Credit: Arpat Ozgul
Soay ram on the island of Hirta, St Kilda.

Aan haar accent moet je even wennen, maar dan heb je ook wat. De Schotse Dr. Susan Johnston was razend populair vorige week op een groot Europees congres voor evolutiebiologen, waar ze haar werk presenteerde over de hoorngrootte van Soay-schapen op het eiland St. Kilda. Toen ze jaren geleden begon met haar onderzoek, vond ze het maar vreemd dat er zoveel verschil was in de hoorns van de rammen. Immers, vooral de ‘sexy’ mannetjes met grote hoorns zijn tijdens de paartijd populair.

“Ik had het Darwiniaanse idee van ‘survival of the fittest’ in mijn hoofd,” zegt Johnston, “dus ik begreep niet waarom mannetjes zonder hoorns nog steeds rondliepen in die populatie.” Daar heeft ze inmiddels een antwoord op gevonden, en het is er een die zo de tekstboeken in kan. Het werk werd, hoe kan het ook anders, onlangs gepubliceerd in Nature.

Genetica
Met de evolutionaire paradox van de niet-veranderende hoornlengtes voor zich, stortten Johnston en haar collega’s zich allereerst op de genetica. Zo vonden ze dat de hoorngrootte grotendeels bepaald wordt door één enkel gen, waar ze twee types van vonden — twee ‘allelen’: Ho+, voor grote hoorns, en HoP, voor kleine stompjes. Ieder schaap heeft twee kopieën van het gen, dus in drie mogelijke combinaties. Johnston: “Je kunt het zo zien: Ho+/Ho+ hebben grote hoorns, Ho+/HoP zijn gemiddeld, en HoP/HoP schapen hebben hele kleine hoorns, of stompjes.”

In de paring waren de mannetjes met één of twee kopieën van het Ho+ allel inderdaad steevast het meest succesvol. De aantrekkelijke ram met grote hoorns levert dus een aanzienlijk grotere bijdrage aan de volgende generatie dan zijn kortgehoornde soortgenoot. Als dat een paar generaties lang doorgaat zou je verwachten dat het HoP allel uiteindelijk zou verdwijnen — survival of the fittest. Maar generatie na generatie bleven de twee allelen perfect in verhouding. Wat was hier aan de hand?

Na nog een blik op de data zagen Johnston en haar collega’s dat de rammen met een dubbel Ho+ allel weliswaar meer dames scoorden, maar ook korter leefden dan de kortgehoornde schapen. Maar rammen met een kopie van beide allelen — Ho+ én HoP — hadden intussen diezelfde lange levensduur. Ofwel: de rammen met twee verschillende allelen, de zogenoemde ‘heterozygoten’, aten van twee walletjes: én ze waren succesvoller per paringsronde (dus meer nageslacht), én ze leefden langer (dus meer kansen om dat nageslacht te maken).

Credit: Arpat Ozgul Soay ram op het eiland Hirta, St. Kilda.

Heterozygoot voordeel
Het was zo’n mooie verklaring, Johnston kon het nauwelijks geloven. “Het leek bijna te mooi om waar te zijn,” vertelt ze, “dus ik heb er alles aan gedaan om zeker te weten dat dit klopte. Mijn computermodellen heb ik zo robuust mogelijk gemaakt, maar zelfs met ongelofelijk conservatieve berekeningen en een grotere dataset bleef het resultaat intact.”

Het is inderdaad een resultaat dat bijna verdacht perfect is. In theorie is dit zogenaamde ‘heterozygoot voordeel’ weliswaar een manier om genetische variatie in een populatie in stand te houden, maar echte voorbeelden zijn zeldzaam. De bekendste is waarschijnlijk het gen voor hemoglobine, waarvan een allel bestaat dat sikkelcelanemie veroorzaakt. De homozygoten met twee kopieën van het sikkelcelallel krijgen de ziekte, maar de heterozygoten zijn meestal gewoon gezond. Daarbovenop zijn de heterozygoten echter ook beschermd tegen malaria, en dat kan in sommige gebieden een aanzienlijk voordeel opleveren ten opzichte van het deel van de populatie dat homozygoot is voor het gezonde hemoglobineallel.

Ongeëvenaard
Dat het heterozygoot voordeel nu ook aangetoond is in deze schapenpopulatie, is dus een belangrijke aanvulling op de bestaande voorbeelden, en een instant klassieker. Maar dat juist de Soay schapen van St. Kilda het onderwerp van deze ontdekking zijn, is minder verrassend. “Het is een ongeëvenaarde hoeveelheid data die we hebben verzameld,” vertelt Johnston. Inderdaad: al sinds de jaren ’80 wordt deze populatie bestudeerd, en honderden vrijwilligers en wetenschappers hebben inmiddels aan het project bijgedragen.

“Sinds 1985 zijn er per jaar ongeveer vier expedities naar het eiland. In de lente vangen we de lammeren en geven we ze een oormerk, zodat we ze de rest van hun leven kunnen blijven volgen. Het stukje oor dat daarvoor wordt uitgeknipt gebruiken we voor DNA-analyse, waardoor we meteen kunnen zien wie de ouders zijn. In augustus proberen we de schapen samen te drijven — dat moeten we zelf doen, want op St. Kilda mogen geen honden komen — en ze zo te vangen. We doen dan een heel assortiment aan metingen, waaronder de hoorngrootte. In november observeren we de bronst, en in februari en maart gaan we op zoek naar de dieren die de winter niet hebben overleefd.”

Kortom, een dataset om van te dromen, en een project om in de gaten te houden voor de volgende ontdekking. En dat alles op een door UNESCO beschermd eiland, waar de wetenschappers hun uiterste best moeten doen om de dieren zo min mogelijk lastig te vallen. Johnston: “De dieren mogen maar een paar uur per jaar in de kraal verblijven om te wachten op hun meting. Het zijn kleine schapen, dus we hebben ze zelf vast om ze stil te houden terwijl we de metingen doen. Een prima manier om data te verzamelen, maar het ziet er echt absurd uit.”

Johnston SE, J Gratten, C Berenos, JG Pilkington, TH Clutton-Brock, JM Pemberton, J Slate (2013): Life history trade-offs at a single locus maintain sexually selected genetic variation. Nature

 

Foto’s: Soay ram op het eiland Hirta, St. Kilda. Credit: Arpat Ozgul. Gebruikt met toestemming/used with permission.