Evolutie is zo (on)voorspelbaar als het weer

Mutaties – wijzigingen in het DNA van genen – kunnen geheel toevallig optreden. Maar ze kunnen ook het gevolg zijn van factoren zoals straling of andere invloeden van buitenaf. Omdat de impact van omgevingsomstandigheden op DNA nog niet goed begrepen is, is voorspellen wanneer en waar een mutatie opduikt, een loterij.

Dat klopt niet helemaal, menen Nederlandse en Franse biologen. Ze slaagden erin voor twee genen van de E. coli-bacterie – een populair modelorganisme in de celbiologie – te zeggen welke combinatie van mutaties een grotere, dan wel kleinere kans hadden om op te duiken. De biologen vergelijken dit met het weer. Ook dat is niet voorspelbaar met honderd procent nauwkeurigheid. Toch kunnen weermannen en –vrouwen redelijk inschatten hoe groot de kans is dat het straks gaat regenen.

De biologen ontwikkelden een model dat het samenspel simuleert van twee genen die verbonden zijn met eiwitten die de E. coli-bacterie in staat stellen suiker te detecteren. Dat is niet alleen belangrijk voor de stofwisseling van de bacterie, maar ook om zich te kunnen wapenen tegen toxische stoffen zoals antibiotica.

Pas wanneer het eerste eiwit suiker detecteert, wordt ook het tweede gen in werking gesteld – waarna nog een hele rist genen en eiwitten volgen. Het model toonde aan dat sommige mutaties in de eiwitestafette waarschijnlijker zijn dan andere. Zo hebben mutaties in genen aan het einde van de estafette alleen een kans om voordelig te zijn (en dus te blijven bestaan) als de genen vóóraan eerst muteren. De biologen hebben dus een specifieke volgorde ontdekt van mutaties die E. coli vooruit kunnen helpen, terwijl bij andere mutatievolgordes de evolutie stagneert.