RUG-biologen beschrijven de vele facetten van het vermogen om te evolueren

Alles wat leeft evolueert: micro-organismen ontwikkelen resistentie tegen geneesmiddelen, virussen omzeilen onze vaccins en soorten kunnen zich aanpassen aan klimaatverandering. Zelfs het vermogen tot evolutie is geëvolueerd. Wanneer we zouden begrijpen welke mechanismen daarbij een rol spelen, zou het mogelijk zijn om tot op zekere hoogte de evolutie te voorspellen. Daarom groeit de belangstelling voor het concept ‘evolueerbaarheid’ onder wetenschappers. Maar het blijkt dat dit concept op verschillende manieren wordt gebruikt. Theoretisch biologen van de RUG hebben nu een artikel geschreven dat enige orde moet brengen in discussies over evolueerbaarheid. Het is online gepubliceerd in Trends in Ecology and Evolution op 10 februari.

Het begon met een leesclub van drie promovendi in evolutionaire biologie. Zij waren het er niet altijd over eens of een publicatie die ze bespraken wel of niet over evolueerbaarheid ging. Uiteindelijk concludeerden zij dat dit verschil van mening kwam door hun verschillende achtergronden: het ontstaan van antibiotica-resistentie, de evolutie van genetische netwerken en de evolutie van sociaal levende gewervelde dieren. ‘De verwarring die wij opmerkten zagen we ook terug in de literatuur’, zegt Jana Riederer, die samen met twee andere leden van de leesclub, Stefano Tiso en Timo van Eldijk, eerst auteur van het nieuwe artikel is. ‘’We wilden het probleem allereerst helder krijgen voor onszelf’, vervolgt zij. ‘Maar toen bedachten we dat anderen daar ook iets aan zouden hebben.’

Tijdschaal

Zo resulteerden hun discussies in een wetenschappelijk artikel dat verschillende facetten van evolueerbaarheid beschrijft. ‘We identificeerden drie typen mechanismen die aan evolueerbaarheid bijdragen’, legt Van Eldijk uit. Dit zijn determinanten die voor variatie zorgen, die het effect van variatie op fitness vormgeven en die het selectieproces vormgeven.

Verder hangt evolueerbaarheid af van de tijdschaal. Ziekteverwekkers zoals bacteriën of virussen planten zich aseksueel voort door zichzelf te klonen, maar veel van hun gastheren, zoals mensen, kennen seksuele voortplanting. De ‘wapenwedloop’ tussen gastheer en ziekteverwekker is daarom nauw verbonden aan een al zeer lang bediscussieerde vraag in de evolutiebiologie: welk type voortplanting levert de beste evolueerbaarheid op? Riederer: ‘Onze conclusies is dat ze elk van beide het best werken op hun eigen tijdschaal.’

Seksuele voortplanting

Organismen die zich aseksueel voortplanten evolueren zeer snel, wat beter is op korte termijn maar niet de beste aanpassingen oplevert. Seksuele voortplanting zorgt voor een tragere evolutie, maar die kan veel beter alle mogelijke opties uittesten en zal op lange termijn betere aanpassingen opleveren. Van Eldijk: ‘Evolutiebiologen kiezen vaak een eindpunt voor hun onderzoek, ze kijken bijvoorbeeld welke bacteriestam na honderd generaties het best aangepast is. Maar ze krijgen mogelijk een heel ander resultaat wanneer ze het experiment duizend generaties laten doorlopen.’

Een laatste aspect van evolueerbaarheid is de reikwijdte: sommige mechanismen, zoals bijvoorbeeld een hogere mutatiefrequentie, werken in veel verschillende omgevingen. Andere, zoals de aanwezigheid van een specifiek enzym dat na mutatie voor resistentie tegen een antibioticum kan zorgen zijn beperkter. Maar beide mechanismen dragen bij aan de evolueerbaarheid.

Beïnvloeden

Alles bij elkaar wisten de drie promovendi, die het artikel schreven samen met hun begeleider professor Franjo Weissing, een groot aantal facetten van evolueerbaarheid te beschrijven. Tiso: ‘We hadden veel discussies, alles bij elkaar kostte het wel twee jaar. En we moesten rekening houden met veel punten die buiten onze eigen disciplines liggen.’ Hun hoop is dat dit artikel de communicatie tussen evolutiebiologen zal stimuleren en wellicht ook zal leiden tot praktische toepassingen. Want als het mechanismen achter evolueerbaarheid duidelijker zijn wordt het misschien mogelijk de richting van evolutie beter te voorspellen. ‘Dat is en blijft natuurlijk altijd een kansproces’, aldus Van Eldijk toe. ‘Maar wanneer we het mechanisme begrijpen waardoor een organisme zich aan kan passen, wordt het misschien mogelijk dat proces te beïnvloeden’, voegt Tiso toe.

De kaders die in het artikel zijn beschreven leveren een aantal aanbevelingen op voor nieuw onderzoek en kunnen de discussies over evolueerbaarheid verhelderen. De auteurs concluderen dat het hiermee mogelijk is om tegenstrijdigheden en discussies binnen de evolutionaire biologie op te lossen.

Referentie: Riederer, J. M., Tiso, S., van Eldijk, T. J., & Weissing, F. J. (2022). Capturing the facets of evolvability in a mechanistic framework. Trends in Ecology & Evolution, 10 februari 2022.