Experimentele evolutie

Experimentele evolutie is het gebruik van laboratoriumexperimenten of gecontroleerde veldproeven om de evolutionaire dynamiek te onderzoeken.^[1] Evolutie kan in het laboratorium worden waargenomen als individuen/populaties zich aanpassen aan nieuwe omgevingsomstandigheden door natuurlijke selectie.

Er zijn twee verschillende manieren waarop aanpassing kan ontstaan in de experimentele evolutie. Eén daarvan is dat een individueel organisme een nieuwe gunstige mutatie verkrijgt..^[2] De andere is een allel frequentieverandering in de genetische variatie die al aanwezig is in een populatie van organismen.^[2] Andere evolutionaire krachten buiten mutatie en natuurlijke selectie kunnen ook een rol spelen of worden opgenomen in experimentele evolutiestudies, zoals genetische drift en gene flow.^[3]

Welk organisme wordt gebruikt, wordt bepaald door de onderzoeker, op basis van de te testen hypothese. Er zijn veel generaties nodig om adaptieve mutatie te laten plaatsvinden, waarom experimentele evolutie via mutatie wordt uitgevoerd in virussen of eencelligen met snelle generatietijden, zoals bacteriën en aseksuele klonale gist.^[1][4][5] Polymorfe populaties van aseksuele of seksuele gist,^[2] en meercellige eukaryoten zoals Drosophila kunnen zich aanpassen aan nieuwe omgevingen door allelfrequentieverandering in bestaande genetische variatie.^[3] Organismen met langere generatietijden kunnen, hoewel kostbaar, worden gebruikt in experimentele evolutie. Laboratoriumstudies met vossen^[6] en met knaagdieren (zie hieronder) hebben aangetoond dat opmerkelijke aanpassingen kunnen plaatsvinden binnen slechts 10-20 generaties, ook experimenten met wilde guppies hebben aanpassingen waargenomen binnen vergelijkbare aantallen generaties.^[7]

Meer recentelijk worden experimenteel ontwikkelde individuen of populaties vaak geanalyseerd door het hele genoom te sequencen,^[8][9] een benadering die bekend staat als beoordeel de verandering en sequence opnieuw (E&R-Evolve and Resequence).^[10] E&R kan mutaties identificeren die leiden tot aanpassing bij klonale individuen of allelen identificeren die in frequentie veranderden in polymorfe populaties, door de sequenties van individuen/populaties voor en na aanpassing te vergelijken.^[2] De sequentiegegevens maken het mogelijk om de plaats in een DNA-sequentie te lokaliseren waar een mutatie/allelfrequentieverandering heeft plaatsgevonden, die de aanpassing tot stand heeft gebracht.^[10][9][2] De aard van de aanpassing en functionele vervolgstudies kunnen inzicht geven in welk effect de mutatie/allel heeft op fenotype.

1. ↑ ^{a b} Experimental Evolution. Nature.
2. ↑ ^{a b c d e} Long A, Liti G, Luptak A, Tenaillon O (October 2015). Elucidating the molecular architecture of adaptation via evolve and resequence experiments. Nature Reviews. Genetics 16 (10): 567–582. PMID 26347030. PMC 4733663. DOI: 10.1038/nrg3937.
3. ↑ ^{a b} Kawecki TJ, Lenski RE, Ebert D, Hollis B, Olivieri I, Whitlock MC (oktober 2012). Experimentele evolutie. Trends in ecologie en evolutie 27: 547–560. PMID 22819306. DOI: 10.1016/j.tree.2012.06.001.
4. ↑ Buckling A, Craig Maclean R, Brockhurst MA, Colegrave N (February 2009). The Beagle in a bottle. Nature 457 (7231): 824–829. PMID 19212400. DOI: 10.1038/nature07892.
5. ↑ Elena SF, Lenski RE (June 2003). Evolution experiments with microorganisms: the dynamics and genetic bases of adaptation. Nature Reviews. Genetics 4 (6): 457–469. PMID 12776215. DOI: 10.1038/nrg1088.
6. ↑ Trut LN (March 1999). Early Canid Domestication: The Farm-Fox Experiment: Foxes bred for tamability in a 40-year experiment exhibit remarkable transformations that suggest an interplay between behavioral genetics and development.. American Scientist 87 (2): 160–169. DOI: 10.1511/1999.2.160.
7. ↑ Reznick DN, Shaw FH, Rodd FH, Shaw RG (March 1997). Evaluation of the Rate of Evolution in Natural Populations of Guppies (Poecilia reticulata). Science 275 (5308): 1934–1937. PMID 9072971. DOI: 10.1126/science.275.5308.1934.
8. ↑ Barrick JE, Lenski RE (December 2013). Genome dynamics during experimental evolution. Nature Reviews. Genetics 14 (12): 827–839. PMID 24166031. PMC 4239992. DOI: 10.1038/nrg3564.
9. ↑ ^{a b} Jha AR, Miles CM, Lippert NR, Brown CD, White KP, Kreitman M (October 2015). Whole-Genome Resequencing of Experimental Populations Reveals Polygenic Basis of Egg-Size Variation in Drosophila melanogaster. Molecular Biology and Evolution 32 (10): 2616–2632. PMID 26044351. PMC 4576704. DOI: 10.1093/molbev/msv136.
10. ↑ ^{a b} Turner TL, Stewart AD, Fields AT, Rice WR, Tarone AM (March 2011). Population-based resequencing of experimentally evolved populations reveals the genetic basis of body size variation in Drosophila melanogaster. PLOS Genetics 7 (3): e1001336. PMID 21437274. PMC 3060078. DOI: 10.1371/journal.pgen.1001336.