Bacteriën evolueren gokgedrag
Bacteriën evolueren in een onvoorspelbare omgeving eenzelfde strategie
als die aandelenhandelaren toepassen om zich in te dekken tegen
onvoorspelbare schommelingen van de beurskoersen. Over deze ontdekking
publiceert experimenteel evolutiebioloog dr. Bertus Beaumont op 5
november een coverartikel in het gerenommeerde tijdschrift Nature.
Risicospreiding
Het onderzoek van Beaumont van het Instituut Biologie Leiden
(IBL) en zijn Nieuw Zeelandse collega's toont voor het eerst
experimenteel aan dat onvoorspelbare omgevingen kunnen leiden
tot de evolutie van risicospreidend gokgedrag. Risicospreiding
op basis van gokken blijkt vaak de slimste keuze om te
overleven onder onvoorspelbare omstandigheden. De strategie van
het wedden op meerdere paarden - bet-hedging - komt in de
natuur dan ook veel voor. Een voorbeeld hiervan is het op
willekeurige momenten ontkiemen van de zaden van sommige
woestijnplanten. Dit vergroot de kans dat er in ieder geval één
zaadje uitkomt op het onvoorspelbare moment dat het voldoende
lang regent.
Natuurlijke selectie
Omdat bet-hedging succes oplevert in onvoorspelbare omgevingen
nemen evolutiebiologen aan dat dit gedrag door natuurlijke
selectie onder deze omstandigheden geëvolueerd is. Maar klopt
dat wel; is een eigenschap die nu onder bepaalde omstandigheden
een voordeel oplevert ook om die reden generaties geleden
ontstaan? Een opticien die stelt dat de menselijke neus een
evolutionaire aanpassing is voor het dragen van een bril is
niet bijzonder geloofwaardig.
De evolutie van een bet-hedging-strategie in het laboratorium
Cellen van de bodembacterie Pseudomonas fluorescens SBW25
vormen normaal maar één type kolonies als ze groeien in een
petrischaal. Beaumont liet deze bacterie evolueren onder een
selectieregime waarbij het vormen van een nieuw type kolonie
een vereiste was om niet uit te sterven. In eerste instantie
leidde dit tot de evolutie van nieuwe bacteriën met nieuwe
kolonievormen door mutaties. Maar na een aantal rondes
evolueerde er bacteriën die door willekeurig verschillende
kolonies te vormen niet meer uitstierven.
De evolutie van een bet-hedging-strategie in het laboratorium.
Afbeelding - Cellen van de bodembacterie Pseudomonas
fluorescens SBW25 vormen normaal maar één type kolonies als ze
groeien in een petrischaal. Beaumont liet deze bacterie
evolueren onder een selectieregime waarbij het vormen van een
nieuw type kolonie een vereiste was om niet uit te sterven. In
eerste instantie leidde dit tot de evolutie van nieuwe
bacteriën met nieuwe kolonievormen door mutaties. Maar na een
aantal rondes evolueerde er bacteriën die door willekeurig
verschillende kolonies te vormen niet meer uitstierven.
Nieuwe ronde, nieuwe kansen
Beaumont liet bacteriën in het laboratorium evolueren onder
omstandigheden waarin deze om te kunnen overleven, kolonies
moesten vormen die er steeds anders uitzien. In het begin
gebeurde dit door mutaties - spontane verandering in het DNA -
en stierven de oude bacteriën uit door het ontstaan van nieuwe
met een andere kolonievorm. Na acht rondes gebeurde er iets
onverwachts: er evolueerde een bacterie met een
bet-hedging-strategie die niet uitstierf. De nieuwe bacterie
kon zonder mutaties verschillende kolonietypes genereren. Zo
wedde hij op meerdere paarden (kolonies) waarvan er altijd wel
een door kon naar de volgende ronde.
Celkapsel
De nieuwe bacterie speelt dit klaar door de productie van een
celkapsel (slijmerig laagje rond de cel) willekeurig aan en uit
te schakelen. Eén type bacterie kan hierdoor het aantal cellen
met een kapsel tussen kolonies variëren en zo verschillend
ogende kolonies maken. Analyse van de 6,7 miljoen letters in de
DNA-code van de bacterie liet zien dat dit gedrag slechts door
de verandering van één letter veroorzaakt wordt. Wel waren er
een aantal eerdere mutaties nodig om er voor te zorgen dat de
gokkende bacterie snel genoeg kon groeien om te verschijnen
tijdens het experiment. Hoe precies die ene mutatie leidt tot
het willekeurig schakelen van het celkapsel, is nog onbekend.
Zelfs bij een relatief simpele bacterie is de koppeling tussen
DNA en gedrag vaak nog te ingewikkeld om dit zonder verder
onderzoek te kunnen begrijpen.
Artikel:
Hubertus J.E. Beaumont, Jenna Gallie, Christian Kost, Gayle C.
Furguson & Paul B. Rainey. 2009. Experimental evolution of bet
hedging. Nature 5 November 2009 (DOI: 10.1038/nature08504)
Universiteit Leiden