Hoe ziet het leven op aarde er over duizend jaar uit? Hoewel biologen daar weleens over speculeren, laat evolutie zich niet zomaar voorspellen. De ontwikkeling van leven volgt immers geen vaste route. Toch is evolutie niet helemaal willekeurig.
Zit je lekker op een terras met een koud biertje, zoemt er een zwart-geel beestje langs. Je verstijft. Was dat een wesp? Het gevleugelde beest landt sloom op de tafel en kruipt richting je koele drankje. Je laat je adem ontsnappen. Het is maar een zweefvlieg. Handig voor de insecten, die gelijkenis. Zo schrikt hij niet alleen jou af, maar overtuigt hij ook roofdieren om uit zijn buurt te blijven.
In de natuur bestaan nog talloze voorbeelden van zulke verbazingwekkende aanpassingen: van de gespecialiseerde snavel van de kolibrie om verstopte nectar op te slurpen, tot bacteriën die antibioticaresistentie ontwikkelen, en het wandelende blad dat helemaal opgaat in zijn omgeving. Soms lijkt het alsof een meesterbrein slimme, elegante oplossingen bedenkt voor uitdagingen waar levende wezens mee te maken krijgen. Maar er zit geen plan of brein achter evolutie en er bestaat niet zoiets als een evolutionair lot. Toch betekent dat niet dat leven zich puur toevallig ontwikkelt. Evolutie is een combinatie van willekeurige en niet-willekeurige processen.
De geschiedenis herhaalt zich niet
Vijftien jaar geleden lieten biologen in het lab groepjes bacteriën in petrischalen groeien. Ze gaven de bacteriën een voedselbron die ze niet konden verteren. Na tien jaar (ruim 31 duizend generaties) had één van de twaalf groepen bacteriën zich zo aangepast dat deze wél energie konden halen uit de nieuwe voedselbron. Hoewel de andere bacteriële populaties hetzelfde proces doorliepen, konden zij dat niet. Wetenschappers probeerden de geschiedenis zich te laten herhalen met een voorouder van de succesvolle bacteriën, die opgeslagen lag in de vriezer. Wat bleek? Zelfs na 31 duizend generaties kon die bacterie het nieuwe voedsel niet gebruiken. Dat wijst op toeval in de evolutie.
In de natuur zit dat toeval in veranderingen in het DNA, de genetische informatie. Daarbij speelt kans een grote rol. Niets is perfect, ook cellen niet. Wanneer zij zich vermenigvuldigen, kopiëren ze ook de genetische informatie die erin opgeslagen ligt. “De meeste fouten in het DNA ontstaan tijdens dat proces”, vertelt Arjan de Visser, hoogleraar Erfelijkheidsleer aan de Wageningen Universiteit. De moleculaire kopieermachine en een controleteam proberen kopieerfouten zo veel mogelijk te voorkomen, maar toch ontstaan ze. En dat gebeurt puur door toeval.
Twijfel over willekeurigheid
Toch toonde een team internationale wetenschappers vorig jaar aan dat mutaties in de plant zandraket mogelijk niet volledig willekeurig zijn. Belangrijke stukken DNA, die essentieel zijn voor overleving, bleken minder vaak mutaties te bevatten. De wetenschappers achter die studie vermoeden dat reparatiemechanismen alerter zijn op foutjes in belangrijke genen en deze direct herkennen en herstellen. Maar de studie blijft omstreden, mede doordat andere onderzoekers geen vergelijkbare resultaten ontdekten in gist.
Wellicht komt dit mechanisme alleen voor bij bepaalde organismen of specifiek bij deze plantensoort, maar zelfs dat betwijfelen zowel De Visser als zijn collega Bas Zwaan. “Een deel van essentiële plantengenen is betrokken bij de voortplanting en bij de vorming van zaden en nakomelingen,” legt Zwaan uit. Wanneer er een mutatie optreedt in die genen, ontwikkelt een zaadje zich bijvoorbeeld niet goed. “In dit experiment analyseerden wetenschappers willekeurige nakomelingen, maar hielden ze geen rekening met zulke mutaties die vroegtijdig tot een ‘abortus’ leiden. Als een mutatie dodelijk is, vind je hem ook niet terug.”
Doelloos
Maar als mutaties toch willekeurig zijn, hoe verklaart de wetenschap dan de elegante aanpassingen, zoals de eerder genoemde zweefvlieg, antibioticaresistentie en de kolibriesnavels? “Mutaties ontstaan niet met een bepaald doel of omdat er behoefte aan is”, zegt Zwaan. Door de opwarming van de aarde en drogere zomers ontstaan er dus niet plots meer mutaties in genen die leiden tot droogteresistentie. “Er zijn in het verleden nog wel biologen geweest die probeerden aan te tonen dat mutaties wel vaker op zouden treden als ze gewenst waren voor adaptatie, maar die theorie is ondertussen wel ontkracht”, vertelt De Visser.
Vanwege willekeur treden gewenste en ongewenste mutaties dus beide op. Maar het proces dat volgt, is niet willekeurig. Sommige mutaties vertalen zich in een handige nieuwe eigenschap, andere in een ongunstige eigenschap en weer andere hebben geen effect. De meeste aanpassingen in het DNA zijn echter ongunstig voor een organisme, volgens Zwaan. “Zeker 95 procent van alle mutaties verlagen het functioneren van een organisme”, verklaart de bioloog. Er is dus een kleine kans dat een aanpassing een voordeel oplevert. Gek is dat niet, aangezien de levende wezens die we nu om ons heen zien redelijk goed functioneren in hun omgeving. “Verander je daar iets aan, dan is de kans groot dat ze daarna minder goed functioneren”, aldus Zwaan.
Evolutie heeft meer overeenkomsten met poker dan met roulette
Thorsten Frenzel, vrijgegeven in het publieke domein via PixabayDe motor achter evolutie (de mutaties) berust dus wel degelijk op toeval, maar het selectieproces niet. Daardoor is evolutie niet puur een kansspel, zoals roulette. Als we in casinotermen blijven, heeft het meer overeenkomsten met een potje poker. De hand die je gedeeld krijgt, is willekeurig, maar of je het spel wint met die kaarten, hangt helemaal af van je omgeving. Het ligt er maar net aan welke kaarten je medespelers ontvangen en hoe vaardig ze zijn in bluffen. Evolutie is dus niet geheel willekeurig, maar door de kansfactor en de vele mogelijkheden is het proces bijna onmogelijk te voorspellen.
