Wageningse wetenschappers stellen voor tropische regenwouden nieuw evolutiemodel voor

Persbericht

Wageningse wetenschappers stellen voor tropische regenwouden nieuw evolutiemodel voor

Gepubliceerd op
8 juni 2015

Onderzoekers van onder andere Wageningen UR stellen een nieuw evolutiemodel voor, het ‘turnover’ model, dat antwoord geeft op de vraag waarom er in tropische regenwouden zo veel soorten planten zijn. In hun publicatie in het tijdschrift New Phytologist laten de Engelse, Nederlandse en Zwitserse onderzoekers zien dat grote evolutionaire veranderingen, zoals het ontstaan van grote groepen van soorten, met een redelijk constante frequentie plaatsvinden, terwijl het ontstaan van individuele soorten juist explosief gebeurt.

Verschillende modellen

Darwin’s tijdgenoot Alfred Russel Wallace betoogde al dat de tropen als het ware een museum van biodiversiteit zijn. Omdat het tropisch klimaat stabiel is, zouden soorten hier gestaag in aantal toenemen over lange periodes: het museummodel. Meer recent werd echter gesuggereerd dat de Pleistocene ijstijden, en de impact daarvan op het klimaat in de tropen, recente explosies van soortsvorming tot gevolg hebben gehad: het zogenoemde cradlemodel.

Beide modellen worden ondersteund door eerder onderzoek aan patronen van diversificatie in tropische planten. Dit onderzoek wordt gedaan aan de hand van gereconstrueerde ‘fylogenetische bomen’: stambomen die de onderlinge afstamming van plantensoorten laten zien. Wanneer bij analyses van plantenfamilies de nadruk werd gelegd op het bestuderen van zoveel mogelijk evolutionaire lijnen uit de familie blijkt diversiteit heel geleidelijk toe te nemen. Zo lijkt bijvoorbeeld de opbouw van diversiteit in belangrijke tropische plantengroepen zoals palmen en de peulvruchtenfamilie volgens het museummodel te verlopen. Binnen zulke grote plantenfamilies zijn er echter ook groepen die precies passen in het cradlemodel, waarbij recent, en in korte tijd, grote aantallen soorten zijn ontstaan.

Moeilijk te combineren

Beide modellen leken moeilijk met elkaar te combineren. Hoe kan een grote plantenfamilie die explosieve toename van het aantal soorten laat zien, als gehele familie toch volgens het museummodel diversifiëren? Het antwoord blijkt te zitten in het analyseren van meer soorten per familie, en het beter via de computer modelleren van soortsvorming over lange periodes in de evolutie.

Mahoniebomen

Onderzoekers van Wageningen UR, Kew (Londen) en Zürich brachten de grootste hoeveelheid data tot dusver bij elkaar voor de plantenfamilie Meliaceae, de mahoniefamilie. Deze familie komt vooral in de tropen voor en is bekend van kostbare houtsoorten zoals mahonie en Spaans ceder. Van ongeveer 35% van alle soorten werden delen van het kern- en chloroplast genoom gesequenced, een techniek waarbij alle bouwstenen van het DNA in kaart worden gebracht.

De analyse van evolutionaire diversificatie wees uit dat de diversiteit van grotere groepen, zoals plantengeslachten en families, inderdaad volgens het museummodel ontstaat, dus met een zekere regelmaat in het ontstaan van afsplitsen van nieuwe lijnen. De onderzoekers toonden aan dat bovenop dit ‘museum fundament’ het ontstaan van individuele soorten echter explosief plaatsvindt en verloopt volgens het cradlemodel.

Soorten zijn ‘jong’

Het onderzoek laat zien dat de mahoniefamilie ongeveer 68 miljoen jaar geleden ontstond. De ongeveer 200 mahonie-soorten die in de Zuid-Amerikaanse regenbossen voorkomen, zijn voor een groot deel het resultaat van twee explosies in de soortvorming (radiaties). Deze radiaties vonden plaats in het late Mioceen, dus minder dan 10 miljoen jaar geleden, in twee evolutionaire lijnen los van elkaar.

Opmerkelijk aan dit explosief ontstaan van grote aantallen soorten binnen de mahoniefamilie is dat het om twee verschillende groepen binnen de familie gaat die onafhankelijk van elkaar dezelfde ecologische aanpassingen hebben geëvolueerd, zoals planthoogte en aanpassing van de zaden aan dezelfde diersoorten die de zaden verspreiden. Daarbij blijken de twee groepen een vergelijkbare snelheid van soortsvorming te hebben. De abrupte toenames in snelheid binnen de twee lijnen van individuele soortsvorming vonden plaats nadat de mahoniefamilie het voorouderlijke habitat, tropische droge bossen en seizoensbossen, hadden verlaten en de regenbossen koloniseerden en zo in andere klimaatomstandigheden terecht kwamen.

Nieuw model voor de evolutie

De resultaten van de studie laten zien dat de meeste mahonie-soorten in de tropen van vrij recente oorsprong zijn. Het is aannemelijk dat dat ook voor andere families geldt. De auteurs stellen een nieuw model voor: het turnover model, waar in over lange periodes het aantal evolutionaire lijnen met een min of meer constante snelheid toeneemt, terwijl individuele soortsvorming hiervan losgekoppeld is en explosief kan plaatsvinden.