Jonge koralen hebben met deze nieuwe genetische opties waarschijnlijk een groter vermogen om zich aan de veranderende omstandigheden op aarde aan te passen. De ontdekking dat koralen mutaties die zich gedurende hun leven in hun weefsel voordoen (somatische mutaties) kunnen doorgeven aan hun nageslacht toont voor de eerste keer dat jonge koralen nieuwe genetische combinaties bevatten zonder dat daar geslachtelijke voortplanting voor nodig was. Genetische variatie is de bron voor mogelijke aanpassingen aan een veranderende wereld. De nieuw ontdekte manier waarop koraallarven zich genetisch verrijken, zou koralen kunnen helpen zich aan te passen en te handhaven in gebieden waar soortgenoten (en dus de mogelijkheden voor geslachtelijke voortplanting) zeldzaam zijn geworden.

Soorten mutaties

De genen van verschillende individuen in een populatie verschillen vaak een klein beetje van elkaar. Hierdoor kunnen sommige individuen zich beter kunnen aanpassen aan heersende omstandigheden dan andere en deze “aangepaste individuen” dragen vaker meer bij aan het “doorgeven” van genen aan volgende generaties waardoor een populatie of soort zich in een gebied kan aanpassen en overleven. Mutaties dragen weliswaar bij aan een grotere genetische diversiteit binnen een populatie, maar omdat veel mutaties op willekeurige plekken in het DNA optreden, wordt alom aangenomen dat ze het aanpassingsvermogen vaak negatief beïnvloeden.

‘Verder moeten dieren, waaronder koralen, die zich op lange termijn willen aanpassen aan hun omgeving, genetische informatie voor succesvolle aanpassingen aan volgende generaties door kunnen geven’, meldt Iliana Baums van de Penn State Universiteit in de Verenigde Staten en leider van het onderzoek. 'Van oudsher werd gedacht dat nieuwe genetische aanpassingen alleen via geslachtscellen zoals eieren of zaadcellen aan volgende generaties werden doorgegeven. Genetische veranderingen die ook spontaan in andere cellen van een lichaam of weefsel kunnen ontstaan (somatische mutaties), werden daarom niet relevant geacht voor evolutionaire aanpassingen omdat ze, in tegenstelling tot geslachtscellen, niet zouden worden doorgegeven aan volgende generaties. Koralen blijken deze somatische mutaties echter wel aan hun nageslacht door te kunnen geven.'

Onbevruchte eieren

Koralen kunnen zich op een aantal manieren voortplanten. Ze kunnen zich ongeslachtelijk voortplanten als kolonies (of poliepen) in stukken breken waarna de ontstane fragmenten vaak weer doorgroeien, maar ze planten zich ook geslachtelijk voort. Dit gebeurt vaak tijdens zogenaamde “spawning events” waarbij de kolonies van één soort tegelijk hun eieren en zaadcellen in de waterkolom uitstoten. Bevruchte eieren ontwikkelen zich tot een koraallarf dat zich enkele dagen tot weken verder ontwikkelt in de waterkolom en zich daarna op het rif vasthecht en in een koraalpoliep verandert. Tijdens onderzoeken aan het voortplantingsgedrag van het kritisch bedreigde elandshoorn koraal (Acropora palmata) op Curaçao kwam het onderzoeksteam erachter dat sommige eieren zich tot gezonde larven ontwikkelden zonder dat ze waren bevrucht. ‘Middels genetische analyses werd gecontroleerd of de eieren inderdaad niet waren bevrucht, hetgeen niet het geval bleek te zijn’, aldus Mark Vermeij, die bij het onderzoek was betrokken en werkzaam is aan de Universiteit van Amsterdam en onderzoeksstation Carmabi op Curaçao.

De moederkolonie waarvan de eieren waren verzameld was bekend bij het onderzoeksteam dat op 10 plekken van deze kolonie en 5 naastgelegen kolonies genetische monsters nam. Hieruit bleek dat alle 6 kolonies vroeger door bijvoorbeeld fragmentatie uit één kolonie waren ontstaan. ‘De minieme genetische verschillen die tussen de verschillende fragmenten en de 10 locaties op dezelfde kolonie werden gevonden, moesten daarom zijn ontstaan door mutaties’, aldus Kate Vasquez Kuntz, de hoofdauteur van de studie, ook verbonden aan de Penn State Universiteit. In totaal werden er 268 somatische mutaties ontdekt, variërend van 2 tot 149 per genomen monster, waarvan uiteindelijk 50% ook werd aangetroffen in de ongeslachtelijke larven die door deze kolonie werden geproduceerd. Er waren ook aanwijzingen dat somatische mutaties aanwezig waren in larven die geslachtelijk werden geproduceerd, maar dat aspect zal in toekomstige studies nader worden onderzocht.

Wat koralen anders maakt

Baums: ‘In de meeste diersoorten worden geslachtscellen al vroeg in de ontwikkeling gescheiden van overige lichaamscellen. Omdat alleen die eerste aan nakomelingen worden doorgegeven, kunnen alleen mutaties die in de geslachtcellen optreden potentieel bijdragen aan een hogere genetische diversiteit in hun nakomelingen. Dit is een langzaam proces waardoor het aanpassingsvermogen van dieren aan snel veranderende omstandigheden zoals klimaatsverandering wordt beperkt. Hoewel het precieze mechanisme nog niet helemaal bekend is, kennen koralen vermoedelijk een minder strikte scheiding tussen lichaams- en geslachtcellen waardoor ze somatische mutaties wel aan hun nageslacht kunnen doorgeven. Omdat koralen zich ook aseksueel kunnen voortplanten via fragmentatie kunnen de zo ontstane individuen dienen als testlocatie voor eventuele mutaties. Mochten die nadelig zijn voor het individu sterft alleen het fragment waarin deze mutatie optrad, maar niet de andere, genetisch identieke fragmenten. Soorten die zich niet aseksueel kunnen voortplanten hebben deze mogelijkheid om somatische mutaties als het ware te “testen” niet. Omdat voordelige mutaties naar nu blijkt wel kunnen worden doorgegeven, hebben koralen dus een effectieve manier ontwikkeld om somatische mutaties effectief te benutten en zich zo mogelijk sneller aan kunnen passen in een tijd waarin koraalriffen wereldwijd enorm onder druk staan.’

Betrokkenen

Naast Baums, Vasquez Kuntz en Vermeij, bestond het onderzoeksteam uit Sheila A. Kitchen Penn State Universiteit en California Institute of Technology, USA), Trinity L. Conn, Samuel A. Vohsen, Andrea N. Chan (Penn State Universiteit, USA), Kristen L. Marhaver (CARMABI Foundation, Curaçao), Christopher Page (Mote Marine Laboratory en de Universiteit van Hawaiʻi at Manoa, USA). Het onderzoek werd gesubsidieerd door NOAA’s Office for Coastal Management, de U.S. National Science Foundation, en de Paul G. Allen Family Foundation.

Details van de publicatie

Vasquez Kuntz et al., Inheritance of somatic mutations by animal offspring, in: Science Advances, 31 augustus 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abn0707