Sexy schapen: de nieuwe klassieker voor heterozygoot voordeel

ACHTERGROND - Aan haar accent moet je even wennen, maar dan heb je ook wat. De Schotse Dr. Susan Johnston was razend populair vorige week op een groot Europees congres voor evolutiebiologen, waar ze haar werk presenteerde over de hoorngrootte van Soay-schapen op het eiland St. Kilda. Toen ze jaren geleden begon met haar onderzoek, vond ze het maar vreemd dat er zoveel verschil was in de hoorns van de rammen. Immers, vooral de ‘sexy’ mannetjes met grote hoorns zijn tijdens de paartijd populair.

‘Ik had het Darwiniaanse idee van survival of the fittest in mijn hoofd,’ zegt Johnston, ‘dus ik begreep niet waarom mannetjes zonder hoorns nog steeds rondliepen in die populatie.’ Daar heeft ze inmiddels een antwoord op gevonden, en het is er een die zo de tekstboeken in kan. Het werk werd onlangs gepubliceerd in Nature.

Genetica

Met de evolutionaire paradox van de niet-veranderende hoornlengtes voor zich, stortten Johnston en haar collega’s zich allereerst op de genetica. Zo vonden ze dat de hoorngrootte grotendeels bepaald wordt door één enkel gen, waar ze twee types van vonden — twee ‘allelen’: Ho+, voor grote hoorns, en HoP, voor kleine stompjes. Ieder schaap heeft twee kopieën van het gen, dus in drie mogelijke combinaties. Johnston: ‘Je kunt het zo zien:Ho+/Ho+ hebben grote hoorns, Ho+/HoP zijn gemiddeld, en HoP/HoP schapen hebben hele kleine hoorns, of stompjes.’

In de paring waren de mannetjes met één of twee kopieën van het Ho+ allel steevast het meest succesvol. De aantrekkelijke ram met grote hoorns levert dus een aanzienlijk grotere bijdrage aan de volgende generatie dan zijn kortgehoornde soortgenoot. Als dat een paar generaties lang doorgaat zou je verwachten dat het HoP-allel uiteindelijk zou verdwijnen — survival of the fittest. Maar generatie na generatie bleven de twee allelen perfect in verhouding. Wat was hier aan de hand?

Na nog een blik op de data zagen Johnston en haar collega’s dat de rammen met een dubbel Ho+ allel weliswaar meer dames scoorden, maar ook korter leefden dan de kortgehoornde schapen. Maar rammen met een kopie van beide allelen — Ho+ én HoP — hadden intussen diezelfde lange levensduur. Ofwel: de rammen met twee verschillende allelen, de zogenoemde ‘heterozygoten’, aten van twee walletjes: én ze waren succesvoller per paringsronde (dus meer nageslacht), én ze leefden langer (dus meer kansen om dat nageslacht te maken).

Heterozygoot voordeel

Het was zo’n mooie verklaring, Johnston kon het nauwelijks geloven. ‘Het leek bijna te mooi om waar te zijn,’ vertelt ze, ‘dus ik heb er alles aan gedaan om zeker te weten dat dit klopte. Mijn computermodellen heb ik zo robuust mogelijk gemaakt, maar zelfs met ongelofelijk conservatieve berekeningen en een grotere dataset bleef het resultaat intact.’

Het is inderdaad een resultaat dat bijna verdacht perfect is. In theorie is dit zogenaamde ‘heterozygoot voordeel’ weliswaar een manier om genetische variatie in een populatie in stand te houden, maar echte voorbeelden zijn zeldzaam. De bekendste is waarschijnlijk het gen voor hemoglobine, waarvan een allel bestaat dat sikkelcelanemie veroorzaakt. De homozygoten met twee kopieën van het sikkelcelallel krijgen de ziekte, maar de heterozygoten zijn meestal gewoon gezond. Daarbovenop zijn de heterozygoten echter ook beschermd tegen malaria, en dat kan in sommige gebieden een aanzienlijk voordeel opleveren ten opzichte van het deel van de populatie dat homozygoot is voor het gezonde hemoglobineallel.

Ongeëvenaard

Dat het heterozygoot voordeel nu ook aangetoond is in deze schapenpopulatie, is dus een belangrijke aanvulling op de bestaande voorbeelden, en een instant klassieker. Maar dat juist de Soay-schapen van St. Kilda het onderwerp van deze ontdekking zijn, is minder verrassend. ‘Het is een ongeëvenaarde hoeveelheid data die we hebben verzameld,’ vertelt Johnston. Inderdaad: al sinds de jaren ’80 wordt deze populatie bestudeerd, en honderden vrijwilligers en wetenschappers hebben inmiddels aan het project bijgedragen.

‘Sinds 1985 zijn er per jaar ongeveer vier expedities naar het eiland. In de lente vangen we de lammeren en geven we ze een oormerk, zodat we ze de rest van hun leven kunnen blijven volgen. Het stukje oor dat daarvoor wordt uitgeknipt gebruiken we voor DNA-analyse, waardoor we meteen kunnen zien wie de ouders zijn. In augustus proberen we de schapen samen te drijven — dat moeten we zelf doen, want op St. Kilda mogen geen honden komen — en ze zo te vangen. We doen dan een heel assortiment aan metingen, waaronder de hoorngrootte. In november observeren we de bronst, en in februari en maart gaan we op zoek naar de dieren die de winter niet hebben overleefd.’

Kortom, een dataset om van te dromen, en een project om in de gaten te houden voor de volgende ontdekking. En dat alles op een door UNESCO beschermd eiland, waar de wetenschappers hun uiterste best moeten doen om de dieren zo min mogelijk lastig te vallen. Johnston: ‘De dieren mogen maar een paar uur per jaar in de kraal verblijven om te wachten op hun meting. Het zijn kleine schapen, dus we hebben ze zelf vast om ze stil te houden terwijl we de metingen doen. Een prima manier om data te verzamelen, maar het ziet er echt absurd uit.’

Via Sciencepalooza.

  1. 2

    Volgens mij ging haar speurtocht daar dus ook over. Ze wilde het evolutionaire voordeel vinden dat er moest zijn, anders waren er geen schapen zonder hoorns meer.

  2. 3

    Toch treurig dat die quote nog altijd aan Darwin wordt toegeschreven. Het werkelijke adagium van Darwin’s werk was niet “Survival of the fittest” maar “It’s not the strongest of the species that survives but the one most responsive to change.”

    QED – Waarvoor hulde.

  3. 4

    @1: Zelfs als je die vergissing maakt, is survival of the fittest (de fitste, die het langste leeft) al een prima verklaring. Dat verandert uiteraard niet als je de juiste betekenis gebruikt. Ik snap dus niet hoe het “Darwiniaanse idee” Johnston op het verkeerde been kon zetten.

    Ergens in mijn achterhoofd kan ik me nog een redelijk vergelijkbaar voorbeeld uit mijn biologieklas herinneren met hanenkammen, waarvan de homozygoot mét niet levensvatbaar was. Verder heb je naast Sikkelcelanemie ook nog het vergelijkbare Thalassemie.

  4. 5

    Wat een prachtig onderzoek. Ik heb zelf altijd erg slecht gekund tegen de misvatting die zoveel mensen hebben over survival of the fittest. Alsof je de complexiteit van evolutie even met wat simpele variabelen op de tafel kan zetten.

  5. 6

    @5: “Alsof je de complexiteit van evolutie even met wat simpele variabelen op de tafel kan zetten.”

    Dat is hier anders dus wel precies het geval, blijkt ook uit:

    “Mijn computermodellen heb ik zo robuust mogelijk gemaakt, maar zelfs met ongelofelijk conservatieve berekeningen en een grotere dataset bleef het resultaat intact.”

    Pak de juiste variabelen en zelfs de input heeft niet veel invloed meer op de output, aldus Johnston.

  6. 8

    Dit is inderdaad revolutionair!

    Dit onderzoek wijst erop, dat de genetica van Mendel nog steeds geldt!

    Volgens Mendel waren altijd 2 genen nodig om een eigenschap te bepalen.
    Hierbij is geen volgorde: Ho+/Ho- is dan hetzelfde als Ho-/Ho+. Dat was geen slechte aanname, want toen was er nog geen DNA ontdekt.

    Maar tegenwoordig nemen we aan, dat 1 enkel gen kan coderen voor een eigenschap.

    En dat als 2 genen coderen voor een eigenschap, ze 2 plaatsen in het DNA bezetten.
    En dat DNA van voor naar achter uitgelezen wordt.
    Dan is het dus toeval is, als je dezelfde resultaten krijgt door 2 genen van plaats te laten wisselen.

    En dan zou de combinatie Ho+/Ho- weleens andere resultaten kunnen opleveren dan Ho-/Ho+.

    Kan iemand mij uitleggen waarom Ho+/Ho- hetzelfde zou zijn als Ho-/Ho+ ?

  7. 10

    @4:
    You do science me?
    Terug naar de uni zou ik zeggen.

    Dat het heterozygoot voordeel nu ook aangetoond is in deze schapenpopulatie, is dus een belangrijke aanvulling op de bestaande voorbeelden, en een instant klassieker. Maar dat juist de Soay-schapen van St. Kilda het onderwerp van deze ontdekking zijn, is minder verrassend. ‘Het is een ongeëvenaarde hoeveelheid data die we hebben verzameld,’ vertelt Johnston. Inderdaad: al sinds de jaren ’80 wordt deze populatie bestudeerd, en honderden vrijwilligers en wetenschappers hebben inmiddels aan het project bijgedragen.

  8. 12

    @11: Marian,

    Kenmerk van allelen is dat AB hetzelfde betekent als BA.

    Het probleem is dat het DNA geen mogelijkheid biedt om allelen op te slaan:
    in het het DNA is de volgorde AG nou eenmaal anders dan GA:
    er is geen enkele garantie dat deze codes hetzelfde eiwit zullen produceren.

  9. 15

    @4: Nee. Surival of the fittest gaat over soorten, niet over individuen. De best aangepaste soort overleeft. Dat heeft niets met leeftijd te maken. Zo hou je het misverstand in stand.

  10. 16

    1) Ook leuk om iets van St Kilda te weten en niet alleen te weten waar het ligt.

    2) Er staat me iets van bij dat de bewoners van St Kilda zelf ook genetisch interessant waren omdat ze op een nogal karig dieet leefden. Vogeleieren waren belangrijk. Ik kan er geen link van vinden helaas. Ooit in een boek gelezen toen ik met de Hebriden bezig was.

    3) En vergeet de foto’s niet.

  11. 17

    @14: Bismarck,

    Een diploïde cel is een cel waarvan de celkern twee exemplaren van elk chromosoom bevat.

    Zo’n cel bevat dus twee keer dezelfde informatie. Hij bevat niet 1 keer een Ho+ en 1 keer een Ho-.

    Het is leuk dat als mensen naar wikipedia en Google verwijzen, maar dan graag wel naar relevante artikelen.

    Als iemand mij kan uitleggen dat de theorie van Mendel nog steeds geldt, houd ik mij aanbevolen.

  12. 19

    @co #17
    En het ene chromosoom komt van vaders, de andere van moeders. En afhankelijk van welk chromosoom in de eicel/spermacel is beland, kan het ene chromosoom dus het Ho+ en het andere de Ho- allel bevatten.

  13. 22

    @15: “Surival of the fittest gaat over soorten, niet over individuen.”

    Dat kan ik toch niet met je eens zijn. In feite gaat het over genen. Individuen zijn niet meer dan dragers en “soorten” zijn (inconsequent gedefinieerde) populaties van individuen.

  14. 24

    @22: Het gaat alleen maar om genen. Dezelfde gengroepen zitten in vele soorten, en zijn daardoor succesvol. En dat ze succesvol zijn is ook maar stom toeval.

    Geef 100 apen typemachines en moeder natuur zorgt er wel voor dat er een werk van Shakespeare uitkomt door alleen de goede letters te accepteren :-)

  15. 25

    Erg leuk een artikel lezen en dan daar €30,- voor neer moeten tellen. Dat doen we dus mooi niet! Zo’n interessant is het nu ook weer niet.

    Overigens is het een klein beetje een misverstand dat alle ooien vallen op rammen met grote hoorns. Het zijn alleen maar macho schapen die feitelijk niets voorstellen. Vooral als men bedenkt dat honden niet toegestaan zijn, dan zijn wolven waarschijnlijk ook ver te zoeken, de Europese leeuw is ook al paar duizend jaar niet meer gesignaleerd, kortom hij moet de vrouwtjes en het nageslacht verdedigen tegen indringers en roofdieren die er niet meer zijn. Laat die brain-dead macho nu maar denken dat hij de vader is van alle lammeren, maar dat zal het onderzoek wel uitwijzen dat dit absoluut niet het geval is. Dat kan ik namelijk al zeggen zonder het onderzoek af te wachten, één macho schaap met grote hoorns kan onmogelijk alle ooien bevruchten, het zou een evolutionaire ramp zijn, er zouden alleen nog gespierde leeghoofden rondlopen, en het volgend jaar zouden alleen half-broertjes met half-zusjes kunnen paren, dan zouden de hoorns het vólgende jaar nog groter worden, de hersens nòg kleiner. En er is nu al geen behoorlijk gesprek met een schaap te voeren! Vervolgens zouden dan die rammen met tatoos gaan lopen en een BMW besturen. Schapen zijn net mensen. Ik zie de uitkomsten met vertrouwen tegemoet.

  16. 26

    @3: In “The Origin of Species” is de titel van Chapter IV wel degelijk “Natural Selection; or the Survival of the Fittest.” Uit de summary van het hoofdstuk: “This principle of preservation, or the survival of the fittest, I have called natural selection”. Dat lijkt me duidelijk. Na hoofdstuk III komt de term “survival of the fittest” volgens mij zo’n veertien keer voor in genoemd boek. De term “responsive” wordt in “OoS” niet gebruikt.