e coli

De evolutie van een bacterie versnelt als de leefomgeving veranderlijk is. Dit beweren onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF en het Franse Laboratoire Interdisciplinaire de Physique in een paper in het wetenschappelijke vakblad PNAS. Als evolutie vastgelopen is, dan kan deze door een veranderende omgeving weer losgewrikt worden. Dat is zowel goed nieuws als slecht nieuws.

Volgens Darwins wetenschappelijke theorie evolueren organismen door geleidelijke aanpassingen; mutatie-na-mutatie. Als verscheidene mutaties geen voordeel opleveren in de huidige omgeving, loopt de evolutie vast. Een goed voorbeeld hiervan is de trage transformatie van vinnen naar poten. Dankzij het nieuwe onderzoek van het team van Sander Tans weten we nu dat evolutie versneld kan worden door een veranderende omgeving.

Dit betekent ook dat evolutie kan versnellen als dit niet gewenst is. Een voorbeeld is de resistentie van bacteriën. Bij afwisselend gebruik van antibiotica kan resistentie zich sneller ontwikkelen bij deze bacteriën.

Mutanten opsporen
De wetenschappers observeerden mutaties van het eiwit dat bij de bacterie E. coli het suikermetabolisme regelt. Deze mutaties treden in slechts enkele bacteriën op. Probeer deze bacteriën maar eens te vinden in een groep van miljarden bacteriën! Toch is het de onderzoekers gelukt om alle mutanten te vinden. “Op deze manier konden we na elke mutatie de evolutie als het ware stilzetten, door het gemaakte exemplaar te bekijken, en zeer nauwkeurig de eiwitfunctie en levensvatbaarheid, of fitness, van de bacterie bepalen in omgevingen met of zonder suiker”, legt wetenschapper Marjon de Vos uit.

Evolutie is soms voorspelbaar
Onderzoekers vragen zich al lang af of evolutie een voorspelbaar proces is. Nieuw onderzoek onder inktvissen suggereert nu dat de evolutie van complexe organen in deze organismen – achteraf gezien – heel voorspelbaar is verlopen.

Weg naar de top
In de niet-veranderlijke omgevingen zagen wetenschappers dat evolutie na een paar mutaties vastloopt. Hoe dit komt? Stel je eens een berg voor met twee paden: eentje leidt naar de top, de ander naar het dal. Je neemt het pad omhoog als de suikerdetectie beter wordt en het pad omlaag als de detectie door mutaties verslechtert. De ‘goede’ bacteriën die de natuurlijke selectie overleven, gaan omhoog en blijven steken op de piek. Er zijn nog hogere pieken in het landschap, maar deze zijn onbereikbaar, oftewel: evolutie loopt vast.

Piek wordt dal (en andersom)
Als de omgeving veranderlijk is – bijv. door een wisselende aan- of afwezigheid van suiker – worden pieken dalen en dalen pieken. Door deze omkering kunnen bacteriën op een piek plotseling in een dal belanden. Hierdoor worden zij gedwongen om een piek op te zoeken, die hoger is dan de oorspronkelijke piek. Waar evolutie vertraging oploopt en vastloopt in een constante omgeving, kunnen afwisselende omgevingen ervoor zorgen dat evolutie (versneld) door kan gaan.