Nieuwe soorten klaar terwijl u wacht



Wie weet, als de havik verder de stad koloniseert, dat hij vanzelf ander gedrag gaat vertonen dan zijn boscollega's. De stadshavik was enkele decennia nog ondenkbaar. Of er ook genetisch verschil gaat ontstaan is moeilijker voorspelbaar


juninummer EOS 2011

 

Mensen laten niet alleen soorten uitsterven via habitatverlies, maar dankzij sterke selectiedruk ontstaan ook nieuwe dierpopulaties door snelle evolutie. Het opkomende vakgebied van ‘contemporary evolution’ vestigt de aandacht op de kracht van natuurlijke selectie voor onze ogen. Kleine veranderingen kunnen al grote gevolgen hebben.

 

Welke vroegere plattelandsjongere - nu stedeling- herinnert zich niet uit zijn vroege jeugd de merelman, die deftig gearticuleerde serenades begon? Op warme voorjaarsavonden tijdens het ‘oorlogje spelen’ met buurtkinderen, tot moeders riep dat je naar bed moest. Luister dan nu hoe moderne merelmannen in met merels overbevolkte stadswijken zich er vanaf helpen. Als een luie straatmuzikant raffelen ze zelfs vliegend een ijl liedje af, als een hangjongere die voorbijgaande vrouwtjes naslist.

Jarenlang leek voorgaande waarneming pure inbeelding. Maar het onderzoek van evolutiebiologen Hans Slabbekoorn en Erwin Ripmeester van de Universiteit Leiden lost het raadsel op. Er treedt een vrij vlotte micro-evolutie op, sinds de merel uit het bos de stad koloniseerde. Die waarneming past binnen het relatief jonge onderzoeksveld van ‘contemporary evolution’: Vorming van nieuwe variëteiten binnen een mensenleven.

De merel is hier een dankbaar proefkonijn. De zangvogel koloniseerde binnen een eeuw vanuit het bos een volledig ander milieu, de stad. Daarbij paste hij ook de zang aan bij stadslawaai. Dat toonden de Leidse evolutiebiologen in hun artikel in Behavioral Ecological Sociobiology in 2009. Laagfrequent stadsgeluid, doet stadsmerels hun lied bijstellen naar zang met meer hoge frequenties. Ook in Oostenrijk was die zangverandering onafhankelijk aangetoond.

Maar er zijn ook fysiologische verschillen. Een studie van Jesko Partecke van het Max Plank Institut für Ornithology in Ecology in 2007, vergeleek stadsmerels uit München met bosmerels in het Lichtenauer Wald. Partecke vond al dat stadsmerels eerder geslachtsrijp zijn, en eerder in het seizoen broeden. Ze trekken minder weg, leven langer, hebben kleinere vleugels en staart en ander stresshormoonniveau.

Volgens Partecke moeten die verschillen een genetische basis hebben. Onderzoek in de Biological Journal of the Linean Society van afgelopen december laat zien dat in bos en stad andere selectiedruk heerst. In het bos werkt predatie van jongen limiterend, in de stad voedsel.

 

Meer twitteren

 

De evolutionaire vraag die Ripmeester en Slabbekoorn nu onderzoeken is: beginnen bosmerel en stadsmerel elkaar als ‘andere soort’te beschouwen? Een antwoord op die evolutionaire vraag kan blijken uit gedragsverandering. Reageren bosmerels bijvoorbeeld agressiever op de zang van bosgenoten dan van de stedelingen? Die onderzoeksvraag testten de Leidse biologen via de reactie van de merels op een playbackende ‘concurrent’op bandrecorder.

De merelzang kent vele variaties, maar heeft ook globale overeenkomsten. Zij bestaat uit een gearticuleerde lage aanzet, het motief. Dat ligt in het frequentiegebied tot 2,5 kilohertz. Daarop volgt een soort ‘gebrabbel’, de twitter. Die twitter ligt in het bereik boven 2,5 kilohertz. De stadsmerels verschuiven hun zang naar hoger frequentiebereik, met een minder laag aangezet motief. Zij twitteren meer. De bosmerels blijven gewoon ‘ouderwets’zingen, met meer lage frequenties.

De Leidenaren stelden zangopnames samen van stadsmerels in drie steden: Arnhem, Leiden en Breda. En bosmerels uit drie nabijgelegen bosgebieden. In totaal stelden ze zo vier types geluid samen, voor ieder mereltype. Een bos- en stadstwitter, en een bos/stadsmotief. Die vier zangtypes speelden ze af op 10 meter afstand van territoriaal zingende bos- en stadsmerels in bos van de Veluwe en in Arnhem. Locaties op tien kilometer afstand van elkaar.

Als een concurrent op bandrecorder zich bij de wilde zanger aandient, verbuigt de zang van de territoriale zingende merel: De zangverbuiging is een soort ‘rot op’in mereltaal. Bij een concurrerende zanger begint een merelman tegelijk dreiggedrag te vertonen. Je kunt die veranderingen in gedrag via klassieke ethologie turven. Uit de mate van agressief gedrag kun je berekenen, of er een statistisch verschil is in reactie van stadsmerel en bosmerel op verschillende zangsoorten.

Afgelopen zomer in Behavioral Ecology publiceerden zij de resultaten. ‘De stadsmerel reageert het sterkste op de hoogfrequente tonen’, stelt Slabbekoorn. ‘De bosmerel is geneigd meer te reageren op laagfrequente zang. Die uitkomst in verschil van reactie is opmerkelijk, omdat de stadsmerel in Arnhem ruimtelijk maar 10 kilometer verwijderd leeft van de Veluwemerel.’

 

Flexguppen en waterkrachtzalmen

 

Het onderzoek bevestigt de waarnemingen van steeds meer biologen: natuurlijke selectie werkt krachtiger dan gedacht. Iedereen kent uit schoolboeken de Britse mot Biston betularia, die in de rokerige 19de eeuw van wit naar bruin veranderde op met smogbesmeurde berken. Toen berkenbast weer wit werd, kwam ook de witte mot weer terug. Deze snel van jas veranderende mot blijkt geen uitzondering maar regel.

Controverse bestaat nu vooral over de vraag, of alleen dat uiterlijk zo rekbaar is, het fenotype, of ook de genetische bagage. In het eerste geval spreek je over ‘fenotypische plasticiteit’, in het tweede geval praat je over echte evolutie. Dat uiterlijke verandering snel plaatsvindt én ook een genetische basis moet hebben, tonen de flexguppen van Swanne Gordon van het Kinnison Laboratory van de Universiteit van Maine. Zij lieten al na 8 jaar en 13 tot 26 guppengeneraties sterke verandering zien in hun voorplanting.

Er bestaan twee basistypes wilde guppen (Poecilia reticulata), die zijn geëvolueerd onder verschillende predatieregimes. Guppen die zwaar lijden onder roofvijanden, produceren meer nageslacht uit kleinere embryo’s, kwantiteit dus. Guppen bij lage predatie krijgen minder en groter nageslacht, ‘kwaliteitsguppen’.

Om snelle evolutie in actie te zien, introduceerden de onderzoekers 200 guppen uit een rivier in Trinidad met hoge predatie, in een rivierdeel waar hun vijanden nagenoeg ontbraken. Al na acht jaar kwamen meer ‘kwaliteitsguppen’voor bij het nageslacht, die hun voortplantingcyclus hadden aangepast.‘Hoewel we door terugvangen van guppen vooral verandering in fenotype aantoonden, vermoeden we toch dat veranderingen in levenscyclus een genetische oorsprong hebben’, schrijft Gordon.

Het onderzoek lijkt op dat aan Chinookzalmen (Oncorhynchus tshawytscha)in de Columbia River bij Seattle. Binnen een eeuw verschenen hier 100 waterkrachtdammen. De populatie kreeg een enorme klap, is nu na herstel de helft van historische waarden. Na de klap en herstel, blijkt al na 20 jaar een kleine variant met korte levenscyclus het stokje over te nemen van zijn grotere neef met lange cyclus. Het aandeel zalmen met korte cyclus in de populatie steeg van 2 naar 23 procent. De cyclus maakt, dat zalmen voor ze naar zee trekken hun lichaam zoutwaterproof maken, ‘osmoregulatie’ heet dat.

Robin Waples van de Northwest Fisheries Science Center in Seattle, doet onderzoek aan de snelle verandering van levenscycli. In Molecular Evolution in 2008 beschrijft hij de enorme verandering in selectiedruk op zalmen, zoals de mogelijkheid vispassages door te komen, hogere watertemperatuur en predatie door exotische baarzen in stuwmeren. De kleinere ‘waterkrachtzalm’ heeft in het nieuwe milieu grotere overlevingskansen gekregen, op zee ligt zijn overlevingskans zelfs tweemaal hoger.

Nieuw, nog ongepubliceerd onderzoek maakt het onderscheid tussen verandering van enkel uiterlijk, fenotype en echte evolutie bij de waterkrachtzalm. ‘Met genetische analyse kun je bepalen welk nageslacht van welk type voorouder komt’, antwoordt Waples per email. ‘Van beide kun je de levenscyclus vergelijken. Als de timing van osmoregulatie alleen op uiterlijk niveau verandert, vindt je geen correlatie met de variatie in timing bij voorouders. Bij genetische verandering wel. Voor de verandering in cyclus is maar een kleine genetische aanpassing nodig. Dus de waargenomen verandering kan zeker vlot plaatsvinden via normale evolutie.’

 

Darwiniaanse schuld en succes

 

Kleine verschillen in eigenschappen, kunnen al grote gevolgen hebben voor overlevingskansen van populaties. Dat beschrijft onderzoeksleider Michael Kinnison van het Kinnisonlab aan de Universiteit van Maine bij nieuw geïntroduceerde Chinook zalmen in Nieuw Zeeland. ‘Na 26 generaties contemporary evolution van de Chinook zalm zien we al 120 procent verschil in overlevingskansen’, schrijft hij in 2009 in PNAS. ‘Zelfs bij een verschil in eigenschappen ten opzichte van de oorspronkelijke populaties in het bereik van 2 tot 7 procent.’ En dat was volgens Kinnison een ‘normale’evolutiesnelheid.

Evolutie is dus een factor om nu al rekening mee te houden bij populatiebeheer. Dat beschreef Craig Stockwell van North Dakota State University al in 2003 in Trends in Ecology and Evolution. ‘Het vroegere onderzoek (in natuurbescherming RZ) ging altijd uit van trage evolutie, onderzoek uit contemporary evolution toont dat evolutie ook op korte termijn inwerkt. Wij pleiten ervoor om ook bij natuurbescherming met dit feit rekening te houden’.

Waples beschrijft al een voorbeeld, waarbij ‘rivierherstel’aanvankelijk juist nadelig werkt dankzij snelle evolutie. De waterkrachtzalmen die meer overlevingskansen hebben bij de ‘onnatuurlijke situatie’, zouden bij herstel van de ‘natuurlijke’toestand een Darwiniaanse schuld hebben opgebouwd in hun genen. Zij verkeren plots weer in het nadeel, waardoor de populatie een nieuwe klap krijgt. ‘Herstel zou dus aanvankelijk tot kleinere populaties kunnen leiden’, schrijft Waples.

De kracht van evolutie kan ook een opsteker zijn in een snel veranderende wereld. Er kunnen dankzij mensen zelfs nieuwe diervarianten ontstaan. Het recente ontstaan in Canada van de Pizzly, kruising tussen grizzly en ijsbeer is een voorbeeld. Evolutiebiologen als Slabbekoorn zijn hier voorzichtig: ‘Ik denk dat doorgaans evolutie geen soelaas biedt voor de snelheid van ecologische veranderingen als urbanisatie’, reageert Slabbekoorn. ‘En dat er dus veel soorten lokaal verdwijnen of zelfs uitsterven. Daar staat tegenover dat er soorten zijn die blijven en aanpassen en lokaal de diversiteit verhogen. Dat is voor die soorten prachtig, en een Darwinistisch succesverhaal dat soms in veel sneller tempo gaat dan vroeger voor mogelijk gehouden.’

 

///kaders

 

Zo snel als Darwin

 

Evolutiesnelheid kent haar eigen maat, de Darwin, die John Sanderson Haldane in 1949 definieerde in het blad Evolution. Daarmee konden onderzoekers de mate van verandering per miljoen jaar berekenen van een eigenschap als bijvoorbeeld hersengrootte. De schaal is logaritmisch. Een procent verandering van een kenmerk ten opzichte van de standaardafwijking, komt overeen met ongeveer 0,001 Darwin.

Het werk van Peter en Rosemary Grant van Princeton University aan Darwinvinken op de Galapagos-eilanden, gaf een miljoen maal hogere evolutiesnelheid van vinkensnavels dan eerder bij andere soorten aangetoond, gemeten in Darwin. De vinkensnavels veranderden in 20 jaar studietijd voor hun ogen. Jonathan Weiner schreef in 1994 het populaire boek‘The Beak of the Finch: a story of Evolution in our Time’ over deze snelle evolutie.

 

2.

Darwin’s nachtmerrie lijkt voorbij

 

Belangrijk werk aan experimentele ‘contemporary evolution’komt van de groep van Leids evolutiebioloog Frans Witte aan visjes, cycliden in het Victoriameer in Tanzania. Dit onderzoek werd bij het grotere publiek bekend, dankzij evolutieklassieker ‘Darwins Hofvijver’ van Witte’s collega Thijs Goldschmitt.

Vele variaties op één cyclidensoort, waren in betrekkelijk korte tijd van honderdduizenden jaren geëvolueerd, met ieder zijn eigen kleur, paargedrag en voedselgewoonte. Introductie van de vraatzuchtige Victoriabaars in 1960 roeide bijna alle cyclidensoorten uit. Snelle vertroebeling van het water door vervuiling deed de rest. ‘Darwin’s Nightmare’heette de documentaire die hierover verscheen.

Maar een feature in Nature in juni 2010 beschreef de verrassende veerkracht door evolutie. In slechts 20 jaar tijd verschenen nieuwe cyclidenvarianten die blijkbaar aan de baars kunnen ontsnappen, én die hun voortplanting aanpassen aan lichtgebrek, ‘dating in the dark’. Na een populatiecrash, ligt ook de hoeveelheid cycliden, gemeten in biomassa weer op het niveau van 1979. Witte brengt nu de genetische gevolgen in kaart.

De menselijke nachtmerrie kan echter wel beginnen. Dankzij snelle evolutie worden zowel parasieten als onkruiden sneller resistent voor medicijnen en pesticiden.