Akademie Nieuws februari 2005
11
door Marion de Boo
Prof. Wim van der Putten over de samenhang in de natuur
‘Daarom is de wereld om ons heen nog altijd groen’ Als het klimaat verandert dan beïnvloedt dat de natuur op allerlei manieren. Ook in Nederland valt dat volop te constateren. Warmteminnende planten en dieren rukken op naar het noorden, soms met dramatische gevolgen. Agressieve nieuwkomers als reuzenberenklauw en Japanse duizendknoop overwoekeren inheemse plantensoorten. Komt dat misschien doordat de migranten hun natuurlijke vijanden hebben afgeschud? En hoe kun je voorspellen welke planten gaan woekeren? Wim van der Putten sleepte een Vici-subsidie in de wacht om het verschijnsel ‘biologische invasies’ te ontrafelen. ‘Ik kwam midden in de nacht thuis, keek nog even naar mijn e-mail en zag toen dat berichtje over de toekenning van de Vici-prijs. Fantastisch! Ik heb er enorm veel zin in’, zegt Wim van der Putten. De bioloog krijgt de komende vijf jaar maximaal 1,25 miljoen euro om een eigen onderzoeksgroep op te zetten voor zijn studies naar de vraag hoe onze natuur reageert op een veranderend klimaat. Prof. dr. ir. W.H. van der Putten (46) leidt de werkgroep ‘multitrofe interacties’ bij het Nederlands Instituut Voor Ecologie (NIOO) van de KNAW in Heteren. ‘Multitroof’ (van het Grieks voor ‘veel/verscheidene’ en ‘eten’) wil zeggen dat het om vele schakels in de voedselketen gaat: de plant, zijn natuurlijke vijanden, de vijanden van die vijanden enzovoorts, zowel bovengronds als ondergronds. Rode draad door het onderzoek is de vraag hoe planten en dieren reageren op een veranderende omgeving, zoals een warmer wordend klimaat. De Vici-subsidie wordt voor bijna zeventig procent betaald door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), die hem toekent aan excellente, zeer ervaren onderzoekers, de eigen organisatie brengt de rest van het bedrag in. Dit jaar zijn 28 van de 136 Viciaanvragen gehonoreerd. ‘Bij de levenswetenschappen was de selectiecommissie extra streng, want daar waren
nummer81.indd 11
maar drie prijzen beschikbaar voor 17 kandidaten’, zegt de gelukkige winnaar. Met het geld wil hij vier nieuwe promovendi aanstellen en 3,5 jaar post-doc onderzoek laten doen. ‘Dit is een leuk stuk erkenning, maar ook een geweldige kans om mezelf nog eens helemaal te vernieuwen.’ Naast zijn baan bij het NIOO is Wim van der Putten bijzonder hoogleraar functionele biodiversiteit in Wageningen. En in het weekeind mag hij graag nog eens onder een lekkende tractor kruipen op de oude familieboerderij waar hij samen met zijn vrouw en twee dochters woont, want zijn boerenbloed blijft tintelen. Hij verbouwt er ook zijn eigen tarwe.
Warmteminnend Hoe zal ’opgewarmd Nederland’ er straks uitzien? De laatste zomers behoorden tot de warmste van de afgelopen eeuw. Klimaatzones schuiven naar het noorden op. Planten uit Zuid-Europa en van de Balkan breiden hun areaal naar het noorden uit. Allerlei warmteminnende woekerplanten, insecten, kevers en andere diersoorten van zuidelijke herkomst maken hun opwachting in ons land. Berucht zijn de paardekastanjemineermot, die kastanjebomen al vroeg in de zomer in herfsttooi zet,
10-2-2005 10:12:34
12
In
Van der Putten neemt grondmonsters in een vogelkersbos foto Henk Visscher, Reformatorisch Dagblad
en de eikenprocessierups, die bomen en struiken in zijn kleverige spinsel smoort. Agressieve nieuwkomers als reuzenberenklauw en Japanse duizendknoop overwoekeren inheemse plantensoorten. Sloten en vaarten
Berucht zijn de paardekastanjemineermot en de eikenprocessierups raken verstopt door de grote waternavel. De helft van alle plantensoorten die hier de afgelopen jaren ingeburgerd zijn geraakt, komt uit warme klimaatsregio’s. Een veranderend klimaat beïnvloedt de natuur op allerlei manieren. Een vroegbloeiende plant, zoals de zandraket, profiteert van hogere voorjaarstemperaturen. Voor meerjarige plantensoorten die vanuit het zuiden oprukken en niet erg vorstbestendig zijn, is het doorslaggevend dat de winters zachter worden. Sommige insecten, zoals de wespenspin en de hoornaar, kunnen niet tegen te lage nachttemperaturen in de zomer. En als de temperatuur stijgt, wordt de bodem niet alleen warmer, maar ook droger en dus komen planten meer onder droogtestress en hebben ze meer last van bodemziekten. Van der Putten wil uitzoeken waarom soms ‘biologische invasies’ ontstaan. Hoe kun je voorspellen of
nummer81.indd 12
een plant zich tot woekeraar zal ontpoppen? ‘Misschien worden planten invasief als ze migreren zonder hun natuurlijke vijanden mee te nemen’, oppert hij. ‘Een klassiek voorbeeld is de Amerikaanse vogelkers, die hier niet voor niets de ‘bospest’ heet. In Europa ontbreken de natuurlijke vijanden die de vogelkers in zijn thuisland in toom hielden.’ In Noord-Amerika zorgen natuurlijke bodemschimmels ervoor dat zich binnen veertig meter van een oude boom geen nieuwe kiemplant van een vogelkers kan vestigen. In de Nederlandse bossen vestigt de vogelkers zich al op vijf meter afstand van een soortgenoot. Zo verovert hij het bos in hoog tempo.
Ondergrondse jungle Vermoedelijk nemen planten die naar het noorden trekken een deel van hun natuurlijke vijandencomplex met zich mee, maar misschien niet alles. Van der Putten denkt dat de sleutelverklaring voor het al of niet gaan woekeren van nieuwkomers vooral berust op verschillen in mobiliteit tussen een plant, zijn natuurlijke vijanden en de vijanden van zijn vijanden. ‘Sommige vlinders reizen sneller dan de sluipwespen die hun rupsen parasiteren’, zegt Van der Putten. ‘En waarschijnlijk zullen
10-2-2005 10:12:35
Akademie Nieuws februari 2005
13
ondergrondse planteneters, zoals aaltjes, niet zo vlot naar het noorden reizen, want bodemorganismen zijn niet erg mobiel. Hoe lang heeft het wel niet geduurd voordat regenwormen de Flevopolders hadden veroverd?’ Bij het Nationaal Herbarium in Leiden en de Stichting Floron is de afgelopen jaar kilometer voor kilometer bijgehouden welke planten waar te vinden waren. ‘Uit die gegevens kun je de opmars van allerlei nieuwkomers pre-
In elke gram grond zitten wel vijf- tot tienduizend soorten micro-organismen cies aflezen’, zegt Van der Putten. ‘Daar gaat een post-doconderzoeker mee aan de slag. Vervolgens gaan we een aantal opdringerige, warmteminnende plantensoorten uit zuidelijke landen vergelijken met hun niet-woekerende noordelijke verwanten.’ Een voorbeeld van zo’n koppel vormen de reuzenberenklauw, afkomstig uit de Kaukasus, en de gewone berenklauw. ‘De inheemse berenklauw wordt kennelijk onder de duim gehouden door allerlei natuurlijke vijanden, boven en onder de grond en het lijkt erop dat de reuzenberenklauw voor die groeiremmende bodemorganismen minder gevoelig is.’ Onder de grond is het oorlog. In de bodem krioelt het van de bacteriën, schimmels, protozoa, regenwormen, aaltjes en andere ongewervelde dieren. In elke gram grond zitten wel vijf- tot tienduizend soorten micro-organismen – een onvoorstelbare soortenrijkdom. Van de ene soort zijn misschien maar tien of honderd individuen
present, een andere soort is met misschien wel 100.000 exemplaren vertegenwoordigd. ‘Onder de grond woedt een voortdurende veldslag’, zegt Van der Putten. ‘Plantenwortels worden aangeprikt door plantenetende aaltjes, die op hun beurt als voedsel dienen voor vleesetende aaltjes, die weer ten prooi vallen aan allerlei mijten, waar dan weer roofmijten van leven. Zo houden ze elkaar in toom en daarom is de wereld om ons heen nog altijd groen.’ Gezien de soortenrijkdom van deze ondergrondse jungle heeft een plant die naar het noorden migreert op het eerste gezicht een goede kans dat zijn vertrouwde vijanden hem al in het nieuwe leefgebied opwachten. Maar dat hoeft niet altijd zo te zijn. Van der Putten: ‘Als je planten een paar generaties lang kweekt op hun eigen grond, reageren sommige soorten veel gevoeliger dan andere. Als je ze daarna op verse grond zet, fleuren ze weer enorm op. Sommige bodems bevatten meer plantenpathogenen dan andere en waarschijnlijk zijn sommige plantensoorten er ook gevoeliger voor dan andere. Misschien hangt dat samen met hun groeivorm of levensge-
Planten kunnen een heel scala aan anti-vraatstoffen en andere afweerstoffen produceren schiedenis. Zo hebben we in de duinen geconstateerd dat planten die zich voortplanten via wortelstokken gevoeliger zijn voor bodemziekten dan planten die zich via zaad verspreiden.’
Vogelkers
nummer81.indd 13
10-2-2005 10:12:36
14
foto Guy Ackermans
Daarom gaat het NIOO potproeven doen met al of niet gesteriliseerde grond. Met speciale filters en zeven kan men allerlei ‘cocktails’ van groepen micro-organismen aan die potgrond toedienen. Naast kasproeven komen er veldproeven. Twee promovendi gaan zich verdiepen in respectievelijk de bovengrondse en ondergrondse relaties in het voedselweb.
Wilde flora Een derde promovendus zal aan de hand van moleculaire technieken onderzoeken in hoeverre het spectrum van bodempathogenen in Nederland anders is dan in het land van herkomst van de planten. Dit werk moet leiden tot een soort ‘moleculair profiel’ van diverse bodems. Deze promovendus gaat ook de stofwisselingsprocessen in de belaagde planten bestuderen. ‘Dat is één van de meest vernieuwende kanten van mijn plan’, zegt Van der Putten. ‘Een aangevallen plant gaat in de verdediging. Planten kunnen een heel scala aan anti-vraatstoffen en andere afweerstoffen produceren, zowel bovengronds als ondergronds. Maar die verdediging vreet energie en dat gaat – simpel gesteld – ten koste van de groei.’
nummer81.indd 14
‘Om daar inzicht in te krijgen gaan we de nieuwste, fijngevoelige technieken gebruiken. We willen het hele metabolisme van de plant in één klap zichtbaar maken. Daarbij werken we ondermeer samen met Plant Research International in Wageningen. We zetten een post-doc in om die analysetechnieken goed op gang te krijgen. Want er mag dan veel ervaring zijn met bekende modelplanten zoals zandraket en tomaat, maar vandaar is het nog een grote stap naar de wilde flora. Het belooft extra interessant te worden als je de moleculaire profielen van de bodems kunt gaan koppelen aan de gegevens over veranderende stofwisselingsprocessen in de planten. Dan bouw je echt een totaalplaatje op.’
Metabolomics Voor onderzoek naar stofwisselingsprocessen is tot nog toe vooral veel gebruik gemaakt van genomics. Onderzoekers schakelen in een modelplant, zoals de zandraket, een gen uit en kijken vervolgens wat er dan in de plant gebeurt. Dat geeft inzicht in het verband tussen een gen en een functie. Maar in een plant zijn duizenden genen actief, in onderlinge wisselwerking. Uiteindelijk draait
10-2-2005 10:12:36
Akademie Nieuws februari 2005
15
het vooral om de vraag, hoe al die genen samen een totaalpakket aan stofwisselingsproducten maken. Metabolomics is een nieuwe tak van sport, waarbij gedroogd en fijngemalen plantmateriaal in één klap grondig wordt geanalyseerd met behulp van de gaschromatograaf en andere geavanceerde analyse-apparatuur. Het apparaat spuwt een reeks pieken uit van honderden plantenstoffen, zoals suikers en aminozuren, maar ook terpenen, alkaloïden en glucosinulaten, stofwisselingsproducten die planten gebruiken ter verdediging tegen insecten. Uit de aanwezigheid en de concentraties van deze stoffen hoopt Van der Putten af te leiden hoeveel de plant nu precies in zijn verdediging investeert en hoeveel in groei. De planten worden bestudeerd onder wisselende omstandigheden. Ze worden in de kas of buiten blootgesteld aan allerlei groepen belagers en vervolgens doorgemeten
Het is nuttig om te weten of je zo’n nieuwkomer meteen met man en macht moet bestrijden om hun afweerreacties te peilen. Van der Putten: ‘Mogelijk bevatten zeldzame planten minder verdedigingsstoffen. Uit Canadese veldproeven is gebleken dat sommige zeldzame soorten zich moeilijk als ‘monocultuur’ in een proefveldje laten kweken, ze lijken hun eigen grond niet te verdragen. Mogelijk spelen bodemziekten daarbij een sleutelrol.’
Klimaatbarrière Uit Amerika, Australië en Nieuw-Zeeland is bekend dat nieuw geïntroduceerde planten, zoals Sint Janskruid en Jacobskruiskruid, maar ook helmgras, paardebloem en weegbree, vaak flinke plagen vormen, onder andere doordat ze hun oorspronkelijke bodemziekten hebben afgeschud. Maar vroeg of laat storten de populaties in en ontstaat een nieuw natuurlijk evenwicht. Deze klassieke invasies ontstaan doordat planten een geografische barrière (namelijk de oceanen) hebben overwonnen. De vraag is nu of de nieuwe invasies, van planten die een klimaatsbarrière hebben overwonnen, net zo zal vergaan. Samen met onderzoekers van de Universiteit Utrecht gaat Van der Putten modellen maken om het dynamische proces van al of niet ontsnappen van migranten aan hun natuurlijke vijanden in de ruimte en in de tijd te modelleren. Nieuw daarbij is dat zowel boven- als ondergrondse interacties de nodige aandacht krijgen. Het model moet
nummer81.indd 15
duidelijke maken wat nu sterke of juist zwakke interacties zijn. Met dit model gaan de onderzoekers doorrekenen wat de consequenties voor een migrant zijn in zijn nieuwe leefgebied. ‘Dat biedt aanknopingspunten voor het voorspellen van biologische invasies als gevolg van klimaatsverandering’, zegt Wim van der Putten. ‘Het is nuttig om te weten of je zo’n nieuwkomer nu meteen met man en macht moet gaan bestrijden, of dat je beter kunt afwachten totdat het natuurlijk evenwicht zich vanzelf herstelt. Die vraag speelt bijvoorbeeld in een bosreservaat waar de beheerder in principe nooit ingrijpt.’
Deense scepticus De ervaring leert dat planten zich soms verrassend snel aanpassen aan hun nieuwe leefgebied. In maïsakkers die met triazine onkruidvrij werden gehouden, ontwikkelde zich binnen enkele jaren een triazine-resistente melganzevoetpopulatie. In Nieuw-Zeeland – waar Wim van der Putten de vorige winter een sabbatical van enkele maanden doorbracht – bestaan heel veel voorbeelden van nieuw geïntroduceerde planten die zich eerst als plaag gedroegen, maar later een onopvallend bestaan gingen leiden. Dus wellicht valt het allemaal wel mee? Is klimaatsverandering vooral een modieus subsidiethema? Van der Putten veert op. ‘Het feit dat ons klimaat verandert, is in IPCC-verband wereldwijd onomstotelijk vastgesteld, daar kun je niet meer omheen. Als de Deense scepticus Bjorn Lomborg beweert dat biologen de toestand met opzet somberder voorstellen, dan vind ik dat een stoot onder de gordel. Natuurlijk zou het best kunnen dat de gevolgen uiteindelijk meevallen, maar dat zou ik dan graag eerst in degelijk onderzoek aangetoond zien. Oké, als onderzoeker probeer je om je kansen te grijpen als er subsidies te verdelen zijn, maar daar is toch niks mis mee? Twintig jaar geleden ging er heel veel geld naar zure-regenonderzoek, daar krijg je nu geen cent meer voor los. Intussen is er dankzij al dat verzuringsonderzoek wèl veel nieuw antiverzuringsbeleid in gang gezet. Als mensen dan nu gaan roepen dat het loos alarm is geweest met die zure regen, dan is dat wel erg kort door de bocht. En trouwens, als het met de klimaatsverandering uiteindelijk toch niet zo’n vaart loopt, dan zal ik de eerste zijn om blij te zijn, want ik hou enorm van schaatsen.’
10-2-2005 10:12:36
