Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Bacteriën evolueren gokgedrag

Bacteriën evolueren in een onvoorspelbare omgeving eenzelfde strategie als die aandelenhandelaren toepassen om zich in te dekken tegen onvoorspelbare schommelingen van de beurskoersen. Over deze ontdekking publiceert experimenteel evolutiebioloog dr. Bertus Beaumont op 5 november een coverartikel in het gerenommeerde tijdschrift Nature.

Risicospreiding

Het onderzoek van Beaumont van het Instituut Biologie Leiden (IBL) en zijn Nieuw Zeelandse collega’s toont voor het eerst experimenteel aan dat onvoorspelbare omgevingen kunnen leiden tot de evolutie van risicospreidend gokgedrag. Risicospreiding op basis van gokken blijkt vaak de slimste keuze om te overleven onder onvoorspelbare omstandigheden. De strategie van het wedden op meerdere paarden – bet-hedging – komt in de natuur dan ook veel voor. Een voorbeeld hiervan is het op willekeurige momenten ontkiemen van de zaden van sommige woestijnplanten. Dit vergroot de kans dat er in ieder geval één zaadje uitkomt op het onvoorspelbare moment dat het voldoende lang regent.

Natuurlijke selectie

Dr. Bertus Beaumont

Omdat bet-hedging succes oplevert in onvoorspelbare omgevingen nemen evolutiebiologen aan dat dit gedrag door natuurlijke selectie onder deze omstandigheden geëvolueerd is. Maar klopt dat wel; is een eigenschap die nu onder bepaalde omstandigheden een voordeel oplevert ook om die reden generaties geleden ontstaan? Een opticien die stelt dat de menselijke neus een evolutionaire aanpassing is voor het dragen van een bril is niet bijzonder geloofwaardig.

De evolutie van een bet-hedging-strategie in het laboratorium

Cellen van de bodembacterie Pseudomonas fluorescens SBW25 vormen normaal maar één type kolonies als ze groeien in een petrischaal. Beaumont liet deze bacterie evolueren onder een selectieregime waarbij het vormen van een nieuw type kolonie een vereiste was om niet uit te sterven. In eerste instantie leidde dit tot de evolutie van nieuwe bacteriën met nieuwe kolonievormen door mutaties. Maar na een aantal rondes evolueerde er bacteriën die door willekeurig verschillende kolonies te vormen niet meer uitstierven.

Nieuwe ronde, nieuwe kansen

Beaumont liet bacteriën in het laboratorium evolueren onder omstandigheden waarin deze om te kunnen overleven, kolonies moesten vormen die er steeds anders uitzien. In het begin gebeurde dit door mutaties – spontane verandering in het DNA – en stierven de oude bacteriën uit door het ontstaan van nieuwe met een andere kolonievorm. Na acht rondes gebeurde er iets onverwachts: er evolueerde een bacterie met een bet-hedging-strategie die niet uitstierf. De nieuwe bacterie kon zonder mutaties verschillende kolonietypes genereren. Zo wedde hij op meerdere paarden (kolonies) waarvan er altijd wel een door kon naar de volgende ronde.

Celkapsel

De nieuwe bacterie speelt dit klaar door de productie van een celkapsel (slijmerig laagje rond de cel) willekeurig aan en uit te schakelen. Eén type bacterie kan hierdoor het aantal cellen met een kapsel tussen kolonies variëren en zo verschillend ogende kolonies maken. Analyse van de 6,7 miljoen letters in de DNA-code van de bacterie liet zien dat dit gedrag slechts door de verandering van één letter veroorzaakt wordt. Wel waren er een aantal eerdere mutaties nodig om er voor te zorgen dat de gokkende bacterie snel genoeg kon groeien om te verschijnen tijdens het experiment. Hoe precies die ene mutatie leidt tot het willekeurig schakelen van het celkapsel, is nog onbekend. Zelfs bij een relatief simpele bacterie is de koppeling tussen DNA en gedrag vaak nog te ingewikkeld om dit zonder verder onderzoek te kunnen begrijpen.

Artikel

Hubertus J.E. Beaumont, Jenna Gallie, Christian Kost, Gayle C. Furguson & Paul B. Rainey. 2009. Experimental evolution of bet hedging. Nature 5 November 2009 (DOI: 10.1038/nature08504)