Wetenschappers ontdekken hoe stekelbaarzen zich keer op keer aanpassen aan het leven in zoetwater.

Evolutie herhaalt zichzelf. Soms ontwikkelen verwante organismen onafhankelijk van elkaar dezelfde kenmerken. Maar hoe kan zulke parallelle evolutie plaatsvinden wanneer mutaties, veranderingen in de DNA-code, willekeurig plaatsvinden? Zou het kunnen dat mutaties toch niet zo willekeurig zijn als biologen denken?

Stekelbaarzen
Stekelbaarzen zijn een schoolvoorbeeld van parallelle evolutie. Diverse populaties hebben hun mariene leefgebied ingeruild voor zoetwatermeren. Deze verhuizing ging telkens gepaard met het verlies van buikvinnen. In mariene wateren bieden deze vinnen bescherming tegen diverse predatoren. Maar omdat er minder predatoren in het zoetwater zwemmen, kunnen de stekelbaarzen het zich veroorloven om hun buikvinnen te verliezen. Waarom verloopt deze aanpassing elke keer zo vlot?

Defecte regelaar
Om die vraag te beantwoorden, moeten we eerst de genetische achtergrond van deze aanpassing uitvissen. De ontwikkeling van buikvinnen wordt gestuurd door het gen Pitx1. De aan-en-uit-knop van dit gen ligt wat verder stroomopwaarts op de DNA-streng en luistert naar de naam Pel. Wetenschappers hebben ontdekt dat stekelbaarzen in zoetwater een defecte Pel hebben. Stukjes DNA zijn verdwenen uit deze regelaar.

DNA-breuken
Kathleen Xie (Stanford University) en haar collega’s bekeken deze Pel-regio in meer detail. Ze merkten dat het DNA van de intacte Pel-regio een rare vorm had. De twee DNA-strengen draaiden wat uitgestrekter rond elkaar dan gewoonlijk. Deze DNA-vorm, ook wel Z-DNA genoemd, is minder stabiel. De onderzoekers plaatsten de intacte en de defecte Pel-regio in het DNA van gistcellen en keken vervolgens hoe goed deze cellen zich konden delen. Uit de experimenten bleek dat het DNA in cellen met de intacte Pel-regio vaker brak. Tijdens het herstel van deze breuken maakten de cellen soms een fout, resulterend in een defecte Pel-regio. Net zoals bij de stekelbaarzen in zoetwater ontbraken er stukjes DNA. De onderzoekers vermoeden dat het fragiele Z-DNA rond de Pel-regio vaker resulteert in mutaties waardoor regelmatig stekelbaarzen zonder buikvinnen geboren worden. Toevallig speelt het verlies van deze vinnen een belangrijke rol in de aanpassing aan het leven in zoetwater. Een geluk bij een ongeluk.

Verschillende DNA-structuren. Van links naar rechts: A-DNA, B-DNA en Z-DNA. Afbeelding: Mauroesguerroto (via Wikimedia Commons).

Menselijke evolutie
Verdere analyses van de Pel-regio toonden aan dat de DNA-code vooral bestaat uit een herhaling van de letters TG (deze letters staan voor de chemische structuren thymine en guanine). Hoe langer de herhaling van deze twee structuren, hoe fragieler het DNA. Zulke regio’s zijn dus vatbaarder voor mutaties. Ook in het menselijke genoom vinden we zulke herhalingen terug. Welke genen liggen in deze kwetsbare regio’s? En hebben deze genen bijgedragen aan de menselijke evolutie? Dat zijn spannende vragen voor verder onderzoek.

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.