Evolutie, meer dan loterij?
Je bent bioloog en je staat op Galapagos. Op het ene eiland vind je donkerkleurige spinnen in de boomtoppen en bleke varianten op de stranden. Je neemt de boot naar het eiland ernaast en vindt er hun dubbelgangers: donkere versies in de bomen, bleke versies aan het strand. Makkie, die spinnen zijn ooit van het ene eiland naar het andere 'gehopt'. Think again! De zwarte en bleke versies op één eiland blijken verwanter aan elkaar dan aan hun evenbeelden op het andere eiland. Evolutie heeft dus twee keer tot bijna dezelfde spinnen geleid! En toch is ook dat te kort door de bocht: het genoom van wolfspinnen, dat nu is ontrafeld, vertelt een complexer verhaal.
Op eilandengroepen zoals Galapagos of Hawaii zie je vaak een bijzonder fenomeen. De verschillende eilanden van zo’n archipel herbergen dikwijls een vrijwel identieke set aan soorten. Dat patroon zou niet verwonderlijk zijn als die soorten ooit van het ene eiland naar het andere waren gemigreerd. Maar verschillende studies hebben aangetoond dat de uiterlijk sterk verschillende soorten die op hetzelfde eiland leven, soms elkaars nauwste verwanten zijn. Dit suggereert dat evolutie twee keer hetzelfde kan opleveren op verschillende plaatsen. Is evolutie wel zo willekeurig als we denken? Wat zou er gebeuren als we de tijd terugdraaiden en evolutie opnieuw lieten afspelen? Door naar parallelle radiaties op eilandengroepen te kijken, kunnen we antwoorden geven.
Wolfspinnen
Een prachtig voorbeeld van een parallelle radiatie vinden we terug bij de wolfspinnen van het genus Hogna van de Galapagos. In de laaglanden leven nachtactieve soorten die je herkent aan hun lichte kleur, waardoor ze goed gecamoufleerd zijn op de lichtkleurige ondergrond van de kuststroken. De soorten die we op de hoogste toppen van de verschillende eilanden vinden zijn helemaal donker, hebben kleinere ogen en zijn ook actief overdag. Op een aantal eilanden vinden we zowel een kust- als hooglandsoort. Opmerkelijk is dat de geslachtsorganen van de soorten die op hetzelfde eiland leven heel gelijkend zijn. Soorten van hetzelfde eiland, eerder dan die van hetzelfde ecotype, zijn dus mogelijk elkaars nauwste verwanten.
Maar hoe reconstrueren we de geschiedenis van de wolfspinnen? Hun verhaal is grotendeels vervat in hun DNA, in delen verspreid over het hele genoom. We moeten dus een zo groot mogelijk stuk van het genoom van alle vandaag voorkomende soorten ontrafelen. Dit is pas sinds kort mogelijk door de revolutionaire vooruitgang in DNA-sequentietechnologieën. Ze laten ons toe de genetische verwantschappen tussen soorten op een genoomwijde schaal te analyseren. Voorheen was dat alleen mogelijk op basis van een minuscuul stukje DNA. Het grote voordeel van deze nieuwste ontwikkeling is dat we nu ook inzicht kunnen verwerven in die delen van het genoom die effectief coderen voor de adaptaties aan deze contrasterende habitats. Dat is vaak maar een minieme fractie van het genoom.
Wirwar van verwantschappen
Berekeningen van verwantschappen over het hele genoom bevestigden de hypothese dat soorten van hetzelfde eiland, die uiterlijk heel verschillend zijn, heel nauw aan elkaar verwant zijn. Hoewel dit suggereert dat die soorten pas heel recent gesplitst zijn van een voorouderlijke soort op elk eiland, bleek deze sterke genetische verwantschap niet altijd even sterk voor alle onderzochte genoomfragmenten. Voor bepaalde fragmenten, waarvan de genetische variatie sterk correleert met de habitat waarin de soorten leven, bleek de genetische verwantschap veel lager. De splitsing van deze soorten zou dus beslist veel ouder kunnen zijn dan wat de genetische stamboom op het eerste gezicht laat uitschijnen.
Een opmerkelijke vaststelling bij dit genoomonderzoek is dat uitwisseling van genen zowel tussen soorten binnen een eiland als tussen eilanden een frequent voorkomend fenomeen is. Hierdoor kunnen adaptieve genen die al selectie hebben ondergaan, zich verspreiden over de archipel. Dit heeft een grote invloed op de patronen die kunnen worden waargenomen en op het onderliggende mechanisme van parallelle evolutie. We zien dat er toch migratie is tussen de wolfspinnen van de verschillende eilanden en tussen de verschillende ecotypes op hetzelfde eiland.
Deze bevindingen tonen aan dat eilandradiaties veel complexer zijn dan voorheen verondersteld werd. De evolutionaire geschiedenis van de soorten wordt hierbij beter niet voorgesteld als één algemene verwantschapsboom, maar eerder als een complexe verzameling van verschillende verwantschappen.
Dit soort fundamenteel onderzoek is essentieel om de onderliggende mechanismen van evolutie te begrijpen en zo de vraag hoe herhaalbare evolutie is, op te lossen. De wolfspinnen van de Galapagos laten alvast zien dat evolutie niet zo willekeurig en toevallig is als vaak wordt aangenomen.
