Hoe kan dat?

Evolutie, de truc van het leven. Waar het om draait? Eten, overleven, voortplanten, eten . . .

Uit de geschiedenis van het leven (zie Wat is er gebeurd?)  blijkt dat soorten voortkomen uit eerdere soorten. Daarmee is duidelijk hoe het zit met de kip en het ei. De echte vraag is natuurlijk hoe de kip is ontstaan, dus als (A) kip of als (B) kippen-ei. Het antwoord op die vraag is niet A of B maar C: tegelijkertijd. Om dit te snappen moet je weten hoe evolutie in zijn werk gaat.

Evolutie is lastig voor te stellen, omdat we er tijdens ons korte leven niets van merken. Lange tijd hield men het dan ook voor onmogelijk. Tot anderhalve eeuw geleden duidelijk werd hoe de natuur dat kunstje flikt. Het komt door de voortplanting, iets dat alleen levende dingen doen. Voortplanten gebeurt binnen een voortplantingsgroep of populatie. In tegenstelling tot individuele planten of dieren kunnen hun populaties eeuwig blijven bestaan. Het is dan ook in de populaties waar evolutie gebeurt.

  • In een populatie heeft iedereen met selectie te maken. Daardoor lukt het niet elk individu lang genoeg te overleven om zich voort te planten en zijn genen door te geven. Generatie na generatie heeft te maken met deze selectieve voortplanting. Daardoor kunnen nieuwe soortskenmerken ontstaan. 
  • Binnen een populatie kan een vorm van apartheid ontstaan. De populatie raakt versnipperd waardoor voortplanting alleen nog binnen de eigen groep mogelijk is. Als die apartheid in voldoende generaties blijft bestaan, ontwikkelen zich geleidelijk verschillende soorten. 
  • Soortskenmerken ontstaan doordat het erfelijk programma voor het bouwen van een lichaam evolueert. Lichamen zelf evolueren niet: die ontwikkelen zich, groeien een tijdje, planten zich misschien voort en gaan op zeker moment dood. Het zijn de latere versies van het erfelijk programma die een nieuw soort lichaam opleveren. 

Selectie

In een populatie wordt een individu geboren met een bovengemiddeld gunstige eigenschap (hier een kleur). Daardoor krijgt hij veel afstammelingen. De gunstige eigenschap komt in latere generaties veel vaker voor en wordt uiteindelijk algemeen.

Kwekers en fokkers proberen honden, aardappelen en kippen mooier, handiger of productiever te maken. Dit ver-edelen doen ze door de meest geschikte mannetjes en vrouwtjes te selecteren voor de voortplanting. Generatie na generatie opnieuw (waarbij de talloze afvallers zich niet voortplanten). Ook de natuur doet aan selectie. Niet doelgericht, zoals een fokker, maar automatisch.

Evolutie richting donkerkleurige vogels. Licht gekleurde vogels zijn minder goed in overleven en voortplanten dan donkere varianten.

In de natuur wordt elke plant en elk dier voortdurend getest op het vermogen te overleven (struggle for life). Denk maar aan het risico op uitdroging, verhongering, vraat (opgegeten worden), besmetting en bevriezing. Door aangeboren verschillen zijn de overlevingskansen ongelijk. De grootste kans op overleven maken individuen met het meest geschikte lichaam (survival of the fittest). Alleen wie lang genoeg weet te overleven komt toe aan voortplanting en draagt bij aan de volgende generatie. Dieren met meer dan gemiddeld gunstige eigenschappen laten zodoende meer dan gemiddeld veel nakomelingen na (zij hebben een hogere fitness). Die nieuwe generatie stamt af van een select gezelschap overlevers, maar moet zelf ook de test zien te halen. Met zo’n familiegeschiedenis is het geen toeval dat soorten elk op hun eigen manier goed zijn in overleven.

Voorwaarden voor natuurlijke selectie zijn:

  • het vermogen om te overleven én voort te planten (zie verder seksuele selectie);
  • een populatie met een variëteit aan erfelijke eigenschappen, waardoor er wat te selecteren valt en eigenschappen ook in volgende generaties terecht kunnen komen

Het resultaat van natuurlijke selectie zijn aanpassingen (adaptaties) ofwel gunstige eigenschappen die helpen bij de strijd om het bestaan.


Aanpassingen

Natuurlijke selectie gedurende vele generaties zorgt voor lichamen met aanpassingen (adaptaties) die horen bij de specifieke leefomstandigheden. Aanpassingen ontstaan met kleine stapjes en kunnen na verloop van vele generaties tot opmerkelijke resultaten leiden. Denk bijvoorbeeld aan de schutkleur van veel dieren, waardoor ze weinig opvallen. Aanpassingen zijn bijvoorbeeld ook zintuigen om gevaar en voedsel mee waar te nemen. Of een warme vacht en snelle poten.

Niet elk kenmerk is makkelijk te begrijpen als een handig overlevingsmiddel. Denk maar aan de strepen van de zebra. Wat hebben die dieren daaraan, wat hebben ze voor nut? Maar voor het bestaan van ogenschijnlijk nutteloze (rudimentaire) organen is vaak wel een verklaring te geven. Neem bijvoorbeeld de blinde darm: het geeft je geen enkel voordeel. Maar het wormvormig aanhangsel (appendix) geeft je wel kans op een pijnlijke dood. Na verwijdering van de orgaantje kun je dan ook probleemloos oud worden. Bij veel planteneters heeft dit orgaan een belangrijke functie in de spijsvertering. De blindedarm is waarschijnlijk een erfenis van een voor-menselijke soort met een heel ander dieet.

Aanpassingen kunnen je op het verkeerde been zetten. Omdat het gestroomlijnde lichaam van zeezoogdieren lijkt op dat van vissen, zou je denken dat deze eigenschap afkomstig is van hun gemeenschappelijke voorouder. Maar dat is niet zo. In dit geval heeft natuurlijke selectie op stroomlijn onafhankelijk van elkaar tot dezelfde uitkomst geleid (convergente evolutie geheten). Een ander voorbeeld is het ontstaan van het camera-oog bij de voorouders van zowel de gewervelde dieren als van de inktvissen.


Variëteiten

Afwijkende plant in een suikerbietenveld.

Evolutie door natuurlijke selectie kan alleen plaatsvinden als er voortdurend nieuwe genetische variëteiten ontstaan. Die ontstaan door toevallige gebeurtenissen met het genetisch materiaal dat aanwezig is in de populatie (genenpool):

  • Nieuwe combinaties van bestaande genen (recombinatie) ontstaan door kruisingen (voortplanting door seks). Elke kruising levert een unieke combinatie van genen op. Daardoor zijn nog geen twee broers of zussen exact gelijk. (Uitgezonderd eeneiige tweelingen, die uit dezelfde eicel en zaadcel voortkomen.)
  • De variëteit in de genenpool wordt vergroot met 'vers bloed' van migranten uit andere populaties.
  • Gloednieuwe genen ontstaan als kopieerfouten bij de DNA-verdubbeling, voorafgaand aan elke celdeling. Dergelijke afwijkingen zijn bekend als mutaties.

Mutaties


Alle cellen van een lichaam, ook de voortplantingscellen, ontstaan door celdeling. Voorafgaand aan elke celdeling wordt het aanwezige DNA gedupliceerd. Gewoonlijk ontstaan dan twee exacte kopieën, maar er gaat vaak genoeg iets mis. Als zo'n 'fout' of mutatie door kopiëren en celdeling in een voortplantingscel terechtkomt, kan zich daaruit een lichaam met een afwijking ontwikkelen (een mutant). Mutaties kunnen gevolgen hebben voor de embryonale ontwikkeling en de stofwisseling, en daarmee voor de kans op overleven en voortplanting. Voor de natuurlijke selectie zijn mutaties nadelig (of zelfs dodelijk), gunstig of neutraal. De meeste mutaties zijn neutraal, dat wil zeggen ongevoelig voor selectie. Zo heeft elk mens  DNA dat op tientallen plekken afwijkt van dat van de ouders.


Seksuele selectie

Pauw (mannetje en vrouwtje)

Paradijsvogel (mannetje en vrouwtje)

Fazant (mannetje en vrouwtje)

Zeeolifant (mannetje en vrouwtje)

Er zijn twee vormen van natuurlijke selectie. Het meest bekend is die waarbij de leefomgeving selecteert op het vermogen te overleven, en daarom wel ecologische selectie wordt genoemd. De andere vorm staat bekend als seksuele selectie. Dit speelt bij diersoorten waar de mannetjes met elkaar concurreren om de vrouwtjes. Wie daarin succesvol is, komt door de seksuele selectie en kan zich voortplanten.

Seksuele selectie levert bijzondere adaptaties (aanpassingen) op. Deze adaptaties zijn het gevolg van vele generaties voorvaders die met succes een partner vonden voor de voortplanting. Als mannetjes elkaar bijvoorbeeld moeten bevechten voor het krijgen van een harem, dan helpt het als ze een sterk en ontzagwekkend lichaam hebben. Dat is duidelijk te zien bij zee-olifanten, waar er grote verschillen zijn tussen de mannetjes en de vrouwtjes. Als mannetjes indruk moeten maken op vrouwtjes om te worden uitgekozen, dan hebben ze voordeel van een opvallend gekleurd pak. Dat zie je veel bij vogels als pauw en wilde eend, maar ook bij vissen als het stekelbaarsje. Als er verschillen zijn tussen de mannetjes en vrouwtjes van dezelfde soort, bijvoorbeeld in grootte en kleur, dan is dat zeer waarschijnlijk het gevolg van seksuele selectie bij de voorouders.


Uitsluitend door selectie?

De zilvervossen van Belyaev leken na selectie (A) eerder op honden dan op hun voorouders (B).

Niet elke erfelijke eigenschap is het gevolg van natuurlijke selectie. Je kunt dan ook niet elke kenmerk beschouwen als een aanpassing of adaptatie. Er zijn ook eigenschappen die neutraal zijn voor natuurlijke selectie en toch veelvuldig voorkomen. Denk aan blauwe, groene en bruine ogen bij de mens. Er zijn dan ook meer oorzaken voor evolutionaire verandering dan natuurlijke selectie alleen. Twee andere verklaringen voor evolutie zijn: genetische drift en genetisch meeliften.

Genetische drift is als één enkele variëteit door een toevallige gebeurtenis veelvuldig voorkomt in een populatie. Zo'n gebeurtenis is bijvoorbeeld een ramp met een paar overlevenden, of een groepje pioniers dat een nieuw leefgebied koloniseert. Alle nakomelingen van die overlevenden en pioniers zullen hun eigenschappen hebben geërfd. Ook als dat een eigenschap is die in de oorspronkelijke populatie nauwelijks voorkwam. Zo komt bijvoorbeeld bloedgroep B bij de oorspronkelijke bevolking van Amerika (Indianen) vrijwel niet voor. Dat is anders dan in de rest van de wereld. Waarschijnlijk voert dit terug op de paar Aziatische voorouders die de Amerika's koloniseerden. Op dezelfde manier is niet te bedenken waarom een neushoorn met twee hoorns een evolutionair voordeel zou hebben boven neushoorns met één hoorn. Dat er toch soorten zijn met een dubbele hoorn is mogelijk het gevolg van genetische drift in het verleden.

Genetisch meeliften is mogelijk als een gen een rol speelt in de ontwikkeling van meer dan één lichamelijke eigenschap (pleiotropie geheten). Als de ene eigenschap door natuurlijke selectie wordt begunstigd, dan gebeurt dat automatisch ook met de andere eigenschap. Een bekend voorbeeld zijn de tamme zilvervossen van de Russische bontkweker Belyaev. Veertig generaties lang selecteerde hij en zijn opvolgers uitsluitend op 'tamheid´. Zo ontstond een ras zo tam als honden. Daarnaast was een aantal andere eigenschappen tot ontwikkeling gekomen, als bijproducten van de selectie. Ook deze neveneffecten waren tot dan alleen bekend van honden. Zo hadden de dieren een zwart-wit gevlekte vacht, een staart die omhoog staat, en zo konden ze janken als honden.