Bionieuws

Ecologie & Evolutie

Verwantschap beschermt meercelligen tegen valsspelers

Na een week zijn de sociale oranje schimmelkolonies te onderscheiden van de witte valsspelers.

‘Een team met alleen topscoorders wint geen wedstrijden. Dat geldt voor teamsport, maar ook voor de evolutie van meercelligheid. Om als meercellig individu succesvol te zijn moet je samenwerken in een hecht team en daarin speelt genetische verwantschap een doorslaggevende rol’, zegt de Wageningse evolutiebioloog Duur Aanen. Hij is laatste auteur van een artikel in Nature Communications (3 mei, online) dat experimenteel bewijs levert dat hoge verwantschap bescherming biedt tegen bedrog in meercellige samenwerking. Dat was al gangbare theorie, maar nog niet eerder experimenteel bewezen. In ons modelsysteem kunnen we nu verwantschap variëren en verschillende lijnen testen in een opzet met experimentele evolutie’, aldus Aanen.

Het Wageningse modelsysteem bestaat uit de filamenteuze broodschimmel Neurospora crassa, die oranjerode aseksuele sporen vormt en die eenvoudig in het lab is te kweken. De schimmel ontwikkelt zich gewoonlijk uit eencellige sporen, waarna de kiemende sporen vrijuit fuseren. In een mutante lablijn treden zulke fusies niet op en zijn de cellen in het meercellige individu dus sterk verwant. ‘Door fusie van gekiemde sporen krijg je menging van cytoplasma en van kernen, waardoor de verwantschap tussen kernen in de resulterende kolonie laag is. In de mutante lijn treedt geen fusie op en hebben de kernen in een individu dus juist een hoge verwantschap’, licht Aanen toe. De door promovendus Eric Bastiaans uitgevoerde experimentele evolutie bestond voor de twee schimmelvarianten steeds uit drie dagen groei op agar, waarna de tot wel 100 miljoen gevormde aseksuele sporen worden verzameld. Een procent hiervan wordt vervolgens weer uitgezet op verse agar, dit herhaald voor 31 generaties in acht replicaties.

‘In de experimenten met hoge verwantschap is de sporenproductie aan het eind nog ongeveer het zelfde als oorspronkelijk, maar in die met lage verwantschap daalt de sporenproductie aanzienlijk. De collectieve sporenproductie is nog maar een derde van de uitgangssituatie’, vat Aanen samen. De lage sporenproductie is herkenbaar als een bleek schimmelmorfotype op agarplaten, terwijl helder oranje kolonies duiden op een meer sociaal type dat collectief een hoge sporenproductie heeft. ‘Bij lage sporenproducenten zitten veel valsspelers. Die investeren minder in eiwitten die van gezamenlijk belang zijn en meer in eigen concurrentiekracht. Meercelligheid kan alleen blijven bestaan als natuurlijke selectie zulke bedriegers verwijdert’, concludeert Aanen. ‘Meercellige organismen ontwikkelen zich ook niet voor niets bijna altijd uit een eencellig stadium, zoals een bevruchte eicel. Dit verzekert immers een hoge verwantschap tussen de cellen.’

De Leidse evolutiebioloog Danny Rozen, niet direct betrokken bij dit onderzoek, vindt het een geweldige studie en een interessant model. ‘Het is heel cool dat verwantschap in dit model zo duidelijk de voorspelde respons geeft’, aldus Rozen. ‘Ik zou nog wel willen weten wat er onder meer natuurlijke omstandigheden gebeurt. Een mutant lijkt nu beter bestand tegen vals spelen dan het wildtype. Het roept de vraag op hoe er in het wild een balans tussen kosten en baten ontstaat.‘