Abstract
Heb je ooit gehoord van ligers en tigons-mixen tussen leeuwen en tijgers? Wolfshonden, een kruising tussen wolven en honden? Of misschien een grolar, een mix tussen grizzly en ijsbeer? Wanneer organismen van twee verschillende soorten zich vermengen, of zich met elkaar voortplanten, spreekt men van hybridisatie. De nakomelingen die uit deze mengsels voortkomen, staan bekend als hybriden. Hybriden komen in de natuur voor en zijn een krachtige evolutionaire kracht. Ze zijn ook belangrijk in ons dagelijks leven – u eet waarschijnlijk elke dag hybride planten. In dit artikel duiken we in de spannende wereld van hybridisatie, beschrijven we hoe het ontstaat en wat er kan gebeuren als hybriden baby’s krijgen.
Wat is een soort?
Hybridisatie is het fokken van twee verschillende soorten . Om ons te verdiepen in de wereld van hybridisatie, moeten we dus eerst begrijpen wat een soort is. Organismen die tot dezelfde soort behoren, lijken meer op elkaar dan op organismen van verschillende soorten. Sommige soorten zijn gemakkelijk uit elkaar te houden, bijvoorbeeld een nijlpaard is herkenbaar een andere soort dan een jachtluipaard (zie figuur 1). Maar wat is het verschil tussen een jachtluipaard en een luipaard? Het zijn ook verschillende soorten, maar een luipaard lijkt sterk op een jachtluipaard. Beide leven in Afrika, zijn vleeseters, katten, en beide hebben zelfs vlekken. De meest gebruikte regels om organismen in soorten in te delen worden het Biologische Soorten Concept genoemd. Deze regels beschouwen dieren als verschillende soorten als ze zich niet samen kunnen voortplanten of als ze zich samen voortplanten en onvruchtbare nakomelingen voortbrengen, d.w.z. nakomelingen die geen eigen baby’s kunnen krijgen. Omdat een cheetah en een luipaard zich niet samen kunnen voortplanten, beschouwen we ze als twee verschillende soorten. Andere regels die gelijksoortige dieren of planten in verschillende soorten indelen, zijn controversieel. Sommige wetenschappers kijken naar fysieke verschillen, bijvoorbeeld verschillen in snavelvorm, lichaamskleur, gedrag, habitat, of geografische locatie. Andere wetenschappers gebruiken verschillen in genen om verschillende soorten te vinden. Elk levend organisme heeft genen, die zijn opgenomen in het DNA en die de informatie bevatten die het lichaam vertelt hoe het moet werken. Binnen een soort zijn er kleine verschillen in de genen, mutaties genaamd. Dergelijke mutaties veroorzaken kleine verschillen binnen een soort, zoals verschillende oogkleuren bij mensen. Mutaties bepalen zelfs of je je tong kunt rollen of niet! Tussen soorten zijn er veel meer mutaties tussen genen. Het zijn de mutaties die de verschillen in snavelgrootte of gedrag veroorzaken die we zien. Als wetenschappers niet zeker weten of twee organismen verschillende soorten zijn, kunnen ze de mutaties vergelijken en tellen, om te controleren.
- Figuur 1 – Een jachtluipaard en een nijlpaard zijn twee verschillende soorten.
- Beide leven op het Afrikaanse continent, maar nijlpaarden leven in water en moerassige gebieden, terwijl jachtluipaarden een hekel aan nattigheid hebben en op de Afrikaanse graslanden leven. Een nijlpaard is een herbivoor en een jachtluipaard is een carnivoor. De twee soorten kunnen niet hybridiseren.
Wat zijn hybriden?
Wanneer twee dieren van dezelfde soort paren, krijgen hun nakomelingen 50% van hun genen van elke ouder. Daardoor lijk je op een mengsel van je ouders. Hybriden zijn kruisingen tussen twee verschillende soorten, dus bevatten ze 50% van de genen van elke oudersoort. Een bekende hybride is de muilezel, een kruising tussen een ezel en een paard. Vijftig procent van de genen van een muilezel zijn afkomstig van een paard en 50% van een ezel. Door deze vermenging hebben muilezels kenmerken van beide oudersoorten en zijn ze sterk, zoals ezels, maar ook intelligent, zoals paarden. Boeren fokken ezels omdat deze combinatie ze uitstekend geschikt maakt om voorraden te vervoeren. Het gebruik van hybridisatie om de gewenste aspecten van elke oudersoort te combineren is zeer gunstig voor de mens, en hybriden worden vaak gebruikt in de landbouw. Veel van de heerlijke vruchten die u in de supermarkt koopt, zijn zelfs ontstaan door hybridisatie! Bananen, grapefruit, wortelen en komkommers zijn allemaal hybride soorten. Er zijn eigenlijk honderden bananenvariëteiten, maar de meesten van ons kennen een hybride banaan. Boeren bleven bananenrassen mengen om de perfecte combinatie van zacht, smakelijk fruit zonder al te veel zaden te creëren.
Kunnen hybriden baby’s krijgen?
Ezels en bananen zijn voorbeelden van hybriden die onvruchtbaar zijn, dus ze kunnen geen eigen baby’s krijgen. Maar verrassend genoeg zijn er veel voorbeelden van hybriden die wel baby’s kunnen krijgen. Dit gebeurt wanneer de hybride paart met een andere hybride, of met dezelfde soort als een van zijn ouders. Bijvoorbeeld, wanneer leeuwen en tijgers hybridiseren, produceren zij een lijger. Lijgers zijn vruchtbaar en kunnen paren met andere lijgers, leeuwen of tijgers. Vruchtbare hybriden creëren een zeer complex probleem in de wetenschap, omdat dit een regel breekt van het Biologische Soorten Concept – dat twee afzonderlijke soorten zich niet mogen voortplanten en geen vruchtbare nakomelingen mogen hebben. Betekent dit dat de ouders van deze vruchtbare hybriden geen aparte soorten zijn? Nee, het betekent alleen dat het Biologische Soorten Concept niet geschikt is voor elke soort. Dankzij de ontdekking dat sommige hybriden vruchtbaar zijn, blijven wetenschappers debatteren over wat een soort is en zullen dat waarschijnlijk nog vele jaren doen. Dit is wat hybridisatie zo interessant maakt – het daagt een aantal van onze wetenschappelijke basisideeën uit.
Wanneer hybriden paren met één van beide oudersoorten, staan hun nakomelingen bekend als terugkruisende hybriden. In Figuren 2A,B, zien we een lijger, een hybride tussen een leeuw en een tijger die gepaard heeft met een tijger. De baby van deze mix, de teruggekruiste hybride, heeft nog wat leeuwengenen. Als het terugkruisen vele generaties doorgaat (de teruggekruiste hybride paart met een tijger, en zijn nakomelingen doen hetzelfde) zal het percentage leeuwengenen steeds kleiner worden, maar ze gaan niet volledig verloren. Dit betekent dat leeuwengenen uiteindelijk deel kunnen gaan uitmaken van de genenpool van de tijgersoort. Wanneer een soort enkele genen van een andere soort bevat, wordt dit introgressie genoemd. Dit is een krachtige evolutionaire kracht, omdat deze nieuwe genen kunnen coderen voor nieuwe eigenschappen of gedragingen die de oudersoort kunnen helpen.
- Figuur 2 – (A) Linksboven paren een leeuw en een tijger om een hybride te produceren.
- De hybride leeuw-tijger heeft 50% van zijn genen van de leeuw en 50% van die van de tijger. Als de hybride vervolgens paart met een tijger (linksonder), zal dat nageslacht, een teruggekruiste hybride genoemd, een lager percentage leeuwengenen hebben. (A) is een cartoon, en in werkelijkheid zijn ligers en tijgers over hun hele lichaam gemengd zoals we zien in (B). Dit is een voorbeeld van twee lijgers die in een dierentuin leven.
Welke invloed heeft hybridisatie op de natuurlijke wereld?
Tot nu toe hebben we het alleen gehad over hybriden die door mensen zijn gecreëerd. Leeuwen en tijgers komen in het wild nooit bij elkaar, maar andere hybriden komen wel op natuurlijke wijze voor. In feite zijn er honderden hybriden in de natuurlijke wereld. Men denkt dat één op de vier plantensoorten en één op de tien diersoorten hybridiseert. Hybridisatie kan de ouderlijke soorten helpen door de overdracht van nieuwe genen, via introgressie, en kan zelfs leiden tot het ontstaan van nieuwe soorten. Zo hebben Zuid-Amerikaanse Heliconiusvlinders een deel van hun prachtige vleugelpatronen verkregen door hybridisatie (Figuur 3) . Heliconiusvlinders gebruiken hun vleugelpatronen om partners aan te trekken, maar ook om roofdieren te ontwijken, die de patronen als waarschuwingssignalen opvatten. . Oude hybridisatie van zonnebloemsoorten heeft ook nieuwe soorten doen ontstaan in Noord-Amerika. Deze van hybride afkomstige zonnebloemen kunnen in extremere omgevingen leven, waar de bodem arm of giftig is. Door hybridisatie werden eigenschappen van de twee oudersoorten gecombineerd, waardoor in de hybride een nieuwe genencombinatie ontstond die hem in staat stelde in deze nieuwe habitat te leven.
- Figuur 3 – Vleugels van drie Heliconiumvlinders.
- Het bovenste paneel toont een hybride van de twee vlindersoorten in de panelen eronder, zodat de vleugelpatronen van de hybride een mengsel zijn van de twee ouders. Deze hybridisatie kan voordelig zijn, omdat de nieuwe vleugelpatronen partners kunnen aantrekken, maar het kan ook nadelig zijn, omdat sommige vleugelpatronen vlinders meer zichtbaar maken voor roofdieren. De foto’s zijn afkomstig van heliconius.ecdb.io.
Hoewel veel van de natuurlijke hybriden waarover we het hebben gehad van moderne soorten zijn, zijn er ook voorbeelden van oude hybridisaties die tienduizenden jaren geleden plaatsvonden. Deze hybriden kunnen worden geïdentificeerd, zelfs wanneer de ouderlijke soorten zijn uitgestorven. Dit komt omdat sommige genen van de oudersoort nog in een klein percentage aanwezig zullen zijn in de hybride. Door genmutaties tussen nauw verwante soorten te vergelijken, kunnen we potentiële hybriden vinden door te zoeken naar genen die sterk van elkaar verschillen, of mutaties die afkomstig zijn van een van de oer-hybridesoorten. Met deze methode werd een oeroude hybride gevonden als voorouder van vele soorten clownvissen (zoals Nemo uit Finding Nemo). Net als bij de zonnebloem zorgde de combinatie van aanpassingen in deze oeroude hybride ervoor dat de voorouder van de clownvis in een nieuwe habitat kon leven. Daardoor is deze oeroude hybride de voorouder van veel moderne clownvissoorten.
Soms kunnen hybriden slecht zijn voor de ouderlijke soort en voor de natuur. Als hybriden erg succesvol zijn, kunnen er zo veel hybriden zijn dat ze met de oudersoorten concurreren om voedsel en leefruimte, wat kan leiden tot het uitsterven van de oudersoort. Het verlies van een soort is slecht voor de biodiversiteit en kan gevolgen hebben voor andere soorten in die habitat. Wanneer dit soortverlies zich op natuurlijke wijze voordoet, proberen wetenschappers het niet te stoppen, omdat het een natuurlijk proces is. Het verlies van een oudersoort door hybride nakomelingen is alleen problematisch wanneer de hybride door de mens is gecreëerd en is geïntroduceerd in een gebied waar de oudersoorten van nature niet voorkwamen. In die gevallen moeten wij optreden om het uitsterven van de oudersoort te voorkomen. Maar maak je geen zorgen, de hybriden die we in de supermarkt kopen zullen waarschijnlijk geen ernstige schade aan het milieu toebrengen, omdat er regels zijn om ervoor te zorgen dat ze met grote zorg worden gekweekt.
Conclusie
Hybridisatie is een complex proces waarbij twee soorten worden gemengd. Hybridisatie is een belangrijk onderdeel van de evolutie, vanwege de overdracht van genen door introgressie en de rol ervan bij het ontstaan van nieuwe soorten. Het maakt ook deel uit van ons dagelijks leven en wordt gebruikt om voedsel en vee te helpen verbeteren.
Glossarium
Hybridisatie: Het fokken tussen twee verschillende soorten.
Soorten: Organismen die op elkaar lijken en zich samen kunnen voortplanten om vruchtbare nakomelingen te produceren. Niet alle wetenschappers zijn het eens over hoe te definiëren wat verschillende soorten zijn.
Genen: Delen van het DNA die de instructies bevatten voor lichaamsprocessen en kenmerken (zoals oogkleur).
Mutaties: Kleine verschillen in genen die individuen er uniek uit laten zien. Tussen soorten komen veel mutaties voor.
Vertiel: in staat zich voort te planten en baby’s te krijgen. Onvruchtbaar is het tegenovergestelde, d.w.z. niet in staat om baby’s te krijgen.
Introgressie: Wanneer de genen van de ene soort worden overgebracht in een andere soort door hybridisatie en terugkruisingen.
Conflict of Interest Statement
De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.
Allendorf, F. W., and Liukart, G. (eds.) 2007. “Hybridization,” in Conservation and the Genetics of Populations (Malden, MA: Blackwell Pub). 421-48.
Mayr, E. 2000. “The biological species concept,” in Species Concepts and Phylogenetic Theory: A Debate, eds Q. D. Wheeler and R. Meier (New York, NY: Columbia University Press). 17-20.
Proops, L., Burden, F., and Osthaus, B. 2009. Cognitie van muildieren: een geval van hybride kracht? Anim. Cogn. 12:75-84. doi: 10.1007/s10071-008-0172-1
Perrier, X., De Langhe, E., Donohue, M., Lentfer, C., Vrydaghs, L., Bakry, F., et al. 2011. Multidisciplinaire perspectieven op de domesticatie van bananen (Musa spp.). Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108:11311-8. doi: 10.1073/pnas.1102001108
Arnold, M. L., Sapir, Y., and Martin, N. H. 2008. Genetic exchange and the origin of adaptations: prokaryotes to primates. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 363:2813-20. doi: 10.1098/rstb.2008.0021
Mallet, J. 2005. Hybridisatie als een invasie van het genoom. Trends Ecol. Evol. 20:229-37. doi: 10.1016/j.tree.2005.02.010
Kronforst, M. R., Young, L. G., Blume, L. M., and Gilbert, L. E. 2006. Multilocus analyses van vermenging en introgressie bij hybridiserende Heliconius vlinders. Evolution 60:1254-68. doi: 10.1554/06-005.1
Rieseberg, L. H., Raymond, O., Rosenthal, D. M., Lai, Z., Livingstone, K., Nakazato, T., et al. 2003. Major ecological transitions in wild sunflowers facilitated by hybridization. Science 301:1211-6. doi: 10.1126/science.1086949
Litsios, G., and Salamin, N. 2014. Hybridisatie en diversificatie in de adaptieve radiatie van clownvissen. BMC Evol. Biol. 14:245. doi: 10.1186/s12862-014-0245-5