In de zin van vierkant-rechthoek zijn slangen technisch gezien hagedissen, maar vanwege de semantiek en omdat slangen zo onderscheidend zijn, verdelen biologen slangen en hagedissen in verschillende categorieën. Ondanks dat ze in dezelfde tak van de levensboom genesteld zijn, onderscheiden de pootloze, lange, glibberige slangen – in staat hun kaken af te snijden en een giftige beet toe te dienen – zich van hun reptielachtige verwanten. Nieuw onderzoek werpt licht op hoe uniek slangen zijn en belicht een blijvend mysterie.
De singulariteit van slangen
Er zijn ongeveer 4.000 levende slangensoorten bekend, die een achtste van de totale diversiteit van gewervelde landdieren voor hun rekening nemen. Slangen gedijen in een ongelooflijk scala aan verschillende habitats en onder zeer verschillende omstandigheden, zoals in bomen klimmen, graven, zwemmen en zelfs zeilboten. Geen enkele eigenschap kan de oorsprong van al die diversiteit verklaren, blijkt uit een onderzoek dat op 22 februari werd gepubliceerd Wetenschap.
“Slangen zijn bijzonder en vreemd.”
In plaats daarvan komt het neer op wat de onderzoekers de ‘slang-singulariteit’ noemen. Meer in het algemeen is sprake van een singulariteit wanneer kleine en onvoorspelbare veranderingen resulteren in grote, onverwachte uitkomsten. In de natuurkunde is een singulariteit een punt in de werkelijkheid waar de regels uiteenvallen en het weefsel van ruimte-tijd zich snel kan uitbreiden. De oerknaltheorie beweert dat ons hele universum uit zo’n singulariteit is voortgekomen. In de biologie kan er sprake zijn van een singulariteit wanneer een soortexplosie het gevolg is van een reeks veranderingen die zo strak geclusterd zijn dat ze ogenblikkelijk en onafscheidelijk lijken in de volgorde van de evolutionaire tijd.
Volgens nieuw onderzoek zijn de vele slangensoorten allemaal het resultaat van een biologische singulariteitsgebeurtenis.
Het denken over evolutie in termen van singulariteiten is een verschuiving in perspectief voor een vakgebied waarin over het algemeen wordt aangenomen dat processen geleidelijk en langzaam verlopen. De opkomst van nieuwe soorten wordt gewoonlijk verklaard als gevolg van de geografische scheiding op eilanden, of als gevolg van langdurige interacties tussen roofdier en prooi, of als gevolg van ziektedruk in de loop van de tijd. Al deze dingen gebeuren nog steeds en zijn belangrijk voor het begrijpen van de evolutie, maar slangen (en soortgelijke diverse diergroepen zoals knaagdieren en zangvogels) suggereren dat misschien grote, plotselinge sprongen deel uitmaken van de groei van de levensboom. Soms gaat het leven snel.
Slang explosie
Het nieuwe onderzoek toont aan dat slangen “in principe in een zeer snel tempo evolueren”, zegt Daniel Rabosky, senior auteur van de studie en hoogleraar ecologie en evolutionaire biologie aan de Universiteit van Michigan. “Hagedissen zitten qua snelheid van verandering een beetje op een evolutionaire bromfiets of skelter. Maar de slangen zitten in de kogeltrein”, legt hij uit. Door deze snelheid “hebben slangen zich kunnen diversifiëren naar veel verschillende ecologische levensstijlen, meer nog dan veel andere groepen dieren”, voegt Rabosky toe. Hoewel het precies onopgelost blijft wat slangen ertoe in staat stelde om evolutionair beter te presteren dan andere reptielen. De proliferatie van slangen werd waarschijnlijk aangewakkerd door vele gelukkige veranderingen die elkaar snel opvolgden. En omdat de singulariteit van de slang maar één keer voorkwam, is het vrijwel onmogelijk om de relatieve effecten van de ene eigenschap van de andere te onderscheiden, en blijven ze onbekend, zegt Rabosky. Toch biedt het onderzoek enkele interessante inzichten.
“Hagedissen zitten qua snelheid van verandering een beetje op een evolutionaire bromfiets of skelter. Maar de slangen zitten in de kogeltrein.’
Met behulp van nieuwe genetische sequenties van meer dan 1.000 soorten en aanvullende bestaande gegevens van bijna 7.000 soorten reptielen hebben onderzoekers een van de meest gedetailleerde evolutionaire stambomen ooit geconstrueerd van hagedissen en slangen, die gezamenlijk bekend staan als squamates. Hun fylogenetische kaart bevestigde dat slangen ongeveer drie keer sneller evolueren naar nieuwe ecologische niches en fysieke vormen dan andere squamaten, en dat het grootste deel van die evolutie in de afgelopen 70 tot 100 miljoen jaar heeft plaatsgevonden.
En deze slangenkweek gaat nog steeds door, zegt Rabosky. Er zijn geen tekenen dat de zaken snel zullen vertragen, benadrukt hij, en er valt waarschijnlijk nog veel meer te ontdekken. Wetenschappers ontdekken voortdurend nieuwe soorten slangen. In een voorbeeld eerder deze maand ontdekten biologen dat de grootste bekende slangensoort, de groene anaconda, feitelijk twee genetisch verschillende soorten zijn.
Slangen van hagedissen scheiden
Veel groepen niet-slanghagedissen hebben onafhankelijk van elkaar een aantal slangachtige eigenschappen ontwikkeld. Er zijn pootloze hagedissen, langwerpige hagedissen, giftige hagedissen, hagedissen met gespecialiseerde schedels en zeer flexibele kaken, en hagedissen die naar slangen kunnen ruiken. Maar ondanks dit ontdekten de onderzoekers dat geen van deze andere groepen hagedissen zich zo snel diversifieerde of evolueerde als slangen. “Er zijn veel opvallende kenmerken van slangen, maar ze zijn niet noodzakelijkerwijs uniek voor slangen”, zegt Pascal Title, hoofdauteur van de studie en assistent-professor in de evolutionaire biologie en ecologie aan de Stony Brook University. En tegelijkertijd “zien we geen consistente oorzaak en gevolg voor welke eigenschap dan ook die naar voren komt en vervolgens leidt tot een groot aantal reptielsoorten.”
Op basis van bijna 70.000 observaties van de maaginhoud van individuele dieren analyseerden de onderzoekers het verschil tussen het dieet van slangen en hagedissen. Ze ontdekten dat slangen zich veel meer voeden met gewervelde dieren, terwijl hagedissen meestal insecten en andere ongewervelde dieren eten. Bovendien zijn slangen gespecialiseerd in voedselbronnen, terwijl hagedissen volgens de studie eerder generalisten zijn. Verschillen in voedingspatroon alleen zijn echter niet voldoende om te verklaren wat slangen zo evolutionair bedreven maakt.
‘Slangen zijn bijzonder en vreemd’, zegt Nick Longrich, een evolutiebioloog en paleontoloog aan de Universiteit van Bath in Groot-Brittannië, die eerder de slangendiversificatie heeft bestudeerd, maar niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. “Ik denk dat ze het hier met succes hebben gekwantificeerd”.
Sara Ruane, een herpetoloog en assistent-conservator bij het Field Museum in Chicago, is het ermee eens dat de nieuwe studie een nieuwe stap betekent. “De hoeveelheid verzamelde informatie uit de natuurlijke historie en het enorme aantal soorten [referenced here] is buitengewoon”, zegt ze. Het is “een opwindende manier om het beter te begrijpen [snakes’] succes op wereldschaal.” Bovendien voegt Ruane eraan toe dat veel toekomstig onderzoek naar slangen en hagedissen waarschijnlijk uit de indrukwekkende dataset zal komen.
Permanente onbekenden
Maar ondanks hun vooruitgang zijn de auteurs van het onderzoek verstrikt in alle dingen die we nog steeds niet begrijpen. Tien jaar onderzoek en tienduizenden monsters hebben Rabosky bewezen ‘hoe weinig we weten over de fundamentele biologie van enorme delen van het leven op aarde’. Ondanks al het werk, het doorzoeken van museumcollecties en het verzamelen van genetische gegevens, zegt hij dat er “hele delen van de wereld” zijn waar we niet weten welke soorten voorkomen, in welke aantallen en hoe ze met elkaar omgaan, vooral in de tropen. De titel komt overeen. “Er zijn nog steeds veel soorten waar we gewoon geen informatie over hebben”, zegt hij.
Dat tekort, merkt Rabosky op, betekent dat we “in het donker vliegen” als het gaat om natuurbehoud, het begrijpen van de complexiteit van ecosystemen en het beoordelen van de menselijke impact op de wereld. Om het beter te doen, zegt hij, “moeten we onze inspanningen om basisinformatie te verzamelen over wat dieren in de natuur doen enorm vergroten.” Slangen kunnen snel naar nieuwe vormen evolueren, maar mensen kunnen die knoppen en takken willekeurig van de levensboom snoeien voordat ze zelfs maar worden opgemerkt.