Van aardvarken tot zeboe, met daartussen ergens de mens. Een vergelijkende DNA-analyse bij 240 soorten geeft een uniek beeld van de genetische diversiteit maar ook stabiliteit onder zoogdieren. ‘Evolutionair stabiele stukken DNA maken ons tot zoogdieren.’
Met meer dan zesduizend soorten zijn ze, de zoogdieren. Ze komen voor in de oceanen, als orka’s, dolfijnen en walvissen, in de lucht als vleermuizen- en vleerhonden, maar bovenal natuurlijk op het land. Voor verschillende zoogdiersoorten werd het volledige DNA, het zogeheten genoom, al in kaart gebracht. Dat gebeurde niet in de laatste plaats voor de mens. Het is dit jaar trouwens twintig jaar geleden dat het Humane Genome Project werd voltooid.
Het vakblad Science pakt deze week uit met de resultaten van een onderzoeksproject van een vergelijkbaar brede reikwijdte. In het Zoonomia Project staat niet de mens maar de hele zoogdierenwereld centraal.
Het project behelst niet alle zesduizend zoogdierensoorten. Genetici brachten 240 soorten in kaart, een schamele 4 procent van het totaal. Toch is daarmee vier vijfde van de genetische diversiteit van de zoogdierenwereld enigszins afgedekt, want de geanalyseerde soorten vertegenwoordigen samen meer dan 80 procent van alle zoogdierfamilies.
In het project werd een gigantische vergelijkende analyse uitgevoerd van deze 240 zoogdierengenomen. De uitkomst is navenant: niet minder dan elf onderzoeksartikelen waren nodig om de resultaten in Science gepubliceerd te krijgen. Ze zijn de vrucht van een internationale samenwerking van ruim honderd onderzoekers van tientallen instituten. Het project wordt geleid door het Amerikaanse Broad Institute (Harvard University en MIT) en de Zweedse Uppsala Universiteit.
Miljoenen jaren ongewijzigd
De resultaten hebben betrekking op zowel het volledige zoogdierenrijk als specifieke groepen van zoogdieren en zelfs soorten. Door speciaal ontwikkelde vergelijkingssoftware op de 240 genomen los te laten konden de onderzoekers gebieden in het DNA identificeren die tijdens miljoenen jaren van evolutie niet of nauwelijks zijn gewijzigd of ‘gemuteerd’.
‘DNA-moleculen hebben de gewoonte om te muteren, en dat gaat heel willekeurig’, zei Elinor Karlsson, genetisch onderzoeker aan het Broad Institute tijdens een persbriefing voorafgaand aan de publicatie. ‘Stukken DNA die tijdens de evolutie van zoogdieren gelijk zijn gebleven, zijn daaraan ontsnapt. Dat wijst erop dat ze een belangrijke functie bezitten.’
Een van de belangrijkste vaststellingen uit de vergelijkende analyse is dat er meer van zulke stabiele en dus belangrijke DNA-gebieden zijn dan gedacht. Toegespitst op het menselijke genoom gaat het om minstens 10 procent van ons DNA. Eerder schatten onderzoekers dat aandeel maar op enkele procenten.
‘De stabiele DNA-gebieden die nu aan het licht zijn gekomen zijn vooral functioneel in de zin dat ze niet zelf voor eiwitten coderen, maar dat ze andere eiwitcoderende genen reguleren’, zegt Kerstin Lindblah-Toh, genetica aan de Uppsala Universiteit.
De identificatie van zulke nieuwe regulerende stukken DNA kan belangrijk zijn voor het onderzoek naar een genetische component. Lindblah-Toh geeft het voorbeeld van astma. De onderzoekers vonden daarvoor een relevante mutatie in DNA dat vlak bij een gen ligt dat codeert voor een eiwit betrokken in het immuunsysteem. ‘Dankzij dit soort resultaten kunnen we nu verder op deze stukken DNA inzoomen en ziekmakende mutaties identificeren.’
‘De anatomische kenmerken die we met andere zoogdieren delen komen allemaal voort uit evolutionair stabiele DNA-gebieden’
Maar het Zoonomia Project draait dus zeker niet om de mens alleen. Deze mutatieloze of -arme gebieden zijn wat ons tot zoogdieren maakt. ‘Mensen en andere zoogdieren delen anatomische kenmerken: een hart dat uit vier kamers bestaat, longen, huid en haar, een skelet en melkklieren’, zegt Patrick Sullivan, geneticus aan het Zweedse Karolinska Instituut. ‘Die komen allemaal voort uit deze evolutionair stabiele DNA-gebieden.’
Evolutionaire snelwegen
Toch zijn zoogdieren natuurlijk ook het product van evolutie, en dus van mutaties. De vorsers konden ook DNA-gebieden identificeren die juist veel mutaties hadden ondergaan. Het zijn evolutionaire snelwegen die diersoorten in staat stellen zich te specialiseren.
‘De aandrijver is de veranderende leefomgeving’, zegt Karlsson. ‘Het is dankzij deze snel muterende gebieden dat unieke eigenschappen zijn kunnen ontstaan. Denk aan de grote herseninhoud bij primaten, de sterk ontwikkelde reukzin bij honden en de winterslaap bij beren.’
Onder meer hierdoor hebben zoogdieren zich kunnen aanpassen aan sterk uiteenlopende omgevingen en ecosystemen. En dat tijdens de afgelopen honderd miljoen jaar, want uit het Zoonomia Project blijkt dat de rijke zoogdierendiversiteit ver teruggaat in de tijd. De kiem werd al gelegd lang voor de dinosauriërs 66 miljoen jaar geleden het loodje legden, toen zoogdieren nog niet groter waren dan een muis. Overigens gaf het uitsterven van de dino’s de zoogdierenevolutie een flinke boost.
De kiem voor de huidige diversiteit aan zoogdieren werd al lang voor het uitsterven van de dino’s gelegd
Vandaag wordt de biodiversiteit, ook die van de zoogdierenwereld, bedreigd. De achteruitgang van populaire, zichtbare en vaak ook aaibare soorten zoals olifanten en orka’s wordt nauwlettend bijgehouden. Maar voor veel andere, vaak kleinere diersoorten is dat een stuk moeilijker.
Ook hier schiet het Zoonomia Project te hulp. Op basis van de genoomanalyse bij slechts één individu van een welbepaalde diersoort kan al worden ingeschat hoe het met de soort gesteld is. Dat komt doordat bedreigde diersoorten die hun populaties zien afnemen vaker bijvoorbeeld aan inteelt doen. Dat laat sporen na in het DNA.
Het kan alleen maar helpen om ook de status van diersoorten waarvoor maar weinig gegevens over wilde populaties bestaan goed in kaart te brengen en ze desnoods beter te beschermen.
