DNA-onderzoek van Naturalis ontdekt meerdere nieuwe soorten in Nederland

In het ARISE-project bouwt Naturalis Biodiversity Center in Leiden, samen met NWO, het Westerdijk Instituut en de universiteiten van Amsterdam en Twente aan een infrastructuur die alle grofweg 43.000 meercellige Nederlandse soorten kan herkennen en in kaart brengen. Elke soort, op elke manier, snel, en alle data met elkaar verbonden.

Gestart in 2020, bundelen in het Arise-project wetenschappers in nauwe samenwerking met allerlei experts de krachten om met de modernste technologieën de Nederlandse biodiversiteit opnieuw in kaart te brengen. Het streven is om in de komende jaren met behulp van radar, video- en fotografie, geluidsopnames en DNA-onderzoek, de Nederlandse biodiversiteit opnieuw en zo volledig mogelijk te inventariseren. Dit levert nu al spectaculaire resultaten op. Het toont aan dat er veel meer soorten in Nederland aanwezig zijn, dat sommige van deze nieuwe soorten nog niet eens wetenschappelijk beschreven zijn en dat andere soorten niet blijken te zijn wat we in het verleden gedacht hebben.

De eerste resultaten

De ARISE-infrastructuur is nu al voor een groot deel ontwikkeld, gerealiseerd en operationeel. Steeds meer gegevens worden gegenereerd en vooral het DNA-onderzoek blijkt veel spectaculaire ontdekkingen op te leveren. Enerzijds bewijst het dat de meeste voor de Nederlandse flora en fauna waargenomen en beschreven soorten inderdaad in het verleden correct gedetermineerd zijn. Dat was natuurlijk te verwachten. Maar hoewel nu nog maar een klein deel van bijvoorbeeld de Nederlandse mariene biodiversiteit is onderzocht, zijn er al meerdere potentieel nieuwe soorten ontdekt. Sommige soorten blijken te bestaan uit complexen van meerdere verschillende soorten. Soorten waarvan we dachten dat we wisten wat ze waren, blijken andere soorten te zijn of genetisch zo afwijkend dat het mogelijk wetenschappelijk nog onbeschreven soorten zijn.

Voorlopige DNA-onderzoek van 545 dieren, behorende tot slechts 172 van de circa 1250 tot nu toe in Nederland aangetroffen soorten zeedieren, heeft aangetoond dat verschillende soorten wormen, zakpijpen en weekdieren andere soorten zijn dan we tot nu toe verwacht hadden.

Enkele voorbeelden

Het Schepje (Philine quadripartita) is een schelpdier dat sinds enkele jaren veelvuldig in het Grevelingenmeer en de Oosterschelde wordt aangetroffen. Het diertje is circa drie tot vier centimeter lang, heeft een inwendige schelp en uiterlijk slechts weinig beschrijvende kenmerken. Voor de West-Europese kust is er slechts één soort bekend. DNA-onderzoek van Nederlandse Schepjes heeft echter aangetoond dat er hier twee soorten leven die genetisch circa 12 procent van elkaar verschillen. Er zijn echter geen onderscheidende externe anatomische kenmerken te herkennen. Zie Blauwtipje.nl voor meer informatie over deze soorten.

De zakpijp Paarse geleikorst (Botryllus schlosseri) komt algemeen voor langs de gehele Nederlandse kust. Het is een soort die over de gehele wereld voorkomt. Wereldwijd zijn er vijf onderscheidende genetische groepen beschreven: groepen die genetisch 5 tot meer dan 10 procent van elkaar verschillen, maar morfologisch niet eenduidig te onderscheiden zijn. Voor de Nederlandse populatie is nu aangetoond dat hier drie van de vijf genetische groepen voorkomen. Dat is heel veel. Wereldwijd zijn per regio vaak niet meer dan één of hooguit twee groepen aanwezig. Alleen in de noordwestelijke Middellandse Zee en dus ook in Nederland is de genetische diversiteit van deze soort zo groot. Het is mogelijk dat op termijn de verschillende genetische groepen als aparte soorten zullen worden beschreven.

Meer nieuwe biodiversiteit in Nederland

In deze bescheiden selectie van 172 soorten zeedieren zijn nog veel meer ontdekkingen gedaan. Met een, op basis van het geanalyseerde CO1-gen, genetisch verschil van 19 procent blijkt de volledige populatie van onze Ruwe wratslak, die bovenaan dit artikel staat, niet tot de soort Doris ocelligera te behoren, maar een andere, nog niet wetenschappelijk beschreven, soort zeenaaktslak te zijn. De populaties van twee andere soorten zeenaaktslakken moeten we waarschijnlijk gaan opsplitsen in ieder twee verschillende soorten, waarvan er in beide gevallen één, voor de wetenschap, nieuw kan zijn.

Ook het DNA-profiel van een van onze borstelwormen wijkt 17 procent af van de beschreven soort. Het is dus een andere mogelijk nog niet beschreven soort. Bij twee andere Nederlandse soorten borstelwormen is de genetische variatie van de soort zo groot dat we nu niet precies weten welke genetische groep tot de oorspronkelijke soort behoort en welke genetische groepen mogelijk andere soorten betreffen. En bij nog een soort zakpijp is de genetische afwijking ongeveer 30 procent ten opzichte van de beschreven soort, die we dachten dat het was.

Mondiale biodiversiteitdatabases met DNA-gegevens

Het ontdekken van de mogelijke nieuwe soorten wordt niet alleen mogelijk gemaakt door het DNA-onderzoek bij Naturalis. Wereldwijd worden er in rap tempo enorme databases gevuld met DNA-gegevens van de meest uiteenlopende planten, dieren, maar ook bacteriën en virussen. De meest belangrijke databases zijn het Canadese BOLDSYSTEMS en GenBank van de Amerikaanse NIH. Beide databases zijn voor iedereen publiekelijk toegankelijk.

Door de in Leiden gegenereerde DNA-sequenties te vergelijken met de DNA-gegevens in de mondiale databanken kan de aanwezigheid van soorten bevestigd worden, en kunnen mogelijke nieuwe soorten ontdekt worden. We noemen dit het valideren van de DNA-data. Het is een cruciale stap in het onderzoek. Ook de in het ARISE-project geproduceerde DNA-sequenties worden in BOLDSYSTEMS opgeslagen. Alleen al in deze database zijn 15,8 miljoen DNA-gegevens van 352.000 verschillende soorten opgeslagen. In GenBank zijn nog eens 249 miljoen DNA-sequenties opgeslagen en voor onderzoek beschikbaar. Deze aantallen groeien dagelijks.

De resultaten van het DNA-onderzoek zijn voorlopig nog maar een eerste aanzet tot de vaststelling en beschrijving van de nieuwe soorten. Aanvullend anatomisch en moleculair onderzoek is nodig om deze nieuwe soorten te beschrijven en te publiceren in de wetenschappelijke literatuur. Het kan nog vele maanden tot jaren duren voordat dit werk voor de tot nu toe ontdekte potentiële soorten is afgrond.

Lastig te herkennen voor natuurliefhebbers

De meeste nieuwe soorten zijn voor de natuurliefhebbers in het veld of onder water niet eenvoudig of zelfs onmogelijk te herkennen. Het lijkt erop dat ze uitsluitend met behulp van DNA-onderzoek aangetoond kunnen worden. Een sportduiker die tijdens een duik Schepjes aantreft op de bodem van de Oosterschelde of het Grevelingenmeer, zal niet in staat zijn om de waarneming op exact soortniveau te duiden. Steeds vaker krijgen we te maken met zogenaamde complexen: groepen van soorten die genetisch onderscheidend zijn, maar visueel, met foto’s of op video niet afzonderlijk te herkennen zijn. Het registreren van waarnemingen in de diverse databanken zoals NLBIF en Waarneming.nl zal zich moeten beperken tot, zoals in dit geval, een weekdier dat behoort tot het Schepje-complex.

Het DNA-onderzoek

ARISE ambieert van alle Nederlandse dierlijke meercellige dieren tenminste het CO1-gen in kaart te brengen. Dit gen zit niet zoals de meeste genen in de chromosomen in de kern van bijna alle cellen, maar in de mitochondriën. Dit zijn celorganellen die vooral betrokken zijn bij de energiehuishouding van dieren. Hierin zitten kleine stukjes zogenaamd mitochondriaal DNA, met onder andere ook het CO1-gen. Het is een van de wereldwijd geaccepteerde standaard DNA-codes voor biodiversteitsonderzoek en het karakteriseren en herkennen van soorten. Bijvoorbeeld, tussen mensen onderling is het verschil in de DNA-code van het CO1-gen niet meer dan circa 2 procent. Maar het verschilt 9 tot 10 procent met de CO1-code van andere mensapen: Chimpansee en Bonobo. Die onderling weer 4 procent verschillen. En hoewel het verhaal veel complexer is, beschouwen wetenschappers dieren die genetisch meer dan 4 tot 5 procent van elkaar verschillen al snel als soorten. Nog een voorbeeld maar dan uit de Noordzee: de platvissen Schol en Bot zijn op het CO1-gen 5 tot 6 procent verschillend.

Hoge verwachtingen

Hoewel we het niet kunnen uitsluiten, is het te verwachten dat het DNA-onderzoek van eenvoudig te herkennen soorten en diergroepen zoals vogels, vissen en zoogdieren in Nederland niet zal leiden tot de ontdekking van meerdere nieuwe soorten. Maar bij het onderzoek naar de lastig te herkennen, meer verborgen of minder toegankelijke diergroepen, zoals de talloze kleinere insecten, wormen, andere bodemdieren en dus ook de zeedieren, zijn de verwachtingen juist heel hoog gespannen. Als één verzamelende expert bij zo’n kleine steekproef van 545 zeedieren van 172 soorten al acht potentieel nieuwe soorten ontdekt, dan mogen we meer verwachten. Er werken namelijk vele tientallen experts mee aan ARISE, die samen naar verwachting 300.000 monsters gaan verzamelen. Het lijkt erop dat het DNA-onderzoek de komende jaren nog tientallen, zo niet honderden of meer nieuwe wetenschappelijke en Nederlandse soorten zal aantonen. We gaan de lezers van Nature Today op de hoogte houden van de verdere ontwikkelingen.

Meer informatie

• Meer informatie over ARISE is te vinden Arise-biodiversity.nl, of in dit recente artikel van subsidieverstrekker NWO.
• Ben je zelf zo'n expert die kan en wil helpen met het verzamelen van monsters van alle Nederlandse soorten? Dan is je hulp meer dan welkom! Hier vind je meer informatie.

Tekst: Peter H. van Bragt, vrijwilliger bij Naturalis
Foto's: Peter H. van Bragt (leadfoto: een Ruwe wratslak (Doris ocelligera). Tenminste, dat dachten we tot voor kort. Deze Nederlandse zeenaaktslaksoort blijkt nu op het CO1-gen 19 procent te verschillen van Doris ocelligera, en moet dus waarschijnlijk als nieuwe soort beschreven worden); Kevin Beentjes