butterfly

Eenieder die ooit slachtoffer is geweest van een mijmermoment waarin de schoonheid der natuur centraal stond, heeft ongetwijfeld de ingewikkelde patronen opgemerkt waarmee vlindervleugels zijn versierd. De meest bizarre tekeningen zijn te vinden; zo lukte het de fotograaf Kjell Sandved om een heel alfabet te verzamelen, en hebben anderen een wijze hippie-les kunnen lezen in kleurrijk insectiaans: don’t worry, be happy.

Om vleugelpatronen te ontcijferen heb je wellicht niets meer nodig dan wat fantasie en een dromerige bui, maar ze daadwerkelijk maken is een ander verhaal. Al jaren zijn wetenschappers bezig te begrijpen hoe patronen precies gemaakt worden, en hoe ze geëvolueerd zijn tot de enorme variatie die we nu in onze mijmermomenten kunnen bewonderen. Dit op zich is al een boeiend vraagstuk, maar nog interessanter werd het toen een belangrijke ontdekking werd gedaan die in één klap een hoop verklaarde (en niet alleen over vlindervleugels): evolutie doet aan hergebruik.

Recycling
Er zijn nogal wat genen nodig om vlindervleugels in te kleuren, en het maken van al die genen zou behoorlijk wat evolutionaire tijd kosten. Ook roept het een paradox op: wat is het nut van één gen dat een patroon maakt, als het gen dat dit patroon vertaalt naar een mooi kleurtje, er nog niet is? En andersom: wat heb je aan een kleurtje als er geen onderliggend patroon is om dat kleurtje naar boven te brengen? Er is een handiger manier om in één klap een heel netwerk aan genen aan het werk te zetten: recycle ze. Als er al genen bestaan die patronen maken op andere plekken (er moet bijvoorbeeld heel secuur gewerkt worden om een oog inelkaar te zetten), genen die haartjes maken, en genen die voor pigmenten zorgen –- dan kan je ze net zo makkelijk hergebruiken voor nieuwe doeleinden.

Dat is precies wat er gebeurd is in de evolutie van vlindervleugels. Een vreemdsoortige combinatie van genen uit alle hoeken van het insectgenoom is samengekomen in de ontwikkelende vleugels, en wordt daar ingezet om patronen te maken, en die patronen om te zetten in schubben met verschillende kleuren. In 1996 al werd door Paul Brakefield van de Universiteit Leiden aangetoond dat het gen distal-less meedeed aan het vleugeltje-tekenen in de vlinder Bicyclus anynana. Daarvóór was distal-less vooral bekend omdat het ervoor zorgde dat insectenpootjes (en andere extremiteiten) de goede lengte bereikten. Vanaf dat moment doken er steeds meer genen op die belangrijk waren voor het vleugelpatroon, allemaal genen die al andere functies bekleedden in de ontwikkeling van het insect.

Hox genen
Sinds vorige week is daar nóg een gen bijgekomen , en niet zomaar een gen. Het gaat om het gen Antennapedia, dat betrokken is bij het bepalen van de zogenoemde focus, het centrale punt van een groep gekleurde ringen (zie het plaatje boven), de oogvlek. Antennapedia is echter beter bekend als deel van een bijzondere groep genen: de Hox genen.

Hoewel genrecycling niet nieuw is, is het toch opmerkelijk dat ook Hox genen hierbij betrokken worden. Deze genen zijn de basis van de embryonale ontwikkeling, en werden ooit ontdekt vanwege de rampzalige gevolgen als ze werden gemuteerd: Antennapedia zelf dankt zijn naam aan de poten die in plaats van antennae groeiden uit het hoofd van de mutante vlieg. Niet bepaald een gen waar je mee wil experimenteren…
Hox genen

Het bovenstaande plaatje is een mooi overzicht van de hox genen in het genoom, waar ze vervolgens tot expressie komen in het embryo, en welk stukje van de volwassen fruitvlieg correspondeert met welk stukje embryo. Het gen Antennapedia (Antp) is hier ook te zien (in roze), en bepaalt een groot stuk van de thorax en het middelste poot-paar van de vlieg.

Niettemin heeft Antennapedia bij de vlinders een bijbaantje genomen, en verzorgt daar nu ook de organisatie van de oogvlek-focus. Recyclen, kortom, is puur natuur. Zelfs de VIPs onder de genen helpen een handje mee om de wereld mooier te maken.

Saenko, S.V., Marialva, M.S. and Beldade, P. 2011. Involvement of the Conserved Hox Gene Antennapedia in the Development and Evolution of a Novel Trait. Evodevo, 2: 9

 

Plaatje boven: door Lindsay Sorensen op Flickr (licentie CC BY-ND 2.0).