Gezondheidsrisico leefgebied bepaalt evolutie immuunsysteem

Evolutie treedt altijd en overal op. Zelfs vlak voor onze neus. Een methode om meer gedetailleerd te gaan begrijpen hoe evolutie 'werkt' – dus verscheidenheid veroorzaakt in het leven op aarde – is dieronderzoek naar de verschillen tussen nauwverwante (onder)soorten die zich in sterk uiteenlopende leefgebieden hebben gevestigd.

Irene Tieleman is zo'n evolutieonderzoeker. Zij is adjunct-hoogleraar dierecologie bij het Center for Ecological and Evolutionary Studies (CEES) van de Rijksuniversiteit Groningen en de promotor van Maaike Versteegh en Nicholas Horrocks. Beiden promoveren op 24 februari 2012 aan de RUG, respectievelijk op onderzoek naar de roodborsttapuit en een aantal  leeuweriksoorten.

Irene Tieleman richt zich met haar groep op de relatie bij vogels tussen hun fysiologische eigenschappen (zoals energieverbruik, afweersysteem en stresshormonen), hun gedrag en levensloopeigenschappen (legselgrootte en levensduur) en de interactie van deze factoren met de omgeving (zoals het risico op ziekte in bepaalde gebieden). Veldonderzoek vindt plaats in zowel Arctische als gematigde gebieden, als in de tropen en de woestijn. Tieleman verwierf vele fondsen voor haar onderzoek en is Rosalind Franklin Fellow aan de RUG.

Roodborsttapuit

Maaike Versteegh heeft onderzocht hoe de fysiologische eigenschappen zich verhouden tot elkaar en tot de levensloopeigenschappen. Wat is de invloed van genen en omgeving op deze eigenschappen? vroeg zij zich af.

Zij bestudeerde hiertoe vier ondersoorten van de roodborsttapuit, een klein zangvogeltje. De ondersoorten komen oorspronkelijk uit streken met een tropisch, gematigd dan wel landklimaat. De streken verschillen in een groot aantal omgevingsfactoren, waaronder seizoensvariatie, die in streken met een landklimaat immers veel extremer is dan in tropische gebieden. De onderzochte roodborsttapuiten hebben hun hele leven in gevangenschap doorgebracht, waardoor aannemelijk is dat de gemeten onderlinge verschillen genetisch bepaald zijn.

Theorie niet ondersteund

Op deze manier kon Versteegh de theorie ontkrachten die stelt dat verbindingen tussen bepaalde fysiologische eigenschappen de evolutie van levensloopeigenschappen hebben beperkt. Zij vermoedt nu dat factoren in de omgeving, zoals voedsel of ziektekiemen, van grotere invloed zijn op de evolutie van fysiologie en levensloopeigenschappen.

Zo heeft Versteegh een jaar lang gekeken hoe energieverbruik en afweersysteem variëren met de seizoenen. De jaarpatronen van de ondersoorten bleken sterk van elkaar te verschillen. Zowel de seizoensvariatie in energiegebruik als in afweersysteem heeft dus een genetische basis en beide zijn geëvolueerd onder invloed van de seizoensvariatie in hun onderling verschillende leefgebieden.

Immuunsysteem en evolutie

Nicholas Horrocks concludeert uit zijn onderzoek dat de kwaliteit van het immuunsysteem grotendeels evolutionair wordt bepaald. Hij constateerde dat vogels afkomstig uit gebieden met een hoger risico op ziektes (gematigde en tropische omgevingen), een sterker immuunsysteem hebben dan vogels uit de leefgebieden met een lager ziekterisico (woestijn).

Hij onderzocht hiertoe de grote variatie in immunologische functie die wordt waargenomen binnen en tussen soorten. Op die manier hoopte hij te begrijpen hoe verschillen in immuniteit zich ontwikkelen en hoe de variatie in het immuunsysteem zich verhoudt tot andere fysiologische eigenschappen van de dieren en hun omgevingen.

Leeuweriken

Horrocks bestudeerde een aantal soorten leeuweriken, een familie van zangvogels waarvan verschillende soorten leven in de woestijn (Saoedi-Arabië), in tropische (Kenia) en in gematigde (Nederland) omgevingen. De leeuweriken vertonen verschillende combinaties van eigenschappen, zoals het aantal eieren dat ze leggen en hoe vaak ze elk jaar broeden (bekend als ‘levensloop’), die van invloed zouden kunnen zijn op de hoeveelheid energie die ze kunnen investeren in een sterke immunologische verdediging. Deze vogels leven echter ook in omgevingen die verschillen in ziekterisico voor de vogels, wat eveneens zou kunnen bepalen hoe sterk hun immuunsysteem moet zijn voor een adequate bescherming tegen infecties.

Nieuwe techniek

Onder meer door nieuwe technieken te ontwikkelen voor de beoordeling van het ziekterisico heeft Horrocks ontdekt dat het ziekterisico voor vogels van grotere invloed is op de sterkte van hun immuunsysteem dan hun levensloop. Dit is in tegenspraak met sommige eerdere studies, die leken aan te tonen dat een druk gezinsleven (veel en/of grote legsels) ten koste gaat van het immuunsysteem van de verzorgende ouders.

Nadere informatie

Maaike Versteegh (Groningen, 1976) studeerde biologie aan de RUG. Haar proefschrift is getiteld Physiology in a life history perspective: Stonechats’ adaptations to different environment.

Nicholas Horrocks (Londen, 1979) studeerde biologie aan de universiteit van Oxford, VK. Zijn proefschrift heet The role of disease risk and life history in the immune function of larks in different environments.

De onderzoeken werd gefinancierd met een Veni-subsidie van NWO toegekend aan hun promotor prof.dr. B. Irene Tieleman, die inmiddels ook beschikt over een Vidi-subsidie. Beiden promoveren op 24 februari 2012 tot doctor in de wiskunde en natuurwetenschappen aan de Rijksuniversiteit Groningen.

Noot voor de pers

-        Meer informatie: prof.dr. B. Irene Tieleman, b.i.tieleman rug.nl, tel. 050-363 8096/2040, website onderzoeksgroep Fysiologische ecologie van Irene Tieleman