Natuurlijke selectie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Als we kijken naar een hele groep giraffen kijken. Zijn alle giraffen in zo’n groep identiek, of zijn er verschillen? En zo ja, welke verschillen zouden er kunnen zijn?

Stel je eens een groep giraffen met een korte hals voor die 15 miljoen jaar geleden in Afrika leefde. Ze leefden in een open gebied met voornamelijk hoge begroeiing. Er groeiden weinig struikachtige planten en relatief veel bomen. Is iedere giraffe in de groep even goed aangepast aan deze omgeving? Verklaar je antwoord.

In 1859 publiceerde de engelse onderzoeker Charles Darwin zijn beroemde boek ‘On the origin of ‘species’ dat handelt over het ontstaan van soorten. Darwin beschrijft in dit boek een, voor die tijd, geheel nieuwe verklaring voor het ontstaan van soorten. Het begrip variatie speelt hierbij een essentiële rol. Het gegeven dat er allerlei verschillen bestaan tussen de individuen van een soort lijkt misschien erg voor de hand liggend, maar Darwin was de eerste die deze variatie in verband bracht met het veranderen van soorten. 

Darwin ging niet uit van veranderingen die optreden in een individu, maar van veranderingen in een groep individuen, een populatie. 

Een populatie is een groep individuen van één soort die in hetzelfde gebied voorkomen en die zich onderling voortplanten.

Een soort kan dus uit meer dan één populatie bestaan. Vaak zijn deze populaties van elkaar gescheiden door geografische barrières, zoals bergketens, rivieren of andere gebieden waar die bepaalde soort niet kan overleven. Door deze barrières kunnen individuen van verschillende populaties zich niet onderling voortplanten.

Welk van de volgende groepen organismen vormen één populatie?

A. Alle forellen die voorkomen in drie verschillende meren in Canada.

B. Alle loofbomen (o.a. eikenbomen, beukenbomen en berkenbomen) in een bos.

C. Alle Afrikaanse olifanten op één savanne.

D. Een koppel huismussen (een mannetje en een vrouwtje) met een nest jongen.

Op de Noordpool ligt de temperatuur grote delen van het jaar enkele tientallen graden onder het vriespunt. Met zijn dikke vacht is de poolvos één van de weinige dieren die zich in zo’n extreme omgeving kan handhaven. Wetenschappers nemen aan dat de poolvos afstamt van gewone vossen die in een veel milder klimaat leefden en die een veel dunnere pels hadden. Hoe is, in de loop der tijd, de dikke vacht van de poolvos ontstaan?

Stel je eens een populatie van 100 gewone vossen voor met een normale dunne vacht. Laten we aannemen dat de dikte van hun vacht varieert tussen 1 en 2 centimeter. Hierin onderscheiden we grofweg 5 varianten: vossen met een vachtdikte van 1, 1.25, 1.5, 1.75, of 2 centimeter.
Deze varianten behoren wel gewoon tot dezelfde soort. Iedere variant komt even vaak voor: er zijn van iedere variant 20 individuen (zie staafdiagram). Laten we verder aannemen dat de vachtdikte vastgelegd is in de genen.De dikte van de vacht wordt bepaald door een specifiek gen voor ‘vachtdikte’. Er zijn dus ook 5 verschillende varianten van dit gen.

De populatie vossen trekt naar een gebied waar de temperatuur gemiddeld een aantal graden lager is dan in hun oorspronkelijke leefomgeving.

Zal elke variant zich met evenveel succes weten te handhaven in de koudere omgeving? En zoniet, welke variant heeft het meeste overlevingssucces?

De populatie blijft in de koudere omgeving leven en plant zich daar voort. Als we aannemen dat de hele populatie in totaal 100 nakomelingen voortbrengt, zal iedere variant dan evenveel nakomelingen voortbrengen? En zoniet, welke variant heeft denk je dan het meeste fitness voortplantingssucces?

Hoe zal de verdeling van de vijf varianten in de volgende generatie zijn? De onderstaande staafdiagrammen geven vier mogelijke verdelingen weer. Geef aan welk staafdiagram volgens jou de meest waarschijnlijke verdeling weergeeft en leg uit waarom.

De populatie blijft een aantal generaties lang in de koude omgeving leven. Wat zal er gebeuren met de verdeling van de varianten? Wat zal, na een aantal generaties, de gemiddelde vachtdikte zijn?

Het bovenstaande is hét cruciale punt binnen de evolutietheorie van Darwin: natuurlijke selectie. De individuen in een populatie verschillen onderling. Sommige individuen bezitten (toevallig) eigenschappen waardoor zij beter functioneren in hun leefomgeving dan anderen. Over het algemeen leven individuen met deze eigenschappen langer en produceren ze meer nakomelingen dan de rest. Als deze eigenschappen erfelijk zijn dan zijn er in de volgende generatie meer individuen met die eigenschappen.

Natuurlijke selectie: In een populatie is genetische (erfelijke) variatie. Op grond van deze variatie is een deel van de populatie beter in staat te overleven en nakomelingen te krijgen dan de rest (hogere fitness). Hierdoor vindt er een verandering plaats in de samenstelling van de populatie.

We hebben nu gezien hoe door natuurlijke selectie die vossen overblijven die (toevallig) het best zijn aangepast aan hun omgeving. Maar levert dit een voldoende verklaring voor het ontstaan van de dikke vacht van de poolvos, als we aannemen dat een poolvos een vacht heeft van 5 centimeter dik? Waarom wel of niet?

De (genetische) variatie in een populatie is beperkt. In de oorspronkelijke populatie vossen kwamen geen vossen voor met een vacht dikker dan 2 centimeter. Tijdens de evolutie van de vos naar de poolvos moeten er dus nieuwe (genetische) varianten zijn ontstaan, die verantwoordelijk zijn voor een vacht van ongeveer 5 centimeter dik. We hadden al gezien dat genen niet veranderen onder invloed van omgevingsfactoren. Er kunnen dus geen nieuwe varianten zijn ontstaan door de kou. Maar hoe ontstaan nieuwe genetische varianten dan wel?

Deze vraag werd pas aan het begin van de 20e eeuw, lang na de dood van Darwin, beantwoord door de Nederlander Hugo de Vries. Deze bioloog ontdekte dat er tijdens de celdeling wel eens foutjes worden gemaakt bij het kopiëren van DNA, dus bij het kopiëren van genen. Deze foutjes worden mutaties genoemd. Als zo’n fout gemaakt wordt bij de vorming van geslachtscellen (spermacellen of eicellen), zal een nakomeling in plaats van het normale gen een gemuteerd gen ‘erven’. In veel gevallen heeft zo’n mutatie geen invloed, maar soms ontstaat er bij toeval een nieuwe genetische variant.

Tijdens de evolutie zullen zich ook mutaties voorgedaan hebben in het gen van de poolvos dat verantwoordelijk is voor vachtdikte. Sommige mutaties leverden een functioneel gen op en zo ontstonden nieuwe genetische varianten. Zo kan een bepaalde mutatie een gen opgeleverd hebben dat verantwoordelijk is voor een vachtdikte van 2.5 centimeter. De vos met dit gen bleef relatief langer leven en kreeg meer nakomelingen dan de andere vossen van de populatie. Op deze manier veranderde de populatie weer van samenstelling en nam de gemiddelde vachtdikte toe.

            Door mutaties, toevallige foutjes die optreden in het DNA, kunnen nieuwe (genetische) varianten ontstaan.

Nieuwe, gemuteerde genen kunnen dus resulteren in nieuwe eigenschappen. Denk je dat een gemuteerd gen altijd zorgt voor een betere aanpassing aan de leefomgeving van een organisme, of kan een mutatie ook resulteren in een eigenschap waardoor het voortplantingssucces van een organisme juist minder wordt? Leg je antwoord uit.

Er bestaan twee varianten van de poolvos, elk met een andere kleur vacht. De zogenaamde ‘witvos’ heeft een volkomen witte wintervacht, terwijl de wintervacht van de ‘blauwvos’ lichtgrijs of bruinig is. Deze twee varianten behoren gewoon tot dezelfde soort. Het is uit onderzoek gebleken dat de blauwvos de oorspronkelijke poolvos is en dat de witvos naar alle waarschijnlijkheid door een mutatie is ontstaan. Beide varianten komen nog steeds voor, maar zij leven wel in andere streken. In wat voor soort omgeving zal de witvos het meest talrijk zijn, en in welke streken denk je dat de blauwvos het meest voorkomt?

Examenoefening

Voorin het lokaal ligt een oude examenopdracht (VWO 212-II) waarmee je de opgedane kennis kunt testen.

Geef het antwoord in het onderstaande formulier. 

Veel succes!