Soorten die zich aanpassen aan seizoenen lopen het meeste gevaar bij klimaatverandering

In het onderzoek, dat 8 maart 2018 gepubliceerd is in Nature Communications, is gebruik gemaakt van genexpressie en genomische analyse van een Afrikaanse savannevlinder, Bicyclus anynana. Hieruit is gebleken dat soorten met eigenschappen die door het jaar heen veranderen bijzonder kwetsbaar kunnen zijn als het klimaat verandert en hun seizoensgebonden signalen niet langer betrouwbaar zijn.

Fenotypische plasticiteit en aanpassing

“In de evolutionaire biologie wordt algemeen aangenomen dat soorten waarbij individuen het vermogen hebben om hun uiterlijk en energieverbruik aan te passen in reactie op kortetermijnveranderingen in hun omgeving ook de soorten zijn waarvan het het meest waarschijnlijk is dat ze zich kunnen aanpassen aan klimaatverandering. Zulke door de omgeving geïnduceerde veranderingen in het uiterlijk en het functioneren van individuen staan bekend als fenotypische plasticiteit en zijn een gebruikelijke aanpassing van insecten in omgevingen met wisselende seizoenen,” aldus hoofdauteur van het onderzoek dr. Vicencio Oostra (Genetics, Evolution & Environment, University College London en Laboratorium voor Erfelijkheidsleer,Wageningen University & Research).

“Maar er zijn theoretische voorspellingen dat deze plasticiteit belemmerend zou kunnen werken op de aanpassing aan klimaatverandering. Wij leveren nu de eerste empirische ondersteuning voor die voorspellingen, dat soorten die gewend zijn zich aan te passen aan veranderende seizoenen een groter risico lopen om uit te sterven als gevolg van klimaatverandering," vertelt hij.

Genexpressie bij een vlinder als voorbeeld

De onderzoekers hebben de vlinder Bicyclus anynana uit Malawi bestudeerd, een schoolvoorbeeld van seizoensgebonden plasticiteit. Wordt de vlinder in het warme natte seizoen geboren, dan heeft hij een korte levensduur, waarbij hij snel groeit en zich maximaal voortplant. Gebeurt dat echter in het koele droge seizoen, dan leidt de vlinder een inactief leven met een uitgestelde voortplanting en een lange levensduur.

De auteurs hebben het RNA van 72 vlinders geanalyseerd, in een volledige factoriële analyse met opgesplitste broed waarin gekeken werd naar erfelijke effecten en milieueffecten, en vonden diepgaande verschillen in de manier waarop de genen van de vlinders tot expressie kwamen in het droge en het natte seizoen. In het achterlijf en het borststuk was er een significant verschil tussen de expressie van bijna de helft van hun genen in de twee seizoenen. Bovendien waren er significante verschillen in de expressie van veel genen tussen vlinders uit verschillende families.

Daarentegen ontdekten de onderzoekers dat er binnen de populatie zeer weinig genetische variatie was voor de seizoensgebonden plasticiteit zelf. Slechts 1 procent van de genen bleek afhankelijk te zijn van de interactie tussen de genetische achtergrond (familie) en het seizoen. Er was weliswaar veel erfelijke variatie in genexpressie, maar deze verdween bijna volledig wanneer de onderzoekers keken naar de genen die betrokken waren bij de manier waarop individuele vlinders reageerden op seizoensverandering. Elke vlinder doet hetzelfde waar het gaat om seizoensgebonden aanpassing.

“Deze vlinders hebben zich aangepast om te reageren op zeer specifieke aanwijzingen in hun omgeving op de savanne, voornamelijk de temperatuur tijdens hun ontwikkeling, waarmee elk seizoen zeer nauwkeurig te voorspellen is. Elke afwijking in de verandering van hun fenotype om dit af te stemmen op het heersende seizoen levert een aanpassingsprobleem op. Daarom lijkt het erop dat wat we zien in de genetische variatie voor de plasticiteitsgenen een natuurlijke selectie tegen afwijkingen van deze seizoensgebonden reacties is,” vertelt medeauteur prof. Bas Zwaan (Laboratorium voor Erfelijkheidsleer, Wageningen University & Research).

“Als de omgeving van de vlinders maar heel langzaam verandert, kan deze soort zich geleidelijk aanpassen. Dan kunnen er namelijk mogelijk gunstige mutaties optreden, maar in een snel veranderend klimaat is dit waarschijnlijk een probleem. De seizoensveranderingen worden minder betrouwbaar, dus als deze soort vastzit aan een specifieke seizoensgebonden reactie wordt hij daardoor met uitsterven bedreigd,” aldus medeauteur dr. Christopher Wheat (Universiteit van Stockholm).

De onderzoekers hebben naar slechts één bepaalde soort gekeken, maar ze zijn van plan deze vlinder te vergelijken met andere soorten die in minder voorspelbare omgevingen leven om te zien of deze meer genetische variatie hebben die nuttig zou kunnen zijn voor hun aanpassing aan de klimaatverandering.

Potentiële gevolgen voor de biodiversiteit

“Voor het peilen van de invloed van de klimaatverandering op de biodiversiteit is het van het grootste belang dat we vaststellen welke soorten het grootste risico lopen en welke soorten zich kunnen aanpassen. Er zijn veel soorten met seizoengebonden plasticiteit, dus we vermoeden dat er talloze soorten zoals deze zijn die wellicht kwetsbaarder zijn voor klimaatverandering dan eerder werd aangenomen,” zo voegt medeauteur dr. Marjo Saastamoinen (Universiteit van Helsinki) aan.

Dus aan de ene kant wijst het onderzoek erop dat er genetische variatie bestaat voor de fenotypische plasticiteit die onder natuurlijke omstandigheden kan worden gebruikt voor aanpassing, en mogelijk ook in de landbouw. Aan de andere kant neemt de genetische variatie door een dergelijke aanpassing af, wat leidt tot een verhoogde kwetsbaarheid voor snelle milieuveranderingen.

Het onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers uit Groot-Brittannië, Zweden, Finland en Nederland en werd gefinancierd door de Europese Unie, de Academie van Finland, de Knut and Alice Wallenberg Foundation en de Swedish Research Council.