Twee soorten zeeslakken, Littorina saxatilis, aangepast aan verschillende omgevingen. Het krab-ecotype (links) is groter en op zijn hoede voor roofdieren. Het golf-ecotype (rechts) is kleiner en gedurfd gedrag. © David Karmeliet
Klosterneuburg, Oostenrijk — Doorgaans geloven wetenschappers dat het talloze eeuwen duurt voordat de evolutie bij welke soort dan ook grote veranderingen teweegbrengt. Uit een nieuwe studie blijkt echter dat dit verbazingwekkende proces zich in een oogwenk ontvouwt.
Een team van onderzoekers van het Instituut voor Wetenschap en Technologie van Oostenrijk (ISTA) en de Noorse Nord Universiteit heeft waargenomen dat zeeslakken in slechts dertig jaar tijd evolueren en sterk op hun voorouders gaan lijken – een fractie van de tijd in evolutionaire termen.
Het verhaal begint in 1988, toen een giftige algenbloei populaties zeeslakken wegvaagde van kleine rotspartijen, bekend als scheren, op de Köster-archipel nabij de Zweeds-Noorse grens. Hoewel deze milieuramp voor velen misschien onbeduidend lijkt, bood het voor mariene ecoloog Kirsten Johansson van de Universiteit van Göteborg een unieke kans om evolutie in actie te bestuderen.
Vier jaar na de algenbloei, in 1992, besloot Johansson de slakken opnieuw te introduceren in een van deze nu lege weilanden. En hier is de twist: in plaats van hetzelfde type slakken terug te brengen dat daar voorheen leefde, introduceerden ze een compleet andere groep van hetzelfde type, Litorina saxatilis.
Deze zeeslakken, die vaak langs de oevers van de Noord-Atlantische Oceaan voorkomen, hebben verschillende eigenschappen ontwikkeld die passen bij hun specifieke omgeving. De twee belangrijkste soorten staan bekend als ‘golfslakken’ en ‘krabslakken’. Golf slakkenOorspronkelijk bewoonden ze rotsachtige rotsen, maar ze waren klein met dunne schelpen, grote, ronde ventilatieopeningen en een gedurfd gedrag: aanpassingen die hen hielpen te overleven in door golven geteisterde omgevingen. KrabbenslakkenAan de andere kant zijn ze groter, hebben dikkere schelpen, kleinere openingen en een meer behoedzaam gedrag – eigenschappen die hen beschermen tegen krabroofdieren in rustiger water.
Het experiment van Johansson omvatte het introduceren van krabslakken in een skigebied waar voorheen golfslakken woonden. De vraag was: hoe konden deze krabslakken zich aanpassen aan hun nieuwe, aan golven blootgestelde omgeving?
De resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Vooruitgang van de wetenschap Het was ronduit geweldig. Binnen slechts een paar generaties – de slakken planten zich een of twee keer per jaar voort – begonnen wetenschappers tekenen van aanpassing te zien. In de loop van 30 jaar zijn de gekweekte krabslakken geëvolueerd om te lijken op de golfslakken die de rotsen bewoonden voordat de algen bloeiden.
“In de loop van 30 jaar experimenteren hebben we sterk kunnen voorspellen hoe de slakken eruit zullen zien en welke genetische regio’s erbij betrokken zullen zijn. De transformatie is snel en dramatisch verlopen”, zegt Diego Garcia Castillo, een ISTA-afgestudeerde student een van de hoofdauteurs van het onderzoek. Mediabericht.
Wat deze studie bijzonder fascinerend maakt, is dat de slakken deze nieuwe eigenschappen niet vanaf het begin hebben ontwikkeld. In plaats daarvan profiteerden ze van de genetische diversiteit die al aanwezig was in hun populatie, zij het op een laag niveau. Deze bestaande genetische diversiteit, gecombineerd met de potentiële genenstroom van naburige populaties golfslakken, maakte een snelle aanpassing aan de nieuwe omgeving mogelijk.
De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan de wereld van slakken. In een tijdperk van snelle veranderingen in het milieu is het van cruciaal belang om te begrijpen hoe soorten zich snel aanpassen.
“Dit werk stelt ons in staat de terugkerende evolutie nader te bekijken en te voorspellen hoe een populatie eigenschappen zou kunnen ontwikkelen die in het verleden afzonderlijk zijn geëvolueerd onder vergelijkbare omstandigheden”, legt Garcia-Castillo uit.
Anya-Marie Westram, onderzoeker aan de Nord Universiteit en co-auteur van de studie, benadrukt het belang van genetische diversiteit bij aanpassing.
“Niet alle soorten hebben toegang tot grote genenpools, en het ontwikkelen van nieuwe eigenschappen gaat erg langzaam. De aanpassing is erg complex, en onze planeet wordt ook geconfronteerd met complexe veranderingen met perioden van extreme weersomstandigheden, snelle klimaatverandering en vervuiling”, zegt hij. Westram. En nieuwe parasieten.” “Dit onderzoek kan mensen ervan overtuigen een reeks natuurlijke habitats te beschermen, zodat soorten hun genetische diversiteit niet verliezen.”
Nu onze planeet te maken krijgt met complexe veranderingen, waaronder extreme weersomstandigheden, klimaatverandering, vervuiling en nieuwe parasieten, zou het vermogen van soorten om zich snel aan te passen van cruciaal belang kunnen zijn voor hun overleving. Deze studie biedt een kijkje in de manier waarop evolutie op relatief korte tijdschalen werkt, en biedt hoop voor soorten die met snelle veranderingen in het milieu worden geconfronteerd.
Tegenwoordig is het aantal slakken dat op de experimentele hellingen wordt aangetroffen toegenomen tot ongeveer 1.000, wat hun opmerkelijke vermogen aantoont om zich aan te passen en te gedijen in nieuwe omstandigheden. Nu we op wereldschaal nog steeds met milieu-uitdagingen worden geconfronteerd, kunnen de lessen die we uit deze kleine zeeslakken trekken van onschatbare waarde zijn bij het begrijpen en misschien voorspellen van hoe soorten zullen reageren op onze veranderende wereld.
Papieren samenvatting
methodologie
In dit onderzoek wilden de onderzoekers weten of ze konden voorspellen hoe een groep zeeslakken zou ontstaan. Litorina saxatiliszal zich aanpassen aan de nieuwe omgeving. Om dit te doen, verplaatsten ze de slakken van een leefgebied dat gedomineerd werd door krabroofdieren naar een plek waar sterke golven de omgeving bepalen. Dit gebeurde aan de Zweedse kust, waar een klein rotsachtig eiland als testlocatie diende. De slakken werden gedurende 30 jaar geobserveerd om bij te houden hoe hun fysieke eigenschappen (zoals schaalgrootte en vorm) en genetische samenstelling veranderden.
De studie concentreerde zich op de vraag of veranderingen in schelpeigenschappen en genen zouden overeenkomen met wat onderzoekers al hebben waargenomen bij slakken die zich op natuurlijke wijze hebben aangepast aan verschillende omgevingen elders. Ze voorspelden veranderingen in fysieke eigenschappen, de frequentie van specifieke genetische eigenschappen en chromosomale arrangementen in de loop van de tijd.
Belangrijkste bevindingen
De onderzoekers zagen dramatische veranderingen bij de slakken die werden getransplanteerd in door golven gedomineerde habitats. Na verloop van tijd begonnen de slakken meer op lokale bewoners te lijken, die op natuurlijke wijze evolueerden in omgevingen met veel golven. Hun schelpen zijn bijvoorbeeld dunner geworden, met andere vormen en patronen vergeleken met de dikkere, beter beschermende schelpen van slakken die in het leefgebied van de krab worden aangetroffen.
Genetisch gezien zijn veel van de door de onderzoekers voorspelde veranderingen ook uitgekomen. Genen die verband houden met overleven in een omgeving met veel branding komen steeds vaker voor. Over het algemeen pasten de slakken zich snel aan, en binnen slechts een paar jaar leken en gedroegen ze zich meer als slakken die zich aanpasten aan de golven.
Beperkingen van de studie
Ten eerste werd het onderzoek uitgevoerd in een zeer specifieke omgeving, wat betekent dat de resultaten mogelijk niet van toepassing zijn op alle soorten veranderingen in het milieu. Golven en krabben vertegenwoordigen slechts één reeks natuurlijke spanningen, en andere factoren zoals temperatuurveranderingen of vervuiling kunnen slakken op verschillende manieren beïnvloeden.
Het onderzoek richtte zich ook op een specifiek type slak en is mogelijk niet van toepassing op andere organismen. Ten slotte, omdat de onderzoekers gedurende dertig jaar afhankelijk waren van incidentele bemonsteringen, kunnen er hiaten in de gegevens zijn geweest die niet alle fijnere details van de manier waarop de slakken veranderden vastlegden.
Discussie en afhaalrestaurants
Het belangrijkste idee van deze studie is dat we kunnen voorspellen hoe populaties zich zullen aanpassen aan veranderingen in het milieu op basis van wat we weten over hun genetische diversiteit en hoe ze zich elders hebben aangepast. De slakken in dit experiment pasten zich snel aan, wat aantoont dat soorten met bestaande genetische diversiteit snelle veranderingen in het milieu kunnen overleven.
Dit is een belangrijke ontdekking in de context van klimaatverandering en andere door de mens veroorzaakte veranderingen in het milieu. Het onderzoek benadrukt echter ook dat dit soort voorspelbaarheid mogelijk niet in alle situaties geldt, vooral wanneer veranderingen in het milieu compleet nieuw of extreem zijn.
Financiering en openbaarmakingen
Dit project kreeg steun van verschillende bronnen, waaronder de Noorse Onderzoeksraad, de Zweedse Onderzoeksraad, de Europese Onderzoeksraad, het Oostenrijkse Wetenschapsfonds en de Portugese Wetenschaps- en Technologiestichting. Het onderzoek werd uitgevoerd op dieren in Zweden, volgens strikte regels voor de behandeling van dieren in wetenschappelijke onderzoeken. Er werden door de onderzoekers geen significante belangenconflicten gemeld.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
