De kaaimansnoek heeft de laagste snelheid van moleculaire evolutie van alle gewervelde dieren met kaken. Wat niet alleen iets zegt over hun evolutie, maar ook over eventuele aanpassingen in de toekomst.
In het nieuwe onderzoek van de Yale University hebben wetenschappers de genetische geheimen van de kaaimansnoeken ontrafeld, een oude groep straalvinnige vissen die al miljoenen jaren nagenoeg onveranderd zijn. De zeven levende soorten zijn structureel vrijwel identiek aan de vroegste fossiele kaaimansnoeken uit de Jura-periode, ongeveer 150 miljoen jaar geleden. Het onderzoek toont aan dat dit komt door een enorm lage mutatiesnelheid, wel 10 keer lager dan die van zoogdieren. Dit betekent dat hun DNA minder vaak verandert dan dat van andere dieren, wat ervoor zorgt dat hun genen en eiwitten een opmerkelijk langzame evolutie hebben.
En dat is opvallend. Mutaties kunnen namelijk erg handig zijn voor de overleving van een soort. Waar de meeste mutaties vrij weinig voordelen opleveren, kunnen sommige veranderingen ervoor zorgen dat een soort zich beter kan aanpassen aan zijn omgeving. Met name wanneer leefomgevingen veranderen. “We waren daarom verbaasd over hoe traag kaaimansnoeken op moleculair niveau evolueerden”, vertelt John Lundberg. Wat co-auteur Chase Brownstein bevestigt. “Dit is een uniek fenomeen onder gewervelde dieren. Levende fossielen zoals kaaimansnoeken laten zien dat sommige soorten zich over lange periodes kunnen aanpassen met minimale genetische verandering.”
DNA reparaties
En daar lijkt een verklaring voor te zijn, zo beredeneerden de onderzoekers. De kaaimansnoeken lijken namelijk ongewoon goed te zijn in het repareren van hun DNA, waardoor ze somatische en kiemlijnmutaties (veranderingen in het DNA die vóór en na de conceptie optreden) efficiënter kunnen corrigeren dan de meeste andere gewervelde dieren. Omdat ze ook nog een vrij lange levensduur hebben (ze kunnen wel honderd jaar oud worden) is er ook veel tijd om DNA-schade te herstellen en mutaties in hun lichaam te verwijderen.
Dat is overigens niet alleen voor henzelf nuttig, maar mogelijk ook voor ons, vertelt onderzoekers Thomas Near. “De meeste vormen van kanker zijn mutaties in het lichaam die het falen van de DNA-reparatiemechanismen van een individu vertegenwoordigen. Als verder onderzoek uitwijst dat kaaimansnoek-DNA-reparatiemechanismen buitengewoon efficiënt zijn, en ontdekt wat hen zo maakt, zouden we kunnen gaan nadenken over mogelijke toepassingen voor de menselijke gezondheid.”
Hybride nakomelingen
De onderzoekers ontdekten daarnaast dat twee soorten behorende tot de familie der kaaimansnoeken (Atractosteus spatula en Lepisosteus osseus) die door ruim 100 miljoen jaar evolutie zijn gescheiden nog steeds levensvatbare en vruchtbare nakomelingen maken. Het is daarmee de oudst bekende mix van alle dieren, planten en schimmels die levensvatbare, vruchtbare hybriden voortbrengen. Twee varensoorten die eerder het record hielden van 60 miljoen jaar zijn hiermee verslagen. Langzaam evolueren heeft dus ook voordelen, legt Brownstein uit: “Hoe langzamer het genoom van een soort muteert, hoe waarschijnlijker het is dat het in staat zal zijn om zich te kruisen met een aparte soort waarvan het gedurende een lange periode genetisch is geïsoleerd.”
Leefomgeving
Een laatste verklaring voor de trage evolutie is dat de kaaimansnoeken al die jaren een heel constante leefomgeving hebben. Ze leven al miljoenen jaren in relatief stabiele zoetwaterhabitats, waardoor er minder druk is om zich snel aan te passen. “Deze factoren kunnen hebben samengewerkt om de mutatiesnelheid van kaaimansnoeken te verlagen en hun genomen te stabiliseren”, zegt Brownstein. “Wat hen in staat stelde om miljoenen jaren lang te overleven met weinig verandering.”
De snelheid van evolutie is dus verre van gelijk tussen soorten. Dat inzicht heeft niet alleen invloed op onze interpretatie van fossiele archieven, maar ook op onze voorspellingen over hoe soorten zullen reageren op toekomstige veranderingen in hun omgeving, zoals die ingegeven door klimaatverandering. “Dit onderzoek helpt ons om de diversiteit van het leven op aarde en de factoren die de evolutie beïnvloeden, te begrijpen”, aldus Lundberg. “Het is een belangrijke stap voorwaarts in onze kennis van de geschiedenis van het leven.”
Aan de andere kant van het spectrum zitten de bacteriën en bacteriofagen. Nadat onderzoekers van de Universiteit van San Diego de twee soorten bij elkaar zetten in een kleine, afgesloten laboratoriumkolf evolueerden ze binnen drie weken(!). De virussen infecteerden hun bacteriële gastheren terwijl de bacteriën tegelijkertijd nieuwe manieren ontwikkelden om zich tegen deze aanvallen te verdedigen. Vervolgens voerden de virussen weer nieuwe evolutionaire veranderingen door, waarmee ze de nieuw verworven verdedigingsmechanismen van de bacteriën omzeilden. Dat dit zo snel verloopt, kan onderzoeker van dit onderzoek Josh Borin goed verklaren. “Micro-organismen zoals bacteriën en virussen zijn ontzettend talrijk en vermeerderen zich snel,” legt hij uit. “Binnen een dag kunnen ze meer dan zeven generaties doorlopen (wat overeenkomt met ongeveer 200 jaar in menselijke generaties). Dit betekent dat bacteriële en virale populaties veel genetische veranderingen ondergaan. Als nieuwe mutaties beter werken, nemen deze snel de overhand en worden ze dominant.”
