Decennialang opereerden evolutiebiologen volgens een algemeen aanvaarde theorie: de meeste genetische mutaties waren neutraal – noch schadelijk, noch heilzaam, en zwierven eenvoudigweg door generaties zonder veel impact. Dit idee, bekend als de Neutrale Theorie van Moleculaire Evolutie, stelde dat hoewel schadelijke mutaties snel worden geëlimineerd door natuurlijke selectie, nuttige mutaties te zeldzaam zijn om de loop van de evolutie significant te beïnvloeden.
Nu daagt baanbrekend onderzoek van de Universiteit van Michigan dit al lang bestaande idee uit. Een nieuwe studie onder leiding van evolutiebioloog Jianzhi Zhang suggereert dat gunstige mutaties veel vaker voorkomen dan eerder werd gedacht, met mogelijk diepgaande implicaties voor ons begrip van aanpassing en hoe organismen evolueren in een dynamische wereld.
De onderzoekers, die nauwgezet enorme datasets analyseerden die waren gegenereerd door middel van ‘diepe mutatiescanning’, observeerden een verrassend hoog aantal gunstige mutaties: meer dan 1% van de geteste varianten verleende onder specifieke omstandigheden een voordeel aan gist en E. coli. Deze bevinding is rechtstreeks in tegenspraak met de voorspelling van de Neutrale Theorie dat dergelijke voordelige mutaties uitzonderlijk zeldzaam zouden zijn.
Deze discrepantie betekent echter niet dat de theorie helemaal verkeerd is; het benadrukt veeleer een cruciaal ontbrekend stuk: de omgeving zelf. De studie stelt een overtuigende nieuwe verklaring voor: adaptieve tracking met antagonistische pleiotropie.
Een race tegen constante verandering
Dit model stelt dat nuttige mutaties vaak voorkomen, maar moeite hebben om permanent verankerd te raken in een populatie, omdat omgevingen zelden statisch zijn. Wat in de ene situatie voordelig blijkt, kan in een andere situatie nadelig blijken. Stel je een soort voor die perfect is aangepast aan een stabiel ecosysteem, dan verstoort een klimaatverandering het evenwicht. Mutaties die ooit gunstig waren, belemmeren nu de overleving.
Zhang en zijn team demonstreerden dit principe door middel van experimenten waarbij gist zich ontwikkelde in zowel constante als fluctuerende omgevingen. Gistpopulaties die zich aanpasten aan onveranderlijke omstandigheden verzamelden meer gunstige mutaties dan die welke te maken kregen met periodieke verschuivingen in voedingsbronnen. De reden? In de voortdurend veranderende wereld hadden voordelige mutaties weinig tijd om zich wijd te verspreiden voordat de omgeving een nieuwe reeks eigenschappen eiste.
“We zeggen dat de uitkomst neutraal was, maar het proces was niet neutraal”, legt Zhang uit. “Ons model suggereert dat natuurlijke populaties niet echt zijn aangepast aan hun omgeving, omdat omgevingen zeer snel veranderen en populaties altijd de omgeving achtervolgen.”
Gevolgen voor de mensheid in een veranderende wereld?
De studie heeft belangrijke implicaties die verder gaan dan alleen maar gist. Het dwingt ons om opnieuw na te denken over de mate waarin mensen zich volledig hebben aangepast aan onze steeds veranderende wereld. Onze soort heeft door de geschiedenis heen dramatische veranderingen in het milieu ondergaan – van de landbouwrevolutie tot het industriële tijdperk, en nu het Antropoceen.
“Sommige mutaties kunnen nuttig zijn in onze oude omgevingen, maar passen niet meer bij die van vandaag”, suggereert Zhang. Hij waarschuwt dat hoewel we op het eerste gezicht misschien goed aangepast lijken, het snelle tempo van de veranderingen in het milieu ervoor kan zorgen dat we een genetische erfenis met ons meedragen die ons niet langer ten volle dient. Dit zou gevolgen kunnen hebben voor de vatbaarheid voor ziekten, de veerkracht tegen extreem weer en zelfs de reacties op nieuwe technologieën.
Hoewel de bevindingen van het onderzoek voornamelijk voortkomen uit experimenten met eencellige organismen, bieden ze een overtuigend raamwerk voor het begrijpen van aanpassing in complexere levensvormen. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het repliceren van deze experimenten met meercellige organismen zoals mensen om te zien of soortgelijke patronen ontstaan.
De Adaptive Tracking-theorie werpt licht op de dynamische wisselwerking tussen evolutie en omgeving en daagt ons uit om opnieuw na te denken over hoe we het concept van ‘aanpassing’ zelf waarnemen. Het schetst een beeld van een voortgaand evolutionair ras – een voortdurende strijd om gelijke tred te houden met veranderingen, waardoor veel organismen voortdurend op de rand van aanpassing staan, maar daar nooit helemaal volledig zijn.
