Hoe ontstaat een nieuwe soort? Voor biologen is dat een van de meest intrigerende vragen. Meestal volgt een afsplitsing als individuen van een populatie geografisch van elkaar gescheiden raken. Maar soms gebeurt er iets bijzonders, zoals bij twee sprookjesachtige motten in de VS: die raakten gescheiden zonder dat ze fysiek van elkaar verwijderd waren.
Amerikaanse onderzoekers richtten zich op de roze esdoornmot (Dryocampa rubicunda) en de roze gestreepte eikenmot (Anisota virginiensis), die beide rondfladderen in het zuidoosten van de VS en ondanks al hun overeenkomsten één opvallend verschil hebben: hun vliegpatroon. De roze-gele esdoornmot lijkt met zijn dromerige kleurenpalet zo uit een boek van Roald Dahl weggevlogen. Het is een echte nachtvlieger, terwijl de meer ingetogen gekleurde eikenmot juist overdag actief is. De vrouwtjes vliegen vooral in de vroege avond en tijdens de schemering. De mannetjes vliegen alleen overdag.
“Deze twee soorten lijken genetisch enorm op elkaar”, vertelt hoofdonderzoeker Yash Sondhi. De motten zijn ontstaan uit één voorouderlijke soort, die ongeveer 3,8 miljoen jaar geleden nog rondvloog op aarde. “Dit is relatief kort geleden op een evolutionaire schaal. En ze zijn op één vlak erg uit elkaar gedreven: het moment waarop ze het luchtruim kiezen”, aldus Sondhi. Alle soorten binnen het geslacht Anisota zijn overdag actief. De roze esdoornmot is de enige soort binnen het nachtbrakende geslacht Dryocampa.
De rol van klokgenen
De entomoloog vermoedde dat hun verschillen in voorkeur voor dag en nacht te maken hebben met de manier waarop de beide soorten kleuren zien. Maar hij kwam tijdens zijn onderzoek tot een heel andere conclusie: de verschillen hadden niks met hun zicht te maken, maar juist met hun klokgenen. “Achteraf gezien is dat eigenlijk heel logisch”, vertelt Sondhi.
Klokgenen zijn verantwoordelijk voor het circadiaans ritme, het interne 24-uursritme dat de meeste organismen, van fruitvliegen tot mensen, aanstuurt. Deze genen reguleren de activiteit van cellen en hebben invloed op allerlei essentiële functies, van metabolisme tot lichaamstemperatuur. Bij soorten die hun activiteitspatroon omkeren, zoals van dag- naar nachtvliegen, spelen klokgenen een cruciale rol.
Eb en vloed van eiwitsynthese
Sondhi analyseerde de transcriptomen van beide motten – dit zijn de delen van het DNA die daadwerkelijk gebruikt worden om eiwitten te maken. Het transcriptoom omvat dan ook alle RNA-moleculen die voorkomen in een cel. De wetenschapper ontdekte dat de roze esdoornmot meer energie investeert in processen die verband houden met geur, terwijl de dagactieve eikenmot meer genen en eiwitten aanmaakt die betrokken zijn bij het zicht.
Disco-gen
Het meest opmerkelijke verschil vond Sondhi in het zogeheten disco-gen – afgeleid van de term ‘disconnected’. Bij fruitvliegen staat dit gen bekend om zijn indirecte invloed op het circadiaans ritme door de productie van neuronen die klokenzymen door het lichaam verspreiden. Het disco-gen in motten bleek echter twee keer zo groot als dat van fruitvliegen en bevatte extra actieve delen die een directe wisselwerking aangaan met DNA, RNA en eiwitten.
Evolutie in actie
Toen Sondhi de disco-genen van de twee motten vergeleek, vond hij 23 mutaties. Deze mutaties zitten in de actieve delen van het gen, wat suggereert dat ze bijdragen aan de waarneembare verschillen tussen de twee soorten. “Dit is een heel concreet voorbeeld van het mechanisme achter het ontstaan van een nieuwe soort op cellulair niveau. Dat zie je niet vaak. Het is een prachtig voorbeeld van evolutie in actie”, aldus een enthousiaste Sondhi.
De studie van Sondhi laat zien hoe belangrijk het is om verder te kijken dan alleen fruitvliegen of labmuizen. “We kunnen beter inspelen op grote uitdagingen zoals klimaatverandering als we de diversiteit van dit soort levensvormen en hun historische genetische aanpassingen beter begrijpen. Dit onderzoek laat zien hoe groot de flexibiliteit van het leven is, en maakt duidelijk hoe cruciaal genetische variatie is bij de overleving en evolutie van soorten”, zegt Sondhi poëtisch.
Er is meer dan de fruitvlieg
“Het aantal soorten op aarde blijft afnemen, veelal vanwege menselijke invloeden en klimaatverandering. Het wordt daarom steeds belangrijker om soorten genetisch te verbeteren, bijvoorbeeld door ze beter bestand te maken tegen droogte of actiever te maken in gebieden waar veel lichtvervuiling is. Maar we hebben een grotere genenpool nodig om dit consequent aan te pakken. We kunnen niet alleen vertrouwen op de kennis van Drosophila en een handvol andere modelorganismen – de toekomst van biodiversiteit en biotechnologie vraagt om meer”, besluit de onderzoeker.
