Wetenschap - 23 november 1995

Ecoloog grijpt vaker naar moleculaire technieken

Ecoloog grijpt vaker naar moleculaire technieken

Het ontstaan van de moleculaire ecologie

Studenten vervullen een voorhoedefunctie bij de ontwikkeling van nieuwe wetenschapsvelden, meldde prof. dr L.H.W. van der Plas in september aan het WAB. Ze kiezen in toenemende mate voor vakkenpakketten die ecologie en moleculaire biologie combineren. Geneticus prof. dr R.F. Hoekstra vindt dat het op het terrein van de moleculaire ecologie wel meevalt met die voorhoederol. Hij stimuleert vol vuur het ontstaan van het nieuwe vakgebied. Het einde van een clash tussen twee culturen en een scala aan nieuwe inzichten.


Bij Microbiologie lopen de eerste ecologen in witte jas al rond, maar de laarzen staan nog steeds bij de deur

Vanwege hun dottige uiterlijk prijken ze nogal eens op zoete wenskaarten. Een bolletje pastelkleurige veren - lichtblauw, geel - met een zwart snaveltje en een eigenwijs kuifje: het pimpelmeesje. Vooral een kluitje jongen met zorgzame, trouwe ouders doet het altijd goed. Biologen wisten al langer dat de dotjes eigenlijk onverdraagzame etters zijn. Maar het kwam toch als een schok dat deze hoeders van grote gezinnen - tien jongen is geen uitzondering - het met de huwelijkse trouw niet zo nauw nemen.

Ecologen hebben altijd graag en veel naar de mezenfamilie gekeken; ze zijn niet schuw en komen veel voor. Pimpelmezen bleken uit alle waarnemingen een schoolvoorbeeld van monogame trouw. Oke, sommige mannetjes reden weleens een scheve schaats, maar dat is bij mannetjes niks bijzonders.

En toen was er DNA-onderzoek. Een Belgische onderzoeksgroep ging aan de slag met het zogenaamde fingerprinting: een nauwkeurige manier om langs moleculaire weg het vaderschap vast te stellen. De modelstudie werd verricht aan de pimpelmees en de uitkomsten schokten de traditionele vogelaars en ecologen. Tien procent van de pimpelmezennakomelingen bleek niet afkomstig van de ijverig voedselaandragende vadertjes. Nadere beschouwing in het veld toonde vervolgens glashelder het promiscue gedrag van de vrouwtjes aan. Bovendien bleken ze niet het slachtoffer van opdringerige mannetjes, maar namen ze zelf voortdurend het initiatief om de mannetjes te verleiden.

De Wageningse geneticus prof. dr R. Hoekstra noemt de overspelige pimpelmees als voorbeeld van het nieuwe vakgebied moleculaire ecologie, waarover plantenfysioloog prof. dr L.H.W. van der Plas in september repte in het Wagenings Alumniblad. Moleculaire technieken in de ecologie geven mogelijkheden om met meer precisie te kijken naar wat zich in ecosystemen afspeelt, aldus Hoekstra. Die technieken leiden bovendien, getuige het mezenvoorbeeld, niet slechts tot meer van hetzelfde type informatie, maar tot geheel nieuwe inzichten, die vervolgens weer in het veld te toetsen zijn.

Code

De moleculaire biologie is een jonge loot aan de stam van de levenswetenschappen. In de jaren vijftig werd voor het eerst gepostuleerd hoe de erfelijke bouwstenen, het DNA, eruit zouden kunnen zien; een paar A4'tjes van de legendarische Watson en Crick waren goed voor de Nobelprijs. Pas in de jaren zeventig kregen onderzoekers aan het front van de wetenschap in de vingers hoe DNA is te veranderen. Genetische manipulatie heette dat toen, moleculaire technieken heet het nu. Steeds nauwkeurig worden de genen ontrafeld en steeds vaker blijkt het mogelijk eigenschappen te herleiden tot een genetische code. De technieken waarmee de moleculair biologen door de cellen dwaalden, kwamen in de jaren tachtig beschikbaar voor een breder veld. Diagnostische kits voor artsen, zodat ze een ziekte snel kunnen karakteriseren; merkers voor veredelaars, zodat ze niet elk plantje moeten uitkweken; fingerprinting-technieken voor justitie, zoals gebruikt in de geruchtmakende Amerikaanse rechtszaak tegen
O.J. Simpson. Snel, nauwkeurig en goedkoop.

In de jaren vijftig ontstond ook de ecologie, de tak van de biologie die zich bezighoudt met groepen planten en dieren, hun samenspel onderling en met hun omgeving. Maar de ecologie maakte een volstrekt gescheiden ontwikkeling door. De ecologen zijn de kijkers, de waarnemers, de veldbiologen met het geiten-haren-sokken-imago. Ze stelden vast dat erfelijke eigenschappen aan de basis liggen van de door hen waargenomen en beschreven verschijnselen, zonder zich daarin verder veel te verdiepen.

Beide biologische disciplines ontwikkelden zo een volstrekt gescheiden onderzoekspraktijk en begrippenkader. Af en toe sprak de een zelfs met dedain over de ander. Wanneer bijvoorbeeld een moleculair bioloog meende dat het wel meeviel met de risico's van genetisch gemodificeerde planten, kon hij rekenen op felle kritiek van ecologische zijde. Omgekeerd kritiseerden de moleculair biologen de weinig verklarende principes van de gecompliceerde ecologie, waarin alles immers met alles samenhangt.

Nu lijkt er dus een kentering gaande. Doordat de technieken van de moleculaire jongens en meisjes in handige en hanteerbare gereedschapkisten beschikbaar zijn, dalen de ecologen af naar een lager integratieniveau.

En ze lijken enthousiast. Studiecoordinator Biologie dr ir C. Bos rept van het verlaten van de klassieke indeling van de studie Biologie in drie integratieniveaus: cel, individu en populatie. Steeds vaker willen studenten vanuit een ecologische basis ook moleculaire aspecten in hun pakket. En omgekeerd. Om dat te bewerkstelligen waren ze in het verleden aangewezen op de vrije orientatie. De rigide scheiding tussen de verschillende niveaus moet weg en die gaan we dan ook verwijderen."

Kweekbaarheid

Het heeft ook te maken met veranderende opvattingen over het soortbegrip, vertelt geneticus Bos. De soort was vroeger een goed afgebakende, nauwkeurig omschreven eenheid. Als het juiste voorbeeldplantje was gevonden, gedroogd en opgeborgen in een herbarium, was tot in lengte van dagen de soort klaar.

Dit statische begrip is inmiddels verlaten. Een soort is een dynamisch systeem", zegt Bos, Dat besef heeft de afgelopen twintig jaar definitief postgevat. Het gaat bij een soort nu om een gemeenschappelijke genenpool, die afhankelijk van de omstandigheden kan leiden tot verschillende uiterlijke vormen." Die genenpool kan nu met behulp van moleculaire technieken worden gekarakteriseerd; vandaar dat ecologen in toenemende mate en met gretigheid grijpen naar die moleculaire technieken.

Maar grijpen ecologen dan naar meer dan alleen een nieuw instrumentje? Wis en waarachtig, vindt microbioloog dr A.D.L. Akkermans, een van de enthousiaste docenten bij het nieuwe vak Moleculaire ecologie. Niet voor niets was er 22 november een workshop over het onderwerp. Meer dan honderd onderzoekers uit het hele land presenteerden op de vakgroep Microbiologie hun onderzoek.

In de microbiologie waren we voor het ecologisch onderzoek afhankelijk van de kweekbaarheid van de micro-organismen", vertelt Akkermans. In tegenstelling tot hogere planten en dieren kun je immers bacterien niet zomaar met het blote oog of met optische hulpmiddelen waarnemen, laat staan herkennen. Het kweken van kolonies moest dus uitkomst bieden. Sommige soorten laten zich echter niet kweken; dat betekent dat je die niet opmerkt en tot verkeerde conclusies komt."

Akkermans vergelijkt het met een bos vol olifanten en paddestoelen. De olifanten laten zich niet kweken, de paddestoelen wel. Die tellen dus mee in de wetenschappelijke analyses. Vervolgens komen onderzoekers tot de conclusie dat het bos door een paddestoelensoort wordt platgewalst.

Met behulp van moleculaire analyses kunnen nu ook bacterien worden opgespoord die niet kweekbaar zijn. Zo ontstaat er een beter inzicht in de populatiesamenstelling, bijvoorbeeld in de bodem. We krijgen nu een gedetailleerder inzicht in de biodiversiteit in de bodem en in de rol van de verschillende soorten. We kunnen de gemeenschap beschrijven en heel nauwkeurig aangeven welke soorten waar actief zijn. De kweekbaarheidseigenschap speelt daarbij geen rol meer."

Stamboom

Bij de vakgroep Microbiologie lopen de eerste ecologen in witte jas al rond, meldt Akkermans. Maar de laarzen staan nog steeds bij de deur, verzekert hij.

Er is dus echt een kruisbestuiving van twee disciplines. Hoewel moleculair bioloog dr W.J.T. Zabel enige scepsis tentoonspreidt. Ik blijf er voorstander van dat de verschillende wetenschappers zich zo veel en zo diep mogelijk in hun eigen discipline verdiepen. Natuurlijk, door de ontwikkelingen van de afgelopen twintig jaar is moleculair onderzoek niet meer weg te denken uit de biologie. Het is een basisdiscipline geworden, die eigenlijk in de propaedeuse aan alle biologiestudenten gedoceerd zou moeten worden. Voor mijn vakgebied zie ik niet zoveel veranderen. Oke, ecologen kunnen beter verwantschappen analyseren. Het is zelfs mogelijk DNA te halen uit fossielen of skeletten die al honderdduizenden jaren ergens hebben gelegen, waardoor een stamboom in elkaar is te knutselen."

In de moleculaire biologie blijven onderzoekers echter vooral op zoek naar verklarende mechanismen voor wat zich in cel afspeelt. En dat zal voorlopig niet veranderen, denkt Zabel. Hij erkent dat via het DNA-onderzoek populaties en soorten beter te karakteriseren zijn. Onderliggende diversiteit in de genenpool van een soort, met het oog niet zichtbaar, is nu wel in kaart te brengen. Daardoor ontstaat zicht op de potentie van een soort om zich aan te passen of te veranderen.

Buffel

De Wageningse ecologen lijken zich van de scepsis niet veel aan te trekken en storten zich vol enthousiasme op het nieuwe veld. Ook bij Terrestrische oecologie en natuurbeheer is nu iemand aangetrokken die moleculaire technieken hanteert. Die wordt ingezet in het onderzoek aan de Afrikaanse buffel van prof. dr H. Prins", meldt Hoekstra.

Maar heeft de Landbouwuniversiteit een boodschap aan dit onderzoek? Hoekstra is resoluut: deze universiteit houdt zich bezig met landbouw, milieu en natuurbeheer. Wij zitten aan de kant van het milieu- en het natuurbeheeronderzoek. In de ecologie zijn de moleculaire technieken van onschatbare waarde." Juist Wageningen, waar de verschillende disciplines zo dicht bij elkaar zitten, kan een voorhoederol vervullen bij het uitdiepen van de nieuwe discipline, maant hij.

Re:ageer