Met de tomaten op de Galapagoseilanden is iets geks aan de hand: ze zijn met een omgekeerde evolutie bezig

Op de jongste Galapagoseilanden doet zich iets opmerkelijks voor. Wilde tomatenplanten zetten een streep door miljoenen jaren evolutie en grijpen terug op een veel primitievere genetische toestand. Daarbij wekken ze stokoude verdedigingsmechanismen opnieuw tot leven.

Wetenschappers van de University of California hebben dit onverwachte fenomeen onderzocht en spreken van een mogelijke vorm van reverse evolution, oftewel omgekeerde evolutie. Een beladen term, want in de klassieke evolutiebiologie bestaat er geen knop om terug te spoelen. Evolutie gaat volgens de meeste modellen altijd voorwaarts: het is een constante aanpassing aan de omgeving en het is niet de bedoeling om terug te keren naar verdwenen eigenschappen.

Maar bij deze tomatenplanten lijkt dat toch te gebeuren. “Het is niet iets wat we normaal verwachten”, zegt hoofdonderzoeker Adam Jozwiak, moleculair biochemicus aan UC Riverside. “Maar hier gebeurt het, in real time, op een vulkaaneiland.”

Terug naar een vergeten afweer
Tomaten behoren tot de nachtschadefamilie, net als bijvoorbeeld aardappels en aubergines. Ze maken allemaal bitter smakende moleculen aan, zogeheten alkaloïden, die dienen als natuurlijke pesticiden: ze weren insecten, schimmels en grazende dieren. Dat is niet anders op de Galapagoseilanden, want ook al staan de eilanden bekend om hun gebrek aan natuurlijke vijanden voor dieren, planten zijn er allerminst veilig.

Praktisch doel
De onderzoekers begonnen dit project met een praktisch doel: in gecultiveerde gewassen kunnen hoge concentraties alkaloïden schadelijk zijn voor mensen. Ze wilden dus begrijpen hoe planten deze stoffen aanmaken om ze uiteindelijk te kunnen verminderen in de gewassen die we eten. “Onze onderzoeksgroep werkt er hard aan om de stappen te identificeren die betrokken zijn bij de synthese van alkaloïden, zodat we die kunnen proberen te beheersen”, legt Jozwiak uit.

Wat deze Galapagos-tomaten zo bijzonder maakt, is niet dat ze alkaloïden maken – dat doen alle tomaten – maar welke alkaloïden ze produceren. De planten op de jongere, westelijke eilanden blijken een moleculaire cocktail te brouwen die miljoenen jaren niet meer is gezien. Hun chemie lijkt meer op die van de aubergine dan op die van de moderne tomaat.

De wilde tomaten op de Galapagoseilanden die met een omgekeerde evolutie bezig zijn. Foto: Adam Jozwiak/UCR

Dertig monsters
Om dat te onderzoeken, analyseerden de wetenschappers meer dan dertig tomatenmonsters van verschillende geografische locaties in de archipel. Op de oostelijke, oudere eilanden produceerden de planten moderne alkaloïden, net als gecultiveerde tomaten. Maar op de ruigere, jongere eilanden in het westen stuitten ze op een ander type molecuul met het chemische profiel van de verre voorouders.

Het verschil zat in de stereochemie: de manier waarop atomen in een molecuul ruimtelijk zijn gerangschikt. Twee moleculen kunnen exact dezelfde atomen bevatten, maar zich biologisch totaal anders gedragen als hun ruimtelijke structuur verschilt.

Toen de onderzoekers dieper in de enzymen doken die deze moleculen bouwen, ontdekten ze dat slechts vier aminozuren in één enkel enzym verantwoordelijk waren voor de ommekeer. Ze toonden dit aan door de betrokken genen te synthetiseren en in tabaksplanten te plaatsen. Die planten begonnen prompt de oude alkaloïden aan te maken. “Als je slechts een paar aminozuren verandert, krijg je een compleet ander molecuul”, aldus Jozwiak.

Milieu als motor voor terugkeer
Opvallend genoeg volgde het patroon de geografie van de eilanden. De tomaten op de oostelijke eilanden – ouder, met meer bodemvorming en biodiversiteit – behielden hun moderne chemische verdediging. De tomaten op de jongere, nog kale westelijke eilanden schakelden juist over op de oude chemie. “Het zou kunnen dat het voorouderlijke molecuul betere bescherming biedt in de zwaardere omstandigheden van het westen”, vermoedt Jozwiak.

Om te bevestigen dat deze aanpassing inderdaad een terugkeer naar het verleden is, pakten de onderzoekers er een evolutionair model bij waarmee ze uit modern DNA de eigenschappen van lang uitgestorven voorouders konden afleiden. En wat bleek: de tomaten op de jonge eilanden produceerden exact wat die vroege planten waarschijnlijk ook aanmaakten.

Kan het ook bij mensen?
Het gebruik van de term reverse evolution blijft echter controversieel. Teruggekeerde eigenschappen zijn eerder waargenomen bij slangen, vissen en bacteriën, maar zelden zo precies, en op moleculair niveau. “Sommige mensen geloven er niet in”, zegt Jozwiak. “Maar het genetische en chemische bewijs wijst op een terugkeer naar een voorouderlijke toestand. Het mechanisme is er. Het is al gebeurd.”

En als het bij tomaten kan, waarom dan niet bij andere soorten? Volgens Jozwiak is het idee niet zo vergezocht. “Ik denk dat het ook bij mensen zou kunnen gebeuren”, zegt hij. “Natuurlijk niet in een jaar of twee, maar in de loop der tijd misschien, als de milieuomstandigheden genoeg veranderen.”

Jozwiak doet zelf geen onderzoek naar mensen, maar het idee dat evolutie flexibeler is dan gedacht, is volgens hem belangrijk. Eigenschappen die ooit verdwenen leken, kunnen opnieuw opduiken. Oeroude genen kunnen weer actief worden. En zoals deze studie laat zien: soms beweegt het leven vooruit door terug te keren naar het verleden.

“Deze kennis kan ons helpen om nieuwe medicijnen te ontwerpen, gewassen beter bestand te maken tegen plagen of minder giftige groenten te telen”, besluit de wetenschapper. “Maar eerst moeten we begrijpen hoe de natuur het doet. Deze studie is een stap in die richting.”

Bronmateriaal

"Enzymatic twists evolved stereo-divergent alkaloids in the Solanaceae family" - Nature Communications
Afbeelding bovenaan dit artikel: Roman Odintsov / Pexels

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd