigheden. ‘We moeten anders nadenken over evolutionaire tijdschalen en mechanismen.’

Een groot en gecontroleerd veldexperiment in Pennsylvania levert bewijs dat fruitvliegen zich vrijwel continu aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden en dat dit ook leidt tot genetische aanpassingen. Hierbij kan de aanpassingsrichting meerdere keren veranderen, waardoor in korte tijd soms kronkelige routes worden afgelegd en een aanpassing bijvoorbeeld van A naar B via C en weer terug naar B schommelt. ‘Dat een eigenschap in een bepaald aantal weken kan evolueren en dan de volgende maand van richting kan veranderen, is heel verrassend’, stelt de Amerikaanse evolutionair ecoloog Seth Rudman, eerste auteur van een artikel in Science van 18 maart over dit veldexperiment. ‘Dit schetst een beeld dat aanpassing en selectie echt dynamisch zijn. De richting van natuurlijke selectie verandert, de doelen veranderen en ze veranderen heel snel.’ Het experiment documenteert iedere maand gemiddeld 23 procent verandering bij de fruitvliegen voor zes polygenetische eigenschappen en na vier maanden tot 60 procent verandering in de ruim negenduizend onderzochte genetische eenlettervariaties (SNPs).

Een onderzoeker verzamelt fruitvliegen in een compartiment van de experimentele boomgaard van de University of Pennsylvania. Foto: Eric Sucar

In het experiment lieten de onderzoekers in juli 2014 steeds duizend wilde fruitvliegen (Drosophila melanogaster) los in tien afgesloten behuizingen in een boomgaard bij Philadelphia. Daarin zijn de fruitvliegen blootgesteld aan levensechte omstandigheden en seizoensinvloeden, terwijl ze uitgroeien tot gescheiden populaties van zo’n honderdduizend fruitvliegen per verblijf. Steeds na een maand zijn uit ieder verblijf 2.500 eitjes verwijderd en onder labomstandigheden opgekweekt en geanalyseerd op zes fysieke kenmerken waarvan bekend is dat ze berusten op meerdere genen, zoals reproductief succes en koudetolerantie. Vervolgens zijn hiervan aselect steeds honderd fruitvliegen genetisch geanalyseerd om momentopnames te krijgen van veranderende allelfrequenties. In totaal waren in het vier maand durende experiment ongeveer tien generaties fruitvliegen betrokken. Zowel de fysieke als genetische analyses laten zien dat fruitvliegen zich voortdurend aanpassen aan hun omgeving en sneller dan ooit eerder gemeten.

‘Evolutiebiologen zijn vaak geneigd om alleen naar eindpunten van experimenten te kijken, maar onderweg kan er veel aan de hand zijn’

‘Het bijzondere aan dit experiment is de hoge resolutie waarin veranderingen in fenotype en genotype zijn gevolgd. Normaal kijk je hooguit naar het grove metselwerk, maar nu kijk je echt naar de kleinste bouwsteentjes. Het roept veel vragen op en dwingt ons tot nadenken over evolutionaire tijdschalen, maar ook over onderliggende mechanismen’, meent de Groninger evolutiebioloog Timo van Eldijk. Het sluit deels aan bij een opinieartikel over evolueerbaarheid dat hij en twee medepromovendi recent publiceerden (Trends in Ecology and Evolution, 10 februari). ‘In dit experiment zie je dat zeer snelle adaptatie plaatsvindt, doordat populaties veel genetische en fenotypische variatie bevatten. Dit suggereert de aanwezigheid van onderliggende mechanismen die in staat zijn deze variatie te behouden en genereren. Ook laten de resultaten zien dat conclusies over evolueerbaarheid sterk afhankelijk zijn van de tijdschaal waarop je kijkt. Evolutiebiologen zijn vaak geneigd om alleen naar eindpunten van experimenten te kijken, maar onderweg kan er veel aan de hand zijn’, constateert Van Eldijk. ‘Het is belangrijk dat we ook de mechanismen achter evolueerbaarheid begrijpen, pas dan kunnen we echt snappen hoe organismen, zoals fruitvliegjes, zich razendsnel kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving.’