Dankzij evolutie is de diversiteit van het leven op aarde ontstaan, maar is evolutie ook te voorspellen? Die vraag probeert een groep Nederlandse en Belgische wetenschappers te beantwoorden met behulp van minuscule wormpjes.

Dit is belangrijk want evolutionaire voorspellingen gaan een steeds belangrijkere rol spelen bij het voorkomen van epidemieën, het duurzamer maken van gewasteelt en het beschermen van biodiversiteit.

Volgens evolutionair bioloog Thomas Blankers, verbonden aan het Origins Center en het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica van de Universiteit van Amsterdam (UvA), is er meer fundamentele kennis nodig om te begrijpen hoe processen in het heelal en de atmosfeer, in populaties van organismen en in een cel samen invloed hebben op het (behoud van) leven.

Nieuwe basiskennis

Wetenschappers die fundamenteel onderzoek doen, houden zich bezig met nog onbeantwoorde vragen over de natuur, de samenleving en de menselijke geest. Hun enige doel is om nieuwe basiskennis te vergaren. Die kennis kan vervolgens helpen bij het begrijpen en oplossen van concrete problemen.

Fundamenteel onderzoek naar de oorsprong en evolutie van het leven richt zich op grote vragen zoals 'Hoe ontstaat leven?', Kunnen we evolutie voorspellen?' en 'Is er buitenaards leven?' "Dit soort onderzoek dient meerdere doelen", legt Blankers uit. "Ten eerste is vanuit de maatschappij een hele brede behoefte aan kennis over de oorsprong en ontwikkeling van leven, op aarde en daarbuiten. Daarnaast staat fundamentele wetenschap in het algemeen aan de basis van allerlei heel concrete toepassingen; denk aan de ontwikkeling van vaccins of de bestrijding van gewasplagen."

Hoe voorspelbaar is evolutie?

Blankers en collega-hoofdonderzoeker Karen Bisschop zijn momenteel druk met de afronding van het driejarige onderzoeksprogramma 'Voorspellen van de evolutie van het leven'. Evolutionaire biologie kan een belangrijke rol spelen bij het oplossen van grote uitdagingen zoals het ontstaan van bacteriële resistentie tegen antibiotica, uitbraken van nieuwe ziekten en biodiversiteitsverlies als gevolg van verstedelijking en klimaatverandering.

"Op de korte termijn van één of twee generaties is evolutie redelijk voorspelbaar", vertelt Blankers. "Op de lange termijn wordt het steeds lastiger, omdat de omgevingsfactoren die gezamenlijk bepalen welke eigenschappen voordelig of nadelig zijn constant veranderen en toeval een grotere rol speelt."

Om erachter te komen hoe voorspelbaar evolutie is, gebruikten Blankers en collega's de Caenorhabditis elegans, een transparant rondwormpje van 1 millimeter lang dat in de bodem leeft. "Dat wormpje is ontzettend bruikbaar voor biologisch onderzoek, omdat we er veel van weten en op bestelling populaties kunnen krijgen, die precies voldoen aan de voorwaarden van een experiment. Door de korte generatietijd - de wormpjes zijn binnen een paar dagen volwassen - konden we een evolutionair experiment uitvoeren."

Vijftien generaties

In het experiment stelden de onderzoekers het wormpje voor een evolutionaire uitdaging door het een nieuwe voedselbron voor te schotelen. In plaats van de bacterie E.coli stond ineens de grotere, moeilijker te verteren Bacillus megaterium op het menu. "We gaven de wormpjes vijftien generaties de tijd om zich aan de nieuwe voedselbron aan te passen. Vervolgens gingen we vergelijken: hoe goed deden ze het aan het begin en hoe goed aan het eind van het experiment?"

Zeven verschillende onderzoeksinstituten voerden hetzelfde experiment uit. "Binnen dezelfde laboratoria zagen we relatief weinig variatie: daar evolueerden alle wormenpopulaties op ongeveer dezelfde manier. Tussen de laboratoria gingen de uitkomsten echter al vrij snel van elkaar verschillen. Dat komt waarschijnlijk omdat de omstandigheden overal toch een beetje anders zijn, met toevalsfactoren die je niet onder controle hebt. Hoe meer omstandigheden anders zijn, hoe onvoorspelbaarder het evolutionaire proces is."

Vervolgexperiment

Daarmee raakt Blankers meteen aan een belangrijke vervolgvraag: hoe beïnvloeden de ecologische omstandigheden het evolutionaire proces? "In het lab leeft het wormpje in een superschone omgeving met één bacterie als voedselbron, terwijl het in de natuur ook allemaal andere bacteriën tegenkomt. Om het effect van omgevingsfactoren te onderzoeken, zijn we nu bezig met een vervolgexperiment waarbij de ene populatie evolueert zonder bacteriële darmflora en de andere mét zo’n darmflora."

'Voorspellen van de evolutie van het leven' is slechts één van de onderzoeken die de afgelopen drie jaar zijn uitgevoerd vanuit het Origins Center. Dit kenniscentrum is gefinancierd met een Startimpuls van de Nationale Wetenschapsagenda, met als doel om de basis van onderzoek naar oorsprong van het leven te versterken, en nieuwe samenwerkingsverbanden te stimuleren. Het Origins Center zorgt voor een unieke kruisbestuiving tussen verschillende disciplines; astronomen, biologen, geologen, scheikundigen, natuurkundigen en informatici doen samen onderzoek naar fundamentele vragen. De Nederlandse wetenschap loopt wereldwijd voorop in interdisciplinair onderzoek naar de oorsprong en evolutie van het leven.

Het grotere geheel

De kennisuitwisseling met wetenschappers uit andere disciplines is Blankers goed bevallen. "Het Origins Center werkt verbindend. Je hebt contact met onderzoekers die voor vergelijkbare uitdagingen staan, maar toch totaal verschillende vragen en onderzoeksmethoden hebben. Door te praten met mensen die op een andere manier nadenken en ervaringen uit te wisselen, snap je het grotere geheel waar jouw onderzoek in past."

Stel je vraag aan de wetenschap

Meer leren over het evolutionaire proces of andere onderwerpen waar de fundamentele wetenschap zich mee bezig houdt? Kijk op wetenschapsagenda.nl voor meer informatie.