Grote evolutionaire veranderingen gaan gepaard met veel kleine verschillen

De door Charles Darwin voorgestelde evolutieversie concentreerde zich op langzame, stapsgewijze veranderingen die slechts geleidelijk leiden tot het soort verschillen dat soorten van elkaar scheidt. Maar dit sluit de mogelijkheid van plotselinge en dramatische veranderingen niet uit. Sommige verschillen maken het zelfs moeilijk om te begrijpen hoe een overgangsstaat eruit zou kunnen zien, wat erop wijst dat er wellicht een grote sprong nodig is.

Een nieuwe studie kijkt naar één grote verschuiving: de verschuiving van het leggen van eieren naar levendgeborenen bij een groep verwante slakkensoorten. Door de genomen van meerdere slakken te sequencen, identificeerden de onderzoekers veranderingen in het DNA die verband houden met het leggen van eieren. Het blijkt dat een groot aantal genen geassocieerd zijn met de verandering, ondanks de dramatische aard ervan.

Geef eieren op

De betreffende slakken zijn aanwezig Seks belde LitorinaDie wijd verspreid is rond de Noord-Atlantische Oceaan. Veel van deze soorten leggen eieren, maar een aantal worden levendgeborenen. Bij deze soorten fungeert het orgaan dat de eieren bedekt met een eiwitrijke gelei, bij andere soorten in plaats daarvan als broedmachine, waardoor de eieren zich kunnen ontwikkelen totdat de jonge slakken uit de schelpen van hun ouders kunnen kruipen. Aangenomen wordt dat dit een voordeel is voor dieren die hun eieren mogelijk moeten leggen in omgevingen die niet geschikt zijn voor hun overleving.

De eierleggende soort lijkt zo op zijn verwanten dat soms wordt gedacht dat het eenvoudigweg een variant is van de eierleggende soort. Dit alles suggereert dat levendgeborenen relatief recent zijn geëvolueerd, wat ons een goede gelegenheid geeft om de genetische veranderingen te begrijpen die hen mogelijk hebben gemaakt.

Daarom heeft een groot internationaal team van onderzoekers de genomen van meer dan 100 individuele slakken gesequenced, zowel die eieren leggen als levend bevallen. De resulterende gegevens werden gebruikt om zaken te analyseren zoals hoe nauw verwante soorten zijn, en welke genetische veranderingen geassocieerd zijn met levendgeborenen.

De resultaten geven aan dat er twee afzonderlijke groepen soorten zijn die zich voortplanten door middel van levendgeborenen. Met andere woorden, in de evolutionaire stamboom van dit soort slakken bevindt zich een tak vol met eierleggende soorten die twee groepen scheidt die levende slakken voortbrengen. Doorgaans wordt deze structuur gezien als een indicatie dat levendgeborenen twee keer zijn geëvolueerd, één keer voor elk van de twee groepen.

Maar dat lijkt hier niet het geval te zijn, om redenen die we zullen bespreken.

Veel verschillen

Afzonderlijk zochten de onderzoekers naar regio's van het genoom die geassocieerd zijn met levendgeborenen. En ze vonden er veel – 88 in totaal. Deze 88 regio's werden in beide groepen organismen geïdentificeerd en de DNA-sequenties daarin waren zeer vergelijkbaar. Dit suggereert dat deze regio's een enkele oorsprong hadden en in beide geslachten bewaard bleven.

Eén mogelijkheid om dit te verklaren is dat een groep levende dieren op een bepaald punt in hun evolutie weer eieren ging leggen. Als alternatief had de hybridisatie tussen het leggen van eieren en levendgeborenen ervoor kunnen zorgen dat deze verschillen zich binnen de eierleggende populatie konden verspreiden, waardoor uiteindelijk weer levendgeborenen mogelijk waren als er voldoende van hen aanwezig waren in individuele dieren, waardoor een aparte levendgeboortelijn ontstond.

De 88 regio's die als levendgeborenen zijn geïdentificeerd, hadden zeer weinig genetische diversiteit, wat erop wijst dat een specifieke genetische variant in elke regio zo gunstig is dat deze zich door de bevolking heeft verspreid en alle andere versies van het stuk DNA heeft verdrongen. Ze hebben echter enkele duidelijke verschillen opgepikt die zeldzaam zijn buiten de eierleggende populaties, genoeg om onderzoekers in staat te stellen de leeftijd te schatten waarop deze delen van DNA evolutionaire selectie ondergingen.

Het antwoord varieert afhankelijk van naar welke van de 88 fragmenten je kijkt, maar varieert van ongeveer 10.000 tot 100.000 jaar geleden. Dit bereik suggereert dat de genetische regio's die levendgeborenen mogelijk maken, gedurende vele jaren geleidelijk zijn samengesteld – precies zoals de traditionele kijk op evolutie suggereert.

De onderzoekers erkennen dat ten minste enkele van deze gebieden waarschijnlijk zijn geëvolueerd nadat levendgeborenen al de norm waren geworden, waardoor simpelweg de efficiëntie van interne incubatie werd verbeterd. Er is geen manier om te weten hoeveel (of welke) variabelen aanwezig moeten zijn voordat levendgeborenen mogelijk zijn. Onderzoekers hebben nu echter een uitgebreide lijst met genen waar ze naar kunnen kijken om de zaken beter te begrijpen.

Wetenschap, 2024. DOI: 10.1126/science.adi2982 (Over digitale ID's).