Evolution of ecological specialisation under competition.

Bepalende factoren voor adaptatie.

Hoewel het leven op aarde altijd al veranderingen in tijd en ruimte onderging, worden heel wat organismen vandaag nog meer op de proef gesteld door de klimaatverandering. Om te kunnen overleven, is het voor deze organismen noodzakelijk zich aan te passen aan de heersende omstandigheden. Lokale adaptatie kan leiden tot meer biodiversiteit, één van de belangrijkste drijfveren voor de verschillende diensten die het ecosysteem levert aan de mens, zoals bijvoorbeeld drinkbaar water. Om deze reden is onderzoek naar de factoren die het adaptatieproces beïnvloeden uitermate belangrijk.

ONDERZOCHTE FACTOREN

De versnippering van de natuur kan dispersie lastiger maken en uitwisseling tussen populaties belemmeren. Het is noodzakelijk om genoeg wisselwerking te hebben, om op deze wijze voldoende genetische variatie te verkrijgen en zo lokale adaptatie mogelijk te maken. Teveel migratie kan echter de aanpassing net verhinderen, door de overdracht van teveel ongeschikte genen. Verder is de invloed van competitie een belangrijk gegeven, een soort leeft namelijk niet alleen en bovendien zou de graad van verwantschap hierbij ook een rol kunnen spelen.

In dit onderzoek zijn de volgende twee factoren onderzocht: de graad van dispersie en de aanwezigheid van een competitor. Er werd geopteerd voor een kleine gemeenschap bestaande uit twee herbivoren: Tetranychus urticae, of de bonenspintmijt, als modelsoort en zijn zeer nauw verwante competitor, Tetranychus evansi, of de tomatenspintmijt. Deze laatste staat bekend als een pestsoort op planten van de Solanaceae of nachtschadefamilie, waartoe de tomatenplant behoort.

WERKWIJZE

Er werd in dit onderzoek gewerkt volgens een ‘mainland-island’-dynamiek, waarbij er dispersie van het ‘mainland’ of hoofdeiland, hierna stockpopulatie, naar de verschillende ‘islands’ of eilanden was. Het hoofdeiland bestond uit een aantal bonenplanten waarop de bonenspintmijt gevestigd was, de eilanden uit afzonderlijke tomatenplanten. Deze tomatenplanten waren de nieuwe waardplant voor de bonenspintmijt en ze dienden zich hieraan aan te passen. Wekelijks werden op elk eiland bonenspintmijten overgezet van de stockpopulatie naargelang het niveau van dispersie. Sommigen kregen slechts twee mijten elke week, andere drie, vijf of tien. Om de mogelijke invloed van een andere soort na te gaan waren er, voor elk niveau van dispersie, tomatenplanten waar de bonenspintmijt als enige soort aanwezig was enerzijds, en tomatenplanten waar de beide soorten zich bevonden anderzijds.

Om de impact van competitie en de graad van dispersie aan te tonen werden zowel de ecologische als de evolutionaire dynamieken onderzocht. Voor het onderzoek van de ecologische populatiedynamieken werd tweemaal per week het aantal volwassen vrouwtjes op de planten van de eilanden geteld. Deze tellingen werden dan later gegroepeerd per generatie voor de verdere analyse. Voor de evolutionaire dynamieken werd er gekeken naar de veranderingen op genetisch vlak door middel van de ‘fitness’ van de populaties. Uit elk eiland werd een volwassen vrouwtjes apart op een bonenblad gezet en een ander van dezelfde populatie op een tomatenblad. Hierdoor kon een vergelijking worden gemaakt tussen het aantal nakomelingen en de levensduur van het oorspronkelijke vrouwtje op de aanvankelijke waardplant, de bonenplant, en op de nieuwe tomatenplant. Deze twee factoren werden gebruikt om de ‘fitness’ van de verschillende populaties te bepalen. Dit proces werd in totaal drie keer doorlopen, namelijk voor generatie zeven, acht en negen. Telkens waren er ook individuen van de stockpopulatie onderworpen aan dezelfde behandeling, om eventuele lokale adaptatie vast te kunnen stellen.

CONCLUSIES

In deze studie is duidelijk vastgesteld dat nauw verwante competitie het adaptatieproces kan verhinderen, aangezien de bonenspintmijt zich tijdens de volledige duur van het experiment niet kon vestigen op de tomatenplanten onder competitie. Enkelingen zijn er wel in geslaagd voor kortere periodes, mogelijk door een toevallig kleinere populatiegrootte van de tomatenspintmijt. Dus zelfs het hoogste geteste niveau van dispersie bleek niet voldoende om de veel hogere groeisnelheid van de tomatenspintmijt te compenseren. Door de zeer kleine populatiegroottes was het echter niet mogelijk om voldoende data te verzamelen en konden bijgevolg geen echte conclusies worden getrokken over de invloed van competitie op het adaptatieproces, maar de verschillende niveaus van dispersie leverden wel significante resultaten op.

In vorig onderzoek werd aangetoond dat de plantensoort de levensduur van het aanvankelijke vrouwtje niet beïnvloedt. In dit onderzoek is echter aangetoond dat, ten minste voor de achtste generatie, er wel een invloed is. Wanneer vrouwtjes van dezelfde populatie op tomatenplanten en op bonenplanten geplaatst werden, leefden de vrouwtjes op tomatenplanten minder lang. Bij deze vrouwtjes op tomatenplanten werd geen verschil in levensduur vastgesteld tussen die van de stockpopulatie en die van de eilanden. Daarom kan niets geconcludeerd worden in verband met adaptatie.

Opmerkelijke vaststellingen zijn geconstateerd bij het onderzoek naar de verschillen in populatiegrootte tussen de niveaus van dispersie. Bij de start van het experiment waren de populaties die het grootste aantal immigranten kregen het grootste. Dit verschijnsel bleef ongeveer zeven generaties van kracht. Bij de negende generatie, trad er echter een keerpunt op, waarbij het net de laagste niveaus van dispersie waren die de hoogste populatiegroottes bereikten. Dit keerpunt viel samen met het volgende fenomeen gezien bij de evolutionaire dynamieken op basis van de ‘fitness’ tests. In de negende generatie kon immers vastgesteld worden dat het hoogste niveau van dispersie mogelijk de evolutionaire divergentie tussen de stockpopulatie en de eilanden verhinderde. Deze link tussen de twee dynamieken is wellicht een voorbeeld van eco-evolutionaire dynamieken, waarbij een evolutionaire verandering de overleving en reproductie van een populatie kan beïnvloeden op een korte tijdschaal en hierdoor dus ook de populatiedynamieken.

Hiernaast kon ook een kost van adaptatie aangetoond worden, die het duidelijkst zichtbaar was in generatie acht. De stockpopulatie deed het immers duidelijk beter op de bonenbladeren dan de populaties die onderworpen waren aan de stress van een nieuwe omgeving door de experimentele procedure. Al vanaf de achtste generatie zijn er ook duidelijke signalen voor lokale adaptatie zichtbaar. Dit is ongeveer de helft van de tijd die voordien nodig werd geacht om adaptatie te detecteren bij de bonenspintmijt.

Het is dus uitermate belangrijk te weten hoe gemeenschappen zijn opgebouwd en hoe ze verbonden zijn met elkaar, daar dit een invloed heeft op de mogelijkheid tot evolutieve adaptatie. Dit zou immers de overleving van de soort kunnen beïnvloeden.