Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Functionele morfologie

Dovnload 482.85 Kb.

Functionele morfologie



Pagina3/3
Datum06.12.2018
Grootte482.85 Kb.

Dovnload 482.85 Kb.
1   2   3

Populaties vanuit de zee, Westerschelde en kustpolders worden beschouwd als de stamvorm.

Deze konden na de Laatste IJstijd, ‘slechts’ 10 000 jaar geleden, de rivieren van het ijsvrije Maas- en Scheldebekken opzwemmen.

Als aanpassingen aan het leven in zoet water verliezen ze daarbij over de generaties heen heel wat lichaamsbepantsering.

Met name het aantal schubachtige beenplaatjes van kop tot staart vermindert fors, evenals de lengte van de stekels op buik en rug.

Het tempo waarin dit gebeurt, is naar evolutionaire normen opmerkelijk snel. Natuurlijke selectie, de drijvende kracht achter evolutie die bepaalt wie het best overleeft in de nieuwe omgeving, is daarom zeer sterk.

We toonden aan dat het ontstaan van de zoetwaterpopulaties van Maas en Schelde twee afzonderlijke evolutionaire gebeurtenissen zijn geweest.

Verrassend genoeg betekent dit dat de weinig bepantserde Schelde- en Maasstekelbaarsjes, ondanks hun onderlinge gelijkenis, elk apart meer verwant zijn met de sterk bepantserde kuststekelbaarsjes dan met elkaar.

Dat is belangrijk om weten, want zo’n voorbeeld van ‘parallelle evolutie’ leert dat de natuur in beide bekkens gelijkaardige oplossingen heeft bedacht om het hoofd te bieden aan gelijkaardige selectiefactoren.

Wat die selectiefactoren juist zijn, is moeilijk te achterhalen. Voor kuststekelbaarsjes vormt de bepantsering wellicht een bescherming tegen roofvissen en vogels. Om nog ongekende redenen daarentegen, biedt die bescherming in zoet water eerder nadelen dan voordelen.

Parallelle evolutie kan nog meer leren.

Bijvoorbeeld of de natuur voor gelijkaardige oplossingen gebruik maakt van dezelfde genen.

Wereldwijd blijkt een zelfde gen verantwoordelijk voor het aantal beenplaatjes. We konden dat gen, Ectodysplasin genaamd, opsporen in de Vlaamse populaties.



Bijna overal in zoet water staat dit gen onder zware druk, ten voordele van stekelbaarsjes met een bepaalde variant van dat gen, die er voor zorgt dat ze weinig beenplaatjes krijgen.

Die variant is ontstaan door een mutatie in het gen.

Het lijkt dus alsof die mutatie er sterk toe heeft bijgedragen dat stekelbaarsjes vanuit de zee zich succesvol konden vestigen in zoet water.

Mutaties in Ectodysplasin leiden bij de mens tot een erfelijke ziekte.

Dit geeft het verrassende inzicht dat mutatie van een zelfde gen voordelig kan zijn voor de ene soort, en nadelig voor een andere.

Ondanks zijn aanpassingsvermogen is de driedoornige stekelbaars kwetsbaar.

Dat blijkt uit onderzoek in het Demerbekken.

Talloze barrires zoals watermolens, gemalen, stuwen en terugslagkleppen verhinderen er de vrije migratie, een noodzakelijke voorwaarde voor genetische uitwisseling.

Vooral stekelbaarsjes in de bovenloop geraken door isolatie in moeilijkheden.

Vaak zijn grote delen van de Demer niet leefbaar voor stekelbaars. Op één vangstplaats met rechtgetrokken en verstevigde oevers vonden we door een te hoge stroomsnelheid nergens stekelbaarsjes, tenzij op een plaats waar een hoop afval, een autoband en een verroeste fiets wat schuilgelegenheid boden.

Dit trieste beeld illustreert dat er nog werk aan de winkel is om het onze riviervissen opnieuw naar hun zin te maken.



Splitsende stekelbaarzen

http://www.kennislink.nl/web/show?id=75108&vensterid=811&cat=60274

SAMENVATTING
Hoe kunnen uit 챕챕n populatie stekelbaarzen twee aparte soorten ontstaan? In de afgelopen twee jaar hebben evolutiebiologen bewezen dat soortsvorming zonder geografische barrire theoretisch mogelijk is. Evolutiebioloog Sarah Kraak geeft een overzicht.

Er zijn voorbeelden te over van een soort die zich splitst doordat twee populaties duizenden jaren apart van elkaar leefden - gescheiden door water of een bergrug.

Charles Darwin leerde ons dat schildpadden- en plantensoorten zich konden splitsen doordat ze op verschillende eilanden leefden.

Zelfs de mens zou zo zijn ontstaan. Aanhangers van de ‘East Side Story’ denken dat de voorouders van de mens geïsoleerd werden door het ontstaan van de Saraha. De voorvaderen van de mens bleven aan de oostkant, terwijl de chimpansee-voorouders zich afzonderden ten zuiden van de Sahara.


Een soort kan zich echter ook splitsen zonder geografische afzondering. In 1984 ontdekte de Canadese vissenbioloog Don McPhail een soortenpaar van de driedoornige stekelbaars (Gasterosteus aculeatus). In Enos Lake, een meer op het Vancouver Island aan de westkust van Canada, leven twee vormen van de driedoornige stekelbaars vredig naast elkaar. De zogenoemde benthische vorm is gespecialiseerd op voedsel dat in en op de bodem leeft en de andere, de limnetische vorm, op voedsel dat in de waterkolom leeft. Deze twee stekelbaarsvormen staan op de grens van twee aparte soorten.



Geen hybride
Beide stekelbaarstypen zijn wat betreft hun lichaamsvorm door natuurlijke selectie aangepast aan de verschillende foerageer-methoden. De benthische stekelbaars heeft een hoog lichaam om beter te kunnen manoeuvreren tussen de planten, en een korte brede mond om de grotere prooidieren te kunnen verorberen. De limnetische vorm heeft een smaller gestroomlijnd lichaam om beter door het water te kunnen schieten, grotere ogen om beter te kunnen zien, en een lange dunne ‘snuit’ om water met plankton te kunnen opzuigen.

In de jaren die volgden op deze eerste ontdekking, ontdekten McPhail en collega’s dergelijke soortenparen in nog vijf andere meren in de omgeving van Vancouver. Zij maakten aannemelijk dat het echt om twee soorten gaat. Tussenvormen zagen ze nauwelijks; slechts één procent van de stekelbaarzen in die meren bleek hybride.


Ook vonden de Canadezen dat alle benthische vissen slechts 챕챕n variant van een bepaald gen bezitten, terwijl de limnetische vissen meerdere allelen van dat gen kennen. Bovendien, als de onderzoekers de jonge visjes onder identieke omstandigheden opvoeden, wordt het nageslacht van benthische ouders altijd van het benthische fenotype. Hetzelfde geldt voor de limnetische vorm.
Al in het midden van de twintigste eeuw benadrukte evolutiebioloog Ernst Mayr dat een soort zich zonder geografische barrire niet in twee soorten zou opsplitsen. Zolang alle individuen met elkaar kunnen voortplanten, zullen immers de aan verschillende niches aangepaste allelcombinaties steeds weer recombineren. Mayr veronderstelde dat alleen allopatrische soortsvorming mogelijk was: als twee populaties door bijvoorbeeld een bergrug van elkaar gescheiden leven, kunnen ze elk in een eigen richting divergeren zonder dat hun allelen elke generatie gemengd worden.

Paren
Inmiddels bestaat al wel een verklaring voor het niet meer paren van eenmaal gesplitste soorten. In de jaren negentig vonden Dolph Schluter en collega’s hoe de twee stekelbaarssoorten in de natuur uitelkaar gehouden worden. Hybriden kunnen in het lab normaal overleven. In de natuur kunnen de tussenvormen niet met de limnetische vorm concurreren om plankton. Maar het bodemvoedsel gaat ook hun neus voorbij, dat gaat naar de breedgebekte benthische vorm.
De intermediaire lichaamsvorm is dus in het nadeel. Bovendien paren de stekelbaarzen bij voorkeur met ‘vormgenoten’, waarbij ze zich baseren op lichaamsvorm. Dat is ook logisch: daardoor voorkomen de vissen dat ze ‘onfitte’ hybriden produceren. Zo blijven de twee vormen ‘reproductief geïsoleerd’.
Een verklaring voor het ontstáán van sympatrische soorten ontbreekt nog. Tenminste, voorlopig. De Canadese stekelbaarsonderzoekers konden moeilijk verklaren hoe maar liefst zes keer een soort zich in tweeën had kunnen splitsen. In 1993 kwam Don McPhail met het allopatrische ‘double invasion’-scenario (zie kader). Deze hypothese zou ook verklaren waarom slechts zes meren soortenparen hebben, terwijl in alle andere meren slechts één soort voorkomt.
McPhail voerde wat geologische aanwijzingen voor zijn hypothese aan, maar ze is nooit aan uitgebreid onderzoek onderworpen. Moleculair-genetische gegevens sluiten noch de sympatrische noch de allopatrische hypothese uit.




Voedsel
De hegemonie van Mayrs allopatrische soortsvorming brokkelt nu snel af. Vorig jaar verschenen artikelen in Nature, met algemene wiskundige modellen die aantonen dat sympatrische soortsvorming toch makkelijker kan geschieden dan men dacht.
Die artikelen behandelen complexe materie. De theoretische modellen gaan uit van bepaalde aannames. Bijvoorbeeld: stekelbaarzen kiezen hun partner op basis van lichaamsvorm. Nu is het zo dat de lichaamsvorm van die partner bepaalt hoe die vis zijn voedsel verkrijgt. De stekelbaarzen die voedsel op de bodem zoeken, paren bij voorkeur alleen met soortgenoten met een hoog lichaam - de benthische vorm dus. Zo kunnen de twee door elkaar heen levende populaties zich toch genetisch van elkaar verwijderen.
Niet altijd wordt partnerkeuze bepaald door een eigenschap die de niche bepaalt (i.e. het gebruik van voedings- of omgevingsfactoren). Zo paren Afrikaanse cichliden bij voorkeur met een soortgenoot van de juiste kleur. Maar kleur is niet direct betrokken bij eigenschappen die zorgen voor niche-differentiatie. Bij stekelbaarzen is dat wel het geval: zij kiezen partners met een gelijke lichaamsvorm, 챕챕n van de eigenschappen die een stekelbaars benthisch of limnetisch maakt.

Deze twee vormen stekelbaarzen staan op de grens van twee aparte soorten. De bovenste eet alleen plankton. De onderste stekelbaars leeft alleen op de bodem en eet grotere dieren. Paren kunnen de vissen nog wel, maar dat doen ze niet in de natuur. Het levert hybriden op die met geen van beide typen om voedsel kunnen concurreren.


Alternatieve verklaring
Zelf heb ik in de groep van vissenbioloog Paul Hart (Universiteit van Leicester, Engeland) simulatiemodellen ontworpen om de soortsvorming bij stekelbaarzen te kunnen begrijpen. Die modellen laten zien dat sympatrische soortsvorming mogelijk is.
Ook laten ze zien dat bij bepaalde aannames de kans daarop zeer laag is. Dit zou een alternatieve verklaring kunnen zijn voor het feit dat in Canada maar zo weinig meren twee soorten hebben.

Nu blijkt dat sympatrische soortvorming theoretisch mogelijk is, ontstaat een nieuwe uitdaging. De post-Mayr-biologen moeten testen of sympatrische soortsvorming ook feitelijk heeft plaatsgevonden, van stekelbaarzen en hagedissen tot planten.


Op basis van deze ‘sympatrische theorieën’ kunnen evolutiebiologen genetische en gedragspatronen in nu levende soorten voorspellen. Vervolgens kunnen empirici die voorspellingen toetsen.

Bezoek de website van het NIBI




Samenvatting van de studie

Evolutionary and ecological challenges for the three-spined stickleback

Evolutionaire en ecologische uitdagingen voor de driedoornige stekelbaars




Organismen in de vrije natuur overleven tal van gevaren. .

Stekelbaars vormt een wereldwijd voorbeeld van parallelle evolutie; parallelle evolutie illustreert de rol van natuurlijke selectie als evolutiemechanisme.

Ons onderzoek toonde aan dat populaties van het Schelde- en Maasbekken na de Laatste IJstijd onafhankelijk ontstaan zijn uit een mariene voorouder.

Kolonisatie van het zoetwatermilieu gaat gepaard met sterke divergerende selectie op lichaamsbepantsering (beenplaatjes en stekels) en op sommige genen die hiermee in verband staan. Dit toont aan dat de wereldwijde parallelle morfologische evolutie van stekelbaarzen stoelt op een uniforme genetische basis.



De driedoornige stekelbaars is tevens een belangrijk model voor de evolutie van immuniteit.

We bestudeerden de ecologische en evolutionaire interactie tussen stekelbaarzen en ectoparasieten van het genus Gyrodactylus (Monogenea). Hieruit bleek dat samenlevende driedoornige en tiendoornige stekelbaarzen (Pungitius pungitius L.) hun Gyrodactylus-fauna delen.

De populatiedynamiek van Gyrodactylus kon verklaard worden door gastheerdensiteit en de mobiliteit van de parasieten, twee factoren die aan de basis liggen van gastheerspecificiteit.

We onderzochten ook in welke mate de intieme interactie tussen de driedoornige stekelbaars en Gyrodactylus gasterostei beschouwd kan worden als een voorbeeld van co-evolutie.

Enerzijds werd de infectiedynamiek sterk bepaald door de slagkracht van de gastheer, overeenkomstig de belangrijke rol voor transmissie in de ecologie van Gyrodactylus. Dit zou kunnen wijzen op de afwezigheid van co-evolutie. Anderzijds vertoonden parasieten een lagere virulentie ten opzichte van lokale gastheren, wat net op co-evolutie wijst.

De verspreiding van stekelbaarzen langsheen de kustgebieden van het noordelijk halfrond overlapt grotendeels met de meest verstedelijkte gebieden ter wereld.

Stekelbaars is daarom ideaal voor de studie van de impact van antropogene verstoring op de omgeving.

Door het modelleren van genetische diversiteit en genmigratie in een rivierstelsel toonden we aan dat kunstmatige migratiebarrires de natuurlijke genetische structuur van stekelbaarspopulaties aantasten. Deze barrires vormen op lange termijn een gevaar voor elke riviervis.

Tenslotte is de integratie van een ecologische en ruimtelijke dimensie in evolutionair onderzoek belangrijk voor een beter begrip van snelle soortvorming, gastheer-parasiet interacties, en de impact van menselijke invloeden op natuurlijke systemen.

Blank met stekeltjes




Mensen en stekelbaarsjes ontkleurd door zelfde mutatie

door: Arjen Dijkgraaf



woensdag 19 december 2007


Mutaties in het gen Kitlg zijn zowel bij stekelbaarsjes als bij mensen verantwoordelijk geweest voor een zeer snelle evolutionaire verandering van de huidskleur.

Mogelijk kunnen ook andere stekelbaarsjesgenen model staan voor de menselijke evolutie, zo opperen Amerikaanse, Canadese en Portugese onderzoekers in Cell.

Het bijzondere aan stekelbaarsjes is dat het tot voor kort zeevissen waren. Pas toen de laatste ijstijd op z’n eind liep, zo’n tienduizend jaar geleden, zijn ze massaal de nieuw ontstane rivieren en meren opgezwommen en hebben ze zich aangepast aan een bestaan als zoetwatervis. Daarbij ontstonden vele kleine populaties die geïsoleerd van elkaar verder evolueerden en zich aanpasten aan de lokale omstandigheden. In veel gevallen kwam het daarbij goed uit om snel veel lichter van kleur te worden.

Dat laatste geldt ook voor de mensen die uit Afrika wegtrokken en in streken met minder zonlicht terechtkwamen. Dat proces heeft geen tienduizend, maar honderdduizend jaar geduurd. Maar zowel bij mensen als bij stekelbaarsjes kwam het neer op zo’n 5.000 generaties.

De onderzoeksgroep heef nu verschillend gekleurde stekelbaarsjes gekruist om uit te vinden welke genen een rol spelen bij de kleuring. Zo kwamen ze terecht bij het Kitlg-gen, waarvan al bekend was dat het een rol speelt bij een hele reeks andere biologische processen.

Lichtgekleurde stekelbaarsjes blijken mutaties te vertonen die de expressie van Kitlg verminderen, maar all챕챕n in de huid en de kieuwen. In de overige organen blijft het gen gewoon voluit functioneren.

Mensen beschikken ook over een vorm van Kitlg. En inderdaad blijkt het bij mensen met een lichte huid ook gemuteerd te zijn.



Kitlg is niet de enige factor die de huidskleur bepaalt. De onderzoekers schatten dat het ongeveer 20 procent van het kleurverschil tussen zwarte en witte mensen uitmaakt.

bron: Howard Hughes Medical Institute
1   2   3

  • Natuurlijke selectie, de drijvende kracht achter evolutie die bepaalt wie het best overleeft in de nieuwe omgeving, is daarom zeer sterk.
  • Parallelle evolutie
  • Bijna overal in zoet water staat dit gen onder zware druk, ten voordele van stekelbaarsjes met een bepaalde variant van dat gen, die er voor zorgt dat ze weinig beenplaatjes krijgen
  • Mutaties in Ectodysplasin leiden bij de mens tot een erfelijke ziekte.
  • Splitsende stekelbaarzen
  • Samenvatting van de studie
  • Organismen in de vrije natuur overleven tal van gevaren.
  • De driedoornige stekelbaars is tevens een belangrijk model voor de evolutie van immuniteit.
  • Mensen en stekelbaarsjes ontkleurd door zelfde mutatie
  • In veel gevallen kwam het daarbij goed uit om snel veel lichter van kleur te worden.

  • Dovnload 482.85 Kb.