stickleback

Als je als bioloog wil weten hoe evolutie werkt kan je natuurlijk een experiment opzetten. Stel het organisme van je keuze bloot aan een nieuwe omgeving, vergeet de controlegroep niet, en wacht rustig af. Met een beetje mazzel heb je aan het eind van je vierjarige promotietraject een aanpassing waargenomen: de genetische variatie die er in je beginpopulatie was heeft zich herverdeeld onder de druk van jouw experimentele opzet, en zo is je modelorganisme geëvolueerd. Het is een leuke truc, maar helaas slechts een flauwe benadering van de daadwerkelijke kracht van de evolutie: wat zou er gebeuren als je geen vier, maar duizenden jaren de tijd had voor je onderzoek?

Gelukkig helpt de natuur ons evolutiebiologen soms een handje. Enkele millennia geleden heeft ze een prachtig experiment ontworpen, volgens alle regels van de wetenschap: tientallen replicaties, iedere versie met een eigen controlegroep. Na vele eeuwen evolueren waren de resultaten eindelijk rijp voor de oogst, en werden ze vorige maand gepubliceerd in het toptijdschrift Nature. Met de stekelbaars in een glanzende hoofdrol.

Waar water is zijn stekelbaarsjes. Deze vissoort bevindt zich werkelijk overal ter wereld. Dat was niet altijd zo: voordat de gletsjers van het pleistoceen smolten leefden stekelbaarsjes uitsluitend in zilt water. Pas twaalfduizend jaar geleden veroverden de stekelbaarsjes de nieuw ontstane zoetwaterstromen en -meren, van Alaska tot Indonesië tot Scandinavië. Daarbij pasten ze zich naar hun nieuwe omgeving met veranderingen in bijvoorbeeld hun kleur, de vorm van hun pantser, en, niet te vergeten, hun zoutstofwisseling. Deze overgang van zout naar zoet water maakte de stekelbaars talloze keren: elke populatie zoutwaterstekelbaarzen die een nieuw zoetwaterbekken ging bevolken moest opnieuw het wiel uitvinden.

Met dit perfect opgezette experiment en moderne DNA-sequencingtechnologie in handen konden de wetenschappers tot in detail uitzoeken waar precies de (genetische) veranderingen plaatshebben als een soort zich aan een nieuwe omgeving aanpast. Ze lazen hiervoor het volledige genoom van tien paar visjes, van elk gebied één zoet- en één zoutwaterstekelbaars. In die complete lettervolgorde van het DNA werd onderzocht welke genoomregio’s consistent veranderden bij de zout-zoet overgang. Zo vond men maar liefst 147 stukken in de genetische code die in iedere zoetwatervis aangepast waren.

Interessanter werd het echter toen de onderzoekers zagen waar in het DNA deze veranderingen zaten. Niet ieder stukje DNA is namelijk gelijkwaardig: er bestaan coderende delen (DNA dat vertaald kan worden naar een eiwit) en niet-coderende delen. Hoewel deze laatste vaak nog betiteld worden als de ‘zwarte materie’ van het genoom, is er steeds meer bekend over hun functie. In dit niet-coderende DNA bevinden zich bijvoorbeeld ‘schakelaars’: stukjes DNA in de buurt van een gen waarmee dit gen aan of uit gezet kan worden. Juist in deze niet-coderende stukken, vermoedelijk vol met schakelaars, zat het gros van de aangepaste regio’s. De evolutie van zout naar zoet had het coderende DNA, dat de structurele bouwstenen voor de vis levert, grotendeels met rust gelaten.

Dat de evolutie genetische schakelaars gebruikt om mee te knutselen werd al langer vermoed, maar nooit eerder werd het op deze schaal aangetoond. Het laat maar weer zien hoe krachtig een goed opgezet experiment is, en hoe fijn het is, vooral in de evolutiebiologie, als je de tijd kunt nemen voor je onderzoek. Ik stel voor dat we onze collega’s anno 14012 een handje helpen, en nu alvast een leuk experimentje opzetten. De stekelbaars wil vast wel weer model staan.

 

Plaatje boven: door Sergey Yeliseev op Flickr (licentie CC BY-NC-ND 2.0).