Van stress naar succes: snelle evolutie als overlevingsstrategie tegen milieustressoren

Denk je aan evolutie, dan denk je waarschijnlijk al snel aan Darwin, tijdschalen van miljoenen jaren en dinosauriërs. Maar er bestaat ook snelle evolutie, micro-evolutie, een manier waarop organismen zich snel kunnen aanpassen aan veranderingen in hun leefomgeving. Dit is van steeds groter belang voor het voortbestaan van soorten, met het oog op klimaatverandering en andere menselijke verstoringen in ecosystemen.

In mijn onderzoek richt ik me op de micro-evolutionaire aanpassing van populaties van meerdere soorten tegelijkertijd. Ecosystemen bestaan immers uit gemeenschappen van populaties van verschillende soorten, waartussen interacties plaatsvinden. Populaties kunnen verschillen in hun vermogen zich micro-evolutionair aan te passen en kunnen elkaars micro-evolutionaire trajecten beïnvloeden. Daarom is het bij het bestuderen van evolutie erg belangrijk om niet naar slechts één soort te kijken, maar het belang van de gemeenschapscontext te erkennen. Ik voer dit onderzoek uit binnen de onderzoeksgroep van Steven Declerck, samen met stagiairs.

Verzilting

De stressfactor die we in dit onderzoek bestuderen is verzilting, een steeds groter probleem voor zoetwaterecosystemen. Onder meer door zeespiegelstijging vanwege klimaatverandering, het gebruik van strooizout en intensieve irrigatie. We onderzoeken of soorten zich micro-evolutionair, dus snel, kunnen aanpassen aan verzilting. Ook onderzoeken we wat hierbij het effect van de gemeenschap van verschillende soorten is. Ten slotte gaan we nog een stap verder, waarbij we het omgekeerde onderzoeken: wat is het effect van evolutionaire aanpassing op de samenstelling van de gemeenschap en het functioneren van het ecosysteem?

Modelvlooien

De modelorganismen die we gebruiken zijn watervlooien. Enerzijds omdat watervlooien een erg belangrijke rol spelen in zoetwaterecosystemen: ze grazen op algen, waardoor ze een belangrijke bijdrage leveren aan de waterkwaliteit en nutriëntencycli. Zelf zijn ze een voedselbron voor hogere niveaus in het voedselweb, zoals vissen. Anderzijds omdat watervlooien zeer geschikt zijn voor evolutionair onderzoek. Ze hebben een korte generatietijd en zowel een ongeslachtelijke als seksuele levenscyclus. Gedurende het grootste deel van het jaar zijn er alleen vrouwtjes, die zich klonaal voortplanten, wat betekent dat hun nakomelingen allemaal een kopie hebben van hun DNA en dus genetisch gelijk zijn. Alleen onder stressvolle omgevingsomstandigheden gaan ze over op seksuele voortplanting waarbij ze mannetjes produceren en rusteieren die bevrucht kunnen worden. Rusteieren zijn omgeven zijn door een stevig omhulsel, waardoor ze beschermd zijn tegen uitdroging, kou en andere ongunstige omstandigheden. De eieren kunnen zo jarenlang overleven en pas als de omgevingscondities weer gunstig zijn, komen ze uit en herstart de groei van een watervlopopulatie. 

Mijn PhD-onderzoek begon met het verzamelen van watervlooien uit verschillende meren en vijvers in Nederland. Daarna hebben we in het lab op het NIOO klonale lijnen opgestart vanuit deze verzamelde individuen: doordat watervlooien zich meestal klonaal voortplanten kun je vanuit één individu een lijn opzetten van vele individuen die genetisch identiek zijn. Vervolgens hebben we met deze klonale lijnen een experiment uitgevoerd in mesocosms; bakken van 180 liter die als simulatie van een aquatisch ecosysteem dienen. Het uiteindelijk doel was om te onderzoeken of watervlooien zich evolutionair kunnen aanpassen aan verzilting en wat het effect van de gemeenschapscontext hierbij is. Deze zomer voeren we een tweede mesocosm experiment uit, waarbij we willen testen wat het effect is van evolutionaire aanpassing van watervlooien op de gemeenschapssamenstelling en ecosysteemfuncties.

Kortom, in dit onderzoek kijk ik niet alleen in hoeverre organismen zich evolutionair kunnen aanpassen aan stress, maar hoop ook inzicht te verkrijgen in het effect van deze evolutionaire aanpassing op het functioneren van ecosystemen. Dit is zeer belangrijk in het kader van klimaatverandering en alle huidige veranderingen waar ecosystemen mee te maken krijgen. Hopelijk kan snelle evolutie organismen helpen in hun overlevingsstrijd tegen ecosysteemverstoringen en draagt ons onderzoek een steentje bij aan het begrijpen hiervan.