volckaert

1 Lessen van de XXIe eeuw – maandag 30 november 2009

De mens als evolutionaire knutselaar

Laboratorium voor Diversiteit en Systematiek van Dieren Departement Biologie

Charles Deberiotstraat 32, 3000 Leuven Katholieke Universiteit Leuven

Email: filip.volckaert@bio.kuleuven.be, Telefoon: 016 32 39 66

De inzichten in de evolutieleer dateren van midden vorige eeuw en zijn een weerslag van ontwikkelingen die groeiden sinds het midden van de negentiende eeuw. Sindsdien verklaart en kadert de evolutieleer heel wat natuurlijke processen. Een belangrijke actor in de biosfeer is de mens; hij komt zo talrijk voor dat hij

rechtstreeks ingrijpt op het functioneren van de aarde. Relatief goed gekend zijn de talrijke positieve ingrepen zoals landbouw en infrastructuur, maar daar staan minder positieve ingrepen naast zoals de onevenwichtige verdeling van de ecologische voetafdruk en het stijgend aantal wereldwijde infecties. De menselijke ingrepen situeren zich soms op een niveau waar de mens heel wat minder zicht op heeft, zoals de biogeochemische cycli (het dynamische evenwicht tussen stoffen in lucht, water en land) en inderdaad ook van biologische evolutie. De lezing bespreekt een aantal onverwachte evolutionaire gevolgen van het menselijke handelen: de mens als evolutionaire knutselaar.

Evolutie is dynamisch en wordt bepaald door de kenmerken van de betrokken groep individuen (populatie). De vier hoofdkrachten die de evolutie van een populatie aansturen zijn mutatie, wat slaat op de verandering van de DNA code waaruit het genetisch materiaal is opgebouwd, genetische drift, de opstapeling van willekeurige gebeurtenissen die lichtjes de samenstelling van de genenbank wijzigen, en genmigratie, een algemeen fenomeen dat de overdracht van genetische varianten (allelen) bepaalt tussen populaties. Deze drie fenomenen moduleren de neutrale evolutie van populaties door hun effectieve mutatiesnelheid,

populatiegrootte en migratiesnelheid. Natuurlijke selectie, de vierde factor, is het proces waarbij specifieke erfelijke kenmerken zich verspreiden in een populatie door de generaties heen, meestal omdat ze een voordeel opleveren voor individu en populatie.

Een klassiek voorbeeld van hoe evolutie de mens ongewild parten speelt is resistentie tegen infecties. Resis-tentie is het niet vatbaar zijn van een organisme voor een pathogeen (zowel virus, bacterie als parasiet). De bacterie Staphylococcus aureus komt algemeen uitwendig (huid en neus) voor bij de mens en is nagenoeg onschadelijk. Bij opname in de bloedbaan leidt het tot zware infecties, die sinds de tweede wereldoorlog systematisch worden behandeld met antibiotica geneesmiddelen. Het eerste massaal toegepaste antibioticum is penicilline. Vele anderen volgden, zoals het methicilline (sinds 1959), dat op twee jaar tijd leidde tot de vorming van een methicilline-resistente Staphylococcus aureus bacterie (MRSA). MRSA biedt weerstand aan meerdere antibiotica en ontwijkt antimicrobiële tussenproducten van de gastheer (zoals stikstofoxide - NO). Jaarlijks sterven twee miljoen personen; de economische kost aan verhoogde medische uitgaven en verhoogde mortaliteit zijn zeer hoog. Bij onoordeelkundige behandeling worden de resistente stammen selectief

bevoordeeld (d.w.z. geselecteerd t.o.v. de originele stammen). Het Darwiniaans principe van “Survival of the fittest“ speelt zijn rol voluit. Wereldwijd bestaan er nu 11 MRSA clones verdeeld over 5 groepen van verwante genotypes (clonale complexen). De bestrijding van resistente pathogenen blijkt enkel effectief te zijn door een combinatie van (geïntegreerde) strategieën aangepast aan ogenblik, plaats en intensiteit van infectie.

Een tweede voorbeeld is verstoorde soortvorming. Soorten ontstaan, evolueren en verdwijnen op aarde. Op dit ogenblik is de snelheid waarmee soorten uitsterven een grootte orde hoger dan de historische achtergrond. Het visje de driedoornige stekelbaars komt wereldwijd voor, inbegrepen op Vancouver Island (Canada). Daar ontwikkelden zich twee dubbelvormen uit de mariene vorm; in hetzelfde meer komt een bodem variant voor die leeft bij de rand van het meer en een open water vorm die het midden van het meer verkiest. Deze voorkeur weerspiegelt zich in lichaamsbouw, gedrag en voedsel. Tussen beide soorten bestaat een nagenoeg perfecte scheiding, hoewel ze kunnen kruisen met elkaar. In een van de meren (Enos Lake) werd de relatie verstoord door een verhoogd gehalte aan nutriënten (eutrofiëring). Met de jaren nam het aantal hybride nakomelingen tussen de open water en bodemvorm toe, tot uiteindelijk de open water vorm definitief

2 verdween. Opvolgonderzoek naar de voedingsgewoonten van de open water stekelbaars toonde aan dat hun bijdrage tot het ecosysteem dusdanig is dat ze de helderheid van het water bepalen en dus de stabiliteit van het lokale ecosysteem. Door zijn voedselvoorkeur gedraagt stekelbaars zich als een volwaardig “ecosysteem ingenieur”. Vergelijkbare fenomenen zijn bij andere organismen waargenomen; hun genetische diversiteit bepaalt het goed functioneren van ecosystemen

Een derde voorbeeld betreft het niet duurzaam oogsten van natuurlijke hulpbronnen. Overbevissing van de oceanen is algemeen. Verwacht wordt dat bij doorzetting van de huidige intensiteit de klassieke vissoorten zullen verdwenen zijn in het jaar 2046. Niet alleen de soortensamenstelling en de productiviteit van de ecosystemen verandert, ook de genetische samenstelling van de vispopulaties. De visserij treft populaties niet willekeurig; grote vissen worden makkelijker en sneller gevangen op de voedselgronden. Op de paaigronden daarentegen worden volwassen vissen sneller gevangen (een subtiel maar reëel verschil). Dat leidt tot twee verschillende en tegengestelde tendensen. Op de voedselgronden is er een tendens tot het aanrijken van de bestanden (populaties) met kleinere en jongere dieren; op de paaigronden is er een tendens tot uitstel van voortplanting. In vergelijking met de veeteelt waar selectie van grotere en sterkere dieren de boventoon voert, gebeurt in de visserij juist het omgekeerde: kleinere dieren worden uitgeselecteerd. Deze gevolgen roepen de vraag op of niet alleen een soortgericht visserijbeheer wenselijk is, maar ook een Darwiniaans visserijbeheer. Moet niet alleen aandacht besteed worden aan de geoogste biomassa, maar ook aan de samenstelling van die biomassa? De mogelijkheden zijn er om een aangepaste beheer te voeren (vistechnieken, het afbakenen van gesloten zones, het uitvaardigen van gesloten seizoenen en een algemene responsabilisering). Een te beperkt maatschappelijk draagvlak blijft een flessenhals.

Tenslotte zijn er heel wat sporen van selectie bij de mens. Gemakshalve en ten onrechte wordt vaak veronder-steld dat de mens genetisch statisch is en niet veranderd. Sinds het Paleolithicum heeft de mens een belangrijk traject afgelegd van jager-verzamelaar, herder, overlevingslandbouwer, commerciële landbouwer, en recent stadsbewoner. Dit heeft gevolgen voor zijn voeding, vatbaarheid voor infectieziekten en aanpassingen aan de omgeving. Lactose intolerantie is zo’n voorbeeld. West-Europeanen en sommige Afrikaanse herdersvolken zijn in staat melk te verteren na de zoogperiode. Dit zou een aanpassing zijn die dateert uit de herdersperiode omdat ze een duidelijk fitnessvoordeel oplevert: de garantie op een betrouwbaar voedingsproduct. Maar er is meer. De exponentiële toename van de wereldbevolking zorgt voor de grootste selectiedruk die de mens ooit kende. Grote populaties betekent een grote kans op mutaties en dus grote kans op nieuwe genetische varianten en dus nieuwe kenmerken. Op dit ogenblik is de selectiedruk op de West-Europese bevolking zo groot, dat het leidt tot o.a. geleidelijke wijzigingen in huidspigmentatie, vetmetabolisme en resistentie tegen ziekten (met als belangrijke speler het immuunsysteem). Tegelijk is ook een immateriële evolutie bezig. Door organisatie en taal is de mens in staat systematisch kennis over te dragen en zelf snel te evolueren. Cultuur in zijn brede betekenis (economie, recht, architectuur, taal en cultuur sensu strictu) wordt een belangrijk onder-deel van menselijke evolutie. Weinig andere soorten dan de mens bezitten die eigenschap.

Rest de vraag waarom evolutie voor de mens van tel is. Eerst en vooral is er het rechtstreeks economisch kostenplaatje door het niet rekening houden met Darwiniaanse evolutie. Denken we bijvoorbeeld aan resis-tentie tegen infectieziekten, zwak effectieve geneesmiddelen door genetische variatie tussen patiënten en het mislopen van natuurlijke opbrengsten. In tweede instantie is er de onrechtstreekse negatieve invloed van de mens op zijn leefomgeving, zoals daar zijn de ongewilde selectie van kleine vissen door de visvangst en het selecteren van exoten. Tenslotte is er het algemeen nut van een genetische diverse biosfeer. Een duurzaam beleid en beheer van de biosfeer, inbegrepen het genetische erfgoed, hoort tot de verantwoordelijkheden van de mens, waarbij volwaardig rekening wordt gehouden met natuurlijke goederen, functies en diensten.

Tenslotte drie examenvragen

1. In de dagelijkse menselijke context zijn er een groot aantal voorbeelden van de ongewilde invloed van selectie, meer dan we tijdens de les zagen. Zou je een ander voorbeeld dan in de les kunnen geven, bespreken en duiden?

2. Culturele en biologische evolutie hebben een aantal raakpunten. Bespreek dit op basis van de hoofdkrachten van biologische evolutie.

3. Waaruit zou Darwiniaanse geneeskunde kunnen bestaan? Bespreek en duid de voorbeelden die je aanhaalt?