Hoe de wintervlinder zich zo snel aanpast aan klimaatverandering
Hoe de wintervlinder zich zo snel aanpast aan klimaatverandering
Door de steeds warmere winters kampt de Nederlandse wintervlinder (Operophtera brumata) met een 'mismatch' tussen het uitkomen van de eitjes en de beschikbaarheid van genoeg jong eikenblad. Maar de vlinder past zich verrassend goed aan. Natalie van Dis ging op zoek naar geschikte kandidaten om die genetische veranderingen te verklaren. Vandaag is ze hierop in Groningen gepromoveerd.
De gevolgen van klimaatverandering zijn inmiddels voelbaar over de hele wereld. De veranderingen in de omgeving zijn niet alleen grootschalig, maar gaan bovenal heel snel. Om te overleven moeten dieren- en plantensoorten zich gaan aanpassen door middel van evolutie: populaties moeten genetisch veranderen.
Maar welke factoren bepalen het aanpassingsvermogen? Dat heb ik onderzocht in Nederlandse wintervlinderpopulaties. Warmere winters zorgen ervoor dat wintervlindereieren in de lente eerder uitkomen. Zulke verschuivingen in seizoenstiming gebeuren wel vaker. Maar voor de wintervlinder was de verschuiving zo groot, dat de eitjes al uitkwamen meer dan 10 dagen voordat er blaadjes aan de eikenbomen groeiden.
Temperatuurgevoeligheid
De pas uitgekomen rupsjes kunnen niet lang zonder voedsel. De selectiedruk op wintervlinderpopulaties om zich aan te passen was dan ook enorm. Mét resultaat: eieren komen nog steeds eerder uit na warme winters, maar door genetische veranderingen versnelt de warmte de ontwikkeling van de eieren nu minder sterk dan 20 jaar geleden.
In mijn onderzoek heb ik de ontwikkeling van wintervlindereieren in kaart gebracht, en daardoor heb ik achterhaald hoe temperatuur de ontwikkeling versnelt of vertraagt. Wat blijkt? De eitjes zijn aan het begin van de winter nog niet zo temperatuurgevoelig. Pas als het zenuwstelsel is ontwikkeld, hebben temperatuursveranderingen echt een grote impact.
Bij de regulatie van de temperatuurgevoeligheid lijken veel genen een rol te spelen. Door naar genexpressie te kijken, heb ik een aantal groepen gevonden die wel eens veranderd zouden kunnen zijn onder druk van klimaatverandering. Zo zijn bijvoorbeeld genen die betrokken zijn bij histoon- en hormoonregulatie, de ontwikkeling van het zenuwstelsel en de biologische klok, temperatuurgevoelig tijdens de ei-ontwikkeling.
Terug in de tijd
Uniek aan de wintervlinder is dat we kunnen terugkijken in de tijd. Het NIOO monitort namelijk al sinds 1994 jaarlijks wintervlinderpopulaties in vier Nederlandse bossen. Uit die gegevens blijkt dat een hogere sterfte als gevolg van de 'mismatch' tussen het uitkomen van de eitjes en de beschikbaarheid van jong eikenblad inderdaad ook in het wild plaatsvond.
Door het DNA door de tijd heen te bekijken, heb ik belangrijke hints gevonden voor het aanpassingvermogen. Zo blijken Nederlandse wintervlinderpopulaties enorm veel genetische variatie te kennen. Daarnaast lijken de populaties ook erg groot te zijn. Samen met het grote aantal genen dat waarschijnlijk bij de temperatuurgevoeligheid betrokken is, vergroten deze factoren de kans dat wintervlinders zich snel aanpassen.
Klimaatrelevante genen
Veel van de genen die betrokken lijken te zijn bij temperatuurgevoeligheid tijdens de ei-ontwikkeling, bleken ook genetisch veranderd te zijn in de Nederlandse wintervlinderpopulaties in de laatste 20 jaar. In het bijzonder genen die betrokken zijn bij het opvangen en verwerken van signalen uit de omgeving.
Deze groep genen lijkt in wel meer diersoorten door klimaatverandering te zijn veranderd. Het zouden dus klimaatrelevante genen kunnen zijn, waarmee we kunnen gaan vaststellen welke populaties met uitsterven worden bedreigd.
Vervolgonderzoek gaat zich richten op de vraag hoe verschillende ecologische factoren de snelheid van de aanpassing van wintervlinders hebben beïnvloed. De lange-termijn ecologische data en de DNA-data die ik voor de wintervlinder heb verzameld, geven ons samen een unieke kans om te testen hoe ecologische processen zoals populatiegroei, in combinatie met selectiedruk, de snelheid van evolutie in wilde populaties bepalen.