Opschudding in het dierenrijk; Zeekoe blijkt verwant aan olifantspitsmuis

De mol nauw verwant aan de olifant, het aardvarken familie van de zeekoe. dna-onderzoek brengt onverwachte verbanden aan het licht en schudt traditionele evolutiestambomen stevig door elkaar.

'WIJ ZEGGEN heel verschrikkelijke dingen. We beweren dat de goudmol nauw verwant is aan de olifant. En we weten ook zeker dat de olifantspitsmuis in dezelfde stamboom zit als de olifant. Voor zoogdierkundigen is dit te gek voor woorden', aldus prof.dr. W.W. de Jong, verbonden aan de vakgroep Biochemie van de Katholieke Universiteit Nijmegen.

De Jong is biochemicus in hart en nieren. Nooit heeft hij zich beziggehouden met fossielen van zoogdieren, nooit heeft hij botjes van de goudmol, de olifant, het aardvarken, de klipdas of de olifantspitsmuis bestudeerd. Toch is hij ervan overtuigd dat al deze dieren evolutionair gezien aan eenzelfde tak in de stamboom der zoogdieren thuishoren. DNA-onderzoek heeft hem daarvoor het bewijs geleverd. De resultaten van dat onderzoek verschenen vorige maand in het Brits wetenschappelijke blad Nature (3 juli). De Jong: “Tot zo'n vijf jaar geleden waren de morfologen heer en meester op het gebied van de zoogdieren. Ze hadden fossielen, ze studeerden hun leven lang op botjes, enkelgewrichten en schedels. Op basis daarvan baseerden ze verwantschappen en stelden ze hun stambomen op. Maar de laatste jaren beginnen de moleculairen op te komen. Met hun DNA-onderzoek schudden ze hier en daar flink aan sommige familiebomen.”

Het DNA-onderzoek baseert zich op overeenkomsten. Hoe meer het DNA van verschillende dieren op elkaar lijkt, hoe dichter ze evolutionair gezien aan elkaar verwant zijn. Het DNA van chimpansee en mens is voor ongeveer 98,8 procent identiek. Dat van de mens en de gorilla voor 'slechts' 98,6 procent. Mede daarom wordt aangenomen dat de chimpansee nauwer verwant is aan de mens dan de gorilla. Dit soort vergelijkingen wordt voor allerlei soorten in het hele planten- en dierenrijk gemaakt.

Zo publiceerde een Amerikaanse entomoloog twee jaar geleden een totaal herziene stamboom van kakkerlakken, termieten en bidsprinkhanen die hij op basis van DNA-onderzoek had samengesteld. In datzelfde jaar promoveerde de Groningse mariene bioloog Freek Bakker op een herziene stamboom van een bepaalde groep algemeen voorkomende groenwieren, het geslacht Cladophora. Bakker bestudeerde het DNA van 20 soorten en kwam tot de conclusie dat er van de bestaande indeling weinig klopte. Sommige soorten, bijvoorbeeld een aantal dat in de Atlantische en Pacifische Oceaan voorkomt, bleken eerder verwant met andere geslachten groenwier, niet met Cladophora. De eerste stelling uit zijn proefschrift luidde: 'Cladophora bestaat niet.'

Ook de hoenderachtigen zijn niet meer wat ze waren. De Jong onderzocht met een aantal collega's het DNA van twee hoenderachtigen - een fazant en een kip - en vergeleken dat met het DNA van een koekoekachtige en van de hoatzin (spreek uit als 'watson'). De hoatzin is de enige vogel ter wereld met bacteriën in zijn krop. Deze zetten het moeilijk verteerbare cellulose - de vogel eet boomtwijgen en moerasplanten - om in suikers. De hoatzin werd altijd ingedeeld in de orde van de Galliformes, de hoenderachtigen, omdat hij daar qua vorm en grootte het meest op lijkt. Maar DNA-onderzoek van De Jong en zijn collega's van de Pennsylvania State University plaatst de vogel in de orde van de Cuculiformes, de koekoekachtigen.

Het is niet verwonderlijk dat de evolutionaire stamboom van de zoogdieren intensief is bestudeerd. De Jong: “Als je over zoogdieren praat heb je het indirect over de afstamming van de mens. Daarom is er zoveel belangstelling voor deze klasse van dieren.”

Over de stamboom van de zoogdieren heeft altijd onenigheid geheerst. De Amerikaanse paleontoloog George Gaylord Simpson maakte in 1945 als eerste een grove maar gedegen indeling van de ongeveer 4.000 soorten tellende klasse der Mammalia. Hij tekende een boom die zich via een aantal subklassen, infraklassen, cohorten, superordes en ordes steeds fijner vertakte. De nog fijnere verdeling in geslachten en soorten liet Simpson buiten beschouwing. Simpsons indeling riep vragen op. Waar hoorden bijvoorbeeld de klipdasachtigen (orde der Hyracoidea) thuis?. Het zijn plantenetende, op konijnen lijkende dieren die in Afrika en het Midden-Oosten voorkomen. Ze zijn lange tijd ingedeeld bij de Perissodactyla (de onevenhoevigen), een orde die onder andere de paarden, tapirs en neushoorns omvat.

De Jong kwam enkele decennia geleden al tot een andere conclusie. Hij onderzocht het eiwit -cristalline. De Jong: “De vakgroep interesseert zich voor het probleem van staar. Bij deze vertroebeling van de ooglens speelt -cristalline een belangrijke rol. Het is het belangrijkste eiwit in de ooglens en zorgt ervoor dat andere eiwitten niet al te veel aggregeren. Werkt -cristalline slecht, of is er te weinig van, dan heb je kans op staar.”

De Jong kwam via slachthuizen aan ooglenzen van koeien, paarden en varkens. “Ik had bovendien goeie contacten met Artis. Daar ging ooit een olifant dood. Daarvan kreeg ik de ooglens. Een andere keer was het een aardvarken, weer een andere keer een klipdas.”

De Jong vergeleek het -cristalline van de dieren met elkaar. Tot zijn verbazing leek dat van de klipdas meer op dat van de olifant, het aardvarken en de zeekoe dan op het -cristalline van bijvoorbeeld het paard of de koe. Dat suggereerde een heel andere plaats in de stamboom van de zoogdieren. De klipdas zou thuishoren in de orde der Paenungulata waartoe ook de olifanten en zeekoeien behoorden, en niet in die van de Perissodactyla, waar paard, tapir en neushoorn bij horen. “Toen ik dat een keer op een lezing vertelde kreeg ik de wind van voren van een Duitse morfoloog. Hij vond mijn voorstel belachelijk. Volgens hem hoorde de klipdas wel degelijk bij de evenhoevigen wegens morofolgische overeenkomsten, namelijk de aanwezigheid van een eustachian sac. Dat is een verwijding in de gehoorbuis. Later vond men bij fossiele olifanten echter ook die verwijding.”

Ook was tot voor kort niet duidelijk waar het aardvarken precies thuishoorde. In de vorige eeuw heette het aardvarken nog een insecteneter. Later stond hij te boek als verwant met de Zuid-Amerikaanse miereneter om daarna bij de hoefdieren te worden ingedeeld. De Jong onderzocht het eiwit -cristalline van een aardvarken en kwam tot eenzelfde conclusie als bij de klipdas. Ook die moest worden ingedeeld bij de Paenungulata.

Nu beweren de Jong en zijn Deense medewerker Ole Madsen hetzelfde van de olifantspitsmuis en de goudmol. Die muis is tot op heden altijd ingedeeld geweest bij de insecteneters en zou, op basis van de morfologie, verwant zijn met knaagdieren en haasachtigen. Madsen: “We kregen wat dode jongen uit een dierentuin in Wuppertal. Daarvan hebben we niet alleen het -cristalline-gen onderzocht, maar ook nog twee andere genen. In alle drie de gevallen vonden we hetzelfde. Ook de olifantspitsmuis hoort tot de orde waar de olifanten en zeekoeien in zitten, de Paenungulata, net als de goudmol.”

De Jong en Madsen bekeken niet alleen de drie genen, maar ook de gecodeerde eiwitten. Dat deden ze voor 23 zoogdieren waaronder chimpansee, koe, kat, vleermuis, egel, neushoorn en konijn. Bovendien lieten ze de gegevens door verschillende computerprogramma's verwerken. Collega's van de University of California en de Queen's University in Belfast voerden eenzelfde onderzoek uit, maar met andere genen. In alle gevallen kwam er hetzelfde uit. Madsen: “Het is het principe van congruentie. Als wij in Nijmegen hetzelfde gekke antwoord krijgen als twee andere groepen, met verschillende genen en met meer computerprogramma's, dan heb je volgens ons recht van spreken.”

In hun Nature-artikel van 3 juli beschrijven de onderzoekers hoe de voorouder van zeekoe, olifant, goudmol en olifantspitsmuis zo'n 70 tot 80 miljoen jaar geleden in Afrika moet zijn ontstaan. Dertig miljoen jaar eerder was Afrika losgerukt van Zuid-Amerika. Het kwam daardoor geïsoleerd te liggen. De voorouder heeft zich dus binnen de grenzen van Afrika geëvolueerd. “Dieren als klipdas, goudmol, olifantspitsmuis en aardvarken vind je alleen maar in Afrika. Zeekoeien vind je ook terug in Australië en Amerika. Maar die dieren konden natuurlijk wegzwemmen. Ook de olifanten tref je buiten Afrika aan. Toen het werelddeel tegen Eurazië opbotste, zo'n zestig miljoen jaar geleden, zijn deze dieren waarschijnlijk overgestoken”, zegt Madsen.

Solide

Niet al het DNA-onderzoek is volgens de Jong even solide. Van de cavia werd vorig jaar gezegd dat zij niet tot de knaagdieren behoorde. Die uitspraak is door dezelfde onderzoekers inmiddels ingetrokken, nadat ze een ander computeralgoritme hadden gebruikt voor de verwerking van de gegevens. Het lijkt erop dat de cavia heel vroeg is afgetakt van de andere knaagdieren en daarna snel is geëvolueerd. Daardoor lijkt de cavia heel ver van de knaagdieren af te staan.

Op 5 juni berichtten de Nieuw-Zeelander David Penny en de Japanner Masami Hasegawa in Nature dat het vogelbekdier eindelijk op de juiste plek in de stamboom van de zoogdieren was gezet. Het eierleggende dier met zijn opvallende eendenbek is ingedeeld bij de Monotremata. Deze groep zou zich zeer vroeg in de evolutie van de zoogdieren hebben afgesplitst, ver vóór de afsplitsing van de buideldieren en de placentale dieren. Maar volgens Penny en Hasegawa hoort het vogelbekdier op dezelfde tak als de buideldieren te staan, iets wat de zoöloog W.K. Gregory al in 1947 opperde op basis van overeenkomsten van onder andere de hersenen en een aantal klieren.

De twee onderzoekers beriepen zich op een Zweeds onderzoek. Daarbij werden 19 zoogdieren onderzocht. Van elk dier bekeken de Zweden het totale mitochondriale DNA (17.000 baseparen). Dit erfelijk materiaal bevindt zich niet in de celkern, maar in de mitochondriën, de energiefabriekjes van de cel. Het evolueert onafhankelijk van het DNA in de celkern en het erft over via de moederlijn. Er zijn dus geen verstorende invloeden door vermenging met vaderlijk DNA, zoals in de celkern wel het geval is nadat de zaadcel de eicel heeft bevrucht. De evolutionaire gang van zaken is daarom via het mitochondriale DNA (mtDNA) zonder 'ruis' te volgen. “Wat de Zweden hebben gedaan, was een flinke opgave”, aldus de Jong. “Maar toch twijfel ik aan de resultaten. Ze hebben het totale mtDNA geanalyseerd, alsof ze uitgaan van de idee: hoe meer hoe beter. Maar het mtDNA herbergt 12 genen die met een verschillende snelheid evolueren en dat kan je in de problemen brengen. Kijk je naar het ene gen, dan klopt het wat de Zweden beweren, kijk je naar een ander gen, dan klopt het weer niet. Ieder gen zou de nieuwe indeling van het vogelbekdier moeten ondersteunen. Dat is niet het geval.”

WALVISACHTIGEN

De Jong hoopt dat betrouwbare moleculaire gegevens steeds meer zullen integreren met paleontologische en morfologische data. Een mooi voorbeeld zijn de walvisachtigen. Op basis van embryologie en de interne morfologie worden ze dicht bij de evenhoevigen (lama's, kamelen, giraffen, herten, runderen, varkens) geplaatst. Recent moleculair onderzoek bevestigt die plaats. Het zet de walvissen zelfs op de tak van de nijlpaarden en de herkauwers, waardoor de nijlpaarden uit de orde verdwijnen waarin ze samen met varkens en pekari's (halsbandpekari, bisamzwijn) stonden (Nature, 14 aug.). Met de scheiding van nijlpaarden en varkens zullen de morfologen ongelukkig zijn. De Jong: “Maar de verwantschap tussen nijlpaard en walvis klopt met fossiele gegevens. Nijlpaard en walvis hadden een gezamenlijke voorouder. Daaruit zijn twee groepen voortgekomen. De ene ging helemaal te water, de ander werd semi-aquatisch.”

Morfologen zullen ook veel moeite hebben om te geloven dat de goudmol, de olifantspitsmuis, het aardvarken, de klipdas en de olifant nauw verwant zijn. De Jong: “Ik denk dat ze ons arrogant vinden, dat kan ik me wel een beetje voorstellen. We zijn ongeschoold op het gebied van bijvoorbeeld zoogdieren. Van de morfologie weten we niets. Mijn collega Ole Madsen heeft een achtergrond in de moleculaire plantkunde, ik ben biochemicus. Sommige zoogdierkundigen zullen bij voorbaat wantrouwend zijn.”

    • Marcel aan de Brugh