Honden Tsjernobyl tonen tekenen van genetische aanpassing

Honden die al generaties lang rond de kerncentrale van Tsjernobyl leven, verschillen genetisch opvallend van honden die slechts enkele kilometers verderop leven. Nieuw onderzoek suggereert dat natuurlijke selectie hierbij een rol heeft gespeeld.

Onderzoekers bestudeerden vrij levende honden in de uitsluitingszone rond de kerncentrale. Dit gebied raakte na de kernramp van 1986 vervuild met radioactieve stoffen. Daarnaast zijn er onder andere zware metalen, organische stoffen en andere schadelijke stoffen in het milieu aanwezig.

De onderzoekers wilden weten of tientallen jaren leven in deze omgeving sporen heeft achtergelaten in het DNA van de honden.

Twee hondenpopulaties vlak bij elkaar

Opvallend is dat de honden die direct bij de kerncentrale leven genetisch sterk verschillen van honden in de stad Tsjernobyl, ongeveer 16 kilometer verderop. Die afstand is klein, maar het genetische verschil is groter dan bij sommige vrij levende hondenpopulaties die honderden kilometers van elkaar verwijderd zijn.

Om te testen of isolatie alleen dit verschil kon verklaren, vergeleken de onderzoekers de Tsjernobylhonden ook met geïsoleerde hondenpopulaties op de Galapagoseilanden. Ook daarbij bleek de populatie bij de kerncentrale uitzonderlijk sterk af te wijken.

Volgens de onderzoekers maakt dat het minder waarschijnlijk dat toeval en isolatie de enige verklaring zijn. De genetische patronen passen beter bij een combinatie van demografische veranderingen en natuurlijke selectie.

Meer dan dertig generaties in een vervuild gebied

Na de ramp in 1986 moesten bewoners het gebied snel verlaten. Huisdieren bleven daarbij achter. Later werden pogingen gedaan om achtergebleven dieren te doden, maar een deel van de honden wist te overleven.

De huidige hondenpopulaties stammen waarschijnlijk ten minste gedeeltelijk af van deze dieren.

Sindsdien hebben er volgens de onderzoekers meer dan dertig generaties honden in het gebied geleefd. Dat maakt deze populatie bijzonder interessant. Genetische eigenschappen die bepaalde honden een voordeel geven in hun leefomgeving, kunnen zich over meerdere generaties steeds verder verspreiden.

Genetische verschillen zijn niet alleen door toeval te verklaren

Genetische verschillen tussen populaties kunnen vanzelf ontstaan. Dit heet genetische drift. Vooral bij kleine of geïsoleerde groepen kunnen bepaalde genetische kenmerken toevallig vaker of juist minder vaak voorkomen.

De onderzoekers onderzochten daarom uitgebreid of genetische drift voldoende was om de verschillen tussen de honden rond de kerncentrale en andere hondenpopulaties te verklaren.

Daarvoor vergeleken ze de honden onder andere met vrij levende honden uit andere delen van Europa en met geïsoleerde hondenpopulaties op de Galapagoseilanden. De honden rond de kerncentrale bleken genetisch uitzonderlijk sterk af te wijken.

Volgens de onderzoekers kan genetische drift een deel van het verschil verklaren, maar waarschijnlijk niet alles.

Aanwijzingen voor natuurlijke selectie

Bij analyse van het volledige genoom vonden de onderzoekers meer dan honderd gebieden waarin patronen zichtbaar waren die passen bij gerichte natuurlijke selectie.

Dat betekent dat bepaalde genetische varianten mogelijk vaker zijn geworden omdat honden met deze kenmerken een grotere kans hadden om te overleven en zich voort te planten.

De gevonden gebieden lagen verspreid over verschillende chromosomen. Vooral enkele chromosomen vertoonden opvallend sterke verschillen tussen de honden rond de kerncentrale en de andere onderzochte populaties.

Genen rond DNA-herstel en afweer vallen op

Rond de genetische gebieden die tekenen van selectie vertoonden, vonden de onderzoekers genen die betrokken zijn bij verschillende belangrijke processen in het lichaam.

Daaronder vallen:

• DNA-replicatie en DNA-herstel;

• celdood en overleving;

• de werking en het onderhoud van cellen;

• de afweer van het lichaam;

• ontstekingsreacties;

• processen die verband houden met kanker.

Dat is interessant, omdat blootstelling aan onder andere ioniserende straling en andere giftige stoffen schade aan cellen en DNA kan veroorzaken.

Toch betekent dit niet dat bewezen is dat radioactiviteit rechtstreeks verantwoordelijk is voor de gevonden genetische verschillen.

Niet alleen radioactiviteit

De omgeving rond de kerncentrale is namelijk niet uitsluitend met radioactieve stoffen vervuild. In het gebied bevinden zich ook zware metalen, bestrijdingsmiddelen, organische verontreinigingen, asbest en andere schadelijke stoffen.

De onderzoekers kunnen daarom niet aanwijzen welke specifieke factor of combinatie van factoren verantwoordelijk is geweest voor de selectie.

Het is mogelijk dat honden met bepaalde bestaande genetische varianten beter bestand waren tegen één of meerdere omstandigheden in het gebied. Die honden zouden daardoor een grotere kans hebben gehad om volwassen te worden en nakomelingen te krijgen.

Geen bewijs voor extra mutaties door straling

Een belangrijke nuance is dat de onderzoekers niet stellen dat de honden door radioactiviteit massaal nieuwe gunstige mutaties hebben ontwikkeld.

Eerder onderzoek van hetzelfde onderzoeksteam vond geen bewijs dat een verhoogde mutatiesnelheid de grote genetische verschillen tussen de twee hondenpopulaties verklaart.

De nieuwe studie wijst juist meer in de richting van natuurlijke selectie op genetische variatie die al binnen de populatie aanwezig was.

Sommige honden kunnen dus genetische eigenschappen hebben gehad die in deze bijzondere leefomgeving voordelig waren. Wanneer deze dieren vaker overleefden en zich voortplantten, konden deze kenmerken in volgende generaties steeds vaker voorkomen.

Mogelijke terugval in de populatie na 1986

De onderzoekers vonden ook aanwijzingen dat de hondenpopulatie rond de kerncentrale ongeveer 35 tot 40 generaties geleden sterk kleiner werd.

Dat moment komt ongeveer overeen met de kernramp van 1986 en de periode waarin achtergebleven dieren werden gedood. De onderzoekers kunnen niet vaststellen wat precies de oorzaak van deze afname was.

Mogelijke verklaringen zijn de eerste gevolgen van de vervuiling, het doden van dieren of een combinatie van verschillende factoren.

Waarom zijn deze honden interessant voor onderzoek?

Honden leven al duizenden jaren dicht bij mensen en delen veel van dezelfde leefomgevingen. Daarom kunnen honden volgens de onderzoekers ook waardevolle informatie geven over de gevolgen van langdurige blootstelling aan milieuvervuiling.

De honden rond Tsjernobyl vormen daarbij een bijzondere populatie. Ze leven al tientallen jaren en tientallen generaties in een gebied waar verschillende soorten schadelijke stoffen aanwezig zijn.

Door hun DNA te onderzoeken kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe een zoogdierpopulatie zich over meerdere generaties kan aanpassen aan langdurige milieudruk.

Nog veel vragen onbeantwoord

Hoewel de resultaten duidelijke aanwijzingen geven voor natuurlijke selectie, kunnen de onderzoekers nog niet precies zeggen welke omstandigheden daarvoor verantwoordelijk waren.

Ook is nog niet bewezen dat de gevonden genetische verschillen de honden daadwerkelijk beter beschermen tegen straling, zware metalen of andere verontreinigingen. Daarvoor is vervolgonderzoek nodig.

Onderzoekers willen onder andere beter begrijpen wat de gevonden genvarianten in het lichaam doen en of ze daadwerkelijk invloed hebben op weerstand tegen DNA-schade, ontstekingen, kanker of andere gezondheidsproblemen.

Voorlopig laat het onderzoek vooral zien dat de honden die direct rond de kerncentrale leven een opvallend eigen genetisch profiel hebben. Dat profiel lijkt niet alleen door toeval of isolatie te zijn ontstaan, maar draagt ook kenmerken van natuurlijke selectie.