Door Willy van Strien - Foto: ELENA ZHUKOVA, UC BERKELEY - 26-04-2024 - Evolutiebiologie
De Hawaiiaanse archipel biedt een unieke kans om het evolutionaire proces van adaptieve radiatie op de voet te volgen. En dat bij meerdere soortgroepen.
‘Evolutionaire en ecologische processen, die bepalen hoe levensgemeenschappen zich ontwikkelen, zijn moeilijk in samenhang te bestuderen. Maar op de eilanden van Hawaii kan dat uitstekend. De eilanden liggen extreem geïsoleerd en hebben elk hun eigen flora en fauna. Doordat ze verschillen in ouderdom hebben we een aantal momentopnamen van hoe een levensgemeenschap zich vanuit het niets opbouwt. Bij de spinnen ontdekten we meerdere voorbeelden van snelle adaptieve radiatie die zich op elk eiland herhaalt.’ Rosemary Gillespie, hoogleraar milieukunde aan de Universiteit van Californië in Berkeley, spreekt gepassioneerd over het onderzoek dat ze al bijna veertig jaar doet. Ze was één van de keynote-speakers op de jaarlijkse meeting van de Netherlands Society for Evolutionary Biology die op 23 april in Ede werd gehouden.
Taxonomisch en evolutiebiologisch onderzoek aan de spinnen van Hawaii: het was niet wat ze zich voorstelde toen ze aan de Universiteit van Edinburgh in Schotland biologie studeerde. ‘Ik wilde gedragsecologie aan vogels doen’, vertelt ze. ‘Maar de begeleider die ik benaderde bood een onderzoek aan naar het foerageergedrag van spinnen.’ Daar is ze achteraf blij om: ‘Spinnen zijn fantastische dieren om mee te werken. Ze vliegen niet weg en laten zich goed observeren.’ De spinnen lieten haar niet meer los. Ze deed promotieonderzoek aan de Universiteit van Tennessee (Verenigde Staten) aan het foerageergedrag van de strekspin Tetragnatha elongata, en toevallig kon ze daarna een jaar naar de staat Hawaii voor een soortgelijk postdoconderzoek aan de Hawaiiaanse ‘happy-face spider’, Theridion grallator. En toen liet ook Hawaii haar niet meer los.
De Hawaiiaanse archipel is uniek, verklaart ze. Het bestaat uit grote en kleine vulkanische eilanden midden in de Stille Oceaan, en de grote eilanden liggen keurig naar ouderdom gerangschikt op een rij. Dat komt doordat de vulkanen ontstaan op een zogenoemde hotspot in de aardmantel, waar magma opwelt. De Pacifische Plaat, waar de eilanden op liggen, schuift met een snelheid van 5 à 10 centimeter per jaar in noordwestelijke richting over die hotspot heen en neemt de gevormde eilanden mee. Momenteel ligt het grootste eiland, Hawaii-eiland, deels nog op de hotspot. In noordwestelijke richting, van jong naar oud, liggen de hoge eilanden Maui Nui, Oahu en Kauai; Kauai is 5 miljoen jaar oud.
Spiderwoman en evolutiebioloog Rosemary Gillespie: ‘Spinnen zijn fantastische dieren om mee te werken.’
‘Spinnen vliegen niet weg en laten zich goed observeren’
In het jaar dat Gillespie aan de happy-face spider werkte, trof ze tot haar verrassing spinnensoorten aan van het geslacht Tetragnatha, waarvan ze in Tennessee een soort had bestudeerd. Ze vond het fascinerend dat hier meerdere soorten naast elkaar leefden en wilde blijven om hun evolutie te begrijpen. ‘Ik bracht geld bijeen uit verschillende potjes en gedurende een paar jaar leefde ik met een laag inkomen vrijwel continu in het veld.’ Ze ontdekte er tot dan toe onbekende radiaties van Tetragnatha, met naar schatting zeventig soorten. Slechts een handvol daarvan was bekend, dus ze ging aan de slag om meer soorten te beschrijven. Daarmee was ze van gedragsbioloog veranderd in taxonoom en evolutiebioloog.
Een aanstelling aan de Universiteit van Hawaii in Manoa in 1992 bood de mogelijkheid om ermee door te gaan. In 1999 vertrok ze naar de Universiteit van Californië in Berkeley, maar ze komt nog steeds regelmatig op Hawaii: ‘Daar is nog altijd veel te doen.’
SUBSTRAAT
Op verschillende eilanden, constateerde ze, komen opvallend gelijke sets van Tetragnatha-soorten voor, maar die zijn onafhankelijk van elkaar ontstaan. Zo is er een afstammingslijn van soorten die op de grond op prooien jagen. Die soorten zijn er overal in vier typen: groen, donkerrood, klein bruin en groot bruin. Hun uiterlijk past bij het substraat waarop ze overdag, onopvallend voor roofvijanden, rusten, namelijk groene planten, mossen, twijgjes en boomstammen.
De eerste Tetragnatha-soort van de Hawaiiaanse archipel heeft het eiland Kauai zo’n 5 miljoen jaar geleden gekoloniseerd, net als veel andere soortgroepen. Gillespie: ‘Er kwam een proces van snelle en omvangrijke adaptieve radiatie op gang, want omdat het eiland leeg was en het aantal succesvolle kolonisten laag, was er volop ruimte voor ecologische specialisatie, met als gevolg een ongelooflijke diversiteit. Vanuit Kauai werd achtereenvolgens steeds een nieuw, jonger eiland gekoloniseerd. Daar herhaalde het proces van diversificatie zich en ontstond eenzelfde set van soorten: er was sprake van convergente evolutie.’
De evolutie verliep bij veel andere afstammingslijnen op dezelfde wijze, met name in soortenrijke groepen. Zo is het patroon terug te zien in de web-architectuur van webbouwende Tetragnatha-soorten en in kleurpatronen van Ariamnes-soorten, een geslacht van kogelspinnen. En ook in kleurpatronen van de happy-face spider, al gaat het daar om diversificatie binnen een soort. Op het jongste eiland Hawaii zijn zulke radiaties momenteel net begonnen, op de middelste eilanden groeit het aantal soorten per afstammingslijn door en op het oudste eiland (Kauai) neemt het aantal weer af doordat soorten met eenzelfde ecologische niche met elkaar concurreren.