UGent

Nieuw licht op soortvorming en biodiversiteit bij mariene micro-organismen

Auteur: Casteleyn G, Leliaert F, Backeljau T, Debeer A-E, Kotaki Y, Rhodes L, Lundholm N, Sabbe K & Vyverman

In tegenstelling tot wat algemeen werd aangenomen, is de verspreiding van mariene kiezelwieren (diatomeeën) op wereldschaal beperkt. Dat blijkt uit onderzoek van de vakgroep Biologie van de Universiteit Gent. Deze bevinding heeft belangrijke implicaties voor de kennis over het ontstaan van nieuwe soorten en van de biodiversiteit van micro-organismen in zee. Het onderzoek verschaft ook inzicht in de rol van de mens bij de steeds frequenter voorkomende algenbloeien in oceanen.
De onderzoeksresultaten werden recent gepubliceerd in het vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Kiezelwieren
Diatomeeën of kiezelwieren zijn eencellige algen met een uitwendig schaaltje van silicium (kiezel). Ze zijn ecologisch erg belangrijk in zeeën, meren en rivieren. Met naar schatting 200 000 soorten zijn ze de meest diverse algengroep. Hun evolutionair succes blijft tot op vandaag echter moeilijk verklaarbaar.
Voor hun onderzoek namen de UGent-wetenschappers de diatomee Pseudo-nitzschia pungens onder de loep. Deze soort is wereldwijd verspreid en staat er om bekend in bepaalde seizoenen gigantische algenbloeien te vormen. Bij de meeste diatomeeën zijn deze algenbloeien niet gevaarlijk en dienen de algen als voedsel voor dierlijk plankton. Verschillende Pseudo-nitzschia soorten vormen echter neurotoxines die schadelijk zijn voor mens en dier.

kiezelwier

Het mariene kiezelwier Pseudo-nitzschia pungens bestaat uit microscopisch kleine celkettingen en vormt wereldwijd gigantische algenbloeien die vaak toxisch zijn voor mens en dier.

Genenstroom en het ontstaan van nieuwe soorten
De aarde telt miljoenen verschillende soorten organismen. Een van de meest gangbare theorieën stelt dat soorten kunnen ontstaan wanneer een populatie door een geografische barrière wordt opgesplitst in twee geïsoleerde delen. Doordat genenstroom (‘gene flow’) onderbroken wordt, gaat elk van deze twee delen zijn eigen evolutionaire weg en kunnen nieuwe soorten ontstaan. Voor landplanten of dieren zijn verschillende geografische barrières denkbaar, zoals een bergketen of de zee tussen twee eilanden.
Voor mariene planktonische micro-organismen (microscopisch kleine organismen die in oceanen en zeeën leven) blijft tot op de dag van vandaag onduidelijkheid bestaan over de manier waarop nieuwe soorten ontstaan. In de eerste plaats omdat in zeeën geografische barrières veel minder duidelijk zijn dan op land; alle oceanen zijn ibmmers met elkaar verbonden. Ten tweede vormen micro-organismen gigantische populaties die door middel van oceaanstromen gemakkelijk verspreid kunnen worden, met een wereldwijde genenstroom tot gevolg.

kaart

Deze kaart toont de bemonsterde Pseudo-nitzschia pungens populaties. Onderzoek toont aan dat genenstroom tussen deze verafgelegen kusten onderbroken is, met een duidelijke globale populatiestructuur tot gevolg.

Aan de hand van microsatellieten (korte, hypervariabele stukjes DNA) toonden de onderzoekers aan dat, in tegenstelling tot wat werd aangenomen, de verspreiding van mariene micro-organismen niet onbeperkt is. De genenstroom tussen diatomeeënpopulaties van verafgelegen kusten is wel degelijk onderbroken, met een duidelijke populatiestructuur tot gevolg.
Verder toonden de onderzoekers aan dat deze populatiestructuur onder bepaalde geografische en ecologische omstandigheden kan leiden tot nieuwe soorten. Dit gebeurde bijvoorbeeld onder invloed van de grote klimaatschommelingen tijdens het Pleistoceen (2,6 miljoen tot 11.600 jaar geleden). De studie biedt hiermee een belangrijk nieuw inzicht in de evolutie en diversificatie van mariene micro-organismen. Bovendien wordt nu ook duidelijker hoe de biodiversiteit van micro-organismen tot stand gekomen is.

Publicatie
Casteleyn G, Leliaert F, Backeljau T, Debeer A-E, Kotaki Y, Rhodes L, Lundholm N, Sabbe K & Vyverman W. (2010). Limits to gene flow in a cosmopolitan marine planktonic diatom. PNAS Early online doi:10.1073/pnas.1001380107
De paper kan worden gedownload op het volgende adres: http://users.ugent.be/~fleliaer/