Door Steijn van Schie - FOTO: ULRIKE BAUER - 19-01-2024 - Evolutiebiologie
Toen drie losse componenten van het vangmechanisme van bekerplant N. gracilis in de evolutie samenkwamen, leverde dat een groot selectief voordeel op.
Een uniek vangmechanisme in bekerplanten en de overgang van eierleggend naar levendbarend in zeeslakjes ontstonden door een opeenstapeling van neutrale mutaties die samen plotsklaps een groot selectievoordeel gaven.
Complexe innovatieve fenotypen ontstonden in twee totaal verschillende organismen door een langdurige opeenstapeling van kleine en stapsgewijze veranderingen in het genoom; van grote en plotselinge evolutionaire sprongen door slechts één of enkele mutaties is geen sprake. Dat concluderen twee onderzoeksgroepen 4 januari onafhankelijk van elkaar in Science door de evolutionaire paden te volgen van het unieke vangmechanisme van twee bekerplanten en de overgang van eierleggend naar levendbarend bij Littorina-zeeslakjes.
Synergie
Het vangmechanisme van de tropische vleesetende bekerplanten Nepenthes gracilis en Nepenthes pervillei bestaat uit een structurele, chemische en mechanische component: een horizontale deksel met een wasachtige onderkant, die door de impact van regendruppels zodanig klappert dat insecten hun grip verliezen en in de bekervloeistof eronder vallen. De drie losse componenten moeten ergens in de evolutie zijn samengekomen, waarna er door onderlinge synergie een nieuwe functie uit ontstond.
Uit een combinatie van veldexperimenten, microscopische, chemische en fylogenetische analyses achterhalen de biologen van de eerste studie hoe dit genetisch tot stand kwam. Daaruit blijkt dat er geen selectie heeft plaatsgevonden op de drie losse componenten waaruit het vangmechanisme bestaat. Door puur toeval en een enorme fenotypische variatie in bekerplanten kwamen in N. gracilis en N. pervillei de drie componenten spontaan samen, waarbij de karakteristieke vangmechanismen een groot voordeel hadden en via een convergent evolutionair pad onafhankelijk van elkaar ontstonden in Zuidoost-Azië en op de Seychellen.
Werving
In de tweede studie bestudeert een andere onderzoeksgroep hoe het zeeslakje ruwe alikruik (Littorina saxatilis) als enige in zijn genus overstapte op het baren van levende nakomelingen. Daartoe vergelijken ze het genoom met twee eierleggende nauwe verwanten: L. arcana en L. compressa. In alle slakjes blijken dezelfde genetische regio’s betrokken bij de wijze van reproductie; bij de levendbarende slakken komen de genen grotendeels anders tot expressie. De rest van het slakkengenoom lijkt niet of nauwelijks betrokken bij reproductie en doorliep ‘een ander evolutionair pad’, aldus de onderzoekers. Ze bepleiten dat nieuwe biologische functies zoals levendbarendheid mogelijk veelal ontstaan door de werving van vele allelen over een lange periode en niet via één evolutionaire stap.
Voorspelbaarheid
‘Beide studies laten mooi en overtuigend verschillende genetische mechanismen zien achter convergente evolutie. Terecht dat dit in Science staat’, oordeelt de Wageningse evolutiebioloog Bas Zwaan. ‘Evolutiebiologen zoeken vaak naar algemene regels om evolutionaire processen te begrijpen, en deze studies van twee heel verschillende soorten suggereren dat dergelijke regels er kunnen zijn. We weten bijvoorbeeld dat slechts één gen betrokken is bij de kleurpolymorfismen van peper-en-zoutvlinders en dat dit gen eenzelfde rol speelt bij veel andere soorten. Wat deze studies bijzonder maakt is dat veel verschillende neutrale mutaties samenkomen voordat ze in combinatie een groot voordeel hebben zodat ze kunnen fixeren. Bovendien blijkt dat de slakken een heel specifieke genetische route moesten doorlopen om levendbarend te worden, wat in ieder geval in dit systeem een bepaalde mate van voorspelbaarheid van evolutie suggereert.’