Walvissen behoren vandaag de dag tot de grootste dieren op aarde. Maar dat was niet altijd het geval. En dus rijst de vraag wat er precies voor zorgde dat walvissen zo reusachtig werden.
Heb je weleens een blauwe vinvis gezien? Deze joekel kan wel 30 meter lang worden en is daarmee onbetwist het grootste dier op onze aarde. Maar ook veel van zijn nauwe verwanten, zoals de bultrug, de noordkaper en de potvis zijn heuse giganten. Hoewel walvissen bekend staan om hun grootte, waren ze niet altijd al reuzen. Walvisachtigen evolueerden ongeveer 50 miljoen jaar geleden uit kleine voorouders op het land en hadden in het prille begin een bescheiden omvang. De vraag is dus waarom zoveel walvissen tegenwoordig zo immens zijn. En een deel van het antwoord lijkt te vinden te zijn in hun genen.
Zeldzaam
Kijken we naar het gehele dierenrijk, dan zien we dat er maar weinig dieren gigantische proporties hebben bereikt. “Het is eigenlijk een vrij zeldzame eigenschap,” vertelt onderzoeker Mariana Nery in gesprek met Scientias.nl. En dat is volgens haar ook goed te verklaren. “Het is een kostbare functie,” legt ze uit. “Grote dieren hebben meestal minder nakomelingen, hebben meer ruimte nodig om te leven, eten meer en lopen ten slotte eerder het risico op ziektes zoals kanker.”
Belangrijke vraag
Ondanks deze biologische nadelen, zijn veel walvisachtigen immens. En in een nieuwe studie hebben onderzoekers geprobeerd de reden te achterhalen. Volgens Nery een belangrijke vraag. “Lichaamsgrootte is een complex kenmerk, geassocieerd met verschillende genen en omgevingsfactoren,” legt ze uit. “Door beter te begrijpen waarom en hoe sommige walvisachtigen zo groot werden, verbreden we onze algemene kennis over dit onderwerp, waardoor we dat wat we leren ook naar andere biologische groepen kunnen vertalen. Bovendien kan het ons laten zien hoe evolutie de negatieve gevolgen van gigantisme heeft omzeild.”
Studie
Om te onderzoeken waarom walvissen zo groot konden worden, besloot Nery samen met haar collega’s het walvis-DNA aan een nadere inspectie te onderwerpen. Ze bestudeerden de genen van negentien walvissensoorten, waaronder zeven reuzen die langer zijn dan tien meter, namelijk de potvis, de Groenlandse walvis, de grijze walvis, de bultrug, de noordkaper, de gewone vinvis en natuurlijk de beroemde blauwe vinvis.
Vier sleutelgenen
De onderzoekers vonden uiteindelijk bewijs van een zogenoemde ‘positieve natuurlijke selectie’ in vier genen – dat wil zeggen dat er veranderingen in het DNA optraden die correleerden met een groter lichaam. Het betekent dat deze vier genen – te weten GHSR, IGFBP7, NCAPG en PLAG – een cruciale rol lijken te hebben gespeeld. “GHSR en IGFBP7 zijn betrokken bij fundamentele groeifasen,” legt Nery nader uit. “Denk in dit geval aan celproliferatie (een toename van het aantal cellen als gevolg van celgroei en celdeling, red.), celmigratie, vetmetabolisme en voedselinname. De genen PLAG1 en NCAPG zijn al eerder in verband gebracht met groei bij varkens, schapen en runderen (die in de verte verwant zijn aan walvissen, red.) en zorgen ervoor dat de lichaamsgrootte, spieren en gewicht toenemen.”
De ontdekking van deze vier sleutelgenen is opwindend. Het betekent namelijk dat onderzoekers eindelijk beter begrijpen waardoor walvissen zo enorm werden in vergelijking met hun voorouders.
Biologische nadelen
Wat daarnaast interessant is, is dat IGFBP7 verschillende soorten kanker onderdrukt. Dit kan in combinatie met GHSR (waarvan bekend is dat het aspecten van de celcyclus regelt) de reden kunnen zijn dat walvisachtigen zo groot werden, zonder veel van de eerder genoemde biologische nadelen te merken. “Onze resultaten geven aan dat natuurlijke selectie de voorkeur gaf aan genen die, naast het vergroten van de lichaamsgrootte, ook bepaalde effecten van die grotere omvang verzachten,” zegt Nery. “De ontdekte genen lijken verband te houden met de controle van de celcyclus, celgroei en apoptose. En aangezien kanker wordt veroorzaakt door de ongeordende groei van cellen, is het waarschijnlijk aan deze genen te danken dat walvissen minder vaak aan kanker lijden.”
Daarnaast krijgen walvissen, net als veel andere giganten, vaak weinig nakomelingen. Maar dat zit de soort helemaal niet in de weg. “Walvisjongen worden lang en zorgvuldig door hun moeders verzorgd, totdat ze oud en onafhankelijk genoeg zijn om voor zichzelf te zorgen,” stelt Nery. “Dit vergroot de kans dat het nageslacht overleeft, aanzienlijk.”
Voordelig
Naast de nadelen van gigantisme heeft een grotere omvang ook duidelijke voordelen – anders was het ook niet geëvolueerd. Maar wat zijn precies die voordelen voor walvissen? “Het belangrijkste voordeel is voedsel,” aldus Nery. Ondanks het reusachtige lichaam, leven veel walvissen vrijwel uitsluitend van kleine kreeftachtigen die nog geen tien centimeter lang worden. “Het zijn filtervoeders en eten alleen zeer kleine dieren,” gaat Nery verder. “Een groter lichaam is daarbij natuurlijk handig, omdat ze dan veel grotere happen kunnen nemen en zo in één keer meer voedsel naar binnen zuigen. Kortom, filtervoeders zijn vaak grote dieren. We zien dit overigens ook bij haaien. De witte haai is een bekend groot roofdier, maar de grootste van allemaal is de walvishaai – een filtervoeder.”
Potvis
Toch gaat dit niet voor alle walvissen op. Denk maar aan de potvis, die wel 18 meter lang kan worden. Ondanks zijn grote lichaam is de potvis geen filtervoeder, maar jaagt op reuzeninktvissen en pijlinktvissen. “In dit geval houdt de grotere lichaamslengte waarschijnlijk verband met het feit dat dit dier zijn prooien op grote diepte vangt,” denkt Nery. “Een groter lichaam is in dit geval voordelig om zo meer zuurstof vast te kunnen houden.”
Andere factoren
Hoewel de studie meer inzicht verschaft in wat er aan de lichaamsafmetingen van ’s werelds grootste dieren ten grondslag ligt, benadrukt Nery dat lichaamsgrootte een zeer gecompliceerd fenomeen is, dat niet met een enkel antwoord kan worden verklaard. “Dat walvisachtigen zo groot werden, kan ook te maken hebben met een reeks andere factoren,” zegt ze. “Dieren die in het water leven zijn bijvoorbeeld meestal groter. Ook kan het te maken hebben met het metabolisme, aangezien walvisachtigen endotherm zijn, naast een grotere beschikbaarheid van onder andere voedsel en ruimte. Het is de combinatie van al deze factoren die er waarschijnlijk voor zorgden dat deze groep waterzoogdieren heuse giganten werden.”
De studie is een belangrijke stap voorwaarts. Tot voor kort kon gigantisme namelijk alleen via ecologische en fysiologische benaderingen worden bestudeerd. De huidige studie is één van de eerste die het echter vanuit een moleculair perspectief onderzoekt. “Pas sinds kort beschikken we over genetische gegevens en goede sequentietechnologieën, waardoor het mogelijk is om bepaalde eigenschappen op genetisch niveau te bekijken,” zegt Nery. “En in ons geval hebben we geprobeerd ons begrip over de moleculaire basis van de lichaamsgrootte van walvisachtigen uit te breiden, evenals de evolutionaire aanpassingen die de natuur heeft gevonden om de negatieve gevolgen daarvan te omzeilen.” En dat laatste is zoals gezegd ook voor onszelf van belang. Want wellicht dat studies naar de genetica en omvang van de walvis op een dag kunnen helpen menselijke ziekten te genezen. “Mogelijk kan het ons belangrijke aanwijzingen geven over hoe we kanker kunnen bestrijden,” besluit Nery.
