Een extreme droogte in Californië zette populaties van de maskerbloem Mimulus cardinalis onder zware druk. Sommige populaties wisten zich echter binnen enkele jaren genetisch aan te passen en te herstellen.
Sommige populaties van de maskerbloem Mimulus cardinalis overleefden de historische megadroogte die Californië tussen 2012 en 2015 teisterde, doordat ze zich genetisch snel aanpasten. Onderzoekers laten zien dat natuurlijke selectie tijdens die periode binnen enkele jaren genetische varianten bevoordeelde die samenhangen met droogtetolerantie (Science, 12 maart). De studie levert daarmee direct bewijs voor zogeheten evolutionary rescue in wilde plantenpopulaties.
Evolutionaire redding
Klimaatverandering vergroot wereldwijd de kans op extreme gebeurtenissen zoals langdurige droogte. Zulke gebeurtenissen kunnen populaties zo sterk doen krimpen dat uitsterven dreigt. In theorie kunnen populaties zich soms redden doordat natuurlijke selectie snel gunstige genetische varianten bevoordeelt. Dit proces – evolutionary rescue – is eerder vooral aangetoond in laboratoriumexperimenten met bijvoorbeeld bacteriën, gisten en fruitvliegen.
Oeverplant
Amerikaanse, Canadese en Britse biologen volgden daarom nu acht jaar lang populaties van M. cardinalis, een oeverplant die groeit langs beken en rivieren in het westen van Noord-Amerika, van Californië tot Oregon en Washington. In totaal namen zij 55 populaties onder de loep. Bij 19 populaties verzamelden de onderzoekers jaarlijks veldgegevens over overleving, groei en voortplanting, waarmee ze de populatiegroei berekenden. Daarnaast analyseerden ze met whole-genome sequencing de genetische variatie en volgden ze hoe allelfrequenties door de tijd veranderden.
Droogtetolerantie
Tijdens de vier jaar durende droogte – de ernstigste in minstens tienduizend jaar in Californië – krompen veel populaties sterk en verdwenen sommige lokaal. Andere populaties herstelden juist na verloop van tijd. In die herstellende populaties namen tijdens de droogte genetische varianten toe die samenhangen met eigenschappen zoals droogtetolerantie. Populaties waarin deze allelen tijdens de droogte snel in frequentie toenamen, herstelden zich daarna vaker.
De onderzoekers zagen bovendien dat populaties die vóór de droogte al relatief veel genetische variatie hadden in droogtegerelateerde genen, zich het sterkst herstelden. Dat wijst erop dat natuurlijke selectie vooral werkt op bestaande genetische variatie en minder op nieuwe mutaties.
Pleidooi
Volgens plantenecoloog en geneticus Koen Verhoeven (Nederlands Instituut voor Ecologie en Universiteit van Amsterdam), die niet bij het onderzoek betrokken was, ligt juist daar een belangrijke les. ‘Dit is eigenlijk een pleidooi voor het belang van genetische diversiteit’, zegt hij. ‘Evolutionary rescue kan alleen plaatsvinden als populaties al voldoende variatie hebben waarop selectie kan werken.’
Dat zulke processen ook bij andere plantensoorten kunnen optreden, acht hij waarschijnlijk. Dat het nu juist bij deze rode maskerbloem overtuigend wordt aangetoond, noemt Verhoeven geen toeval. ‘Deze soort wordt al decennialang intensief onderzocht. Daardoor beschikken onderzoekers over uitzonderlijk rijke genetische en ecologische datasets. Zulke langlopende gegevens zijn precies wat je nodig hebt om snelle evolutie in natuurlijke populaties overtuigend te laten zien. Dat maakt dit onderzoek ook krachtig.’
Tegelijk laat de studie zien dat snelle evolutie geen garantie biedt voor overleving. Tijdens de droogte verdwenen meerdere populaties alsnog. Daarmee rijst de vraag onder welke omstandigheden evolutionary rescue mogelijk is, en wanneer soorten die flexibiliteit missen.