Eén gen bepaalt snavelvorm Darwinvinken

De Darwinvinken op de Galápagos-eilanden zijn een beroemd voorbeeld van het uitwaaieren van soorten door natuurlijke selectie. Iedere vinkensoort heeft er zijn eigen snavelvorm, waardoor de vinken optimaal zijn aangepast aan hun gespecialiseerde levensstijl. Genetici van de Harvard Medical School in Boston en Princeton University hebben nu als eersten de moleculaire achtergrond opgehelderd van het fenomeen dat Charles Darwin aanspoorde om zijn evolutietheorie verder uit te werken. Het gen Bmp4, dat een voorname rol speelt in de embryonale ontwikkeling, blijkt een belangrijke regulator van de snavelvorm (Science, 3 sept).

De onderzoekers bestudeerden de embryonale ontwikkeling van zes verschilende vinkensoorten van het geslacht Geospiza. De soort G. difficilis met een kleine puntige snavel, vergeleken zij met de grondbewonende soorten G. fuliginosa, G. fortis en G. magnirostris die zijn uitgerust met brede en diepe snavels, optimaal voor het kraken van zaden. Ook de cactusbewonende vinken G. scandens en G. conirostris met lange en puntige snavels, geschikt om diep in cactusbloemen of -vruchten te kunnen reiken, betrokken zij in het onderzoek.

De onderzoekers gingen op zoek naar de verschillen in de activiteit van groeifactoren tijdens de embryonale ontwikkeling van G. difficilis en de drie grondbewonende vinken. Ze probeerden een relatie te leggen tussen de breedte en de diepte van de snavel en de activiteit van de verschillende groeifactoren. Bij de meeste vinkensoorten was er geen verschil tussen de groeifactoractiviteiten. De activiteit van de groeifactoren Bmp2 en Bmp7 had wel een relatie met de grootte van de snavel, maar niet met de vorm. Uiteindelijk kwam alleen Bmp4 naar voren als bepalende factor voor de snavelvorm. In soorten met diepere, bredere bekken is deze groeifactor langer actief.

In verdere proeven bleek de plaats in het embryo waar Bmp4 actief was ook van belang. Als de factor kunstmatig verhoogd werd in het ectoderm (de buitenste weefsellaag) dan ontwikkelden de vinken kleinere en smallere bovensnavels. Gebeurde dat in het mesenchym, dan ontstonden er vogels met lange, brede snavels, min of meer gelijkend op die van de grondvinken.

Hoewel verschillen in andere genen mogelijk ook kunen bijdragen aan de verschillen in snavelvorm, zijn de auteurs ervan overtuigd dat de variaties in de groeifactor Bmp4 de belangrijkste regulator zijn van de vormvariatie. De natuurlijke selectie die in de loop van de evolutie deze verscheidenheid tot stand heeft gebracht, moet dus voornamelijk hebben gewerkt op het Bmp4-gen. De ingewikkelde vervolgvraag is waar de variatie in genactiviteit van Bmp4 door ontstaat.