Mechanismen van evolutie

Inleiding

• Een populatie is een groep organismen van dezelfde soort die zich onderling kunnen voortplanten binnen een geografisch begrensd gebied.
• Een populatie wordt gekenmerkt door een genenpoel: de verzameling van allelen van alle genen die voorkomen in de populatie.
• Elk allel komt voor in de populatie met een bepaalde frequentie, de allelfrequentie.
• Wanneer frequenties van allelen en genotypes in een populatie veranderen, verandert de genetische samenstelling van de populatie.
• Dit leidt tot veranderingen in de erfelijke eigenschappen van de populatie over generaties, een proces dat bekend staat als evolutie.
• De evolutietheorie beschrijft verschillende mechanismen die kunnen leiden tot een verandering van de genenpoel en evolutie kunnen veroorzaken.
• Deze mechanismen zijn toevallig en kunnen al dan niet gelijktijdig optreden.
• Ze zijn nooit bewust of doelgericht, maar kunnen wel een selectief voordeel opleveren.

Vragen

1. Mutatie als drijvende kracht achter evolutie

• Mutatie wordt beschouwd als de drijvende kracht achter evolutie omdat het de oorspronkelijke bron van nieuwe genetische variatie is.
• Zonder mutaties zou er geen nieuw genetisch materiaal zijn waarop natuurlijke selectie en andere evolutiemechanismen kunnen inwerken.

2. Epigenetische modificaties versus erfelijke mutaties

• Epigenetische modificaties kunnen worden overgeërfd, maar ze dragen doorgaans minder bij aan evolutie dan erfelijke mutaties.
• Epigenetische veranderingen beïnvloeden de genexpressie zonder de DNA-sequentie zelf te veranderen.
• Erfelijke mutaties zijn veranderingen in de DNA-sequentie, die een directere en permanentere impact hebben op de genetische samenstelling van een organisme en dus op evolutie.

3. Natuurlijke selectie bij muizen (Peromyscus polionotus)

• Ondersoorten van de muizensoort Peromyscus polionotus verschillen in vachtkleur door een puntmutatie in het gen Mc1r, dat codeert voor melanocortine-1-receptor.
• Normale Mc1r-gen: donkere vacht.
• Gemuteerde receptor: lichte vacht.
• Mutatie komt vaker voor in populaties aan de zandige kusten van Florida.
• Natuurlijke selectie:
  • Variatie: Er is variatie in vachtkleur binnen de muizenpopulatie.
  • Erfelijkheid: De vachtkleur is erfelijk, bepaald door het Mc1r-gen.
  • Selectie: Muizen met een lichte vacht hebben een selectief voordeel in de lichtgekleurde kustgebieden, omdat ze beter gecamoufleerd zijn en minder snel worden opgegeten door roofdieren. Muizen met een donkere vacht hebben een selectief voordeel in de donkere inlandse gebieden.

4. Uiterlijke verschillen bij franjepoten (Phalaropus)

• Vrouwelijke franjepoten zijn groter en gekleurder dan mannelijke.
• Mannelijke franjepoten zorgen voor de broedzorg.
• Mechanisme: seksuele selectie, waarbij vrouwtjes de meest aantrekkelijke mannetjes selecteren om mee te paren.
• In dit geval is er sprake van omgekeerde seksuele selectie, waarbij mannetjes de zorg voor de nakomelingen op zich nemen, waardoor vrouwtjes de mogelijkheid hebben om te concurreren om de mannetjes.

5. Hybridisatie tussen wolven (Canis lupus) en honden (Canis lupus familiaris)

• Hybridisatie tussen grijze wolven en wilde of verwilderde honden.
• Evolutiemechanisme: gene flow (genenstroom), waarbij genen van de ene populatie (honden) in de andere populatie (wolven) terechtkomen.
• Dit kan leiden tot een verspreiding van nieuwe genen en eigenschappen binnen de wolvenpopulatie, wat de genetische variatie kan vergroten en evolutie kan beïnvloeden.

6. Leeuwenpopulatie in Zimbabwe

• Leeuwenpopulatie werd teruggebracht tot 5-10 individuen.
• Herintroductie van 10 leeuwen in 2005, populatie hersteld tot >200 in 2016.
  • a. Evolutiemechanismen:
    • Genetic bottleneck (genetische flessenhals): Door de sterke afname van de populatie is de genetische diversiteit sterk verminderd.
    • Founder effect (oprichterseffect): De herstelde populatie is afkomstig van een klein aantal individuen, waardoor bepaalde allelen oververtegenwoordigd kunnen zijn.
    • Gene flow (genenstroom): Door de herintroductie van leeuwen van buiten het gebied is de genetische diversiteit (deels) hersteld.
  • b. Introductie van leeuwen van buiten het gebied om de genetische diversiteit te vergroten en inteelt te voorkomen.

7. DNA-onderzoek bij vlasbekje (Linaria vulgaris)

• DNA-onderzoek toont genen van de bacterie Rhizobium rhizogenes in het genoom van de plant aan.
• Evolutiemechanisme: horizontale genoverdracht, waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet direct verwant zijn.

8. Ziekte van Canavan bij Asjkenazische Joden

• Ziekte van Canavan: zeldzame, autosomaal recessieve aandoening, veroorzaakt door mutaties in het ASPA-gen.
• Dragerschap gemuteerde allel: 1 op 200 in algemene bevolking, 1 op 40 bij Asjkenazische Joden.
• Asjkenazische Joden stammen af van kleine, gesloten gemeenschap.
  • a. Mechanisme: founder effect (oprichterseffect), waarbij een klein aantal individuen met een relatief hoog percentage van het gemuteerde allel een nieuwe populatie sticht, waardoor de frequentie van het allel in die populatie hoger is.
  • b. Genetische drift heeft ook een rol gespeeld, maar in mindere mate dan het founder effect. Genetische drift is de willekeurige verandering van allelfrequenties in een populatie als gevolg van toeval.

9. Fenotypische wijzigingen en natuurlijke selectie

• Welke verandering is geen resultaat van natuurlijke selectie?
  • Een populatie vlinders met lichtgekleurde individuen en enkele donkere individuen die ontstaan zijn door mutatie, zal in een door industrieel roet zwartgeblakerd milieu evolueren naar een populatie met hoofdzakelijk donkergekleurde individuen. (Natuurlijke selectie)
  • Langdurige toepassing van een chemisch insecticide leidt op termijn tot het bestaan van insectenpopulaties waarvan de individuen resistent zijn tegen dat insecticide. (Natuurlijke selectie)
  • Korte tijd na een niet-letale, virale epidemie in een populatie zijn de meeste individuen van die populatie minder vatbaar voor een infectie met dat virus. (Niet perse natuurlijke selectie, kan ook immuniteit zijn)
  • In Afrika wordt het kenmerk sikkelcelanemie veel frequenter aangetroffen in malariagebieden, omdat de dragers van dat kenmerk daar een hogere overlevingskans voor malaria hebben. (Natuurlijke selectie)