Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: de evolutie van seks

Evolutie van sekse in Volvox

Naar aanleiding van een discussie op het evolutieblog van Gert Korthof, waarin opnieuw Joris van Rossum ter sprake kwam, is dit nieuws wel te moeite waard om te signaleren. Joris van Rossum beweerde in zijn proefschrift dat de evolutietheorie of, specifieker, natuurlijke selectie het ontstaan van sekse niet kon verklaren. Als je over alles dat wetenschappelijk niet verklaarbaar is een proefschrift kunt schrijven dan zou dat heel veel proefschriften opleveren. Het is veel interessanter om te zoeken naar een verklaring van het ontstaan van seks. Omdat seks ofwel de meiose die daarbij hoort grote variatie oplevert is het mogelijk dat dit de rede is waarom seks gehandhaafd blijft (al zijn er organismen die het kenmerk verloren hebben). Van het ontstaan van meiose bestaan natuurlijk uitsluitend theoretische modellen, die erg interessant zijn, en wellicht in een later blogbericht aan de orde komen.

In deze context is het aardig om de ontwikkeling van sekse te bekijken in Volvox. Nu zijn er ééncellige algen die na meiose hun haploïde cellen opnieuw combineren tot diploïde cellen via isogamie: de haploïde geslachtscellen zijn niet van elkaar te onderscheiden en tegenovergestelde seksen worden aangeduid met + en -. In Volvox, een meercellige alg, bestaat daarentegen anisogamie; de geslachtcellen vormen echte ei- en zaadcellen, waarbij de eicel relatief groot en onbeweeglijk is en de zaadcel klein is en zich met flagellen voortbeweegt.

Volvox (hier gevonden)

Volvox (hier gevonden)

Onderzoekers bestuderen Volvox carteri, een prachtige meercellige alg die uit wel 2.000 cellen kan bestaan, al langer omdat ze een sleutel kan vormen tot het onderzoek naar het ontstaan van meercellig leven. Meercellig leven kan zich niet simpelweg delen en moet voor reproductie gebruik maken van seksen. Volvox leeft in zoet water en ontwikkelde zo’n 200 miljoen jaar geleden meercelligheid. In het verleden bestudeerde men reeds de eencellige alg, Chlamydomonas reinhardtii, en vergeleek de genetische opmaak tussen ‘mannetjes’ (-) en ‘vrouwtjes’ (+). C. reinhardtii wordt gekenmerkt door isogamie, waarbij de geslachtscellen aangeduid worden met + en -. Ouder onderzoek stelde reeds vast dat deze geslachtverschillen bepaald worden door het gen MID (van minus dominance; een gen voor een domein van een transcriptiefactor). Is het aanwezig dan is de sekse -, en is het afwezig dan is de sekse +. Men vroeg zich daarop af of en in hoeverre dit gen bepalend zou kunnen zijn voor de anisogamie en plaatste het MID-gen, dat ook in Volvox carteri aanwezig is, in vrouwelijke cellen. In mannetjes werd het gen uitgezet (met knock-out). En inderdaad, het MID-gen maakte mannetjes van de vrouwtjes en de mannetjes zonder MID-gen veranderden in vrouwtjes. Ieder van deze getransformeerde seksen waren in staat zich met succes te reproduceren met ‘gewone’ volvox.

Het gen, dat voor een deel van een transcriptiefactor codeert, is dus niet alleen bepalend voor de simpele ‘polariteit’ van de sexen, maar determineert, via een genetisch netwerk, ook de secondaire karakters van deze ‘polariteit’, namelijk de anisogamie.

Bovenstaande is een recent onderzoek en verklaart op zich niets van het ontstaan van seks, ofwel het ontstaan van meiose. Over dit laatste zijn heel interessante theorieën ontwikkeld waarin bacteriën, archaea en virussen een rol lijken te hebben gespeeld. Dat is eigenlijk waarop men zou moeten scherpstellen, wil je het ontstaan en het behoud van seks kunnen verklaren. Dit onderzoek geeft slechts een beeld van hoe anisogamie bepaald kan worden in deze algen. Meercelligheid is meerdere keren uitgevonden dus anisogamie waarschijnlijk ook.

Uit: Geng S, De Hoff P, Umen JG (2014) Evolution of Sexes from an Ancestral Mating-Type Specification Pathway. PLoS Biol 12(7): e1001904. doi:10.1371/journal.pbio.1001904

 

 

Recombinatie en evolvability

In afwachting van het nieuwe blog van Gert Korthof, dat ik hier zal linken zodra het uitkomt, nog wat extra informatie betreffende het interessante concept van evolvability (zie voorgaande blogbericht).
Na het geweldige
artikel van Arjan de Visser en Santiago Elena gelezen te hebben, is het duidelijk dat Joris van Rossum dat niet gelezen heeft voor het schrijven van zijn proefschrift. Dit is dan alvast een kritiekpunt, waar Gert Korthof misschien ook nog meer over te zeggen heeft.

Wat Joris van Rossum doet is selectief citeren. Hij citeert één zinnetje uit het abstract van het betreffende artikel, dat zou moeten aantonen dan men echt niet zou weten hoe het zit met seksuele reproductie en dat men daarover nog in het duister zou tasten. Het betreffende citaat in het proefschrift bevindt zich op pagina 128 en zegt het volgende:

“…while others again simply claim that ‘despite many years of theoretical and experimental work, the explanation of why

sex is so common as a reproductive strategy continues to resist understanding’[De Visser and Elena 2007: p. 139].

Dit citaat dient in het artikel van de Visser en Elena als inleiding voor een review die juist laat zien hoe selectie van seksuele reproductie mogelijk is. Had van Rossum het maar doorgelezen want dan had hij het relatief recente concept van evolvability kunnen ontdekken en had hij kunnen zien dat selectie wel degelijk verantwoordelijk kan zijn voor het ontstaan van seksuele reproductie.

Het artikel van de Visser en Elena laat zien hoe recombinatie gedurende de meiose de mogelijkheid schept voor de associatie van twee of meer ‘gunstige’ genen op hetzelfde chromosoom. Door recombinatie kunnen deze op hetzelfde chromosoom terecht komen en het organisme een hogere fitness verlenen. Dezelfde redenering gaat op voor ‘ongunstige’ mutaties. Deze kunnen door recombinatie op hetzelfde chromosoom terecht komen. Het organisme verdwijnt door selectie uit de populatie waardoor de genenpool als met twee (of meer) vliegen in één klap zijn ongunstige genen kwijt is. Je kunt daarom stellen dat evolutie veel sneller gaat en dat er sprake is van een toename in evolvability. 

Volvox

Volvox (zie box 1 in het artikel)

Dit alles moet natuurlijke afgezet worden tegen aseksuele voortplanting. Daarbij gaan ‘gunstige’ genen, die bij gebrek aan recombinatie zich in verschillende individuen bevinden concurrentie aan. Het ‘betere’ gen wint, maar dat ander gen dat lang niet slecht was verliest en verdwijnt. Niet onbelangrijk is ook het feit dat bij variërende selectiedruk de zich seksueel voortplantende organismen in aantal winnen van de zich aseksueel voortplantende populaties. Dit is in lijn met de verwachtingen als men aanneemt dat seksuele reproductie de evolvability doet toenemen. De conclusie van de Visser en Elena is dat er nog veel studie nodig is met korte en lange termijn-modellen om deze processen te verduidelijken.

Dit is een zeer beknopte weergave van hetgeen mij interesseerde in het artikel en ik kan dus ook beticht worden van selectief concluderen. Maar dit is dan ook geen proefschrift en het artikel kan door iedereen gelezen worden en hier onder becommentarieerd worden.

Met dank aan Gert Korthof en Dr. Arjan de Visser voor het complete artikel.

Correctie (16-02-2013):
Ik vernam van Arjan de Visser dat evolvability, zoals het in zijn review gebruikt wordt, niet alleen gebaseerd is op een toename in adaptie, maar eerder op een toename van de potentie tot adaptie door bijvoorbeeld veranderingen in de genetische architectuur. Het gaat dan om effecten die de kans op evolutionair uitsterven van een seksuele lineage verlagen doordat er een toegenomen potentie te adapteren aan nieuwe, onvoorziene omstandigheden ontstaat.
Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: