Het was zo eenvoudig begonnen

Evolutie en Biodiversiteit

Maand: december 2014

Vogelevolutie in grote lijnen

22 december 2014 /

Sommige vogelgroepen krijgen een nieuwe plaats

De wat lompe hoatzin is verwant aan de elegante kraanvogels. Dat blijkt uit een pas gepubliceerde vogelstamboom die veel bestaande kennis bevestigt, maar ook hier en daar afwijkt. En die vooral de grote lijn laat zien.

De vogelstamboom laat zich lastig reconstrueren. Onduidelijk is vooral hoe de grote takken, de ongeveer 40 vogelordes, ten opzichte van elkaar aan de boom zitten. Orde is de eenheid boven familie.
Een team van 100 onderzoekers uit 20 landen heeft nu die takken ingetekend. Erich Jarvis en collega’s brachten het hele genoom (al het dna) in kaart van 48 soorten vogels, één van elke orde en wat soorten extra. Door die genomen te vergelijken achterhaalden ze de evolutionaire geschiedenis van de vogels. Ten koste van zo’n 400 uur computertijd.

Voor de grote meteorietinslag van 65 miljoen jaar geleden – die de dinosauriërs en veel andere soorten dieren elimineerde – hadden de vogels zich in drie groepen opgesplitst, zo was al bekend. Als eerste was de tak van de Palaeognathae (grote loopvogels en tinamoes) verschenen, en vervolgens waren de eendvogels (eenden, ganzen, zwanen) en de hoendervogels gezamenlijk afgetakt.

Vertakkingen

Jarvis beschrijft hoe het de grote derde groep, de Neoaves, is vergaan. Vlak voor de meteorietinslag splitste die zich in twee hoofdgroepen: Columbea en Passerea. Tot de Columbea behoren onder meer duiven plus zandhoenders en flamingo’s plus futen. Onder de Passerea vallen enkele kleine takken en twee grote: de Passerea-landvogels (Telluraves) en de Passerea-watervogels (Aequornithia), die zich beide weer verder vertakten. Dat gebeurde in korte tijd en dat is de reden dat de geschiedenis zo moeilijk te reconstrueren is.
Columbea en Passerea zijn nieuwe namen die hun weg naar Wikipedia inmiddels al hebben gevonden. De naam Telluraves was vorig jaar door een andere groep onderzoekers bedacht; Aeqornithia is een nieuwe naam.

De nieuwe stamboom laat een paar opvallende dingen zien.
Ten eerste: drie keer is een vogeltak te water gegaan: de eendvogels; de flamingo’s plus de futen; en de Passerea-watervogels.
Ten tweede: de roofvogels, die tot de Passerea-landvogels behoren, zitten niet op één tak. Valken staan apart van gieren en arenden. Uit de plaats van de roofvogels leiden de onderzoekers af dat de gemeenschappelijke voorouder van de Passerea-landvogels een roofvogel geweest moet zijn. Dat zou betekenen dat onder meer zangvogels, papegaaiachtigen en bijeneters van een roofvogel afstammen.
Ten derde: drie keer leerden vogels geluid van betekenis maken: kolibries, papegaaiachtigen en zangvogels.

Lastige soorten

Een moeilijke klant was altijd de hoatzin. Het is een apart geval, de enige vertegenwoordiger van een orde. De jongen hebben klauwtjes aan de vleugels waardoor deze soort dichter bij de reptielachtige voorouders lijkt te staan dan andere vogels.
Maar dat is misleidend: de hoatzin hoort bij de Neoaves. Wel was het moeilijk zijn precieze plek te vinden. Hij staat nu tussen de Passerea met als naaste familieleden kraanvogelachtigen en steltloperachtigen.
Een ander lastig geval waren de muisvogels, die als muizen over takken scharrelen (en toevallig ook een lange staart hebben). Zij krijgen een plaats naast trogons, neushoornvogels, spechten en bijeneters, in de groep Passerea-landvogels.

Nieuwe buren

Twee jaar geleden publiceerden Walter Jetz en collega’s een complete vogelstamboom, tot op soortsniveau. Die was ook op dna-analyse gebaseerd, maar dan op een vergelijking van kleine stukken dna van een groot aantal soorten. Deze boom heeft overeenkomsten met de nieuwe, maar er zijn ook verschillen. Bij Jetz, bijvoorbeeld, staat de hoatzin in de buurt van duiven, flamingo’s en futen, dus bij de vogels die nu de hoofdgroep Columbea vormen. Een groot verschil.
De muisvogels zitten bij Jetz in de buurt van valken en papagaaien. Ze hebben dus andere buren dan bij Jarvis, maar ze zitten wel bij wat nu de Passerea-landvogels zijn.
De verschillen laten nog eens zien hoe moeilijk sommige vogels te plaatsen zijn.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: hoatzin. Douglas Sprott (Creative Commons)
Klein: blauwnekmuisvogel. Doug Janson (Wikimedia Commons)

Zie ook:
Complete vogelstamboom

Bron:
Jarvis E.D. en vele anderen, 2014. Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds. Science 346: 1320-1331. Doi: 10.1126/science.1253451

Een kleine landbouwgeschiedenis

18 december 2014 /

Bladsnijdermieren en schimmels werden onafscheidelijke partners

Een kolonie van bladsnijdermieren neemt planten flink te grazen. Ze kunnen leven van het verse blad dat ze in grote hoeveelheden verzamelen dankzij schimmels die het voor hen verteren. Ze kweken die met de grootste zorg. De bladsnijders kunnen niet zonder hun schimmels, en die schimmels kunnen ook niet zonder de mieren. Henrik de Fine Licht en andere onderzoekers ontrafelen hoe die hechte band tot stand gekomen is.

De geschiedenis van de mierenlandbouw  begon zo’n 50 miljoen jaar geleden, in Zuid-Amerika. Er was toen een mierensoort die schimmels liet groeien in zijn nest, schimmels die verwant waren aan de champignon. De schimmels leefden van organisch afval, zoals plantenresten. Ze braken die af en de mieren voedden zich met de afbraakproducten en aten van de schimmels.
Zo gebruikten deze mieren indirect organisch afval als voedselbron. Tot dan toe konden ze daar niets mee omdat het spul onverteerbaar voor ze was. Maar de schimmels maakten het bruikbaar. De mieren sleepten organisch afval aan, de schimmels groeiden lekker door en de mieren tastten toe.

Afhankelijk

Van deze innoverende mier stamt een grote groep mierensoorten af die er schimmeltuintjes op na houden. Als regel houdt elke soort zijn eigen schimmel bij zich. Een jonge koningin die een nieuw nest sticht, neemt een stukje van de schimmeltuin uit het ouderlijk nest mee om haar eigen kweek te starten. Heel soms wisselt een mier van schimmelsoort of stapt er een over op een andere variëteit van een soort.

Al snel waren de eerste schimmelkwekers op de schimmels aangewezen om voldoende te eten te hebben. Ze konden er niet meer buiten.
Die afhankelijkheid was aanvankelijk niet wederzijds. De schimmels leefden in de mierennesten van hetzelfde materiaal als daarbuiten, en hoewel ze het goed hadden in de nesten, konden ze ook buiten de mierennesten leven. Daar maakten ze ook vruchtlichamen (paddenstoelen); in de nesten hielden de mieren dat tegen.
De oudste groepen schimmelkwekende mierensoorten leven nog steeds op deze manier, met halfwilde schimmels.

Voedzame bolletjes

Maar zo’n 30 miljoen jaar na het begin van de mierenlandbouw (dus nu zo’n 20 miljoen jaar geleden) ontwikkelde zich een schimmelvariëteit die de band met zijn kweker versterkte. Onder de toplaag van de schimmeltuin – de laag met nieuw materiaal dat de mieren voortdurend aanvullen – vormde die schimmel speciale voedselbolletjes voor de mieren. Aan het einde van de schimmeldraden zwollen de laatste cellen op en de opgezwollen uiteinden van meerdere draden bundelden zich tot bolletjes die vol zaten met vetten, koolhydraten en eiwitten.
Hieruit ontstond een nieuwe tak aan de stamboom van schimmelkwekende mieren, de tak van ‘hogere schimmelkwekers’ met een echt gewas. Ze oogsten de bolletjes als voedsel voor hun larven en henzelf. Ze gebruiken allemaal dezelfde variëteit van de champignonachtige schimmelsoort Leucoagaricus gongylophorus.

Gedomesticeerd

In dit landbouwsysteem levert de schimmel niet alleen een hoogwaardig product, maar hij krijgt ook iets terug. De mieren helpen hem om sneller te groeien. In de bolletjes met voedsel zitten namelijk ook enzymen die het nieuwe materiaal voor de schimmel kunnen afbreken. Die enzymen passeren de mierendarmen ongeschonden en de werksters deponeren ze in hun druppelvormige uitwerpselen bovenop de tuin. Het nieuwe materiaal dat daar ligt wordt zo alvast een beetje voorbewerkt en nieuwe schimmeldraden kunnen makkelijker van onderaf doorgroeien.
Het gewas is afhankelijk geworden van de mieren. De schimmels met voedselbolletjes kunnen niet meer buiten mierennesten leven. Ze zijn volledig gedomesticeerd.

Dankzij de enzymen die de mieren over de tuin verspreiden kan het gewas van hogere schimmelkwekers ook moeilijker afbreekbaar materiaal omzetten: pas afgevallen blad, afgevallen bloemen en vruchten. De mieren gingen meer en meer van zulk spul halen.
De nieuwe landbouwpraktijk was succesvol. Mierenkolonies werden groter en complexer, met verschillende typen werksters.

Nieuwe innovatie

Tien miljoen jaar geleden ontstond bij een van de hogere schimmelkwekers opnieuw een innovatie: levend blad als nieuwe grondstof voor de schimmelcultuur. Dat was de oorsprong van de groep van de bladsnijdermieren. Ze behoren tot twee geslachten: Acromyrmex en Atta en er zijn ongeveer 45 soorten. Zij praktiseren landbouw op het hoogste niveau.
Werksters van bladsnijders knippen stukjes blad van planten af en dragen die naar het nest. In Zuid-Amerika kun je een optocht van zulke ‘parasolmieren’ zien: een vrolijk gezicht. Voor de uitgekozen planten is het minder mooi, want de mieren plegen een grote aanslag op hen. In het nest maken ze de stukjes blad fijn, zodat de schimmel het makkelijker kan koloniseren.

Een probleem van vers blad is dat het vaak giftig is; het gif moet de plant tegen planteneters beschermen. Daar kwam een oplossing voor. De bolletjes van het schimmelgewas bevatten, naast voedingsstoffen en verteringsenzymen, minstens één enzym dat giftige stoffen in verse bladeren onschadelijk maakt. Net als de verteringsenzymen komt ook dat ontgiftende enzym via de mieren op het verse blad terecht.

Hoogproductief

De bladsnijders gebruiken allemaal dezelfde schimmelvariëteit. De huidige variëteit vestigde zich zo’n twee tot vier miljoen jaar geleden bij alle bladsnijders en verdrong het voorgaande ras.
De kolonies van bladsnijders zijn gigantisch groot, zeer complex en blijven tientallen jaren in stand. De mieren kweken de schimmels in hoogproductieve monoculturen (elk nest heeft zijn eigen type van de gemeenschappelijke variëteit) en houden hun gewas vrij van ziekten en plagen. De tuin is een dynamisch geheel. Bovenop leggen de bladsnijders steeds nieuw fijngemaakt blad. Aan de onderkant van de tuin is het materiaal uitgeput. Dat halen de mieren weg.
Het is een ongelooflijk geavanceerd systeem waar zowel de kwekers als het gewas bij floreren.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Atta colombica. Henrik Hjarvard de Fine Licht
Klein: Atta cephalotes. Hans Hillewaert (Wikimedia Commons)

Meer over mierenlandbouw:
Bij de mier exploiteert het gewas ook de boer (De Volkskrant)

Bronnen:
De Fine Licht, H.H., J.J. Boomsma & A. Tunlid, 2014. Symbiotic adaptations in the fungal cultivar of leaf-cutting ants. Nature Communications, 1 december online. Doi: 10.1038/ncomms6675
De Fine Licht, H.H. & J.J. Boomsma, 2010. Forage collection, substrate preparation, and diet composition in fungus-growing ants. Ecological Entomology 35: 259-269. Doi: 10.1111/j.1365-2311.2010.01193.x
De Fine Licht, H.H., M. Schiøtt, U.G. Mueller & J.J. Boomsma, 2010. Evolutionary transitions in enzyme activity of ant fungus gardens. Evolution 64: 2055-2069. Doi:10.1111/j.1558-5646.2010.00948.x
Mikheyev, A.S., U.G. Mueller & P. Abbot, 2010. Comparative dating of attine ant and lepiotaceous cultivar phylogenies reveals coevolutionary synchrony and discord. The American Naturalist 175: E126-E133. Doi: 10.1086/652472
Schultz, T.R. & S.G. Brady, 2008. Major evolutionary transitions in ant agriculture. PNAS 105: 5435-5440. Doi: 10.1073/pnas.0711024105

Knap spel

10 december 2014 /

Jonge vogel doet met succes een giftige rups na

Een pas uitgekomen grauwe treurtiran is een oranje donsballetje dat weinig weg heeft van een jong vogeltje. Waar lijkt hij eigenlijk wel op? En waarom is hij zo vreemd? Gustavo Londoño en collega’s geven een antwoord.

De grauwe treurtiran (Laniocera hypopyrra), een zangvogel uit het Amazonegebied van Zuid-Amerika, draagt een somber grijs kostuum, precies zoals de naam doet vermoeden. Die zal niet zo gauw de aandacht van roofvijanden trekken.

Hoe verbazend anders ziet het jong eruit als het uit het ei kruipt. Hij heeft een vrolijk clownspakje aan; zijn donsveren dragen oranje haren met witte punten. Het beestje lijkt totaal niet op zijn ouders. Het heeft ook niets weg van andere jonge vogeltjes, die juist onopvallend gekleurd zijn.

Geduld

Een jonge grauwe treurtiran gedraagt zich bovendien gek, zo blijkt uit onderzoek van Gustavo Londoño en collega’s. Zij observeerden een jong in zijn nest (in dat nest lag nog een ei, maar dat kwam niet uit) en maakten een video-opname. Als een van de ouders komt aanzetten met voedsel, zou je verwachten dat het knaloranje jong meteen zijn bek wijd open spert. Maar dat doet hij niet. In plaats daarvan houdt hij zijn snavel en ogen naar beneden gericht en zwaait hij langzaam heen en weer. Pas na een tijdje, vermoedelijk na een seintje van de ouder, heft hij zijn kopje op en doet zijn bek open – en krijgt zijn hapje.
Het jonkie moet geduld hebben, want pa of ma blijft eerst een hele minuut met volle snavel op de nestrand zitten en laat de kleine wachten. Alsof die moet leren om zich te beheersen. Het is allemaal zeer bizar.

Waarom ziet dit jong er zo uitbundig uit? Waarom doet hij zo raar als er eten wordt gebracht?

Gevaarlijk

Dat is natuurlijk niet voor niets. De biologen veronderstellen dat het jong een giftige, harige rups nabootst, zowel qua uiterlijk als qua gedrag. Giftige rupsen komen voor in het Amazonegebied.

Het mooie is dat ze de rups hebben gevonden waarvoor het jonge vogeltje zich waarschijnlijk uitgeeft, en de gelijkenis is treffend! Het gaat om een kanjer die vrijwel even groot is als een jonge grauwe treurtiran (meer dan 10 centimeter) en vol zit met oranje haren met witte punten. Het is de rups van een flanelmot van de familie Megalopygidae (het is niet bekend welke soort het is).

Deze rups is inderdaad gevaarlijk. Tussen zijn haren zitten stekels die een krachtig gif bevatten. Het spul is zelfs voor mensen onprettig. Wie zo’n rups aanraakt krijgt een pijnlijke, ontstoken plek en soms nog vervelender verschijnselen zoals hoofdpijn en misselijkheid. Met de felle kleur waarschuwt de rups zijn vijanden: afblijven!
Doordat de jonge vogel deze giftige rups met succes imiteert, zullen roofvijanden ook hem niet pakken, hoewel hij wel eetbaar is. Zo leidt hij roofvijanden, zoals roofvogels en apen, om de tuin. De ouders spelen het spelletje mee; door eerst lang te blijven zitten als ze met voer bij het nest arriveren, wekken ze niet de schijn dat ze een jong komen voeren.

De bescherming tegen roofvijanden komt goed van pas. Het nest is open, dus het jong is goed zichtbaar. De oranje kleur dient waarschijnlijk ook nog als schutkleur tegen de droge bladeren waarmee het nest is bekleed.

Gewoon vogeltje

Als het kleintje twee weken oud is, verschijnen er donkere stippen. De echte veren komen door en de donsveren met witte punten vallen uit. Het beestje is nog steeds oranje, maar het wordt duidelijk een jong vogeltje. De abnormale zwaaiende beweging blijft achterwege en de ouders gaan vlotter voeren. Het spel is afgelopen.
Het vogeltje is nu niet meer zo kwetsbaar. De oogjes zijn open en het kan vleugels en poten bewegen.

Fernando D’Horta had het oranje uiterlijk van een jonge grauwe treurtiran al eerder beschreven en geopperd dat het een geval was van mimicry met een giftige rups als voorbeeld. Nu maken Londoño en collega’s dat aannemelijk doordat ze laten zien dat een jong zich ook gedraagt als rups en doordat ze een giftige rups gevonden hebben die model kan hebben gestaan.

Ook de jongen van de Braziliaanse klauwiercotinga (Laniisoma elegans) zien er uit als een harige rups, schreef D’Horta. Dat lijkt hetzelfde verhaal te zijn. Het zou mooi zijn als iemand kan vaststellen of het gedrag van deze jonge vogels ook zo rups-achtig is. En de rups vindt waar deze jongen op lijken.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Jonge grauwe treurtiran, twee weken oud. Santiago David
Klein: Volwassen grauwe treurtiran. Hector Bottai (Wikimedia Commons)

Kijk eens naar een jonge grauwe treurtiran op het nest en vergelijk hem met deze giftige Megalopygide-rups

Bronnen:
Londoño, G.A., D.A. García & M.A. Sánchez Martínez, 2014. Morphological and behavioral evidence of Batesian mimicry in nestlings of a lowland Amazonian bird. The American Naturalist, 26 november online. Doi: 10.1086/679106
D’Horta, F.M., G.M. Kirwan & D. Buzzetti, 2012. Gaudy juvenile plumages of cinereous mourner (Laniocera hypopyrra) and Brazilian Laniisoma (Laniisoma elegans). The Wilson Journal of Ornithology 124: 429-435. Doi: 10.1676/11-213.1

Ogen op steeltjes

4 december 2014 /

Hoe langer de oogsteel, hoe meer nakomelingen

Vrouwelijke én mannelijke steeloogvliegen (Teleopsis dalmanni) vallen voor een partner met ogen op heel lange steeltjes. Beide partijen hebben daar een goede reden voor, schrijven Alison Cotton en collega’s.

Steeloogvliegen zien er bizar uit: hun ogen staan op het uiteinde van lange, zijwaarts gerichte steeltjes. Daarop zitten ook de korte antennen. Als volwassen vliegen uit hun pop komen en nog zacht zijn, steken de ogen nog niet uit. Maar de jonge vliegen nemen een hap lucht, pompen die naar de basis van de ogen en hup!, die schieten uit als de neus van Pinokkio.
Teleopsis dalmanni, een bewoner van het tropisch regenwoud in Maleisië, is een van de vele soorten steeloogvliegen die er zijn.

Bekend was al dat mannetjes meer succes hebben naarmate hun ogen op langere steeltjes staan, zowel onderling als bij vrouwtjes. Als de avond valt zoeken mannetjes plantenwortels op die boven een riviertje hangen om daar te overnachten. Ze voeren strijd om een mooi plekje te veroveren. Twee mannetjes gaan dan tegenover elkaar staan en vergelijken hun oogsteellengtes. Het mannetje met de langste steeltjes wint deze krachtmeting zonder daadwerkelijk te hoeven knokken. De uitkomst is terecht, want de steellengte is een goede maat voor de conditie.

Kieskeurig

Vervolgens voegen zich een paar vrouwtjes bij elk mannetje met een mooie plek en een indrukwekkend ogenpaar; mannetjes met korte steeltjes laten ze links liggen. ’s Avonds zijn de dames dus kieskeurig.

Maar als de ochtend aanbreekt, zijn het de mannetjes die goed uit de ogen kijken. Ze paren dan met een of twee vrouwtjes die bij hen overnacht hebben en Alison Cotton en collega’s ontdekten dat hun voorkeur uitgaat naar vrouwtjes met wijd uiteen staande kijkers. De oogsteeltjes van vrouwtjes zijn overigens wat minder lang dan die van mannetjes.
Dus ook mannetjes zijn kieskeurig en ook vrouwtjes vallen meer in de smaak naarmate ze ogen op langere steeltjes hebben.
Na een half uur is de pret voorbij. De vliegen vertrekken en verspreiden zich in het bos.

Goed gevuld pakje

Waarom vrouwtjes gecharmeerd zijn van mannetjes met lange oogsteeltjes is wel duidelijk. Mannetjes geven hun sperma in een pakje, een zogenoemde spermatofoor. Vrouwtjes leven een paar maanden en als ze eenmaal geslachtsrijp zijn leggen ze dagelijks een aantal eitjes. Ze hebben dus voortdurend sperma nodig en kennelijk komen ze vaak te kort, want veel eitjes die ze leggen blijken niet bevrucht te zijn. Vrouwtjes moeten dan ook veelvuldig paren.
Dat doen ze natuurlijk het liefst met een mannetje dat een grote en goed gevulde spermatofoor aflevert – en juist mannen met lange oogsteeltjes kunnen dat. Dat is niet vreemd, want zij zijn immers in goede conditie. Het is logisch dat vrouwtjes kieskeurig zijn.

Vruchtbaar

En de mannetjes? Die hebben daar ook alle reden toe. De productie van een spermatofoor kost hen aardig wat energie en ze kunnen maar een paar keer achtereen paren, dan is het op. Zij moeten dus een keuze maken uit de beschikbare vrouwtjes.
Ook bij vrouwtjes blijkt de oogsteellengte gekoppeld te zijn aan de vruchtbaarheid. Een vrouwtje met lange oogsteeltjes produceert meer eitjes dan een vrouwtje met korte steeltjes. Dat is ook bij vrouwtjes een kwestie van goede conditie. Aan een vrouwtje met ver uiteen staande ogen is het sperma het best besteed.

Het is vrouwtjes en mannetjes kennelijk te doen om een partner die kwantiteit levert: veel sperma respectievelijk een groot aantal eitjes. Maar ze kiezen automatisch ook voor kwaliteit, en voor zover conditie en oogsteellengte erfelijk bepaald zijn, zullen hun jongen straks gezond zijn en bovendien aantrekkelijk vanwege de lange oogsteeltjes waarmee ze hun vruchtbaarheid adverteren.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot:. Rob Knell (Wikimedia Commons)
Klein: Sam Cotton

Bronnen:
Cotton, A.J., S. Cotton, J. Small & A. Pomiankowski, 2014. Male mate preference for female eyespan and fecundity in the stalk-eyed fly, Teleopsis dalmanni. Behavioral Ecology, 14 november online. Doi:10.1093/beheco/aru192
Cotton, S., J, Small, R. Hashim & A. Pomiankowski, 2010. Eyespan reflects reproductive quality in wild stalk-eyed flies. Evolutionary Ecology 24:83-95. Doi: 10.1007/s10682-009-9292-6

© 2024 Het was zo eenvoudig begonnen

Thema gemaakt door Anders Noren — Boven ↑