Ancient Elephants and Mastodons Were totally Down With Inter-Species Boning

De geschiedenis van olifanten – van de gigantische wolharige mammoeten tot de moderne in het bos levende pachydermen – is gecompliceerder dan we dachten. Een analyse van moderne en oude genomen van olifanten toont aan dat kruisingen en hybridisaties een belangrijk aspect waren van de evolutie van olifanten.

Nieuw onderzoek, vandaag gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, toont aan dat olifanten in de oudheid wel degelijk het product waren van kruisingen tussen soorten. Olifanten – zowel die uit het verre verleden als die van nu – werden gevormd door deze paringspraktijken, maar de twee overgebleven olifantensoorten doen daar niet meer aan mee.

Interkruising tussen nauw verwante zoogdiersoorten komt vrij veel voor. Goede voorbeelden hiervan zijn bruine beren en ijsberen, Sumatraanse en Borneese orang-oetans, en Euraziatische goudjakhalzen en grijze wolven. De evolutie slaagt er vrij goed in om voordelige nieuwe eigenschappen te creëren door gebruik te maken van de krachten van willekeurige mutatie, maar er gaat niets boven kruising, waarbij de eigenschappen van twee verschillende soorten worden vermengd. Onze voorouders deden ook aan kruisingen: de anatomisch moderne mens ging om met Neanderthalers en Denisovans. Dus in zekere zin zijn we ook een soort hybride soorten.

Elfanten, zoals de nieuwe studie aangeeft, delen een soortgelijk verleden – zij het in een mate die eerder niet werd gewaardeerd.

“Interbreeding kan helpen verklaren waarom mammoeten zo succesvol waren in zulke verschillende omgevingen en voor zo’n lange tijd, zei Hendrik Poinar, McMaster University evolutionair geneticus en co-auteur van de studie, in een verklaring. “Belangrijk is dat deze genomische gegevens ons ook vertellen dat biologie rommelig is en dat evolutie niet op een georganiseerde, lineaire manier plaatsvindt.”

Voor de studie heeft hoofdauteur Eleftheria Palkopoulou van de Harvard Medical School, samen met collega’s van McMaster, het Broad Institute van MIT en Harvard, de Universiteit van Uppsala en de Universiteit van Potsdam, 14 genomen van verschillende levende en uitgestorven olifantensoorten gesequenced, waaronder meerdere genomen van de Wolharige Mammoet, een genoom van de Columbiaanse Mammoet (een wetenschappelijke primeur), meerdere genomen van Aziatische olifanten, een genoom van een paar Afrikaanse bosolifanten, twee genomen van olifanten met rechte slagtanden, twee genomen van Afrikaanse savanne-olifanten, en, verbazingwekkend genoeg, een paar genomen van Amerikaanse mastodonten (die technisch gesproken geen olifanten zijn). Ongelooflijk genoeg waren de onderzoekers in staat om genomen van hoge kwaliteit te genereren uit monsters die niet zijn ingevroren en meer dan 100.000 jaar oud zijn; gensequenties werden geëxtraheerd uit stukjes bot en tanden die in goed geconserveerde overblijfselen werden gevonden.

“De gecombineerde analyse van genoombrede gegevens van al deze oude olifanten en mastodonten heeft het gordijn opgetrokken over de geschiedenis van de olifantenpopulatie, waarbij complexiteit aan het licht is gekomen waarvan we ons voorheen eenvoudigweg niet bewust waren,” aldus Poinar.

De onderzoekers ontdekten bijvoorbeeld dat de oude olifant met de rechte slagtand – een uitgestorven soort die tussen 780.000 en 50.000 jaar geleden in Europa rondliep – een hybride soort was, waarvan delen van het DNA overeenkwamen met een oude Afrikaanse olifant, de wolharige mammoet, en bosolifanten, waarvan de laatste vandaag de dag nog steeds voorkomen. Zij ontdekten ook verdere bewijzen die de suggestie ondersteunen dat twee soorten mammoeten – de Columbia Mammoet en de Wolharige Mammoet – zich met elkaar vermengden. Dit idee werd voor het eerst geopperd door Poinar in 2011. Ondanks hun verschillende leefgebieden en afmetingen, zijn deze dieren elkaar waarschijnlijk tegengekomen in de buurt van glaciale grenzen en in meer gematigde streken van Noord-Amerika. Het hoeft dan ook niet te verbazen dat deze oude olifanten elkaar vaak tegen het lijf liepen; mammoeten hadden een tijd lang een territorium dat zich uitstrekte van het huidige Portugal en Spanje tot aan de Amerikaanse oostkust.

De onderzoekers hebben ook ontdekt dat de twee nog levende olifantensoorten, de bosolifant en de savanneolifant, zo’n 2 tot 5 miljoen jaar geleden van een gemeenschappelijke voorouder zijn afgesplitst, maar dat ze de afgelopen 500.000 jaar vrijwel geïsoleerd van elkaar hebben geleefd. Ondanks het feit dat ze in aangrenzende leefgebieden leven, houden deze olifanten niet van vermenging.

“Waargenomen wist men dat Savanna- en Bosolifanten niet veel kruisingen kenden. Als ze dat wel deden, overleefden de nakomelingen niet goed,” vertelde Rebekah Rogers, een evolutionair geneticus aan Berkeley die niet betrokken was bij de nieuwe studie, aan Gizmodo. “Dit artikel vertelt ons dat de olifanten niet stiekem achter onze rug om genen doorgaven in een lager tempo. De genetica suggereert dat de percentages van succesvolle kruisingen zeer laag waren.”

Rogers zei dat de paper ons ook vertelt dat wat wij zien als grote fysieke verschillen misschien niet zulke significante verschillen zijn voor de olifanten.

“Als we mammoeten vergelijken met olifanten, zien we onmiddellijk hun vacht, hun bult, en verschillen in hun bloedsomloop,” zei ze. “Dit artikel suggereert dat we kunnen zien dat ze zich succesvoller vermengden dan Afrikaanse savanneolifanten en bosolifanten, die voor ons zoveel op elkaar lijken.”

Rogers is vooral blij dat de onderzoekers genetische sequentiegegevens konden verkrijgen van een olifant uit Borneo. Dit zijn zeer kleine populaties die al geruime tijd geïsoleerd zijn, en de resultaten van de nieuwe studie komen overeen met deze realiteit door hun zeer lage genetische diversiteit bloot te leggen.

“Dit is een behoorlijk coole studie,” vertelde Vincent J. Lynch, een evolutionair geneticus van de Universiteit van Chicago die niet bij het onderzoek betrokken was, aan Gizmodo. “Het werk is goed en ik zie geen ernstige beperkingen of voorbehouden. De fylogenie die ze rapporteren wordt goed ondersteund.”

Voor Lynch was het meest verrassende aspect van de studie hoeveel voorouderlijke hybridisatie er gaande was in de geschiedenis van olifanten, met name tussen Rechte-tuskers en Wollige Mammoeten. Hij zegt ook dat de nieuwe studie een goed voorbeeld is van open wetenschap.

“Het genoom van de Afrikaanse olifant werd in 2005 openbaar gemaakt en wordt pas met dit paper formeel gepubliceerd,” vertelde hij aan Gizmodo. “Dat is 13 jaar waarin wij en andere mensen het genoom van de Afrikaanse olifant hebben kunnen gebruiken voor ons eigen onderzoek. Ouderwetse manieren zouden dat genoom achter gesloten deuren hebben gehouden, waarbij slechts een select groepje toegang had. Door het genoom in 2005 vrij te geven, krijgt de gemeenschap de kans om de wetenschap vooruit te helpen, terwijl deze auteurs het zware werk doen om de sequentie van al die andere olifantengenen te bepalen voor hun studie.”

Voor de toekomst willen de onderzoekers graag onderzoeken hoe (en of) de vermenging van genetische kenmerken voordelig kan zijn geweest voor de evolutie van olifanten, zoals een verhoogde tolerantie voor hooi habitats en klimaatverandering.