De Schrödinger Key : Supersnelle evolutie op eilanden

vrijdag 7 januari 2011

Supersnelle evolutie op eilanden

De Floresmens Homo floresiensis. Afbeelding: © Adiël Klompmaker

De hobbit. De kleine mens, Homo floresiensis, werd in 2003 ontdekt op het Indonesische eiland Flores. Groot nieuws want deze nieuwe mensensoort was ongekend klein. De nieuwe soort leefde tegelijk met de moderne mens (Homo sapiens), mogelijk tot 12.000 jaar geleden. Da’s klein, maar het kan ook groot. Wat te denken van bijvoorbeeld de reuzenooievaar die onlangs in het nieuws kwam. Deze fossiele ooievaar (Leptoptilos robustus), ook al gevonden op Flores, was maar liefst 1,80 m groot en 16 kg zwaar. De vogel was niet meer goed in staat te vliegen.

Dit zijn slechts twee van de voorbeelden van afwijkende groottes van dieren op eilanden. Wat gebeurt er op deze eilanden? Hoe komt het dat sommige beesten juist klein zijn en andere weer groot? Alexandra van Geer en collega’s publiceerden hier in 2009 een boek over getiteld Hoe dieren op eilanden evolueren.

De reuzenooievaar vergeleken met de Floresmens. Afbeelding: © Hanneke Meijer

Geschiedenis

Charles Darwin kwam al in aanraking met evolutie op eilanden. Hij bestudeerde de vinken op de Galapagos eilanden, 900 km ten westen van Zuid-Amerika. Deze vinken lijken erg veel op een vink op het vasteland van Zuid-Amerika. Deze vinken hebben verschillende snaveltjes om zich zo goed mogelijk aan hun leefomgeving aan te passen. Wat was er namelijk gebeurd? Enkele Zuid-Amerikaanse vinken vlogen naar de Galapagos eilanden en evolueerden ter plaatse tot nieuwe soorten.

Eilandevolutie kwam pas echt op de kaart te staan toen de Brit Andrew Leith Adams in 1870 dwergvormen op eilanden beschreef. Toen werd nog gedacht dat deze dwergvormen een vorm van ziekte waren. De zwakke dieren vielen niet meer ten prooi aan roofdieren bij gebrek daaraan en ‘verzwakten’ zo de opvolgende generaties met hun genen, oftewel degeneratie. Vanaf de jaren zeventig ging de wetenschap zich echter steeds meer realiseren dat de afwijkende vormen aanpassing aan de nieuwe leefomgeving waren. In veel gevallen wordt een eiland namelijk gekoloniseerd door organismen vanaf het vasteland.

Een klein deel van de Galapagos vinken van Darwin.

Afstand en grootte

MacArthur & Wilson zagen dit ook in de jaren zestig. Ze realiseerden zich dat het aantal soorten op een eiland afhangt van twee belangrijke factoren: de afstand tot het vasteland en de grootte van het eiland. Hoe korter de afstand tot het vasteland, des te meer soorten over kunnen steken. De grootte van het eiland speelt een vergelijkbare rol: hoe groter, des te meer soorten kans lopen om op het eiland te komen.

Eilanden herbergen weinig soorten ten opzichte van een gelijk oppervlak op het vasteland. Waarom dan alle ophef? Dit komt omdat de soorten die er zijn, vaak niet op het vasteland voorkomen: er is een hoog percentage aan endemische soorten. Vooral grote, verafgelegen eilanden met veel topografie herbergen veel endemische soorten. Om een voorbeeld te geven: 81% van de vogels, en maar liefst 99% van de insecten, op Hawaii wordt nergens anders gevonden.

Eilanden zijn dus ‘hotspots’ voor biodiversiteit. Verhoudingsgewijs komen er zelfs veel soorten voor op eilanden in vergelijking met het vasteland. Bijvoorbeeld, één op de zes plantensoorten groeit op een eiland, en dat terwijl de verhouding eiland versus vasteland kleiner is in dan één op zes. Ook leeft ongeveer 17% van de vogelsoorten op en nabij eilanden.

Dit is zo in het heden, maar dat was niet anders in het verleden. Ook toen waren er veel endemische soorten op eilanden te vinden. Die worden dan ook teruggevonden als fossielen op deze eilanden.

De oversteek

Er zijn twee manieren voor eilanden om met nul landsoorten te beginnen. Vele eilanden zijn vulkanische eilanden, wat betekent dat toen het eiland hoog genoeg werd door uitbarstingen en uiteindelijk boven de zeespiegel kwam onbevolkt was door landdieren. Daarnaast kan een eiland weggevaagd worden door een explosie van een vulkaan zoals gebeurde bij de Krakatau in 1883. Het eiland werd letterlijk gesteriliseerd en moest opnieuw veroverd worden door het leven. Niet elke soort kan zomaar op een eiland geraken. Voor het eind van de twintigste eeuw dacht men vooral dat dieren op eilanden belanden door van eilandje naar eilandje te geraken geholpen door landbruggen. Dit blijkt lang niet altijd op te gaan, want grote dieren zoals olifanten en nijlpaarden blijken behoorlijke afstanden te kunnen zwemmen.

Toch geraken niet alle dieren van het vasteland op een eiland. Dat heeft te maken met hoe gemakkelijk ze zich verspreiden. Vergelijk bijvoorbeeld vogels en konijnen. De eerste kan gemakkelijk over de barrière genaamd zee vliegen, terwijl een konijn het een stuk moeilijker heeft om het eiland te bereiken. Ook vlinders hebben het gemakkelijk. De verspreiding is overigens geen vast gegeven voor dieren. Sommige individuen geraken veel verder dan hun nog kleinere of zwakkere soortgenoten. In soorten kan het verspreidingsvermogen ook snel veranderen op een tijdsschaal van duizenden jaren door snelle aanpassingen zoals bijvoorbeeld bij Zweedse aardmuizen.

Eén tweede proces dat meespeelt, is het klimaat dat op eilanden anders is dan op het vasteland. Over het algemeen wat kouder. Daarom zullen sommige soorten die zich op het vasteland wel kunnen handhaven, het niet redden op eilanden.

De fossiele dwergolifant Elephas falconeri is op Sicilië te vinden. Afbeelding: © Giovanni Dall’Orto

Eilandregel

Na de grote oversteek hoopt het individu een soortgenoot te vinden, het liefst van het andere geslacht in het geval van sexuele voortplanting. Mocht dat het geval zijn, dan kan de soort zich permanent vestigen op het eiland.

Er zijn twee mogelijkheden waarom dieren op eilanden kunnen afwijken van die van het vasteland. Ten eerste is het mogelijk dat de beesten op het eiland van dezelfde soort zijn als degenen op het vasteland. De beesten op het vasteland sterven echter uit en die op het eiland juist niet. Zo krijg je ook andere dieren op eilanden.

In de meeste gevallen evolueren de beesten op de eilanden zich echter zelf. In de loop van de tijd veranderen veel planten en insecten, maar vooral ook gewervelden (vertebraten). Kleine soorten worden groter en grote soorten worden juist kleiner: de eilandregel. De meeste beesten hebben zich op eilanden ontwikkeld tot nieuwe soorten: soorten die zo sterk veranderen in hun skelet of andere lichaamsdelen dat ze duidelijk afwijken van degenen die op het land leven. Zelfs zo veel dat ze hoogstwaarschijnlijk niet meer met hun vroegere soortgenoten kunnen voortplanten. Waarom werden ze juist kleiner of groter?

Hiervoor gaan we terug naar de reuzenooievaar uit Flores. Deze ooievaar had weinig te duchten van carnivore zoogdieren, want die waren niet te vinden op Flores. Aan de andere kant waren er wel genoeg prooidieren en aas te vinden. De ooievaar had voldoende te eten en kon zo in de loop van de duizenden jaren gemiddeld groter worden. Een soortgelijk iets doet opgeld voor kleine zoogdieren zoals bijvoorbeeld egels. Zo vonden wetenschappers in Gargano (Italië), vroeger een eiland, bijvoorbeeld de resten van de reuzenhaaregel, en reuzenratten op Kreta, Timor en de Filippijnen. Ook kunnen de grote ‘kleine’ beesten zich nu makkelijker onttrekken aan roofvogels en het warmteverlies neemt af. Minder eten is dus nodig.

De eilandregel: kleine dieren worden groter, en grote dieren worden kleiner. Afbeelding: © Mark Lomolino

Voor grote zoogdieren is er juist minder voedsel beschikbaar dan dat ze nodig hebben. We kennen dan ook dwergolifanten van bijvoorbeeld Malta en Sicilië, en dwergnijlpaarden van Cyprus en Kreta. Groot voordeel voor de dwergnijlpaarden is dat ze minder snel oververhit raken door hun kleinere lichaamsgrootte. Een flinke tijd baden hoefde dus niet meer.

Een andere opvallende aanpassing bij grote planteneters is dat ze hun poten verkorten en versterken. Zo lopen ze stabieler op de eilanden, die vaak bergachtig zijn. Dit is te zijn bij het dwergnijlpaard van Cyprus.

Omdat er voedselschaarste is op eilanden worden dwergolifanten en dwergmammoeten gedwongen om alles te eten wat ze kunnen eten. Ook moeilijker verteerbaar voedsel dan op het vasteland. Het is dan ook geen verrassing dat de hun kiezen een dikkere glazuurlaag hebben.

Een tekening van de dodo.

De mens en eilandsoorten

Eilanden zijn dus een ‘hotspot’ voor biodiversiteit. Omdat eilanden klein zijn en omdat er een laag aantal individuen rondloopt, zijn de soorten erg kwetsbaar. Denk aan de dodo die snel het loodje legde nadat Nederlandse kolonisten op het eiland kwamen. Naturalis doet daar nu nog regelmatig onderzoek.

De cijfers over vogels zijn veelzeggend: 85% van de uitgestorven vogels in historische tijden vond plaats op eilanden. Dat is veertig maal sneller dan op het vasteland. Dat is niet verwonderlijk, omdat vogels op eilanden zich moeilijker kunnen verspreiden dan op het vasteland. Ook voor zoogdieren en reptielen geldt eenzelfde verhaal. De mens had namelijk graag een hapje te eten. Andere redenen zijn het verlies van leefomgeving door de binnendringende mens, die ook nog eens organismen met zich meenam waar de eilandsoorten maar moeilijk tegen op konden. Een laatste punt is ziekte waar de vele eilandsoorten niet tegen opgewassen waren. Alle reden dus om de nog levende eilandsoorten extra bescherming te geven.