Life is a trade-off: the interplay between selection and constraints in Lactococcus cremoris
Niet selectie, maar beperkingen blijken sleutel tot evolutionaire routes
Dit onderzoek van David Ekkers onderstreept dat evolutionaire beperkingen mogelijk een grotere rol spelen in het sturen van evolutie dan momenteel wordt onderkend. Selectie is relatief eenvoudig te bestuderen; de onderliggende beperkingen zijn verweven met complexe biologische netwerken en daardoor veel moeilijker experimenteel bloot te leggen. Juist door die beperkingen centraal te stellen, wordt beter voorspelbaar welke evolutionaire oplossingen mogelijk zijn – en welke niet.
Evolutie wordt vaak voorgesteld als een proces waarin natuurlijke selectie organismen steeds beter aanpast aan hun omgeving. Maar evolutie kan niet simpelweg iedere denkbare oplossing produceren. Organismen zijn gebonden aan hun bouw, fysiologie en genetische en metabole systemen. Hierdoor ontstaan evolutionaire beperkingen en trade-offs: beter worden in het één kan ten koste gaan van iets anders. Zulke trade-offs kunnen juist een belangrijke motor zijn achter biologische diversiteit, omdat ze organismen dwingen verschillende evolutionaire routes te volgen en zich te ontwikkelen tot verschillende specialisten.
Veel ideeën hierover zijn theoretisch al ver ontwikkeld, maar experimentele toetsing blijft schaars. Het bijzondere aan dit onderzoek is daarom dat evolutie daadwerkelijk in het laboratorium werd gevolgd. Populaties van de melkzuurbacterie Lactococcus cremoris evolueerden honderden generaties onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden, waarbij voedselbronnen ruimtelijk of in de tijd varieerden. Zo kon rechtstreeks worden onderzocht hoe selectie, migratie en metabole beperkingen samen evolutionaire uitkomsten bepalen.
De experimenten laten zien dat de structuur van het metabolisme voorspelbare trade-offs oplegt. Aanpassing aan verschillende voedselbronnen leidde daardoor niet tot één alleskunner, maar tot verschillende gespecialiseerde strategieën. Ook bepaalden deze trade-offs in belangrijke mate hoe populaties reageerden op ruimtelijke en temporele veranderingen.