Persbericht
Broodschimmel toont hoe evolutie onderlinge samenwerking regelt
Teveel individueel toptalent in één ploeg kan de teamprestatie nadelig beïnvloeden. Zo kan een voetbalteam met alleen maar spelers die topscorer willen worden makkelijk verliezen. In de biologie is er een soortgelijk fenomeen. Natuurlijke selectie op het niveau van het individu bevordert competitieve eigenschappen en bemoeilijkt daarmee de evolutie van samenwerking. In Nature Communications van 3 mei laten Wageningse onderzoekers zien dat dit ‘teveel-talent-effect’ ook kan optreden binnen een meercellig individu.
Bijna alle met het blote oog zichtbare levensvormen zijn meercellig, waarbij individuele cellen, of de kernen van cellen, samenwerken in een hecht team om het succes van het meercellige individu te optimaliseren.
Met experimentele evolutie van de broodschimmel Neurospora crassa selecteerden de Wageningse onderzoekers kernen binnen een meercellig schimmelindividu met verhoogde competitieve eigenschappen. Na afloop van het evolutie-experiment bleken de geëvolueerde kernen ‘topscorer’ wat hun verspreiding via sporen betreft, maar was hun onderlinge samenwerking significant verminderd. Dit resulteerde in een daling van de collectieve sporenproductie met maar liefst 70% in vergelijking met de voorouder. Welke competitieve eigenschappen hiervoor verantwoordelijk waren is nog onderwerp van onderzoek.
Geen uitbuiting
Maar hoe kunnen we verklaren dat in de natuur meercellige organismen dan niet ten ondergaan aan hun interne strijd? “De meest gangbare verklaring,” zo zegt onderzoeker Duur Aanen, “stelt dat dit komt doordat meercellige individuen zich vanuit een eencellig stadium ontwikkeld hebben.” Door deze ontwikkelingswijze zijn de cellen van het individu maximaal verwant en zal een mutant die hoog scoort in concurrentiekracht maar minder nakomelingen voortbrengt door minder goede samenwerking tussen zijn cellen, verdwijnen door natuurlijke selectie. “De reden is dat álle cellen van een individu met een dergelijke ontwikkelingswijze competitief zullen zijn, en er dus geen cellen zijn die uitgebuit kunnen worden,” vult hij aan. Tot nog toe was deze hypothese niet experimenteel getoetst, juist omdat de verwantschap tussen cellen niet te variëren is doordat de overgrote meerderheid van meercellige organismen zich vanuit een eencellig stadium ontwikkelt.
Broodschimmels
De Wageningse onderzoekers maakten gebruik van broodschimmels, die een afwijkende ontwikkelingswijze kennen: zij kunnen zich ontwikkelen door vanuit een eencellig stadium (de spore) uit te groeien, maar ook door fusie tussen verschillende kiemende sporen. Deze tweeledige ontwikkelingswijze stelde de onderzoekers in staat de verwantschap tussen de kernen van de schimmels te variëren tijdens het evolutie-experiment. Als zij de verwantschap tussen kernen maximaal hielden, trad het ‘teveel-talent-effect’ niet op en bleef samenwerking intact, en daarmee de sporenproductie hoog. Deze proeven vormen het eerste experimentele bewijs dat ontwikkeling vanuit een eencellig stadium cruciaal is voor de evolutie van stabiele samenwerking tussen de cellen van een meercellig organisme.
Publicatie
Eric Bastiaans, Fons Debets en Duur Aanen. Experimental evolution reveals that high relatedness protects multicellular cooperation from cheaters. Nature Communications, 3 Mei 2016.