Soortvorming: populatie, variatie, selectie en het ontstaan van soorten

In een afgelegen populatie blijven de allelfrequenties voor een bepaald gen al vele generaties vrijwel constant. Leg met het Hardy-Weinberg-idee uit wat dit zegt over het optreden van evolutie voor dat gen, en noem twee voorwaarden waaraan zo'n populatie dan ongeveer voldoet.

1. 01Stap 1 — Wat constante frequenties betekenen

   Evolutie is per definitie een verandering van allelfrequenties over de generaties. Blijven die frequenties voor dit gen constant, dan vindt er voor dat gen dus geen (merkbare) evolutie plaats: de genenpool blijft voor dat gen gelijk.

2. 02Stap 2 — Het Hardy-Weinberg-idee toepassen

   Volgens het Hardy-Weinberg-idee blijven de allelfrequenties alleen constant als er geen verstorende (evolutionaire) factoren werken. De constante frequenties wijzen er dus op dat selectie, mutatie, migratie en toeval voor dit gen nauwelijks een rol spelen.

3. 03Stap 3 — Twee voorwaarden noemen

   Bij zo'n evenwicht hoort onder meer: de populatie is groot genoeg zodat toeval (genetische drift) verwaarloosbaar is, en er is geen of nauwelijks uitwisseling van individuen met andere populaties (geen migratie). Daarnaast werken er geen noemenswaardige selectiedruk en geen nieuwe mutaties op dit gen.

Resultaat: Resultaat: de constante allelfrequenties betekenen dat er voor dit gen geen evolutie optreedt. Volgens het Hardy-Weinberg-idee voldoet de populatie dan ongeveer aan de voorwaarden van het evenwicht, zoals een grote populatie (weinig drift) en weinig migratie, zonder noemenswaardige selectie of mutatie.

Door een bosbrand overleeft van een grote keverpopulatie nog maar een klein groepje, dat toevallig een afwijkende verhouding van de kleurallelen heeft. Leg uit welke evolutiefactor hier vooral werkt en waarom het effect in dit kleine groepje zo groot is.

1. 01Stap 1 — Is de overleving gericht of toeval?

   De kevers overleven de brand niet door een kleur die hen beter beschermt, maar puur door waar ze zich toevallig bevonden. De overlevenden zijn dus een willekeurige steekproef uit de oorspronkelijke genenpool — er is geen selectie op kleur, maar toeval.

2. 02Stap 2 — Welke factor is dit?

   Een toevallige verandering van de allelfrequenties die niets met fitness te maken heeft, is genetische drift. Doordat een ramp toevallig een groot deel van de populatie doodt, is dit specifiek het flessenhals-effect.

3. 03Stap 3 — Waarom het effect zo groot is

   In het overgebleven groepje zitten maar weinig individuen. In zo'n kleine populatie middelt het toeval niet uit: de toevallige verhouding van de overlevenden bepaalt nu vrijwel volledig de nieuwe genenpool, zodat de allelfrequenties sterk kunnen afwijken van die van de oorspronkelijke, grote populatie.

Resultaat: Resultaat: hier werkt vooral genetische drift, in de vorm van een flessenhals-effect. Omdat de overlevende populatie zo klein is, hebben de toevallige allelfrequenties van de overlevenden een groot effect en kan de genenpool sterk veranderen, los van enige aanpassing.

Twee populaties van een vogelsoort raken door een nieuwe brede rivier van elkaar gescheiden. Na heel veel generaties blijken ze, weer bij elkaar gebracht, zich niet meer met elkaar voort te planten. Beschrijf met de begrippen isolatie, divergentie en reproductieve isolatie hoe hier een nieuwe soort is ontstaan.

1. 01Stap 1 — De scheiding verbreekt de genstroom

   De brede rivier vormt een barrière die de vogels niet kunnen oversteken. Daardoor raken de twee populaties van elkaar geïsoleerd en stopt de uitwisseling van allelen (de genstroom). Vanaf nu heeft elke populatie haar eigen, gescheiden genenpool.

2. 02Stap 2 — De genenpools groeien uit elkaar (divergentie)

   Aan weerszijden van de rivier kunnen verschillende mutaties optreden en kan de selectie verschillend werken, terwijl ook toeval (drift) meespeelt. Over heel veel generaties veranderen de twee genenpools elk in hun eigen richting: ze divergeren steeds verder.

3. 03Stap 3 — Blijvende reproductieve isolatie

   Doordat de verschillen zo groot zijn geworden, lukt de onderlinge voortplanting niet meer wanneer de populaties weer bij elkaar komen. Er is dan een blijvende reproductieve isolatie ontstaan: het zijn twee aparte soorten geworden.

Resultaat: Resultaat: de rivier zorgde voor isolatie (geen genstroom), waarna de gescheiden genenpools door selectie en drift divergeerden. Toen het verschil groot genoeg was, ontstond een blijvende reproductieve isolatie, zodat de twee populaties nu verschillende soorten zijn — soortvorming.

Op een jonge, nog weinig bevolkte eilandengroep stammen vijf vogelsoorten met sterk verschillende snavels alle af van één vooroudersoort die er ooit aankwam. Leg uit hoe hier adaptieve radiatie heeft plaatsgevonden en welke rol natuurlijke selectie daarbij speelde.

1. 01Stap 1 — Veel lege niches

   De eilandengroep was jong en nog weinig bevolkt, zodat er allerlei manieren van leven (niches) nog onbezet waren: er waren zaden, insecten, cactussen en vruchten te eten, maar nog geen vogels die zich daarop hadden gespecialiseerd.

2. 02Stap 2 — Isolatie en specialisatie

   Vanuit de vooroudersoort raakten groepen vogels (onder meer op aparte eilanden) van elkaar geïsoleerd. In elke groep werkte de natuurlijke selectie op de aanwezige variatie in snavelvorm: waar vooral harde zaden te eten waren, hadden vogels met een zware snavel de hoogste fitness; waar insecten de voedselbron waren, juist die met een fijne snavel.

3. 03Stap 3 — Vele soorten met een eigen niche

   Doordat in elke groep een andere snavelvorm werd bevoordeeld, divergeerden de genenpools en ontstond uiteindelijk reproductieve isolatie. Zo waaierde één voorouder in korte tijd uit in vijf soorten, elk aangepast aan een eigen voedselbron — dat is adaptieve radiatie.

Resultaat: Resultaat: doordat één vooroudersoort een gebied met veel lege niches bereikte, raakten groepen geïsoleerd en bevoordeelde de natuurlijke selectie in elke groep een andere snavelvorm. Die divergentie leidde tot vijf afzonderlijke, elk gespecialiseerde soorten — een adaptieve radiatie, gedreven door selectie op de beschikbare niches.

De voorpoot van een hond, de vleugel van een vleermuis en de arm van een mens hebben verschillende functies maar zijn volgens hetzelfde botpatroon opgebouwd. Leg uit of dit homologe of analoge organen zijn en wat het als bewijs voor evolutie aantoont.

1. 01Stap 1 — Bouw of functie vergelijken?

   Beslissend voor homoloog of analoog is de bouw én de afkomst, niet de functie. De drie organen hebben verschillende functies (lopen, vliegen, grijpen), maar zijn volgens hetzelfde grondplan van botten opgebouwd.

2. 02Stap 2 — Homoloog

   Organen met hetzelfde grondplan maar een verschillende functie zijn homologe organen. Dat geldt hier: ondanks de uiteenlopende functies komt het onderliggende botpatroon overeen.

3. 03Stap 3 — Wat het aantoont

   Dat verschillende soorten hetzelfde bouwplan delen, is goed te verklaren als zij dat plan van een gemeenschappelijke voorouder hebben geërfd. Homologe organen wijzen dus op gemeenschappelijke afstamming en zijn daarmee een bewijs voor evolutie.

Resultaat: Resultaat: het zijn homologe organen — zelfde grondplan, andere functie. Ze tonen aan dat hond, vleermuis en mens een gemeenschappelijke voorouder hebben van wie ze het bouwplan van de voorste ledematen hebben geërfd, en ondersteunen zo de evolutietheorie.