Wetenschap
Bij herhaling:Biologen observeren in de loop van de tijd terugkerende evolutionaire veranderingen bij wandelende takken
Een al lang bestaand debat onder evolutiewetenschappers gaat ongeveer als volgt:vindt evolutie plaats in een voorspelbaar patroon of is het afhankelijk van toevallige gebeurtenissen en onvoorziene omstandigheden? Dat wil zeggen:als je de klok zou kunnen terugdraaien, zoals de gevierde wetenschapper Stephen Jay Gould (1941-2002) beschreef in zijn beroemde metafoor ‘Replaying the Tape of Life’, zou het leven op aarde opnieuw evolueren als iets dat lijkt op wat weten we nu, of zou het er heel, heel anders uitzien?
‘Als je het als een of/of-vraag formuleert, is het te simplistisch’, zegt evolutiebioloog Zachariah Gompert van de Utah State University. "Het antwoord is niet 'volledig willekeurig' of 'volledig deterministisch en voorspelbaar'. En toch kunnen we, als we korte tijdschalen onderzoeken, voorspelbare, herhaalbare evolutionaire patronen vinden."
Gompert en collega's rapporteren bewijs van herhaalbare evolutie in populaties wandelende takken in het artikel "Evolution repeats self in replicat long-term studies in the wild", in Science Advances . Auteurs op het artikel zijn onder meer Gomperts langdurige medewerker Patrik Nosil en andere onderzoekers van de Franse Universiteit van Montpelier, de Braziliaanse Federale Universiteit van São Paulo, de Universiteit van Nevada, Reno en de Notre Dame Universiteit.
Het team onderzocht drie decennia aan gegevens over de frequentie van cryptische kleurpatroonveranderingen bij de wandelende tak Timema cristinae in tien natuurlijk gerepliceerde populaties in Californië. T. cristinae is polymorf wat betreft de lichaamskleur en het patroon. Sommige insecten zijn groen, waardoor het vleugelloze, plantenvoedende insect zich kan vermengen met Californische lila (Ceanothus spinosus) struiken. Groengestreepte vormen daarentegen verdwijnen tegen chamise-struiken (Adenostoma fasciculatum).
Zich verstoppen tussen de planten is een van de belangrijkste verdedigingsmechanismen van T. christinae, aangezien hongerige vogels, zoals struikgaaien, onverzadigbare roofdieren zijn van de wandelende takken.
"Vogelpredatie is een constante factor die de organismale eigenschappen van insecten vormgeeft, waaronder kleur en gestreept versus niet-gestreept", zegt Gompert, universitair hoofddocent bij de afdeling Biologie van de USU en het USU Ecology Center. "We hebben voorspelbare 'op en neer'-fluctuaties in de streepfrequentie in alle populaties waargenomen, wat een herhaalbare evolutionaire dynamiek vertegenwoordigt, gebaseerd op staande genetische variatie."
Hij zegt dat een veldexperiment aantoont dat deze fluctuaties gepaard gaan met negatieve frequentie-afhankelijke natuurlijke selectie (NFDS), waarbij cryptische kleurpatronen gunstiger zijn als ze zeldzaam zijn dan gebruikelijk. Dit komt waarschijnlijk omdat vogels een 'zoekbeeld' ontwikkelen naar zeer overvloedige prooien.
"Op korte tijdschalen kan de evolutie met bestaande variaties behoorlijk voorspelbaar zijn", zegt Gompert. "Je kunt erop rekenen dat bepaalde chauffeurs er altijd zijn, zoals vogels die zich voeden met de insecten."
Maar op langere tijdschalen wordt de evolutionaire dynamiek minder voorspelbaar.
"De bevolking kan te maken krijgen met een toevallige gebeurtenis, zoals een ernstige droogte of een overstroming, die de status quo en daarmee de voorspelbare uitkomsten ontwricht", zegt Gompert.
Op lange termijn zou een nieuwe mutatie in de soort een zeldzame eigenschap kunnen introduceren, zegt hij. "Dat komt zo dicht mogelijk bij echt willekeurig."
"Zeldzame dingen gaan gemakkelijk verloren door toeval, dus de kans is groot dat een nieuwe mutatie verdwijnt voordat deze een vaste plek krijgt", zegt hij. "Inderdaad, een andere soort Timema wandelende tak die zich ook met chamise voedt, heeft nooit de mutaties gehad of snel verloren die de cryptische streepeigenschap veroorzaken. De evolutie van de streep is dus geen herhaalbaar resultaat van de evolutie op deze lange schaal."
Gompert merkt op dat gerepliceerde langetermijnstudies van natuurlijke populaties, waaronder onderzoek naar de beroemde Darwinvinken, zeldzaam zijn.
‘Omdat het grootste deel van dit werk beperkt is tot één of enkele populaties, is het moeilijk om conclusies te trekken over de herhaalbaarheid tussen meerdere evolutionair onafhankelijke populaties’, zegt hij. "Dergelijke onderzoeken zijn lastig uit te voeren, niet alleen omdat ze een gezamenlijke inspanning vergen, maar ook omdat je de tijd niet kunt overhaasten."