Triturus-salamanders onthullen een genetische evenwichtsoefening
Een evolutionaire ‘valkuil’ die kam- en marmersalamanders al 25 miljoen jaar achtervolgt: Leidse onderzoekers ontrafelden een mysterieuze DNA-fout die eigenlijk niet zou moeten kunnen ontstaan, maar tóch blijft bestaan. Hoe kan dat? Promovendus James France vond nieuwe aanwijzingen.
Van Triturus-salamanders gaat de helft van het nageslacht dood. Eén stukje van hun DNA, het eerste chromosoom, komt in twee verschillende versies voor, zo weten onderzoekers al jaren. Dieren moeten ze allebei hebben om te overleven. Bij voortplanting krijgen nakomelingen willekeurig één versie van moeder en één van vader. De helft zal per toeval twee keer dezelfde versie krijgen en sterven.
‘Het is supernadelig als de helft van het nageslacht al bij voorbaat gedoemd is om te sterven’, zegt Ben Wielstra, de begeleider van James France tijdens diens promotieonderzoek naar kam- en marmersalamanders. ‘Dus je zou verwachten dat zo’n ‘foutje’ door evolutie allang verdwenen is. Maar dit bestaat al minstens 25 miljoen jaar.’
Waarom blijft dit bestaan?
Dat is hét grote evolutie-mysterie waar de groep van Wielstra zich mee bezighoudt: waarom blijft iets dat zo nadelig is toch in de natuur hangen? De onderzoekers ontdekten dat beide chromosoomversies unieke grote stukken DNA missen. Daardoor heeft elk dier alleen met beide versies samen genoeg genen om te leven.
Een hypothese uit de jaren tachtig voorspelde dat zulke fouten ontstaan door een zeldzame foute uitwisseling tussen chromosomen. De onderzoekers vonden nu voor het eerst bewijs dat dit echt is gebeurd. ‘We ontdekten dat dit dodelijke systeem is geëvolueerd in één enkele mutatie, waarbij een gigantisch stuk DNA uit elk van de twee versies van chromosoom 1 is verwijderd, terwijl hetzelfde deel op de tegenoverliggende versie is verdubbeld.’
Hoe kon iets dat zó nadelig is zich toch verspreiden?
Promovendus France onderzocht dit met computermodellen. Die lieten zien dat dit ‘foutje’ soms kan ontstaan in kleine, geïsoleerde populaties, zoals salamanders die in afzonderlijke poeltjes leven. In zo’n geval werkt natuurlijke selectie niet optimaal en daar kunnen slechte DNA-varianten van ‘profiteren’.
‘Zodra het systeem is gevestigd, houdt het zichzelf in stand. Een soort evolutionaire valkuil’
‘In kleine populaties kunnen rare dingen gebeuren. Als net die ene populatie waarin het ‘foute’ systeem ontstaat vervolgens nieuwe gebieden koloniseert, kan zo’n nadeel zich toch verspreiden,’ zegt Wielstra.
Zeldzaam blijft het wel: zulke systemen komen maar in een paar soorten voor. Over de Triturus-salamanders is het meest bekend, maar er zijn ook planten- en insectensoorten waarin het voorkomt, weet Wielstra.
Een evolutionaire valkuil
Eenmaal aanwezig is het systeem bijna niet meer weg te evolueren. Kruist een ‘gezonde’ salamander met een salamander met dit systeem, dan ontstaan nakomelingen met van sommige genen drie kopieën en van andere maar één. Dat is vaak dodelijk. ‘Zodra het systeem is gevestigd, houdt het zichzelf in stand. Een soort evolutionaire valkuil’, zegt Wielstra.
Jaren werk in het lab
Het onderzoek vereiste ook enorme hoeveelheden labwerk van France. Salamanders hebben een genoom dat tien keer groter is dan dat van mensen. Daardoor is het volledige DNA in kaart brengen eigenlijk onmogelijk.
Om toch inzicht te krijgen, kweekten teams in Polen en Servië verschillende salamandersoorten. Door de wijze waarop duizenden genen worden doorgegeven te analyseren, zagen de onderzoekers welke stukken ontbraken. ‘Het klinkt simpel, maar dit was een megaklus. Honderden dieren, jaren werk – en corona hielp natuurlijk ook niet mee’, vertelt de begeleider.
‘Deze salamanders laten zien hoe vreemd die natuurwetten soms kunnen uitpakken.’
Wat nu?
De volgende stap is onderzoeken welke genen precies essentieel zijn – welke schakelaars in de ontwikkeling ontbreken bij embryo’s die sterven? Moderne genetische technieken zouden in de toekomst helpen. ‘Als evolutiebioloog wil ik gewoon weten wat er gebeurt. Kunnen we een dier weer ‘gezond’ maken? Of juist een gezond dier dezelfde fout geven, om te begrijpen waardoor ze sterven?’
Pure nieuwsgierigheid is wat de onderzoeksgroep van Wielstra drijft. ‘Evolutie is net als zwaartekracht: het gebeurt gewoon. Soms handig, soms rampzalig. Deze salamanders laten zien hoe vreemd die natuurwetten soms kunnen uitpakken.’
James France verdedigde zijn proefschrift getiteld Comparative genomics of the balanced lethal system in Triturus newts, op 3 april 2025 in het Academiegebouw. Zijn promotoren waren Ben Wielstra en Michael Richardson.