Wetenschappers ontdekken waarom er zoveel cichliden in de Afrikaanse meren zwemmen.

Wereldwijd zijn er meer dan 1700 soorten cichliden waarvan er ongeveer 90 procent in de meren van Oost-Afrika zwemt. Al in de 19de eeuw reisden biologen naar het Victoriameer, Malawimeer en Tangayikameer om deze vissen te bestuderen. In 1935 introduceerde de Duitser Richard Woltereck de term ‘Artexplosion’ om de situatie te beschrijven, een explosie van soorten. Walter Salzburger (Universiteit van Basel) plaatst de diversiteit aan cichliden in perspectief: “Tijdens de evolutionaire tijdspanne van onze eigen soort, startend met de splitsing tussen mensen en chimpansees zo’n 5 á 7 miljoen jaar geleden, evolueerden ongeveer 2000 soorten cichliden in Oost Afrika.” Maar wat veroorzaakte deze explosieve evolutie? Dat proberen evolutiebiologen nu uit te vissen. Enkele recente papers geven aan dat ze het mysterie van de snelle evolutie langzaam maar zeker oplossen.

Tangayikameer
Onderzoekers van de Universiteit van Konstanz bestudeerden de diversiteit aan cichliden in het Tangayikameer. Ze slaagden erin om DNA te verzamelen van bijna alle soorten in dit meer en reconstruceerden de evolutionaire geschiedenis van deze vissen. Uit de analyses bleek dat de soortenexplosie ongeveer 12 miljoen jaar geleden startte, een tijdstip dat overeenkomt met het ontstaan van het Tangayikameer (tussen 9 en 12 miljoen jaar geleden). De onderzoekers ontdekten dat er net voor de start van deze explosie veel kruisingen plaatsvonden. Door deze kruisingen – of hybriden – werd er genetisch materiaal uitgewisseld tussen verschillende soorten cichliden. Dit resulteerde in een toename van genetische diversiteit die werkte als brandstof voor de razendsnelle soortvorming.

WIST JE DAT…

…cichliden voorbeeldige ouders zijn? Ze bewaken hun eitjes en staan ook voor hun jongen klaar als ze reeds uit het ei zijn gekomen. Sommige soorten voeden hun vrij rondzwemmende nageslacht zelfs weken- of maandenlang.

Kleuren
Hybridisatie is dus mogelijk de drijvende kracht achter de soortenexplosie in het Tangayikameer. Deze conclusie wordt ondersteund door verdere analyses van bepaalde genen. De onderzoekers vergeleken onder andere de opsine-genen van diverse cichliden. Deze genen bevatten de codes om eiwitten te produceren die bepalen welke kleuren dieren kunnen waarnemen. In cichliden die plankton eten, vertoont het opsine-gen sws1 een snelle evolutie. Dit gen zorgt ervoor dat de vissen ultraviolet kunnen zien. Plankton is dan namelijk beter zichtbaar omdat het ultraviolet reflecteert. In vissen die groene algen van de rotsen schrapen, heeft een ander opsine-gen, rh2α-α, een snelle evolutie meegemaakt. Door dit gen kunnen de cichliden – je raadt het al – groene kleuren beter onderscheiden. Beide genen werden uitgewisseld tussen een handvol soorten net voor de soortenexplosie van 12 miljoen jaar geleden.

Geuren
In een klein meer in Kameroen vond een gelijkaardig proces plaats. Jelmer Poelstra (Universiteit van North Carolina) en zijn collega’s bestudeerden vier cichlidensoorten van het genus Coptodon. Genetische analyses wezen op hybridisatie net voor het ontstaan van twee nieuwe soorten. Toen de onderzoekers keken welke genen uitgewisseld waren, bleek er een cluster van acht geurreceptoren tussen te zitten. Het is bekend dat sommige vissen hun soortgenoten herkennen aan de hand van diverse geuren. Mogelijk heeft dit pakketje ‘geur-genen’ bijgedragen aan de snelle soortvorming in dit meertje.

Ecologische kansen
Bovenstaande voorbeelden geven aan dat de uitwisseling van genen door hybridisatie een belangrijke factor is in de snelle soortvorming van cichliden. Maar het is niet de enige reden voor de Afrikaanse soortenexplosie. In het vakblad Nature Reviews Genetics vat Walter Salzburger de huidige stand van zaken samen. De diversiteit aan cichliden is te wijten aan een combinatie van de perfecte ecologische mogelijkheden in Afrika en de genetische achtergrond van deze vissen. Toen de meren ontstonden, waren de cichliden er namelijk als de kippen bij om de lege ecologische niches op te vullen. Daarnaast hebben de genomen van cichliden bepaalde kenmerken die een snelle soortvorming mogelijk maken. In een uitgebreide studie uit 2014 vergeleek men de genomen van cichliden met die van andere vissoorten. Hieronder volgt een kort overzicht van de belangrijkste genetische kenmerken.

Een cichlide uit het Malawimeer. Afbeelding: Toby Hudson (via Wikimedia Commons).

Genetische achtergrond
Ten eerste hebben cichliden meer genetisch diversiteit in vergelijking met andere vissen. Dit is deels het gevolg van hybridisatie, zoals bovenstaande studies aangeven. Ten tweede vonden onderzoekers veel verdubbelingen van genen in cichliden. Wanneer er twee of meer kopieën van een gen aanwezig zijn, dan is de kans groter dat minstens een van deze kopieën muteert en een andere functie verkrijgt. Biologen noemen dit proces neofunctionalisatie en het heeft mogelijk bijgedragen aan de snelle aanpassing van cichliden aan hun nieuwe omgeving. Ten derde blijkt dat de genregulatie – het aan en uit zetten van genen – veel dynamischer is in het genoom van cichliden in vergelijking met andere vissen. Zeker een pluspunt als je je moet aanpassen aan nieuwe omstandigheden. Ten vierde vertonen vele genen een versnelde evolutie. In dit artikel gaf ik al het voorbeeld van de opsine-genen, maar onderzoekers vonden een hele waslijst aan andere genen die een snelle evolutie achter de rug hebben. Tenslotte ontdekte men drie periodes tijdens de cichlidenevolutie waarin transposons actief waren. Transposons zijn kleine stukjes DNA die zichzelf kunnen kopieren en plakken in het genoom. Hoewel deze DNA-fragmenten voor problemen kunnen zorgen – bijvoorbeeld als ze terechtkomen in het midden van een gen – dragen ze ook bij aan genetische diversiteit. De details van deze processen en hoe ze samenwerkten om de soortenexplosie van cichliden te bewerkstelligen is nog niet opgelost. Er is dus nog heel wat ruimte voor verder onderzoek. Verwacht in de toekomst dus maar een explosie aan papers over Afrikaanse cichliden.

Jente Ottenburghs promoveerde aan de Universiteit Wageningen waar hij onderzoek deed naar de evolutie van ganzen. Na een stage bij de wetenschapsredactie van de Volkskrant werkt hij nu als postdoc aan de Uppsala Universiteit in Zweden. Meer weten over Jente? Neem een kijkje op zijn website. Recent kon je in een artikel van de hand van Jente al lezen hoe een genoom in kaart wordt gebracht. Nieuwsgierig? Klik hier! En hier kun je lezen hoe de genetische code precies werkt.