Vissen ontwikkelen zich tot nieuwe soorten dankzij 'supergenen'
Onderzoek naar cichlidenvis helpt internationaal onderzoeksteam onder leiding van UAntwerpen geheim van biologische diversiteit te ontrafelen
Waarom zijn er zoveel verschillende soorten dieren en planten op aarde? Een van de grote vragen binnen de biologie is hoe nieuwe soorten ontstaan en hoe de enorme diversiteit van de natuur tot stand komt. Een nieuw artikel gepubliceerd in Science door een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit Antwerpen en de universiteit van Cambridge brengt ons een stap dichter bij het antwoord.
De cichlidenvissen in het Malawimeer in Oost-Afrika vormen een fascinerend aanknopingspunt. In dit ene meer zijn meer dan 800 verschillende cichlidensoorten geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder, in slechts een fractie van de tijd die er tussen de mens en de chimpansee zit. Wat nog opmerkelijker is, is dat deze explosieve diversificatie plaatsvond in een en hetzelfde waterlichaam, dus zonder fysieke barrières. Sommige van deze vissen werden grote roofdieren, terwijl andere zich aanpasten om algen te eten, zand te doorzeven of zich met plankton te voeden. Elke soort vond zijn eigen ecologische niche.
Hoe kon dit zo snel gebeuren? In hun onderzoek keken senior auteur Hannes Svardal van de Universiteit Antwerpen en zijn collega’s naar het DNA van de cichliden om te zien of er iets speciaals aan hun genen is dat deze snelle evolutie zou kunnen verklaren. “We ontdekten dat sommige soorten vijf chromosomen hebben waarop een groot deel van het DNA is omgekeerd – een soort mutatie die chromosomale inversie wordt genoemd.”
Soorten gescheiden houden
Wanneer dieren zich voortplanten, wordt hun DNA normaal gesproken herschikt tijdens een proces dat recombinatie heet: het genetisch materiaal van beide ouders wordt gemengd. Maar als een chromosoom wordt omgekeerd, wordt deze vermenging in dat gebied geblokkeerd. Dit betekent dat bepaalde combinaties van genen intact kunnen worden doorgegeven, generatie na generatie. Deze bewaard gebleven genen worden soms supergenen genoemd.
Eén gemeenschappelijke voorouder evolueerde tot meer dan 800 cichlidensoorten.
Bij de cichliden van Malawi lijken deze supergenen verschillende belangrijke rollen te spelen. Hoewel cichlidensoorten nog steeds met elkaar kunnen kruisen, helpt het omgekeerde DNA de soorten uit elkaar te houden door te voorkomen dat hun genen te veel vermengen. Dit is vooral nuttig in delen van het meer waar vissen naast elkaar leven – zoals in open zandgebieden waar er geen fysieke scheiding is tussen de habitats.
Bepalende factor in evolutie
Interessant is dat deze supergenen vaak de eigenschappen regelen die essentieel zijn voor de overleving en voortplanting, zoals gezichtsvermogen, gehoor en gedrag. Vissen die diep in het meer leven (tot wel 200 meter!) hebben bijvoorbeeld andere visuele vaardigheden nodig dan vissen die dicht bij het oppervlak leven. De supergenen helpen deze speciale aanpassingen in stand te houden. Eerste auteur Moritz Blumer, postdoctoraal student aan de universiteit van Cambridge, merkt op: “We hebben gevallen gevonden waarbij de overdracht van hele inversies tussen soorten door hybridisatie lijkt te hebben geresulteerd in bepaalde ecologische aanpassingen.”
Hannes Svardal (links) maakt zich klaar voor een duik in Lake Malawi.
Een ander fascinerend detail, geeft gedeeld eerste auteur Valentina Burskaia van de Universiteit Antwerpen aan, was dat “deze omgekeerde gedeeltes in sommige gevallen zijn gaan fungeren als geslachtschromosomen, die helpen bepalen of een vis een mannetje of een vrouwtje wordt. Aangezien geslachtschromosomen kunnen beïnvloeden hoe nieuwe soorten zich vormen, werpt dit spannende nieuwe vragen op over hoe evolutie werkt.”
“Hoewel het onderzoek om cichliden draaide, zijn chromosomale inversies niet voorbehouden aan deze vissen. Ze komen ook voor bij veel andere dieren – waaronder mensen – en worden steeds meer gezien als een bepalende factor in evolutie en biodiversiteit”, aldus een van de senior auteurs, professor Richard Durbin van de universiteit van Cambridge.
Prof. Svardal concludeert: “We bestuderen het proces van soortvorming al heel lang. Door te begrijpen hoe deze supergenen evolueren en zich verspreiden, komen we dichter bij het antwoord op een van de grootste vragen binnen de wetenschap: hoe het leven op aarde zo rijk en gevarieerd is.”