Evolutie als tupperwareparty

Meelkevers zijn niet erg veeleisend als proefdier. Ze hebben zelfs geen water nodig.

Of hij er wel eens aan gedacht heeft om er een cake van te bakken? ‘Eh ja, dat is inderdaad wel eens in me opgekomen’, lacht Maurijn van der Zee terwijl hij een doosje meelkorrels inclusief krioelende meelwormen in een blikken zeef leegt. De zeef heeft iets weg van een taartvorm en wekt de indruk dat met een beetje boter en suiker het geheel zo de oven in kan. ‘Het schijnt heel lekker te zijn, maar niemand hier heeft het ooit geprobeerd’, voegt Van der Zee eraan toe.

meelkevers
Meelkevers in tupperware-bakjes.

De meelwormen – eigenlijk geen wormen maar larven van de meelkeversoort Tribolium castaneum – maken onderdeel uit van een reeks experimenten in het evolutielaboratorium van de Universiteit Leiden. Van der Zee werkt er als onderzoeker met enkele promovendi onder zijn hoede. Ze bestuderen de kleine meelkevers om grote vragen over evolutie te beantwoorden. Zoals: hoe ontstaan nieuwe soorten? En zijn belangrijke stappen in evolutie na te bootsen in het lab?

De klimaatkamer waar Van der Zee zojuist de larven heeft gezeefd, wordt heel precies op een aangename 25 graden Celsius gehouden. De meeste kevers zijn speciaal voor het laboratorium gekweekt, vertelt Van der Zee, maar sommigen komen rechtstreeks uit Nederlandse bakkerijen. ‘Anoniem gedoneerd, zeg maar.’

Voor een laboratorium waar complexe biologische vraagstukken worden opgelost, ziet de insectenruimte er verrassend eenvoudig uit. Plastic voorraaddoosjes met daarin meelkorrels en -kevers staan op de planken van een metalen stelling uitgestald. In de deksels zitten geïmproviseerde gaatjes voor zuurstof. ‘Meelkevers zijn gemakkelijk te houden’, zegt Van der Zee. ‘Ze overleven supergoed in een kurkdroge omgeving. Water hebben ze niet nodig, ze recyclen alles. Behalve een beetje extra eiwit, hebben ze alleen maar meel nodig. Dat kopen we gewoon in de supermarkt.’

Geknutsel

Belangrijker is dat de meelkevers zich uitstekend lenen voor genetisch geknutsel. Van der Zee kan in de insecten elk gen uitschakelen terwijl de larven zich verpoppen tot volwassen kevers. Chris Jacobs – een promovendus die aan de meelkevers werkt – laat beelden van de techniek zien. Twintig poppen, met vleugeltjes nog naar binnen gevouwen, liggen op een rijtje. Met een dunne naald wordt een stukje rna geïnjecteerd dat het juiste gen uitschakelt. De poppen zwellen op en worden rood. ‘Dat is een kleurstof’, zegt Jacobs. ‘Zo zien we of de injectie slaagt.’ Wanneer de kevers ontpoppen en daarna zelf honderden eitjes leggen, krijgen deze nieuwe larven massaal de gewenste verandering mee.

Met deze techniek boekte de onderzoeksgroep eerder dit jaar een succes. Door de beestjes genetisch te manipuleren en de ontwikkeling van kevereitjes in droge en vochtige omgevingen te volgen, ontdekten ze welke genetische eigenschap het waarschijnlijk mogelijk maakte dat insecten zo’n 400 miljoen jaar geleden voor het eerst aan land kropen.

‘Als je water gewend bent, zit je op land met een enorm probleem’, vervolgt Jacobs. ‘Je moet voorkomen dat je uitdroogt.’ Dat uitdrogingsgevaar begint al meteen bij de eitjes, legt Jacobs uit, terwijl hij naar een afbeelding wijst met daarop insecten en hun naaste familie, zoals spinnen, krabben en kreeften. Boven elke groep staat een schematische tekening van het soort eitjes dat ze leggen. Verwanten die nog in zee leven, maken slechts een dun, zacht beschermlaagje rondom het ei aan dat alleen in extreem vochtige omstandigheden kan overleven. Maar de eieren van landinsecten zoals meelkevers bevatten een extra laag die tegen uitdroging beschermt: de serosa genoemd.

De serosa is in feite een cellaag rondom het embryo die zichzelf de opdracht geeft om een pantser te vormen. De cellen scheiden chitine uit. Dat is het materiaal waarmee insecten en andere geleedpotigen zoals kreeften hun ‘huid’ aanmaken. Kreeftenstaarten, krabbenpootjes en keverschilden: allemaal is het chitine.

Van der Zee ontdekte enkele jaren terug een gen dat bij de meelkever de serosa in- en uitschakelt: Tc-zen1. Om te testen of slechts dit ene stukje dna het verschil kan betekenen tussen leven en dood voor insecteneieren aan land, besloten hij en Jacobs de eieren in verschillende luchtvochtigheden te testen, met en zonder serosa. De keverembryo’s blijken zonder beschermlaag prima te kunnen uitgroeien tot larven, maar alleen wanneer de lucht veel vocht bevat. Is de lucht kurkdroog, dan komt slechts één op de twintig eitjes uit.

ALLES OP DE GOEDE PLEK
Mensen groeien uit van een klompje cellen tot een dier met ogen, armen en benen op de juiste plek. Dat hebben we te danken aan een speciale dna-groep: de Hox-genen. Toen begin jaren negentig werd ontdekt dat menselijke Hox-genen ook prima werken in fruitvliegjes, explodeerde het vakgebied ‘evolutionary developmental biology’: evo-devo. Achterhalen waarom lichaamsdelen zitten waar ze zitten helpt wetenschappers begrijpen hoe onze verre voorouders eruitzagen.

Nieuw vakgebied

Door veranderingen in een gen als Tc-zen1 konden insecten langzaamaan steeds drogere omstandigheden overwinnen, concluderen Jacobs en Van der Zee. De biologen publiceerden die ontdekking in het vaktijdschrift Proceedings of the Royal Society B.

‘Genen in en uitschakelen en kijken hoe daardoor lichaamsbouw verandert, dat doen biologen al jaren’, licht Van der Zee toe. ‘Maar testen wat die verandering voor het beestje in het wild zou betekenen, dat doen nog niet zo veel wetenschappers. Het is een ecologische check.’ De bioloog spreekt van een nieuw vakgebied: eco-evo-devo. ‘De toevoeging eco is wat het dus nieuw maakt.’

Jacobs promoveert binnenkort op de meelkevers, maar is nog niet op de beestjes uitgekeken. Hij wil evolutie in actie zien. ‘De serosa is heel kostbaar om te maken’, vertelt de bioloog. ‘Daarom duurt het lang voordat de eitjes uitkomen.’ Jacobs wil zien of de meelkevers hun serosa opgeven, wanneer hij ze weinig broedtijd gunt en de omgeving vochtig houdt. Dat overkwam eerder een voorouder van de fruitvlieg: die had een serosa, maar na zijn verhuizing in vochtig en kort rottend fruit is hij die weer verloren. ‘Verandert dan hetzelfde gen dat wij onderzochten? Dat meemaken zou de heilige graal zijn.’

Intussen is Van der Zee met een potje op jacht geweest door het Leidse universiteitsgebouw. Het doel: zilvervisjes vangen. Want ook die hebben een serosa waaraan te knutselen valt, zegt hij terwijl hij met een nieuwsgierige blik naar het plastic doosje kijkt.

Dit artikel verscheen in de Volkskrant op 12 oktober 2013. In de oorspronkelijke versie stond een fout: Van der Zee is geen postdoc-onderzoeker, maar universitair docent. Daar is nu ‘onderzoeker’ van gemaakt.

de Volkskrant

 

 

 

Ronald Veldhuizen

freelance wetenschapsjournalist | boek: Eet Mij | onderwerpen: eetgedrag, evolutie, psychologie, mariene biologie | fotograaf | amateurfilosoof

Leave a comment

name*

email* (not published)

website