Micro-evolutie bij tuinslakken

Micro-evolutie bij tuinslakken. Evolutie, ontdek het zelf!

Inleiding

Je gaat de komende tijd meedoen aan een wetenschappelijk onderzoek dat in heel Europa wordt uitgevoerd. Doel van het onderzoek is om getuige te worden van evolutie in actie. Normaal gesproken is het namelijk heel lastig om de evolutie te betrappen. Een nieuwe soort ontstaat meestal niet in een paar generaties. Toch kun je evolutie best waarnemen. Zeker de micro-evolutie: het veranderen van allelfrequenties van de ene generatie op de volgende.

Dicht bij huis kun je heel mooi onderzoek doen aan evolutie: namelijk aan de tuinslak Cepaea. De Nederlandse ecoloog Henk Wolda heeft in de jaren 60 en 70 van de vorige eeuw baanbrekend onderzoek verricht. Hij vond dat slakkenpopulaties vaak over heel korte afstanden sterk kunnen verschillen in hun kleurpatronen. De oorzaak was soms natuurlijke selectie door predatoren, soms door micro-klimatologische verschillen, maar soms was de oorzaak onduidelijk.

De tuinslak bestaat uit twee nauw verwante soorten, Cepaea nemoralis en Cepaea hortensis (respectievelijk de gewone tuinslak en de witgerande tuinslak). Beide zijn algemene soorten in heel Europa. Ze zijn tamelijk groot en opvallend gekleurd en getekend.

Het kleurpolymorfisme wordt al sinds de jaren ‘40 van de vorige eeuw intensief bestudeerd door ecologen, genetici en evolutiebiologen. Inmiddels heeft dat ertoe geleid dat we de genetica van de kleurvormen precies kennen;  zo weten we dat geel, roze en bruin drie allelen zijn op het gen voor grondkleur en dat de donkere kleur dominant is over de lichtere kleur.  Een tweede gen codeert voor het al dan niet gebandeerd zijn van het huisje, waarbij ongebandeerd dominant is over gebandeerd. Andere genen  coderen voor de afwezigheid van bepaalde banden.

Kleurenpolymorfisme

Er zijn drie grondkleuren, geel, roze en bruin. De kleur wordt bepaald door één gen met drie allelen bruin C^B, roze C^R en Geel C^G. Dominantie: C^B > C^R > C^G.

Bandering

Huisjes zijn gebandeerd of ongebandeerd. Bandering wordt bepaald door één gen met twee allelen: ongebandeerd B en gebandeerd b. Gebandeerde slakken kunnen één band hebben of meer en maximaal vijf. Als een huisje banden heeft, gaat het U-gen een rol spelen. Het allel U van dit gen zorgt ervoor dat alle banden, behalve de middelste verdwijnt, zodat er een 1-band slak ontstaat. Dit allel is dominant over het allel u dat vijf bandjes veroorzaakt.

Voorbereidingsvragen

1. Bekijk de kleurtypen van de slak. Welk genotype kan een bruine slak hebben? En hoe ziet het genotype van een gele slak eruit? En die van een roze?
2. Stel, een bruine slak paart met een gele slak. Leg uit hoe de nakomelingen eruitzien?
3. Bekijk nu de banderingspatronen met bijbehorende genetica. Krijgen twee gebandeerde slakken altijd nakomelingen met bandjes? Licht je antwoord toe.
4. Wat is het genotype van de gebandeerde tuinslakken? Denk daarbij aan het U-gen.

Camouflage tegen predatie

Camouflage en predatie spelen een belangrijke rol. De voornaamste natuurlijke vijand van de landslakken is de zanglijster. Zanglijsters verorberen enorme hoeveelheden Cepaea-slakken, vooral wanneer wormen (die ze eigenlijk liever lusten) schaars zijn. De meeste slakken die ze buitmaken brengen ze naar een favoriete steen toe en daar meppen ze de slakkenhuisjes op aan stukken, waarna ze de bewoners opeten. Vaak is de grond rond zo’n “smidse” bezaaid met fragmenten van slakkenhuizen, waar precies aan te zien is hoe goed lijsters in staat zijn de diverse kleurvormen in een bepaald habitat op te sporen.

In bosgebied blijken de lijsters relatief veel van de aanwezige gele en gestreepte slakken te vinden. In grasland daarentegen, waar de geel-gestreepte vormen beter gecamoufleerd zijn, eten de lijsters relatief veel effen bruine en roze exemplaren.

5. Stel je gaat in het bos slakken zoeken. Welke kleurvormen verwacht je dan met name te vinden? Leg je antwoord uit.

Niet alleen lijsters oefenen een selectiedruk uit. Op een grotere ruimtelijke schaal oefent bovendien het klimaat invloed uit. Bekijk de onderstaande afbeelding.

6. Welke kleurvorm wordt met name in het zuiden aangetroffen? En welke vorm in het noorden? Geef een verklaring waarin je uitlegt op welke manier het klimaat zorgt voor een selectiedruk op een lichte of juist donkere kleur.
7. Noem nog twee invloeden van de mens op de mogelijke verandering in frequentie van een bepaald slakkenuiterlijk.

Het onderzoek

In het midden van de 20^e eeuw zijn door verschillende wetenschappers tellingen gedaan van slakken. Ze hielden precies bij waar populaties tuinslakken leefden en in welke kleurvorm ze voorkwamen. Henk Wolda heeft dat gedaan voor Nederland. Begin april 2009 is met het aanbreken van het slakkenseizoen een Europees onderzoek begonnen. In Nederland is in 2017 een tuinslakkenonderzoek gestart door Naturalis waar je een bijdrage aan leveren kan. Je gaat tuinslakken zoeken en daarna verdelen over 9 verschillende vormen. Gebruik de zoekkaart (zie Slakkenonderzoek (pdf)) om de goede slakken te vinden. Via ObsIdentify kun je jouw resultaten aanleveren (= facultatief).

Maar voor het zo ver is moet je eerst een onderzoeksvraag hebben. Formuleer ook een hypothese (verwachting). Belangrijk is dat je ook goed kijkt naar de habitat waar je slakken gaat zoeken. Is het bos of grasland? Welke kleurvarianten verwacht je voornamelijk te vinden? Licht je hypothese toe in een aparte alinea. Maak ook een werkplan.

Reflectievragen

1. Zoek uit of het landschap van jouw onderzoek is veranderd in de afgelopen 50 jaar. Hint: gebruik Topotijdreis.
2. Leg uit waarom bij de berekening met behulp van Hardy-Weinberg je het fenotype nodig hebt welke homozygoot recessief is. Geef ook aan welk fenotype (kleur en bandering) daarbij hoort.
3. Bereken voor jouw populatie de allelfrequenties van het banderingsgen B⁰ en B^B. Hier de formule p² + 2pq + q² = 1 die je nodig hebt.
4. Leg kort uit in hoeverre de 5 regels van Hardy-Weinberg van toepassing zijn met de situatie in de natuur wat betreft de evolutie van de populaties tuinslakken.
5. Leg uit of het voorkomen van kleur en gestreeptheid wel/niet erfelijk gekoppeld zijn.
6. Stel dat je beschikt over de data van de kleurvorm bij tuinslakken in het midden van de 20^e eeuw op dezelfde plek. Beargumenteer welke verschillen je in resultaten te verwachten zijn tussen de kleurvorm nu en in het midden van de vorige eeuw ervan uitgaande dat er micro-evolutie (door klimaatveranderingen) plaats gevonden heeft.