Welke combinaties van eigenschappen komen voor bij planten, en welke zijn succesvol? In internationale onderzoeksverbanden leggen biologen grote databestanden aan met kenmerken van soorten en ontwikkelen ze softwareprogramma’s en statistiek om die te analyseren. Nederlandse biologen zijn medeauteurs van drie studies op dit gebied die nagenoeg tegelijkertijd verschenen in PNAS en Nature .
Hans de Kroon, hoogleraar experimentele plantenecologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen, deed mee aan een studie naar eigenschappen die de levensgeschiedenis van planten beschrijven ( PNAS , 5 januari). De Kroon: ‘Van 418 soorten zaadplanten hebben onderzoekers gemeten hoe snel ze groeien, wanneer ze zaden produceren, hoeveel zaden ze maken en hoe oud de planten worden.’ De variatie in levensgeschiedenissen zit grotendeels op twee assen, vertelt hij. De eerste as beschrijft het levenstempo. Aan de ene kant staan planten die hard groeien, snel zaden maken en kort leven; aan de andere kant langzame groeiers die pas laat bloeien en oud worden. ‘Een plant kan namelijk niet snel groeien en lang leven tegelijk’, aldus De Kroon. De tweede as beschrijft het voortplantingssucces over het leven van een plant. Zowel onder snelle als onder langzame groeiers zijn er soorten met lage en hoge reproductie.
De range op beide assen is vrijwel even groot in alle habitats, bijvoorbeeld tropisch regenwoud en woestijn, voor alle taxonomische groepen en voor alle groeivormen, bijvoorbeeld kruid en boom. Zo leven kruiden gemiddeld wel sneller dan bomen, maar stengelloze silene en tijm zijn kruiden met een boomachtig trage levenscyclus. Cecropia is dan weer een geslacht van bomen met een kruidachtig snelle groei. De Kroon: ‘Je had kunnen denken dat er grote systematische verschillen zouden zijn tussen habitats, taxonomische groepen of groeivormen. Daar hebben de auteurs onderling stevige discussies over gevoerd.’
Levenstempo
De plaats van plantensoorten langs de twee assen voorspelt of populaties het goed of slecht zullen doen. Zo hebben invasieve soorten een hoog levenstempo en een hoge reproductie. Bedreigde soorten kunnen snel of langzaam leven, maar staan laag op de reproductie-as. En snel levende soorten herstellen zich makkelijker na een verstoring, ongeacht hun reproductie.
Aan een ander onderzoek werkte Hans Cornelissen mee, hoogleraar systeemecologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Hierin staan zes eigenschappen centraal die vorm en ecologische functie van planten bepalen: hoogte van volwassen plant, dichtheid van stam of stengel, bladoppervlakte, bladdikte en -taaiheid, stikstofgehalte van blad en grootte van zaden of sporen ( Nature , 23 december online). Ruim 46 duizend soorten vaatplanten doen mee.
Het opvallende blad van Victoria amazonica (boven en rechtsonder). Linksonder de overgang van een Nothofagus -gedomineerd bos naar een subtropisch regenwoud.
‘We laten zien welke combinaties van eigenschappen voorkomen en welke functies mogelijk zijn’, zegt Cornelissen. ‘Slechts een klein deel van de theoretische mogelijkheden is gerealiseerd, want een plant kan niet van alle eigenschappen de beste variant hebben.’ Er rollen twee assen uit het onderzoek, die de meeste variatie in vorm en functie beschrijven. De eerste as loopt van laagblijvende planten met kleine zaden of sporen naar grote planten met grote zaden. Cornelissen: ‘Dat doet denken aan de eerste as van het andere onderzoek.’
Daarnaast is er een bladeconomische as, met aan het ene uiteinde planten met dunne, stikstofrijke bladeren met een grote fotosynthesecapaciteit en aan de andere kant planten met dikke, stikstofarme bladeren die bestand zijn tegen vraat, droogte en pathogenen.
De twee assen karakteriseren de planten. Kruiden en bomen nemen een verschillende plaats in op de grootte-as, maar overlappen op de bladeconomische as: ze kunnen zowel dun als dik, taai blad hebben. De genetische modelplant zandraket blijkt geen doorsneeplant te zijn, maar een uitbijter: zeer klein met een vrij dun blad. Landbouwgewassen als biet en boon hebben als gevolg van veredeling extreem slap blad, terwijl sequoia en jeneverbes juist uiterst duurzaam blad maken.
De snelle groeiers zijn slechte concurrenten, onder meer omdat ze geen schaduw verdragen
Cornelissen: ‘Zelf ben ik geïnteresseerd in hoe snel planten koolstofdioxide opnemen en vooral hoe snel het weer vrijkomt als de planten worden afgebroken. Nu blijkt dat de combinatie van snelle opname en langzame afgifte mogelijk is: bamboe is een snelgroeiende plant met dunne bladeren, maar dicht, dus moeilijk afbreekbaar stengelhout.’
De derde studie analyseert eigenschappen om concurrentie te begrijpen ( Nature , 23 december online). De onderzoekers volgden drie miljoen bomen, van meer dan 2500 soorten, gedurende vijf tot tien jaar. Medeauteur Lourens Poorter, hoogleraar bosecologie en bosbeheer aan Wageningen Universiteit, vertelt: ‘We hadden 140 duizend plots van twintig bij 20 meter, variërend van kapvlakte tot volgroeid bos. Er waren dus bomen die geen, weinig of veel concurrentie ondervonden. We gingen na hoe snel de bomen groeiden, of ze de groei van naburige bomen remden en of ze zelf werden onderdrukt door hun buren. Dat koppelden we aan drie eigenschappen van deze soorten: maximale hoogte, houtdichtheid en dikte en taaiheid van bladeren.’
Bomen die snel groeien als ze alleen staan, kunnen dat dankzij een lage houtdichtheid en dunne, productieve bladeren. Maar diezelfde eigenschappen pakken slechter uit naarmate er meer andere bomen aanwezig zijn. De snelle groeiers zijn slechte concurrenten, onder meer omdat ze geen schaduw verdragen. Langzame groeiers met een hoge houtdichtheid en dikke, taaie bladeren verdringen hen. De eigenschappen verklaren de plaats die bomen innemen in een successiereeks. Poorter: ‘Dat gaat overal op, in warme tropische regenwouden, in droge mediterrane bossen en in koude boreale bossen. We denken daarom dat bomen vooral om zonlicht concurreren.’
foto Daniel M. Cáceresfoto Robert Kooymanfoto Sandra Díaz