Plasticiteit in evolutie

Volgens een aantal evolutiebiologen zou de evolutietheorie, zoals deze sinds de Nieuwe Synthese van 1942 wordt beschouwd, uitgebreid moeten worden met een aantal moderne inzichten. Er wordt altijd al aan de evolutietheorie getwijfeld, bijgeschaafd en gemorreld, maar doorgaans heeft dit niet veel resultaten voortgebracht. Voorstanders van een modernere versie, die Extended Synthesis moet heten, zijn van mening dat er zich veel nieuwe ontwikkelingen in de biologie, de moleculaire biologie en ecologie hebben voorgedaan en dat daarom de evolutietheorie uitgebreid dient te worden. Daar bestaat een enorme discussie over waar niet lang geleden een artikel over in Nature verscheen. Daarin werden de meningen van de opponenten tegenover elkaar gezet.

polypterus bichir

Er komt in deze discussie ook het onderwerp plasticiteit aan bod: plasticiteit van het fenotype, dat helemaal losstaat van het genotype en die zich voordoet binnen de levensloop van een organisme. Is er vervolgens sprake van erfelijkheid van dit fenotype dan wordt dit fenomeen ook wel genetische assimilatie genoemd. Het mooiste voorbeeld van plasticiteit is geobserveerd door Standen et al. in hun studie op kwastsnoeken polypterus bichir. Men spreekt ook wel van adaptatie die voorafgaat aan mutatie in plaats van eerst mutatie en dan adaptatie.

Deze vissen bezitten vinnen die het aspect van ledematen hebben en ook als zodanig gebruikt worden wanneer het dier zich op land verplaatst. De vis bezit ook primitieve longen. Standen et al. onderzochten in hoeverre het fenotype van deze vissen zich aanpaste wanneer de dieren op het land grootgebracht werden. Ze werden daartoe van kleins af aan op kleine kiezel geplaatst en vochtig gehouden door een fijne waterspray. Er deden zich na acht maanden op deze manier te leven interessante veranderingen voor. Ten eerste ‘leerden’ de vissen beter lopen. Ze hieven zich meer op hun voorvinnen/voorpoten op om zodoende makkelijker stappen te nemen. Ten tweede werden contacten tussen beenderen in de ‘nek’ wat losser waardoor de kop meer vrijelijk beweegbaar werd. En ten derde werd het sleutelbeentje langer en sterker, waardoor de dieren beter bestand waren tegen de zwaartekracht. Hoewel er hier geen sprake is van erfelijkheid aangezien het gaat om veranderingen binnen het leven van enkele organismen in plaats van verschillende generaties, zijn het stuk voor stuk veranderingen die ook in het fossielenbestand worden teruggevonden in de eerste tetrapoden die aan land gingen. De visachtige voorouders van deze tetrapoden waren zeker geen polypterus, maar ze hebben er ongetwijfeld sterk op geleken. Deze studie werd in Nature gepubliceerd en er werd een video van gemaakt die hier te zien is (de muziek is helaas niet zo geweldig):

Er zijn nog meer voorbeelden van deze plasticiteit zoals in zogenaamde ‘tweevoetige’ muizen. Een speciale renmolen in de kooien stimuleerde de muizen vooral te lopen met hun achterpoten. Dit veroorzaakte langere achterpoten en grotere heupkoppen; exact de veranderingen die plaatsvonden bij de voorouders van de mens toen deze rechtop gingen lopen.

Andere mogelijke voorbeelden zijn convergente evolutie, zoals deze vaak gezien wordt bij stekelbaarsjes met

veldmuis op achterpoten

betrekking tot het verlies van de beenplaten. In het algemeen echter gaat het bij convergentie om gelijke omgevingen die leiden tot gelijke evolutionaire resultaten. In deze gevallen zou het opnieuw kunnen gaan om plasticiteit van het fenotype, waarbij gelijke voorwaarden leiden tot vergelijkbare plastieke antwoorden in de voorouderlijke soorten. Natuurlijke selectie zou deze trajecten vervolgens versterken, waarbij de ‘tendens’ tot een bepaald fenotype vast komt te liggen in het genotype. Dit is met bovenstaande studies nooit aangetoond en niemand claimt dat er bewijs bestaat voor dit mogelijke proces van genetische assimilatie. Maar plasticiteit wordt door een aantal biologen gezien als een fenomeen dat niet in de tekstboeken mag ontbreken. Volgens deze wetenschappers gaat het dus in evolutie vaak zoniet altijd om eerst adaptatie en vervolgens mutatie in plaats van andersom, eerst mutatie en daarna adaptatie.

 

h/t to Kees Jaspers

Uit: Adapt first, mutate later. Colin Barras New Scientist 17 january 2015

Kevin Laland,Tobias Uller,Marc Feldman,Kim Sterelny,Gerd B. Müller,Armin Moczek,Eva Jablonka,John Odling-Smee,Gregory A. Wray,Hopi E. Hoekstra,Douglas J. Futuyma,Richard E. Lenski,Trudy F. C. Mackay,Dolph Schluter,Joan E. Strassmann Does evolutionary theory need a rethink? Nature 514, 161–164 (09 October 2014) doi:10.1038/514161a

Evolutionary developmental biology: Dynasty of the plastic fish. John Hutchinson. Nature 513, 37–38 (04 September 2014) doi:10.1038/nature13743 (with audio)

Developmental plasticity and the origin of tetrapods. Emily M. Standen, Trina Y. Du & Hans C. E. Larsson. Nature 513, 54–58 (04 September 2014) doi:10.1038/nature13708