Verrassingen in de evolutie van kleur

De natuur zit vol kleuren. Bloemen tonen die kleuren vooral om bestuivers aan te trekken. Insecten gebruiken hun kleurenzicht niet alleen om voedselrijke bloemen te herkennen, maar ook om een partner te vinden. De evolutionaire wisselwerking tussen insecten en planten zorgt voor een complexe onderlinge afhankelijkheid met soms een verrassend resultaat. RUG-bioloog Casper van der Kooi gebruikt een interdisciplinaire aanpak om die wisselwerking tussen bestuivers en planten te onderzoeken. In januari stond zijn naam als eerste auteur boven twee overzichtsartikelen over dit onderwerp.

Bijen en andere insecten bezoeken bloemen voor de nectar en de pollen. In ruil voor dit lekkers helpen ze de planten door ze te bestuiven. Dat is het eenvoudige, romantische beeld. De werkelijkheid is een proces vol bedrog, chemische oorlogsvoering en biomechanische valkuilen. ‘De combinatie van scheikunde en natuurkunde met evolutiebiologie heeft ons beeld van bestuiving flink veranderd’, zegt Van der Kooi.

Anatomie

Hij is eerste auteur van een overzichtsartikel dat de evolutie van kleurenzien bij insecten beschrijft, in januari gepubliceerd door Annual Review of Entomology, en van een tweede overzichtsartikel dat de wapenwedloop tussen planten en bestuivers beschrijft. Dit verscheen op 25 januari in Current Biology.

‘Over het zien van kleuren weten we bij een groot aantal insectensoorten erg weinig’, zegt Van der Kooi. Bijen zijn goed bestudeerd, maar er is bijvoorbeeld weinig bekend over kleurenzien in vliegen. En dat terwijl sommige families, zoals de zweefvliegen, belangrijke bestuivers zijn. ‘Vliegen zijn moeilijk te houden en te bestuderen in het lab. Bovendien is de anatomie van hun ogen nogal complex’, legt Van der Kooi uit. ‘Ook bleek onlangs een aantal al lang levende ideeën over het zicht van vliegen niet te kloppen.’

Rovers

Samen met zijn medeauteurs bracht Van der Kooi in kaart welke golflengte de verschillende insectensoorten kunnen zien. ‘In principe kunnen insecten alles tussen 300 en 700 nanometer zien. De meeste lichtreceptoren in insectenogen zijn gevoelig voor ultraviolet, blauw of groen, maar er zijn grote onderlinge verschillen.’ Insecten kregen hun kleurenzicht al voordat er bloemen bestonden. ‘De pigmenten van bloemen lijken door evolutie afgestemd te zijn op het zicht van bestuivers. Maar de insecten zijn natuurlijk ook weer met de bloemen mee-geëvolueerd.’

Naast kleur gebruiken planten ook geur en voedsel om insecten aan te trekken. Omdat de productie van voedzame nectar en pollen veel energie kost, beschermen de planten zich tegen rovers die er wel van eten maar de bloemen niet bestuiven. Dit is het onderwerp van het tweede overzichtsartikel. ‘Dat laat de grote diversiteit zien in de relatie tussen planten en bestuivers, van wederzijds voordeel tot misbruik.’ Sommige planten maken bijvoorbeeld helemaal geen voedsel aan. ‘Andere hebben bijvoorbeeld pollen of nectar dat giftig is voor de meeste bijensoorten. Alleen één soort kan het voedsel verteren.’

Biomechanica

Bestuivers hebben ook hun eigen agenda. ‘Er is een plant die in het voorjaar door motjes wordt bestoven. Die leggen ook eieren op de plant en de rupsen die daar later in het jaar uitkomen eten weer delen ervan. Tegen die tijd zijn de belangrijkste bestuivers voor de plant vliegen.’ Dit is één voorbeeld van de complexe relaties tussen planten en bestuivers. ‘Die kan per seizoen verschillen, maar ook tussen verschillende locaties. Er is variatie in ruimte en tijd, en er zijn verschillende biologische interacties’, zegt Van der Kooi.

Het overzichtsartikel richt zich op de verschillende aspecten van die complexe relatie, met informatie uit de scheikundige biologie (zoals de voedingswaarde van nectar of pollen), biomechanica (de barrières waarmee bloemen ongewenste bezoekers weghouden, of waarmee ze juist zorgen dat pollen worden verspreid) en de biologie van zintuigen (bijvoorbeeld hoe insecten bloemen waarnemen en herkennen).

Trilbestuiving

Sommige planten, bijvoorbeeld een aantal soorten uit de nachtschade-familie, kennen ‘trilbestuiving’, waarbij de pollen in buisjes zitten. Die komen er pas uit wanneer insecten de bloem laten trillen. ‘Honingbijen, vliegen en vlinders lukt dat niet, maar hommels kunnen met hun vliegspieren de pollen wel lostrillen.’ De stijfheid van de buisjes, de plakkerigheid van de pollen en de frequentie waarmee de hommels trillen spelen hierin allemaal een rol. ‘Je moet echt kennis van natuurkunde hebben om die relatie te begrijpen.’ Dit interdisciplinaire onderzoek naar de wisselwerking tussen planten en insecten is wat Van der Kooi zo boeit. De bioloog begon zijn carrière met het gebruik van optische technieken. ‘Dat was deels omdat ik natuurkunde heel leuk vond. Maar iedere nieuwe benadering laat ons weer andere aspecten zien van deze complexe relatie.’

Een recente ontwikkeling is dat biologen zich zijn gaan realiseren dat planten uit verschillende locaties van elkaar verschillen. ‘Een korenbloem uit Nederland is niet per se identiek aan eentje uit Italië. De chemische samenstelling van nectar of pollen kan bijvoorbeeld verschillen, wat weer een effect heeft op de interactie met insecten.’

Bloemenstroken

Dat kan grote gevolgen hebben voor acties om via bloemenweitjes het aantal insecten te vergroten, legt Van der Kooi uit. ‘Soms komen de zaadmengsels voor die bloemenstroken uit een ander land. In dat geval kan het zijn dat de lokale insecten er niets aan hebben, het kan hun aantallen zelfs schaden.’ Je moet ze daarom inzaaien met lokaal zaad.

(lees verder onder de video)

Beide overzichtsartikelen benadrukken hoe complex de relatie tussen planten en bestuivers kan zijn. Dus waarom doen die planten zo ingewikkeld, als ze hun bloemen ook door de wind kunnen laten bestuiven? ‘Dat is een goede vraag’, zegt Van der Kooi. ‘Windbestuiving is niet echt efficiënt, maar bestuiving door insecten of andere dieren is dat ook niet. Toch is dat de methode bij 90 procent van alle planten, dus het is een groot succes.’ Maar ook daar valt iets op af te dingen: ‘Grassen gebruiken windbestuiving en die vormen toch ook een heel succesvolle plantengroep. Dus zoals bijna alles in de biologie is ook hier het antwoord “het hangt er vanaf”.’

Referenties:
1) Casper J. van der Kooi, Doekele G. Stavenga, Kentaro Arikawa, Gregor Belušič, and Almut Kelber: Evolution of Insect Color Vision: From Spectral Sensitivity to Visual Ecology Annual Review of Entomology January 2021 (first online: 23 September 2020)
2) C.J. van der Kooi, M. Vallejo-Marin, S.D. Leonhardt: Mutualisms and (a)symmetry in plant-pollinator interactions. Current Biology 25 January 2021