Meer stress leidt tot meer evolutie

Onder stress komen meer DNA-mutaties tot uiting. Want dan zijn er te weinig beschermende eiwitten.

Stress versnelt de evolutie van dieren. Voor die lang bestaande hypothese is vrijdag bewijs gepubliceerd in Science, uit experimenten met Mexicaanse vissen die in open water óf in grotten leven.

Onder stressvolle omstandigheden (in dit geval: te zoet water) varieerde het uiterlijk van de vissen. En dat maakte het makkelijker dat zij en hun nakomelingen zich aanpasten aan een nieuwe omgeving: een grot, in dit geval. Stress – te warm, te koud, te benauwd, te zout – kan dus een aanjager van evolutie zijn.

Het onderzoek leunt sterk op ideeën van de bekende Amerikaanse evolutiebioloog Susan Lindquist, die een van de auteurs is. Sinds 1998 beschrijft ze hoe stress allerlei cellulaire processen destabiliseert, doordat dan een tekort aan het eiwit HSP90 ontstaat. HSP90 (‘heat shock protein 90’) komt voor bij bijna alle organismen ter wereld, van bacteriën tot zoogdieren. Het is een van de meest algemene eiwitten in de cel: 1 à 2 procent van eiwit in het celplasma is HSP90.

HSP90 is normaal gesproken een buffer die voorkomt dat mutaties vrij spel krijgen, denkt Lindquist. Bij stress gaat die bufferfunctie verloren. De variatie in lichaamsvormen die zo ontstaat, vormt de basis waardoor een soort kan evolueren.

Lindquists onderzoeken waren tot nu toe labwerk - met planten, gisten en fruitvliegen. Nu levert ze een bewijs uit de natuur. „Ik denk dat de rol van eiwitten als HSP90 alomtegenwoordig is in de evolutie”, zegt Stephan Rudiger, die bij de Universiteit Utrecht cellulaire eiwitten als HSP90 onderzoekt. „Maar dat is heel moeilijk te testen. Als iets evolueert, staat er meestal niemand bij.”

De Mexicaanse tetra Astyanax mexicanus is onder aquariumliefhebbers bekend als oogloze ‘holenvis’. De tetra leeft echter ook als vis mét ogen in Midden-Amerikaanse riviertjes en meren. Meerdere populaties hebben zich aangepast aan het leven in grotten en hun ogen verloren. Ontwikkelings- en evolutiebiologen bestuderen het visje daarom al vijftig jaar.

De auteurs van de nieuwe Science-paper (van Harvard en de University of Maryland) zijn vooral specialisten in dat Mexicaanse visje. Ze werkten samen met Lindquist om te onderzoeken of de evolutie van oogloze tetra’s versneld wordt via een tekort aan HSP90 – en dus door stress.

Vissen uit oppervlaktewater hebben allemaal ongeveer even grote ogen. Maar wordt HSP90 onderdrukt (daar is een chemische methode voor), dan krijgen die vissen allerlei afwijkingen, liet het Amerikaanse team zien. Eén ervan is dat de grootte van hun ogen meer varieert.

Die veranderingen zijn genetisch. Kruis je vissen met kleine ogen met elkaar, dan heeft de volgende generatie nóg kleinere ogen. Blijkbaar bezitten gewone Mexicaanse tetra’s genvarianten voor kleine ogen, maar komen die onder normale omstandigheden niet tot uitdrukking.

De fraaie vondst in het onderzoek is dat een natuurlijke vorm van stress hetzelfde effect had: een heel laag zoutgehalte zoals in de grotten waar de tetra leeft. De onderzoekers verlaagden het zoutgehalte waarin vissenlarven opgroeiden, en weer leverde dat vissen op met erfelijke variaties in oogmaat. De Utrechtse onderzoeker Rudiger: „Wat mij betreft is nog niet zeker dat dit een HSP90-effect is. Het zou ook door een verwant eiwit kunnen komen, zoals HSP70.”

De Amerikanen ontdekten ook dat HSP90 niet betrokken is bij álle veranderingen die optreden als Mexicaanse tetra’s grotten gaan bewonen. De visjes worden ook kleiner, en hebben een beter ontwikkeld zijlijnsysteem waarmee ze andere dieren waarnemen. Daarop was HSP90 niet van invloed.

    • Hester van Santen