Selectie: DNA, mutatie, recombinatie en variatie

Leg uit waarom een populatie met veel genetische variatie zich beter kan aanpassen aan een verandering in de omgeving dan een populatie met weinig variatie. Gebruik in je antwoord de begrippen fenotypische variatie en natuurlijke selectie.

1. 01Stap 1 — Variatie is er eerst

   In een populatie met veel genetische variatie verschillen de individuen sterk in hun fenotype. Door die fenotypische variatie zijn er allerlei varianten aanwezig nog vóórdat de omgeving verandert. Belangrijk: deze variatie ontstaat door mutatie en recombinatie, niet doordat de omgeving erom vraagt.

2. 02Stap 2 — De omgeving verandert en oefent selectiedruk uit

   Verandert de omgeving — bijvoorbeeld door een nieuwe ziekteverwekker of een ander klimaat — dan ontstaat er een nieuwe selectiedruk. Niet elk fenotype is daar even goed tegen bestand; sommige varianten overleven en planten zich beter voort dan andere.

3. 03Stap 3 — Natuurlijke selectie kan kiezen

   Bij veel variatie is de kans groot dat er toevallig al individuen zijn met een variant die in de nieuwe situatie goed past. De natuurlijke selectie 'kiest' die varianten: ze overleven en geven hun allelen door. Bij weinig variatie is die passende variant er misschien niet, en dan kan de selectie niets kiezen.

Resultaat: Resultaat: een populatie met veel genetische variatie bevat eerder een al aanwezige variant die bij de nieuwe omgeving past, zodat de natuurlijke selectie haar kan bevoordelen en de populatie zich aanpast. Bij weinig variatie ontbreekt zo'n variant vaak en loopt de populatie het risico zich niet snel genoeg te kunnen aanpassen.

In een gen verandert door een mutatie één base. Beschrijf twee mogelijke gevolgen voor het eiwit waarvoor dit gen codeert: een geval waarin het eiwit niet verandert en een geval waarin het eiwit wél verandert. Leg bij elk geval uit hoe dat komt.

1. 01Stap 1 — Hoe een base het eiwit bepaalt

   De basenvolgorde van een gen wordt in groepjes van drie (codons) afgelezen, en elk codon codeert voor één aminozuur. De volgorde van de aminozuren bepaalt welk eiwit ontstaat. Een verandering van één base zit dus in één codon.

2. 02Stap 2 — Geval 1: het eiwit verandert niet (neutraal)

   De genetische code is degenereert: voor de meeste aminozuren bestaan meerdere codons. Codeert het veranderde codon toevallig voor hetzelfde aminozuur als daarvoor, dan blijft de aminozuurvolgorde — en dus het eiwit — precies gelijk. De mutatie is dan neutraal en heeft geen gevolg voor het fenotype.

3. 03Stap 3 — Geval 2: het eiwit verandert wél

   Codeert het veranderde codon voor een ánder aminozuur, dan komt er op die plek een ander aminozuur in het eiwit. Daardoor kan de vorm en de werking van het eiwit veranderen. Dit kan nadelig zijn (het eiwit werkt slechter, zoals het vervormde hemoglobine bij sikkelcelanemie) en heel soms voordelig.

Resultaat: Resultaat: dezelfde soort verandering — één base — kan twee heel verschillende uitkomsten geven. Door de degeneratie van de code blijft het eiwit soms onveranderd (neutrale mutatie); valt het nieuwe codon op een ander aminozuur, dan verandert het eiwit wél, met mogelijk een nadelig of zelden een voordelig gevolg voor het fenotype.

Leg uit waarom twee broers (geen eeneiige tweeling) met dezelfde ouders toch genetisch van elkaar verschillen. Noem in je uitleg ten minste twee processen die hieraan bijdragen.

1. 01Stap 1 — Elke geslachtscel is al uniek

   Bij de vorming van de geslachtscellen in elke ouder zorgen crossing-over en de onafhankelijke verdeling van de chromosomen ervoor dat vrijwel elke zaadcel en elke eicel een eigen, unieke combinatie van allelen draagt.

2. 02Stap 2 — De bevruchting is willekeurig

   Welke zaadcel welke eicel bevrucht, is toeval (willekeurige bevruchting). Elke bevruchting combineert dus twee willekeurig gekozen, unieke geslachtscellen tot een nieuwe, unieke combinatie van allelen.

3. 03Stap 3 — Twee broers, twee aparte bevruchtingen

   De ene broer ontstaat uit een andere combinatie van zaadcel en eicel dan de andere broer, want het zijn twee losse bevruchtingen. Daardoor krijgen ze verschillende combinaties van allelen. Alleen een eeneiige tweeling, die uit één bevruchte eicel voortkomt, is wél genetisch identiek.

Resultaat: Resultaat: doordat crossing-over en de onafhankelijke verdeling unieke geslachtscellen maken én de bevruchting willekeurig is, levert elke afzonderlijke bevruchting een andere combinatie van allelen op. Twee broers komen uit twee verschillende bevruchtingen en verschillen daarom genetisch — dit is recombinatie, niet het ontstaan van nieuwe allelen.

In een gebied wordt jarenlang hetzelfde bestrijdingsmiddel tegen insecten gebruikt. Na verloop van tijd werkt het middel veel minder goed. Beredeneer met de begrippen variatie, selectiedruk en fitness hoe in de insectenpopulatie resistentie tegen het middel is ontstaan.

1. 01Stap 1 — Er is al variatie aanwezig

   Nog vóór het middel wordt gebruikt, bestaat er in de insectenpopulatie genetische variatie. Door een eerdere mutatie dragen enkele individuen toevallig een allel dat hen minder gevoelig of zelfs resistent maakt voor het gif. Deze variatie is er dus al; het middel maakt haar niet.

2. 02Stap 2 — Het middel is de selectiedruk

   Het bestrijdingsmiddel werkt als een sterke selectiedruk: de gevoelige insecten gaan dood, terwijl de toevallig resistente insecten de bespuiting overleven.

3. 03Stap 3 — Verschil in fitness

   De overlevende, resistente insecten planten zich voort en laten nakomelingen na; hun fitness is veel hoger dan die van de gevoelige insecten, die weinig of geen nakomelingen krijgen. De resistente ouders geven het resistentie-allel door.

4. 04Stap 4 — Verschuiving over de generaties

   Generatie na generatie neemt het aandeel resistente insecten toe, omdat steeds de resistente individuen de meeste nakomelingen leveren. De frequentie van het resistentie-allel stijgt, tot een groot deel van de populatie resistent is — en dan werkt het middel nog maar nauwelijks.

Resultaat: Resultaat: de resistentie is niet door het middel gemaakt, maar was als variatie (uit mutatie) al aanwezig. Het middel vormde de selectiedruk die de resistente individuen — met hun hogere fitness — bevoordeelde, zodat de populatie over de generaties naar resistentie verschoof. Dit is natuurlijke selectie ten voeten uit: variatie eerst, daarna de selectie.