Kritische kruispunten bepalen evolutie

De gestreepte keverslak (Tonicella lineata) bezit meerdere oogjes op de schelp (de kop van het weekdier zit rechts). Foto: Taollan82, Wikipedia

Evolutie volgt soms voorspelbare paden die zijn ingegeven door sleutelkenmerken, maar is niet geheel voorspelbaar. Dit blijkt uit detailstudies aan het complexe visuele systeem van keverslakken.

Het complexe systeem van oogjes en oogvlekken dat meerdere keren in de evolutie van keverslakken is ontstaan, wijst erop dat evolutie snel via vaste paden kan verlopen. Evolutie volgt dan zo’n voorspelbare weg, omdat het aantal mogelijkheden beperkt is, maar de uitkomsten zijn toch niet helemaal voorspelbaar, aldus Amerikaanse evolutiebiologen in Science van 1 maart.

Voor dit onderzoek bestudeerden zij in detail het ontstaan van de tientallen oogjes en tot wel honderden oogvlekjes die voorkomen bij vier lijnen keverslakken: Acanthopleurinae, Toniciinae, Chiton en Callochitonida. Keverslakken zijn weekdieren met een ovaalvormige en achtdelige schelp, die qua bouwplan al meer dan driehonderd miljoen jaar weinig is veranderd. Dit geldt echter niet voor hun visuele systeem, dat kan bestaan uit schelpoogjes met een lens van aragoniet of talrijke nog kleinere oogvlekjes. Deze convergente op oogjes of oogvlekjes gebaseerde visuele systemen zijn vier keer in de evolutie van keverslakken ontstaan: de oudste tussen de 250 en 200 miljoen jaar geleden en de jongste tussen de 75 en 25 miljoen jaar geleden.

Volgens gedetailleerde anatomische analyses, uitgevoerd onder leiding van evolutiebioloog Todd Oakley van de University of California in Santa Barbara, is de overgang naar een systeem met oogjes of oogvlekjes nauw verbonden met de organisatie van het netwerk aan zintuigen in de keverslakken. Dit netwerk bestaat uit zintuigorgaantjes (‘aesthetes’) die via zenuwcellen verbonden zijn met het viscerale zenuwstelsel. Als er minder dan tien spleten in de voorste schelpkleppen zitten waardoor de zenuwen contact kunnen leggen met het zenuwstelsel ontstaan er oogjes. Zijn er meer spleten, zo’n veertien tot twintig, dan ontstaan oogvlekjes.

Schematische voorstelling en daaronder de elektronenmicroscoopafbeeldingen van keverslakschelpen. Van links naar rechts: zintuigorgaantjes ('aesthetes', groen) komen voor op keverslakken, terwijl schelpoogjes (blauw) en oogvlekjes (rood) slechts in een paar groepen evolueerden. De spleten in het voorste deel van schelp bepalen hoe zenuwen het visueel systeem verbonden kan zijn met het zenuwstelsel. Illustratie: Varney e.a., UC Santa Barbara.

Hiermee denken de onderzoekers een voorbeeld gevonden te hebben van het kanaliseren van evolutie, omdat er bij de keverslakken sprake is van ‘kritische kruispunten’ die de uitkomst van evolutie bepalen. Er zijn in het laboratorium vaker voorbeelden van gestuurde evolutie gevonden, maar het is extreem moeilijk te bewijzen dat dit ook een rol speelt op macro-evolutionaire schaal. Volgens de niet bij dit onderzoek betrokken evolutiebioloog Lauren Summer-Roony van het Leibniz Institute for Evolution and Biodiversity Research in Berlijn is dat hier wel het geval. ‘Hun bevindingen suggereren een krachtige rol voor evolutionaire padafhankelijkheid, waarbij het aantal spleten keverslakken onomkeerbaar beperkt tot een van de twee vaste systeemtypen voor zicht en dit ook zo is gegaan bij vier afzonderlijke oorsprongen van zichtvermogen’, zo stelt zij in een begeleidende perspective in Science. Hiermee vestigen keverslakken zich volgens haar ook meteen als ‘een belangrijk evolutionair model’.

Zie ook:
Unraveling the mystery of chiton visual systems - (Website UC Santa Barbara, 1 maart 2024)