Een tropische verrassing
In Science van afgelopen vrijdag 16 maart stond een verrassende nieuwe verklaring voor een bekend verschijnsel in de biodiversiteit, die de gangbare verklaring naar het rijk der fabelen verwijst.
Het verschijnsel is dat er in de tropen meer soorten voorkomen dan in de gematigde streken. In de tropen (de zone die zich 30º ten noorden en zuiden van de evenaar uitstrekt) leven meer dan de helft van alle bekende soorten van onze planeet. De gangbare en voor de hand liggende verklaring is dat er in de tropen meer soorten ontstaan dan in gematigde streken. Een hogere speciatiesnelheid. Maar het aantal soorten is het netto resultaat van (1) de productie van nieuwe soorten en (2) het uitsterven van soorten. De gegevens tot nu toe wijzen er op dat in het verleden de tropen even hard getroffen werden door massaal uitsterven van soorten als de gematigde streken. Dus het verschil moest zitten in dat er in de tropen méér soorten ontstaan.
Weir en Schluter, de auteurs van het artikel, hebben dit probleem op een originele manier aangepakt. Ze redeneerden dat als soortvorming in hoog tempo gaat, de evolutionaire leeftijd van nauw verwante soorten die je nu aantreft jonger moet zijn dan wanneer soortvorming trager verloopt. Dit is een logische implicatie van de theorie. Sterk verwante soorten of zuster soorten (sister species) zijn sterker met elkaar verwant dan met ieder andere soort. De evolutionaire leeftijd van een paar zustersoorten is de tijdsduur sinds ze afgesplitst zijn van hun gemeenschappelijke voorouder. Om die leeftijd te bepalen gebruikten ze de moleculaire klok van het mitochondrial cytochrome b gen. Dit is een gangbare methode. Ze verzamelden de DNA volgorde van dit gen van 191 paren vogels en 118 paren zoogdieren die of in de tropen of in gematigde gebieden voorkomen. Ze hebben vogels en zoogdieren apart bekeken omdat bekend is dat de mutatiesnelheid van vogels en zoogdieren verschilt maar binnen de vogels en zoogdieren constant is. Ook dat is gangbaar en wordt ondersteund door gegevens.
In een begeleidende online tabel heb ik een vogelpaar opgezocht waarvan ik afbeeldingen op het internet kon vinden, om een idee te krijgen van de verschillen. Die staan hierboven. De uitkomst van het onderzoek was verrassend: in tegenstelling tot wat verwacht werd waren divergentietijden in gematigde streken korter, dus jonger! Soorten in de tropen hadden gemiddeld een divergentietijd van 3,4 miljoen jaar, terwijl in gematigde streken dit daalde tot onder 1 miljoen jaar hoe verder verdwijderd van de eqautor. Het paradoxale resultaat is dus dat hoewel de tropen meer soorten hebben, ze géén hogere speciation rates hebben! De verklaring is dat er niet meer soorten in de tropen ontstaan, maar ze sterven langzamer uit. In gematigder streken is het uitsterven groter dan de aanwas vannieuwe soorten.
De auteurs concludeerden dat er tot nu toe vooral gekeken werd naar geologische, klimatologische en ecologische factoren die verantwoordelijk zouden zijn voor de verhoogde soortvormingsnelheid in de tropen, maar dat hun resultaten suggereren dat zowel de snelheid van soortvorming als uitsterven varieren met de geografische breedte.
Ik heb één probleem met hun conclusie. Mijn probleem is dat ze dezelfde gelijkmatig lopende moleculaire clock aannemen in de tropen en in de gematigde streken. Maar stel dat de moleculaire klok in de tropen sneller loopt dan in gematigde streken? Dan is je meetinstrument niet onafhankelijk van de geografische breedte. Dan lijken de zusterparendivergentietijden alleen maar langer omdat de klok in de tropen sneller tikt! Dat er een verband is tussen temperatuur en metabolisme en mutatiesnelheid vond ik in het boek van John Whitfield (2006) In the Beat of a Heart (p.228). Door het snellere metabolisme zou het DNA van dieren in de tropen sneller muteren. Volgens de gangbare opvatting zou via die hogere mutatiesnelheid ook de soortvorming verhoogd worden. Dit laatste wordt nu juist tegengesproken door de conclusies van Weir en Schluter. Tenminste, als de moleculaire klok in de tropen niet sneller loopt... En dit hangt volgens mij er weer van af of de mutatiesnelheid afhangt van de luchttemperatuur of de lichaamstemperatuur. Want zowel vogels en zoogdieren houden hun lichaamstemperatuur constant. En ik neem aan dat verwante dieren in de tropen en gematigde streken dezelfde lichaamstemperatuur hebben. Het laatste woord hierover is nog niet gezegd. Ik heb Whitfield een mailtje gestuurd en hem mijn probleem voorgelegd. Afwachten wat hij zegt.
Of de auteurs nu gelijk hebben of niet, wat ze probeerden was een gangbare opvatting over biodiversiteit te falsifieren!
Jason T. Weir and Dolph Schluter (2007) 'The Latitudinal Gradient in Recent Speciation and Extinction Rates of Birds and Mammals', Science 16 March 2007: Vol. 315. no. 5818, pp. 1574 - 1576. Hier een korte samenvatting.
John Whitfield (2006) In the Beat of a Heart . Life, energy and the unity of nature. Info
De plaatjes heb ik op het Animal Diversity Web gevonden.
Zou de oorzaak van die verhoogde soortvormingsnelheid niet toch kunnen zijn dat er in de tropen, vanwege gunstig klimaat etc, meer niches zijn? Dan zou niet alleen de divergentiesnelheid een factor zijn bij soortvorming, maar ook de kans op divergeren. M.a.w. vertakkingen treden dan in de tropen vaker op dan elders, helemaal los van de divergentiesnelheid ná de vertakking.
(Comment this)
Echter er bestaat geen universele klok: de klok loopt in Drosophyla (fruitvlieg) 5-10 maal sneller dan in de meeste vertebraten. Daarom zijn onderzoekrs ertoe overgegaan de moleculaire klok per diergroep vast te stellen. Vandaar dat de auteurs van het besproken artikel een vogel-klok en een zoogdier-klok onderscheiden. Er is een enorme hoeveelheid literatuur over waarom die klokken verschillen, die kan ik hier niet samenvatten. Maar ik kan er zonodig op terugkomen. (Comment this)
"M.a.w. vertakkingen treden dan in de tropen vaker op dan elders, helemaal los van de divergentiesnelheid ná de vertakking.": ik vind de redenering van de auteurs logisch: als er een hogere turnover is van soorten in de laatste 10 miljoen jaar, dan moet dat blijken uit het aantal 'jonge' soorten. Die divergentiesnelheid gebruiken ze als maat voor de leeftijd van de aanwezige soorten. Vergelijk een vergrijzende bevolking (China) heeft de laatste tijd weinig aanwas van kinderen, de gemiddelde leeftijd is hoger dan in een land waar veel kinderen geboren worden en waar de gemiddelde leeftijd lager is.
"de kans op divergeren": zal misschien ook afhangen van sorotenverzadiging en hoeveel soorten er uitsterven zodat er weer plaatsen vrij komen.
(Comment this)
De waarom-vraag is natuurlijk ook interessant vanuit Darwinistisch perspectief: hoe zijn al die codes uberhaupt ontstaan als er geen selectiedruk op staat?
Wat zegt Darwin over redundantie? (Ik bedoel natuurlijk niet Charles Darwin zelf, want die wist nog niets van moleculaire genetica.) Ik heb daar hier en daar wel eens wat losse flodders over gelezen, maar weet je een boek of website met een goede behandeling van deze materie?
(Comment this)
Bedoel je dit?: bijvoorbeeld het aminozuur Proline heeft 4 DNA-codes: CCU CCC CCA CCG. Als proline in de betreffende positie in het eiwit nuttig is voor het organisme dan zal er op die groep van 4 DNAcodes geselecteerd worden. Komt er een mutatie naar een code buiten de groep van 4 (bv CGG) dan treedt er selectie op; mutaties binnen de groep van 4 zijn neutraal: natuurlijke selectie maakt geen onderscheid binnen de groep. Mutaties binnen de groep zijn willekeurig, en worden op den duur willekeurig met de regelmaat van een klok gefixeerd in de populatie.
Bedoel je dat?
Ik heb een pagina over neutrale mutaties: Kimura of over alternatieve genetische codes die niet gerealiseerd zijn: Walter Remine vind je misschien ook wel leuk; paragraaf 'Does life look unlike evolution?'.
(Comment this)
Inderdaad, als je een 1 op 1 relatie voorstelt tussen soort en niche, dan is het 'begging the question'. Maar een niche hoeft niet door een soort bezet te zijn om te kunnen bestaan. Het blijft een glibberig begrip, niche, ik gebruik het als leek misschien verkeerd, anders dan ecologen doen. Maar ik kan me wel voorstellen dat er in de tropen om klimaatredenen meer niches zijn dan bijvoorbeeld op de Zuidpool, onafhankelijk van de vraag of de niches bezet zijn of niet.
"Dan heb je nog steeds de keuze: veel individuen van weinig soorten, of weinig individuen van veel soorten op dezelfde oppervlakte huisvesten. Hoe beslis je dat?"
Misschien net als in de economie. In een land met een gunstig klimaat voor landbouw, Nederland bijvoorbeeld, stikt het desondanks niet van de boeren. Omdat er genoeg te eten is, zijn er ook niches voor andere bedrijven; die genereren weer nieuwe niches, die geven op hun beurt weer ruimte aan nieuwe bedrijven, enzovoort, zo ontstaat een grote variatie. Het punt van verzadiging ligt hoog. In een land met een slecht landbouwklimaat is vaak een groot deel van de bevolking boer, eenvoudigweg omdat het daar zo enorm veel moeite kost om iets te verbouwen, en er toch gegeten moet worden. Veel niches voor andere bedrijven zijn daar niet. Zo kijk ik ook tegen de tegenstelling tropen/Zuidpool aan: de pinguins hebben het veel te druk met zich warmhouden om een ander beroep dan pinguin te kiezen.
(Comment this)
Het mechanisme blijkt vooral op moleculair niveau gewoon veel complexer te zijn dan Darwin ooit heeft kunnen vermoeden. Ik lees wel dat je op de site "Was Darwin Wrong" de tegenargumenten in jouw ogen weerlegt, maar ik ben niet overtuigd.
Natuurlijke selectie zie ik vooral functioneren als middel om soorten in stand te houden en aan te passen aan kleine veranderingen in de omgeving. Een graduele evolutie van moleculen naar organismen en van soort naar soort door natuurlijke selectie volgt niet uit de fossielen records en is op moleculair niveau niet vol te houden.
Het lijkt me zinvol om een toevoeging te doen: schijnbare doelgerichtheid door intelligentie op moleculair niveau. Moleculen weten hoe ze zich moeten gedragen om tot een bepaald fenotype te komen. De schijnbaar doelgerichte veranderingen gaan vooraf aan de natuurlijke selectie (waaronder ook sexuele). Er zijn dus wetten op molecuul-niveau die bepalen wat de mogelijkheden zijn voor organismen om zich te ontwikkelen.
Deze 'intelligentie' is ontstaan bij de vorming van het DNA, want hierin ligt de sleutel van elk organisme. De meest prangende vraag op dit moment zou dus moeten zijn: HOE IS HET DNA ONTSTAAN? (of RNA)
Ik zoek me scheel naar informatie hierover, maar dat blijkt niet ruimschoots voorhanden. Wikipedia (http://nl.wikipedia.org/wiki/Abiogenese): "Het interessante van zelfreplicerende moleculen is dat ze de mogelijkheid van "natuurlijke selectie" bieden, zoals dat ook in de evolutietheorie wordt toegepast. Op dezelfde wijze als er een evolutie van soorten plaatsvindt, is het denkbaar dat er een chemische evolutie heeft plaatsgevonden"
In dit artikel, http://www.astrobiology.nl/astrobiology/oratie_nl.pdf, wordt e.e.a. wel duidelijk behandeld, maar blijkt vooral dat het allemaal nog giswerk is.
Totdat het ontstaan van DNA/RNA is verklaart is er denk ik geen reden om te spreken over natuurlijke selectie als verklarende kracht van de evolutie. Het is slechts 1 van de noodzakelijke mechanismen om tot de waargenomen diversiteit en complexiteit te komen die we waarnemen.
Ik begrijp dat deze uiteenzetting hier vloeken in de kerk is, maar kun je mijn gedachten volgen? Ik probeerde hier zo weinig mogelijk mijn religieuze voorkeur in te betrekken :-). (Comment this)
Interessant is je opmerking "In een land met een slecht landbouwklimaat is vaak een groot deel van de bevolking boer, eenvoudigweg omdat het daar zo enorm veel moeite kost om iets te verbouwen". Bij dieren zou je kunnen meten hoeveel tijd van de dag ze bezig zijn met voedselzoeken. Dan heb een objectieve maatsstaf. In warme streken veel vrije tijd, in koude streken weinig vrije tijd. Misschien is het wel gedaan. (Gerdien?)
(Comment this)
Interessant is je opmerking "In een land met een slecht landbouwklimaat is vaak een groot deel van de bevolking boer, eenvoudigweg omdat het daar zo enorm veel moeite kost om iets te verbouwen". Bij dieren zou je kunnen meten hoeveel tijd van de dag ze bezig zijn met voedselzoeken. Dan heb een objectieve maatsstaf. In warme streken veel vrije tijd, in koude streken weinig vrije tijd. Misschien is het wel gedaan. (Gerdien?) (Comment this)