Evolutie verklaart hoe alle levende wezens, inclusief wij, zijn ontstaan. Het zou gemakkelijk zijn om aan te nemen dat evolutie werkt door continu functies toe te voegen aan organismen, waardoor hun complexiteit voortdurend toeneemt. Sommige vissen evolueerden benen en liepen het land op. Sommige dinosaurussen evolueerden vleugels en begonnen te vliegen. Anderen ontwikkelden de baarmoeder en begonnen jong te leven.
Toch is dit een van de meest overheersende en frustrerende misvattingen over evolutie. Veel succesvolle takken van de levensboom zijn eenvoudig gebleven, zoals bacteriën, of hebben hun complexiteit verminderd, zoals parasieten. En ze doen het heel goed.
In een recente studie gepubliceerd in Nature Ecology and Evolution, vergeleken we de volledige genomen van meer dan 100 organismen (meestal dieren) om te bestuderen hoe het dierenrijk zich op genetisch niveau heeft ontwikkeld. Onze resultaten laten zien dat de oorsprong van grote groepen dieren, zoals die van mensen, niet is gekoppeld aan de toevoeging van nieuwe genen maar aan massaal genverlies.
De evolutionaire bioloog Stephen Jay Gould was een van de sterkste tegenstanders van 'de mars van vooruitgang”, Het idee dat evolutie altijd resulteert in een verhoogde complexiteit. In zijn boek Full House (1996), Gould gebruikt het model van de dronkaardwandeling. Een dronkaard verlaat een bar in een treinstation en loopt onhandig heen en weer over het perron, zwaaiend tussen de bar en de treinsporen. Als er genoeg tijd is, zal de dronkaard in de sporen vallen en daar blijven hangen.
Het platform vertegenwoordigt een schaal van complexiteit, waarbij de pub de laagste complexiteit is en de tracks de maximale. Het leven ontstond door uit de kroeg te komen, met de minimaal mogelijke complexiteit. Soms strompelt het willekeurig in de richting van de tracks (evolueert op een manier die de complexiteit verhoogt) en andere keren in de richting van de pub (vermindert de complexiteit).
Geen enkele optie is beter dan de andere. Eenvoudig blijven of de complexiteit verminderen kan beter zijn om te overleven dan evolueren met verhoogde complexiteit, afhankelijk van de omgeving.
Maar in sommige gevallen ontwikkelen groepen dieren complexe functies die inherent zijn aan de manier waarop hun lichaam werkt, en die genen niet langer kunnen verliezen om eenvoudiger te worden - ze komen vast te zitten in de treinsporen. (Er zijn geen treinen om je zorgen over te maken in deze metafoor.) Meercellige organismen gaan bijvoorbeeld zelden terug om eencellig te worden.
Als we ons alleen richten op de organismen die gevangen zitten in het spoor, dan hebben we een bevooroordeelde perceptie van het leven dat in een rechte lijn evolueert van eenvoudig naar complex, ten onrechte geloven dat oudere levensvormen altijd eenvoudig zijn en nieuwere vormen complex. Maar het echte pad naar complexiteit is kronkeliger.
Samen met Peter Holland van de Universiteit van Oxford hebben we onderzocht hoe genetische complexiteit is geëvolueerd bij dieren. Eerder, we hebben aangetoond dat de toevoeging van nieuwe genen de sleutel was tot de vroege evolutie van het dierenrijk. De vraag werd vervolgens of dat het geval was tijdens de latere evolutie van dieren.
De boom des levens bestuderen
De meeste dieren kunnen worden gegroepeerd in belangrijke evolutionaire lijnen, takken aan de levensboom die laten zien hoe de dieren die vandaag leven, zijn geëvolueerd uit een reeks gedeelde voorouders. Om onze vraag te beantwoorden, hebben we elke dierlijke lijn bestudeerd waarvoor een genoomsequentie publiek beschikbaar was, en vele niet-dierlijke lijnen om ze tegen te vergelijken.
Een dierlijke lijn is die van de deuterostomen, waaronder mensen en andere gewervelde dieren, evenals zeesterren of zee-egels. Een andere zijn de ecdysozoën, bestaande uit de geleedpotigen (insecten, kreeften, spinnen, duizendpoten) en andere ruiende dieren zoals rondwormen. Gewervelde dieren en insecten worden beschouwd als een van de meest complexe dieren. Tot slot hebben we één lijn, de lophotrochozoa, waaronder dieren zoals weekdieren (slakken bijvoorbeeld) of anneliden (regenwormen), naast vele anderen.
We namen deze gevarieerde selectie van organismen en keken om te zien hoe ze gerelateerd waren aan de levensboom en welke genen ze deelden en niet deelden. Als een gen in een oudere tak van de boom aanwezig was en niet in een jongere, concludeerden we dat dit gen verloren was gegaan. Als een gen niet aanwezig was in oudere takken maar in een jongere tak verscheen, dan beschouwden we het als een nieuw gen dat in de jongere tak was verkregen.
Een levensboomdiagram dat het veranderende aantal genen van verschillende diergroepen toont. Naar beneden wijzende oranje driehoeken geven genverliezen aan. Naar boven wijzende groene driehoeken duiden op genwinst. Hoe groter de driehoek, hoe groter de verandering. Jordy Paps, auteur voorzien
De resultaten toonden een ongekend aantal verloren en gewonnen genen, iets dat nog nooit eerder in eerdere analyses was gezien. Twee van de belangrijkste geslachten, de deuterostomen (inclusief mensen) en de ecdysozoa (inclusief insecten), vertoonden het grootste aantal genverliezen. De lophotrochozoa daarentegen vertonen een balans tussen gennieuwigheden en verliezen.
Onze resultaten bevestigen het beeld dat Stephen Jay Gould heeft gegeven door aan te tonen dat op genniveau het dierenleven is ontstaan door de kroeg te verlaten en een grote sprong in complexiteit te maken. Maar na het aanvankelijke enthousiasme, kwamen sommige geslachten dichter bij de kroeg door genen te verliezen, terwijl andere geslachten naar het spoor afdreven door genen te verkrijgen. We beschouwen dit als de perfecte samenvatting van de evolutie, een door drank veroorzaakte willekeurige keuze tussen de bar en het treinspoor. Of, zoals de internetmeme zegt, “ga naar huis evolutie, je bent dronken'.
Over de auteur
Jordi Paps, docent, School of Biological Sciences, University of Bristol, Universiteit van Bristol en Cristina Guijarro-Clarke, promovendus in evolutie, Universiteit van Essex
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
books_science
