Je leest:

Evolutie: hoe werkt dat eigenlijk?

Evolutie: hoe werkt dat eigenlijk?

Auteurs: en | 1 april 2022
Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Het leven op aarde verandert continu. Niet alleen doordat diersoorten en andere levende wezens uitsterven, maar ook doordat soorten zich aanpassen en veranderen. Evolutie heet dat. Hoe ontstaan die veranderingen nou precies en hoe gaat evolutie in zijn werk?

Dit artikel is een uitgebreid stuk dat je meeneemt langs verschillende onderdelen van evolutie. Ideaal voor beginners, maar ook voor wie er al een beetje van weet. We behandelen de volgende onderwerpen:

Foutjes door invloeden van binnen én buiten

Levende wezens veranderen doordat foutjes zich opstapelen in hun genetisch materiaal, het DNA. Of die veranderingen een probleem vormen of juist een voordeel bieden, dat verschilt nogal. De veranderingen kunnen van buitenaf of van binnenuit komen. Te veel uv-straling van de zon, roken, agressieve stoffen, virussen: er zijn allerlei invloeden van buitenaf die je DNA soms veranderen. Je cellen bevatten dan DNA vol foutjes en dat kan problemen opleveren.

Daarnaast gaat er tijdens de normale groei en ontwikkeling ook weleens iets mis. Dat komt doordat cellen tijdens dat proces het DNA regelmatig kopiëren. Laten we een eencellige bacterie als voorbeeld nemen. Deze bacterie plant zich voort door zichzelf in tweeën te splitsen. Omdat beide cellen alle genetische informatie moeten meekrijgen, kopieert de bacterie eerst het DNA in haar cel; er is dan één kopie voor elke dochtercel. Dat kopieerproces is niet perfect, waardoor er af en toe foutjes in het DNA sluipen. Het DNA van de nieuwe cel is dan niet meer exact gelijk aan het DNA van de ‘moedercel’.

Nicole van ’t Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Mutaties in allerlei vormen en maten

Het DNA van een levend wezen kun je uitschrijven in een enorm boekwerk, net als computercode met nullen en enen.
mayari, Flickr.com

Of het nu om een bacterie, mens, koe of schimmel gaat, iedere cel van een levend wezen bevat de volledige collectie DNA, uitzonderingen daargelaten. Die complete set bevat alle genetische informatie: instructies om het levende wezen – of organisme – op te bouwen en draaiend te houden. Gek genoeg zijn voor die belangrijke instructies slechts vier DNA-bouwstenen nodig. Biologen noemen die A, C, T en G. Waar computers met nullen en enen werken, werkt DNA dus met vier signalen uitgedrukt in letters. Zo kun je het DNA van een organisme uitschrijven in een enorm boekwerk.

Door foutjes tijdens het kopiëren van DNA of door invloeden van buitenaf muteert soms een letter van het DNA. Een A verandert dan bijvoorbeeld in een T of G. Andere keren verplaatsen grote stukken DNA zich: een paragraaf of hoofdstuk aan het eind van het boek verschuift bijvoorbeeld ineens naar het begin van het verhaal. Ook vinden er uitwisselingen plaats met DNA van andere levende wezens. Er wordt dan een bladzijde van een ander boek toegevoegd. Bacteriën zijn daar bijvoorbeeld erg goed in (zie kader ‘Antibioticaresistentie’).

Af en toe verdubbelt al het DNA in een levend wezen door een afwijking tijdens de voortplanting. Zoiets gebeurt vooral bij planten, maar af en toe ook bij dieren. Ineens wordt het boekwerk van het DNA dus twee keer zo dik en moet het organisme zijn genetische informatie opnieuw organiseren. Sommige dubbele stukken DNA verdwijnen tijdens dat proces de prullenbak in, terwijl andere blijven bestaan en eventueel verder muteren.

Antibioticaresistentie

Regelmatig hoor je dat bacteriën resistent worden tegen antibiotica. Eigenlijk klopt dat niet. Bacteriën passen niet ineens massaal hun DNA aan, waardoor een antibioticum geen effect meer heeft. Zo’n aanpassing gebeurt slechts in één of enkele individuen. Terwijl de andere bacteriën doodgaan door het antibioticum, overleven die paar bacteriën die toevallig anders zijn. Ze hebben een nieuw stukje DNA dat hen beschermt. Omdat zij ongevoelig zijn voor het antibioticum, planten zij zich voort door zichzelf te delen. Ook zijn bacteriën meesters in DNA uitwisselen met andere bacteriën, zo ook het stukje DNA dat hen ongevoelig maakt voor een antibioticum. Er ontstaan dan nieuwe groepen resistente bacteriën. Individuele organismen evolueren dus niet, soorten wel.

De DNA-code van eeneiige tweelingen is vrijwel identiek, maar toch zien ze er nét iets anders uit.

Aanpassingen staan niet altijd direct beschreven in de DNA-code. Eeneiige tweelingen hebben vrijwel hetzelfde DNA, maar zien er toch nét anders uit. Dat komt door omgevingsfactoren als dieet, beweging en stress. Cellen zetten dan extra signalen bij het DNA die aangeven welke delen van het DNA-boekwerk de cel moet lezen of juist moet overslaan. Je kunt dat voorstellen als paperclips die twee of meer bladzijden bij elkaar houden, waardoor je sommige pagina’s van het boek overslaat.

Bij de ene zus zal een bepaald stukje DNA daardoor wel afgelezen worden en bij de andere zus niet. Dat verklaart het verschil in uiterlijk van de tweeling. Zonder dat de letters van het DNA veranderen, past een organisme zich dan toch aan de omgeving aan (zie ook kader ‘Evolutie zonder mutaties?’). De ‘paperclips’ worden doorgegeven van generatie op generatie, maar zijn ook eenvoudig weer weg te halen, in tegenstelling tot veranderingen in DNA-letters.

Wat nu als het DNA niet meer hetzelfde is?

Foutjes in het genetisch materiaal kunnen leiden tot problemen als ziekte, maar niet alle foutjes hebben gevolgen. Dat komt doordat niet elke mutatie de instructies in het DNA verandert. Als je al het DNA als verhaal in een boek beschouwt, zijn dit soort foutjes zonder gevolgen, vergelijkbaar met een typfout in het dankwoord of bronnenlijst: ze hebben geen invloed op het verhaal zelf. Ook typfoutjes als ‘wenkbrouw’ in plaats van ‘wenkbrauw’ beïnvloeden het verhaal niet, de lezer begrijpt de tekst nog steeds. Op moleculair niveau vertaalt dat zich naar mutaties in stukken DNA die onbelangrijk zijn en de cel niet of nauwelijks gebruikt.

Door een mutatie in het DNA kunnen volwassenen ook melk verteren, iets dat lang geleden alleen baby’s konden.

In sommige gevallen heeft een verandering van een enkele letter grote gevolgen, zoals een typfout waarbij het woord ‘lief’ verandert in ‘dief’. Op biologisch niveau komt zoiets voor bij sikkelcelziekte. Doordat er één letter in het DNA verandert, vervormen rode bloedcellen waardoor ze minder goed zuurstof door het lichaam transporteren.

Gelukkig leiden niet alle foutjes in het DNA tot ziekte; sommige zijn juist voordelig. Een voorbeeld daarvan is het vermogen van volwassenen om melksuiker (lactose) te verteren. Dat was zo’n zesduizend jaar geleden anders: toen konden alleen baby’s melk verteren. Zij maken het stofje lactase aan dat lactose opdeelt in kleinere bouwstoffen, waarna het lichaam het verbrandt. Op latere leeftijd gaat er een schakelaar om in het DNA waardoor het lichaam geen lactase meer produceert (door de eerder genoemde ‘paperclips’): je wordt lactose-intolerant.

Door een foutje in het DNA kunnen nu ook volwassen mensen melk verteren en dat is best gunstig. Een kwart tot de helft van alle calorieën in melk is namelijk afkomstig uit melksuikers. Biologisch gezien is die extra energie zeer welkom. Wetenschappers vermoeden dat sommige bevolkingen daardoor bijvoorbeeld een hongersnood overleefden.

De Mexicaanse tetra uit een rivier (boven) en uit een grot (onder).

Evolutie zonder mutaties?

Vissen die in donkere grotten leven, hebben zich razendsnel aangepast aan die omgeving. Ze hebben geen pigment en ogen meer. Bovendien is hun spijsvertering trager dan die van hun broertjes en zusjes in rivieren. Ze overleven zo gemakkelijker met minder voedsel. Ondanks de grote verschillen tussen de grot- en riviervissen is hun DNA vrijwel hetzelfde. Het verschil zit hem dus niet in de DNA-code zelf, maar in welke delen van het DNA de cellen lezen en gebruiken. Sommige stukjes staan ‘aan’ of ‘uit’ of ergens er tussenin, zoals bij een dimmer. Omgevingsprikkels, zoals licht of duisternis, stellen die dimmer af, waardoor vissen binnen enkele generaties nieuwe eigenschappen ontwikkelen.

Niet willekeurig

De mutaties die sikkelcelziekte of lactosetolerantie veroorzaken, zijn slechts twee van de vele mogelijke veranderingen. In mensen stapelen zich elke generatie ongeveer honderd nieuwe mutaties op. In werkelijkheid ontstaan er veel meer foutjes dan die ruwweg drie per jaar. De meeste foutjes worden tijdens een extra controle opgespoord en gerepareerd door hulpdiensten in de cel.

Uitgelicht door de redactie

Sociale Wetenschappen
Spelend(er)wijs

Psychologie
‘Het is maar een spelletje’

Economie
De hoogte in voor nieuwe woningen

Uit een recent onderzoek van Duitse en Amerikaanse onderzoekers blijkt dat mutaties niet zo willekeurig zijn als wetenschappers altijd dachten. In belangrijke delen van het DNA ontstaan veel minder vaak foutjes dan in andere stukken. Dat komt doordat de cel stofjes rondom die belangrijke delen plaatst, een soort vlaggetjes die de aandacht trekken van de hulpdiensten. Zodra er een foutje insluipt, is de reparateur er dus snel genoeg bij om de fout te herstellen. Althans, in de veel onderzochte plant Zandraket. Wetenschappers vermoeden dat het ook in andere organismen zo werkt, maar dat moet nog bewezen worden.

Geen einddoel

Evolutie is een methode om soorten te laten voortbestaan. Het is niet compleet willekeurig, maar heeft ook geen einddoel. Dat betekent dat mensen, en andere levende wezens om ons heen, niet een evolutionair pad bewandelen naar ‘het beste organisme’. De organismen die nu leven, zijn ook niet per se beter dan die miljoenen jaren geleden leefden. Ze zijn misschien wat complexer, met meer soorten cellen en een ingewikkelder genetisch netwerk, maar ze zijn vooral beter aangepast aan de omstandigheden van nu.

Wanneer de omgeving verandert, moet een soort zich (weer) aanpassen. Denk maar eens aan dieren in de poolstreken, zoals de Amerikaanse haas en de poolvos. Zij wisselen elk jaar tussen een lichte vacht in de winter en een donkere vacht in de zomer. Nu de sneeuw eerder in het jaar smelt door de opwarming van de aarde, vallen deze witte dieren enorm op in hun omgeving. Ineens is wit aan het eind van de winter geen goede schutkleur meer. Het lijkt er dus op dat de witte vacht die tijden geleden ontstaan is door evolutie, nu geen voordeel vormt, maar juist een nadeel is. De diersoorten die zich hierop snel aanpassen, zullen overleven, de andere niet.

Vrouwtjes kiezen mannetjes pauwen met een grote staart om nakomelingen mee te krijgen. Hoewel zulke enorme staarten behoorlijk onhandig zijn, blijven ze daarom toch bestaan.

Soms pakt een foutje dat in eerste instantie ongunstig lijkt, toch goed uit vanwege omgevingsfactoren. Dat gebeurde bijvoorbeeld bij mannelijke veldkrekels. Die krekels maken normaal een tsjirpend geluid met hun vleugels om vrouwtjes aan te trekken. Maar ook dodelijke parasitaire vliegen komen op dat geluid af en doden de mannetjes. Er ontstonden mannelijke veldkrekels die vanwege een mutatie een andere vleugelvorm hebben en daarmee geen geluid kunnen maken. Normaal gesproken zou dat niet gunstig zijn, maar nu helpt het de soort juist te ontkomen aan de vijand.

Dat evolutie niet altijd leidt tot een beter organisme, is duidelijk te merken aan de pauw. Mannetjes ontwikkelen een steeds grotere staart en dat is niet direct handig. Sterker nog, het maakt ze trager en opvallender voor roofdieren. Toch houdt de evolutie die grote staarten in stand. Dat komt doordat vrouwtjes de voorkeur geven aan zo’n grote staart. Bij evolutie geldt dus niet altijd dat de sterkste overleeft; het gaat ook over wie de meeste kans op voortplanting heeft.

Wat brengt de toekomst?

We weten ondertussen dat alle organismen op aarde het gevolg zijn van honderden miljoenen jaren evolutie. Maar hoe staat het er nu anno 2022 voor? Evolueren mensen nog steeds? Omdat we al miljoenen jaar evolueren en ons DNA blijft veranderen, is het logisch om te denken dat dat proces niet zomaar stopt. Misschien stuurt overbevolking de evolutie wel in een richting van een kleinere versie van mensen die minder ruimte innemen en minder voedsel nodig hebben. Toch zijn er wetenschappers die vermoeden dat de evolutie van mensen vertraagt of zelfs stopt. Tegenwoordig reizen we over de hele wereld en vermengt ons DNA zich op grotere schaal. Daardoor ‘verwatert’ een gunstig foutje wellicht sneller dan in een kleinere groep mensen.

Er zijn ook andere manieren waarop mensen veranderen. De wetenschap maakt het tegenwoordig mogelijk om zelf te sleutelen aan het DNA. Met een moleculair gereedschap kunnen wetenschappers bijvoorbeeld ziekten of andere ongunstige eigenschappen uit ons DNA knippen. Wie weet is die technologie over enkele honderden jaren wel standaard en daarmee een nieuwe vorm van evolutie. En natuurlijk speelt technologie een steeds grotere rol in ons leven. Wellicht zijn we over een aantal generaties wel een soort cyborg: een mens versmolten met technologie. Dan lopen we misschien wel rond met hersenimplantaten of hightech protheses – al kun je je afvragen of dit echt een vorm van evolutie is.

Met de vorderingen in de wetenschap en de technologie en het feit dat in elk lichaam jaarlijks drie nieuwe mutaties optreden, is de kans dat de menselijke evolutie vanaf nu stilstaat behoorlijk klein. Wat de evolutie precies voor ons in petto heeft, zullen we pas over enkele honderden tot duizenden jaren met zekerheid kunnen zeggen, als onze nakomelingen terugblikken op 2022.

Bronnen

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 april 2022

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

Thema: Oorsprong van Leven

Pxhere (CC0)
Oorsprong van Leven
Waar komen we vandaan en zijn we alleen in het heelal? Het zijn de misschien wel de grootste vragen in de wetenschap, maar ze stellen is een stuk gemakkelijker dan ze beantwoorden. Binnen het thema ‘Oorsprong van Leven’ benaderen we de vragen en het onderzoek vanuit drie verhaallijnen: 'Leven in het heelal', 'Van levenloos naar levend' en 'De stamboom van het leven'. NEMO Kennislink neemt je mee op een fascinerende speurtocht. Ga je mee?
Bekijk het thema
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.