Bionieuws

Ecologie & Evolutie

Genetisch bewijs voor Baldwin-effect

De kleur van de gevlekte hagadis is zeer plastisch: hier een zwart mannelijk exemplaar vijf dagen na te zijn verzameld bij het Pisgah lavagebied (links) en na vier maanden huisvesting op lichtgekleud zand in het lab (rechts). Foto: Corl et al, Current Biology, 2018.

Voor het eerst is tot in detail bewijs gevonden voor het Baldwin-effect: hagedissen verankeren kleuraanpassingen in hun genen.

Na meer dan honderd jaar is er eindelijk zicht op hard bewijs voor het Baldwin-effect: een vorm van evolutie waarbij organismen tijdens hun leven verkregen eigenschappen pas daarna genetisch vastleggen. ‘Het is een oud en zeer krachtig idee, en nu hebben we genetisch bewijs over hoe het in het wild gebeurt’, stelt evolutionair ecoloog Barry Sinervo van de University of California in Santa Cruz. Hij onderzoekt al bijna dertig jaar gevlekte hagedissen en publiceert 6 september in Current Biology over de genetische vastlegging van plastische veranderingen in het uiterlijk van deze hagedissen.

‘Er zijn wat mitsen en maren, maar het kan hét schoolvoorbeeld van het Baldwin-effect worden’, meent evolutiebioloog Martijn Egas van de Universiteit van Amsterdam. Hij is niet direct betrokken bij de studie, maar schreef eerder al wel een review over het Baldwin-effect (Evolutionary Biology, 2012). Het mechanisme is al in 1896 bedacht door de Amerikaanse psycholoog James Mark Baldwin en in 1953 naar hem vernoemd (American Naturalist, 1896). De ontwikkeling van lactosetolerantie bij mensen en kolonisatie van Noord-Amerika door de Mexicaanse roodmus worden wel toegeschreven aan het Baldwin-effect. ‘Er zijn veel theoretische modelstudies naar gedaan, maar empirisch bewijs is er maar weinig. Daar lijkt deze studie nu voor te zorgen: het is een leuk systeem, is goed onderbouwd en biedt zelfs een geloofwaardig tijdpad’, constateert Egas.

Rock-, paper-, scissor-hagedis
De onderzoeksgroep van Sinervo kwam het Baldwin-effect op het spoor bij hun langlopende onderzoek aan de gevlekte hagedis (Uta stansburiana). Die staat onder biologen ook wel bekend als rock-, paper-, scissor-hagedis omdat de mannetjes drie keelkleuren – oranje, geel of blauw – hebben, die sterk bepalend is voor hun paarstrategie. In het nu gepubliceerde onderzoek in de Mojave-woestijn is echter gekeken naar de camouflagekleuren die de hagedissen vertonen.

Bij dieren die van zand naar
zwarte lavarots gaan, start de
verkleuring al binnen een week

Individuele hagedissen blijken hun schutkleur aan te passen als ze zich in een nieuwe omgeving bevinden: ze worden zwarter op een lava-ondergrond. Die fenotypische plasticiteit is groot: in experimenten waarbij de dieren van zand naar een zwarte lavarots worden verplaatst, start de verkleuring al binnen een week en nemen de donkere melanine-pigmenten geleidelijk toe. In populaties die al lang op een lava-ondergrond leven zijn twee belangrijke melaninegenen – PREP en PRKAR1A – in hogere mate aanwezig, zo blijkt uit genoomanalyses bij 104 hagedissen. En die variatie in melanine-genen correleert met de donkerheid van de hagedissenhuid, zo leiden de onderzoekers af uit kruisingsexperimenten.

De Pisgah Lava Flow in de Mojave-woestijn (links) biedt lokaal een zwarte ondergrond waaraan de gevlekte hagedissen hun huidkleur aanpassen. Foto's: Corl et al, Current Biology, 2018

De analyses suggereren ook dat deze genvarianten alleen optreden in populaties op lava. De nieuwe mutaties komen sinds 22 duizend jaar voor en dat rijmt goed met het moment waarop bij Pisgah in de Mojave-woestijn de eerste lavastromen optraden. ‘De hagedissen bij Pisgah hebben van alle populaties de beste overeenkomst met de kleur van lava, maar ze kunnen nog steeds naar het zand teruggaan en een daarbij passende kleur krijgen’, aldus Sinervo.

Schoolvoorbeeld
De onderzoekers denken dat ze hiermee natuurlijke selectie op het moment van de interactie met genen hebben blootgelegd. Ze willen in vervolgonderzoek achterhalen hoe evolutie precies ingrijpt op fenotypisch plastische eigenschappen. ‘Het is vooral interessant om verschillen in fenotypische plasticiteit te meten tussen hagedissen op lava en die op zand. Het Baldwin-effect voorspelt namelijk dat die plasticiteit afneemt als een eigenschap genetisch wordt vastgelegd’, meent Egas. ‘Je sluit dan ook meteen uit dat de donkere kleur juist een gevolg is van selectie op het snel van kleur kunnen veranderen. Pas als je dat ook uitsluit, kan het een echt schoolvoorbeeld van het Baldwin-effect worden.’

Dit artikel verscheen in Bionieuws 13 van 8 september 2018.