Wat Darwin niet kon zien: expeditie naar onzichtbaar leven op Galapagos

Hoe uniek en divers is het onzichtbare microbiële leven op de iconische Galapagoseilanden? Dat ontdekken is het doel van het Galápagos Microbiome Project van een internationale groep wetenschappers uit Nederland, Ecuador, Spanje en Brazilië. Met die kennis kunnen we de evolutie van de verschillende soorten beter begrijpen. Van de bacteriën en schimmels – het microbioom – die de onderzoekers gaan bemonsteren, maar ook van de planten waar ze op leven.

“Voor ons is het erg motiverend om in de voetstappen van Darwin te treden en op de Galapagoseilanden de diversiteit van microben op wilde plantensoorten in kaart te brengen,” vertelt projectleider Jos Raaijmakers, hoofd Microbiële Ecologie van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) en daarnaast hoogleraar bij de Universiteit Leiden.

Darwinvink wordt reuzenmadelief

De nieuwe inzichten uit het onderzoek kunnen belangrijke input leveren voor het behoud van bedreigde plantensoorten, in het bijzonder Scalesia, het reuzenmadeliefje. Vooral op de onbewoonde eilanden van de Galápagos zijn de reuzenmadeliefjes te vinden. Ze groeien op vruchtbare gronden, die buiten de natuurreservaten ook in trek zijn bij de landbouw. Maar daarnaast vormen grazende geiten, invasieve soorten en klimaatverandering bedreigingen voor deze unieke inheemse planten.

Deze inheemse planten zijn de ‘darwinvinken onder de planten’. Net als de bekende groep vogelsoorten die Darwin op Galápagos aantrof en als inspiratie voor zijn evolutietheorie gebruikte, verschillen de familieleden van dit inheemse plantengeslacht sterk van plek tot plek en van eiland tot eiland. De ene keer een struikje tussen stukken puimsteen, de andere keer een ware madeliefjesboom in een nevelwoud. Door zich aan te passen aan de omstandigheden ter plekke, ontstond eerst veel variatie en daaruit ontwikkelden zich tenminste vijftien verschillende soorten.

Microvrienden

Maar hoe zit het met de micro-organismen: hebben die zich ook zo aangepast en zijn ze net zo divers? En welke rol spelen zij in de ecologie van de inheemse planten waar ze op leven? Kennis over hun onbekende microbiële vrienden kan hopelijk helpen om deze planten te beschermen.

“Dit is een onzichtbare wereld die ten tijde van Darwin niet in detail onderzocht kon worden,” legt Raaijmakers uit. “Met de huidige DNA-technieken kunnen we nu wel de diversiteit van de microben ontrafelen, en onderzoeken of het op de verschillende eilanden gelijk opgaat met die van de plantensoorten waarop en waarin ze leven.”

Per schip

Van 25 maart tot 6 april gaat de internationale groep van zes wetenschappers en een filmmaker op expeditie naar diverse (on)bewoonde Galapagoseilanden, met een schip als uitvalsbasis. Projectleider Raaijmakers werkt bij de voorbereidingen nauw samen met Pieter van ’t Hof en Gonzalo Rivas-Torres van de Universiteit van San Francisco de Quito in Ecuador, om de tocht naar de verschillende soorten reuzenmadeliefjes mogelijk te maken. Beide onderzoekers en hun team hebben ruime ervaring met expedities op Galapagos en zij zijn nauw betrokken bij het grote onderzoeksinitiatief Galapagos Barcode Project.

“Op de eilanden bemonsteren we straks bladeren en wortels van de planten om de micro-organismen die daar leven in kaart te brengen,” vertelt Raaijmakers. “Net als mens en dier zijn ook planten afhankelijk van microben voor hun groei, ontwikkeling en gezondheid.” Wij hebben miljarden microben op onze huid en in onze darmen waar we mee samenleven. En planten hebben ook zo’n microbioom: miljarden goedaardige bacteriën, schimmels en gisten op en in hun wortels en bladeren.”

Dit zijn niet de eerste planten die Raaijmakers en zijn collega's bemonsteren. “Voor diverse voedselgewassen hebben we het microbioom al redelijk goed in kaart gebracht, ook bij de wilde voorouders van de gewassen. We zien daar een diversiteit in functies, die we nog maar ten dele begrijpen.” Goed om dat te vergelijken met deze wilde plantensoorten en hun 'microvrienden'. “Daarnaast kunnen ‘goede’ plantenmicroben op de langere termijn wellicht dienst gaan doen bij het behoud en herstel van inheemse plantensoorten, die door klimaatverandering en invasieve planten bedreigd worden.”

Het expeditieteam

• Jos Raaijmakers (NIOO-KNAW & Universiteit Leiden): is microbieel ecoloog en projectleider.
• Pieter van't Hof (Universidad San Francisco de Quito, Ecuador): is expeditieleider en senior-onderzoeker in Quito.
• Gonzalo Rivas-Torres (Universidad San Francisco de Quito & Tiputini Biodiversity Station): is mede-expeditieleider en specialist in de taxonomie en evolutie van Scalesia en andere Galapagos-planten.
• Viviane Cordovez (NIOO-KNAW): is microbieel ecoloog en zij verzamelt Scalesia-planten om de aanwezige soorten en genetische diversiteit van gisten te onderzoeken.
• Víctor Carrión Bravo (Universiteit Leiden & Universiteit van Malaga, Spanje): is moleculair microbioloog en hij bestudeert de interacties tussen micro-organismen en planten in hun natuurlijke omgeving.
• Diego Ortiz Yepez (Universidad San Francisco de Quito): is bioloog en hij neemt tijdens de expeditie ook zeewatermonsters voor eDNA-analyse van de mariene biodiversiteit.
• Haig Balian (oud-directeur ARTIS en Groote Museum, oprichter Micropia, film- en museummaker): filmt deze bijzondere expeditie.

Waarom zo bijzonder?

De grotendeels onbewoonde Galapagoseilanden liggen geïsoleerd in de open oceaan, ongeveer duizend kilometer ten westen van Zuid-Amerika. Hierdoor zijn dieren, planten en mogelijk ook micro-organismen onafhankelijk van hun soortgenoten op het vasteland geëvolueerd. De vele nauwverwante soorten hielpen Darwin, tijdens zijn bezoek in 1835 en in de jaren daarna, de evolutietheorie te ontwikkelen.

Op de verschillende eilanden is veel onderzoek gedaan naar het ontstaan van erfelijke variaties binnen één diersoort met uiteindelijk veel nieuwe soorten en ondersoorten tot gevolg, zoals bij de beroemde darwinvinken. Inmiddels is er ook onderzoek gedaan naar planten. Ook bij de inheemse Scalesia treffen we dus grote verschillen aan: van kleine plant tot struik of zelfs boom. Dat laatste is voor de familie van de madeliefjes en paardenbloemen uitzonderlijk.

Tekst: NIOO-KNAW
Foto's: Gonzalo Rivas-Torres (leadfoto: Scalesiabos in een krater)