De genetische samenstelling van zandraketpopulaties verandert binnen enkele jaren onder invloed van klimaat. Een grootschalig veldexperiment laat zien dat planten zich snel kunnen aanpassen, maar ook dat die aanpassing grenzen kent.
Klimaatverandering laat zich direct aflezen in het dna van planten: in een wereldwijd veldexperiment verschuift de genetische samenstelling van zandraketpopulaties binnen enkele jaren richting varianten die beter zijn aangepast aan de lokale klimaatomstandigheden. Dat blijkt uit een grootschalige studie, geleidt door onder andere de Nederlandse evolutiebioloog Niek Scheepens (Goethe University Frankfurt), waarin onderzoekers populaties op tientallen locaties over het noordelijk halfrond volgden (Science, 26 maart).
Botanische Tuinen
In dat experiment zaaiden biologen identieke mengsels van zaden van Arabidopsis thaliana – afkomstig van 231 natuurlijke populaties – uit op uiteenlopende locaties, van de subtropen tot nabij de poolcirkel. Ook in de Botanische Tuinen van de Universiteit Utrecht werden zulke proefveldjes aangelegd, waar moleculair plantenfysioloog Martijn van Zanten en bio-informaticus Basten Snoek het veldwerk uitvoerden voor het internationale consortium. Door elke twee weken bloeiende planten te bemonsteren en de genomen te sequensen, volgden de onderzoekers nauwkeurig welke genetische varianten in frequentie toe- of afnamen.
Volgens Van Zanten zit de kracht van de studie in die combinatie van schaal en detail. ‘Er zijn om en nabij 70.000 individuen gesampled over drie jaar’, zegt hij. ‘Alleen de hoeveelheid data is al uniek, maar je ziet ook dat selectie heel consistent optreedt onder vergelijkbare klimaatomstandigheden.’
Patronen
Die consistentie leidt tot parallelle patronen. Niet alleen werden vergelijkbare veranderingen in genetische samenstelling tussen replica’s per locatie waargenomen, maar ook tussen locaties met vergelijkbare klimaten. In bijvoorbeeld Spanje en Griekenland bleven na verloop van tijd dezelfde genetische varianten over. In noordelijkere gebieden was de genetische samenstelling ook vergelijkbaar tussen locaties, maar de noordelijke locaties verschilden wel heel sterk van die in zuidelijkere regio’s. Vooral temperatuur blijkt een belangrijke selectiedruk.
De optimale omstandigheden voor de snel geëvolueerde planten blijken overeen te komen met een klimaat dat ongeveer 1,5 graad koeler is dan het huidige klimaat op hun oorspronkelijke vindplaatsen. ‘Dat optimum ligt nu dus op een andere plek dan waar die varianten van Arabidopsis oorspronkelijk vandaan komen’, aldus Van Zanten. ‘Dat verschil komt overeen met de huidige klimaatverandering en maakt het effect daarvan dus heel tastbaar.’
Grenzen
De genetische verschuivingen werden al binnen drie generaties waargenomen. Volgens Van Zanten laat dat zien dat natuurlijke selectie snel kan ingrijpen, mits er voldoende genetische variatie aanwezig is in de uitgangspopulatie. Tegelijkertijd kent die aanpassing grenzen: op de meest warme locaties was de genetische verandering eerst willekeurig en vervolgens stierven de populaties uit, vermoedelijk omdat de selectiedruk te hoog was om snel aan te passen in extreme condities.
Een stap verder
De studie sluit aan bij eerdere analyses op basis van verspreidingsgegevens, maar gaat een belangrijke stap verder, meent Wieger Wamelink – ecoloog aan de Wageningen Universiteit en niet betrokken bij dit onderzoek. ‘Dit zijn echt experimenten, geen conclusies op basis van verspreidingsgegevens uit het veld’, vertelt hij. ‘Ze laten heel mooi zien dat genetische variatie wordt aangesproken en verschuift onder invloed van klimaat.’
Die genetische variatie is volgens hem cruciaal voor de veerkracht van soorten. ‘Als die kleiner wordt, raak je flexibiliteit kwijt. Dan kun je minder goed reageren op veranderingen.’ Tegelijkertijd plaatst Wamelink een kanttekening bij de interpretatie van de resultaten. ‘Ik zou het woord evolutie hier niet gebruiken. Ze tonen vooral aan dat er binnen bestaande variatie iets verschuift, niet dat er nieuwe genetische veranderingen ontstaan.’
Van Zanten geeft aan dat deze studie inderdaad gaat over verschuivingen in genetische samenstelling, maar wel heel consequent en zelfs op een voorspelbare manier. ‘Of de verschuivingen ook daadwerkelijk adaptief zijn staat nog niet vast. In vervolgexperimenten testen we momenteel of en hoe de verschuivingen fitness verhogen.’
Migratie
Wamelink benadrukt ook dat de experimentele opzet gunstiger is dan de werkelijkheid. In het veld beschikken populaties doorgaans over minder genetische variatie en is migratie beperkt. ‘Die genetische informatie moet wel op tijd op de juiste plek komen. Dat is geen gegeven.’
Van Zanten erkent dat punt: in het experiment startten onze populaties met een uitzonderlijk brede genetische mix. ‘We hebben hier een bovengemiddeld grote genetische variatie in het veld gebracht. Of natuurlijke populaties van bijvoorbeeld bedreigde planten zich net zo snel kunnen aanpassen als onze experimentele Arabidopsis-populaties zal uit vervolgonderzoek moeten blijken.’