Een duplicatie van het hele genoom, ongeveer 400 miljoen jaar geleden, kan verantwoordelijk zijn voor de evolutie van spinnenzijde-spinnende organen, volgens een nieuwe studie gepubliceerd in Science Advances. Dit suggereert dat een van de meest opmerkelijke biologische instrumenten van de natuur voortkwam uit een grootschalig genetisch ongeluk.
De toevallige oorsprong van spindoppen
Jarenlang hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe spinnen de complexe structuren ontwikkelden die spindoppen worden genoemd en die de ongelooflijk sterke en veelzijdige zijde produceren die ze gebruiken voor webben, jacht en voortplanting. De leidende theorie suggereerde dat deze organen voortkwamen uit modificaties van bestaande genen voor het vormen van ledematen. De onderliggende genetische mechanismen bleven echter onduidelijk.
Onderzoekers onder leiding van Shuqiang Li van de Anhui Normal University in China analyseerden de genomen van twee spinnensoorten en een zweepschorpioen, en vergeleken ze met andere spinachtige verwanten. Uit hun bevindingen bleek dat een oude voorouder van spinnen, schorpioenen en zweepschorpioenen een volledige duplicatie van zijn hele genoom ervoer. Dit betekende dat elk gen werd gekopieerd, waardoor een enorme toename van genetisch materiaal ontstond.
De rol van abdominale A-genen
Uit het onderzoek bleek dat een specifiek genenpaar, abdominal-A, van cruciaal belang is voor de ontwikkeling van spindoppen. Experimenten met spinembryo’s toonden aan dat het uitschakelen van dit gen ertoe leidde dat embryo’s helemaal geen spindoppen hadden.
“De gedupliceerde genen lijken na de duplicatie verschillende rollen te hebben ontwikkeld”, legde Li uit. “Door samen te werken creëren ze de gespecialiseerde spindoppen die we vandaag de dag zien.” Dit suggereert dat de initiële duplicatie niet zomaar een willekeurige gebeurtenis was, maar een belangrijke stap in het vormgeven van de evolutie van spinnen.
Waarom genoomduplicatie belangrijk is
Duplicatie van het hele genoom is gebruikelijk in de evolutie van planten, maar relatief zeldzaam bij dieren. Wanneer dit gebeurt, creëert dit mogelijkheden voor nieuwe geninteracties en grote evolutionaire veranderingen. Het is in verband gebracht met de diversificatie van gewervelde dieren met kaken en zou kunnen verklaren waarom spinnen in de eerste plaats zijdespinorganen ontwikkelden.
Prashant Sharma, een bioloog aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, merkt op dat hoewel het onderzoek ‘mooi’ is, het alternatieve verklaringen niet geheel uitsluit. Sommige geleedpotigen missen het abdominale-A -gen, maar hebben nog steeds afgeknotte lichamen, wat erop wijst dat het gen mogelijk meer regelt dan alleen de ontwikkeling van de spindop.
“De onderzoekers zijn misschien op een genetische route gestuit om in plaats daarvan een zeespinachtig of mijtachtig dier te maken”, zegt Sharma.
Ondanks deze onzekerheid benadrukt Li dat genoomduplicatie een terugkerende drijvende kracht is achter de diversiteit van dieren. Deze toevallige genetische gebeurtenis kan de katalysator zijn geweest voor een van de meest fascinerende aanpassingen van de natuur.
De studie benadrukt hoe grote evolutionaire verschuivingen kunnen voortkomen uit onverwachte genetische fouten, waardoor ongelukken kunnen veranderen in aanpassingen gedurende miljoenen jaren. De oorsprong van spinnenzijde is een levendig voorbeeld van hoe willekeur en kansen samenkomen in de geschiedenis van het leven op aarde.
