Onderzoek Valentina Burskaia

Onderzoeksgroep

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Expertise

De verbluffende schoonheid van levende wezens roept een onvermijdelijke vraag op: hoe wordt het gemaakt? Volgens de tweede wet van de thermodynamica neemt de entropie in een gesloten systeem altijd onomkeerbaar toe. In de wereld van voortdurend toenemende entropie bouwt evolutie echter complexiteit uit chaos. Wat zijn de natuurwetten onder dit proces? Gelukkig zijn alle 3,7 miljard jaar aan levensontwikkeling zorgvuldig gedocumenteerd in het genoom van elk organisme. Elke dag leer ik lezen. Van de vele fundamentele en nog steeds onbeantwoorde vragen over evolutie is mijn favoriet: wat drijft sympatrische soortvorming? Hoe het komt dat sommige soorten in belachelijk korte tijd uitgroeien tot honderden nieuwe soorten (zoals de bekende cichliden uit het Malawimeer), terwijl andere soorten miljoenen jaren lang als één onderling voortplantende populatie blijven voortbestaan (zoals de hypervariabele schimmel Schizofillum communae, die wordt beschouwd als één soort ondanks 20% intraspecifieke diversiteit). Hier is geen krankzinnige vraag om te stellen: waarom wordt de aarde bewoond door miljoenen soorten in plaats van één hypervariabele schimmel, zoals Schizofillum communae? Voor sommige soortgroepen geeft geen van de bestaande hypothesen een afdoende antwoord. Ik behaalde mijn PhD in bio-informatica (Skoltech, Moskou, 2020) in de hoop dat de verworven vaardigheden kunnen helpen verborgen evolutiepatronen te vinden. In een PhD-project, getiteld "Positieve selectie in parallelle evolutie", bestudeerde ik de herhaalbaarheid van adaptieve evolutie op verschillende fylogenetische afstanden. Positieve selectie is iets waar elke evolutiebioloog van houdt: het is een kracht die nieuwe aanpassingen creëert. Het wordt echter algemeen aanvaard dat genoombrede parallelle aminozuurevolutie voornamelijk wordt bepaald door genomische beperkingen en epistatische interacties, en niet door positieve selectie. Bij het analyseren van een grote reeks genomische datasets van Vertebrata en Invertebrata, vond ik een opvallende overmaat aan genoombrede parallelle aminozuurevolutie (laten we het OGBPAE noemen) in een van de groepen: het Baikalmeer Amphipoda. Het is een uniek geval, dat alleen kan worden verklaard door positieve selectie, die in veel genoombrede regio's optreedt. Maar welk soort aanpassing zou dit patroon kunnen veroorzaken, en waarom is het aanwezig in bijna alle 350 soorten Amphipoda uit het Baikalmeer? Om een antwoord te vinden, heb ik mij aangesloten bij het Svardal Lab van de Universiteit Antwerpen. Blijkbaar behoort de kudde soorten Amphipoda uit het Baikalmeer tot een groep van de grootste soortenkoppels ter wereld, die het meest lijkt op de legendarische kudde cichlidensoorten uit het Malawimeer. Mijn hypothese is dat de onlangs ontdekte OGBPAE een gevolg is van eeuwenoude hybridisatie, die voorafging aan de uitbarsting van de diversificatie van de soorten van de 350 soorten van het Baikalmeer. Sterker nog: we hebben bewijs gevonden dat deze gebeurtenis van oude hybridisatie de explosieve soortvorming van de groep mogelijk heeft vergemakkelijkt door te zorgen voor de broodnodige genetische variatie. Verschillende delen van de genomen van voorouderlijke soorten werden gecombineerd in nieuwe soorten en gebruikt voor de constructie van nieuwe aanpassingen. Dat kan precies de reden zijn waarom het Baikalmeer wordt bewoond door 350 ecologisch gespecialiseerde vormen van gammariden, terwijl andere grote oude meren er bijna geen hebben. Om deze hypothese te testen, werk ik sinds september 2022 aan een project genaamd "Vergemakkelijkt hybridisatie explosieve soortvorming van vlokreeftjes uit het Baikalmeer?", dat wordt gefinancierd door individuele postdoctorale MSCA-beurzen. Baikal-vlopotigen zijn een schoolvoorbeeld van snelle soortvorming, en we verwachten dat de studie een impact zal hebben op het fundamentele begrip van explosieve soortvormingsgebeurtenissen over de hele wereld.