Cum laude promotie: natuurlijke zaadbank drijft diversiteit
Klaprozen verspreiden elk jaar zaadjes die uitgroeien tot een nieuwe generatie bloemen. Soms wacht een deel van de zaadjes een paar jaar, bijvoorbeeld als ze bedekt raken onder een zandlaag. Ze ontkiemen dan pas als het zand verdwenen is. Promovendus Margriet Oomen deed wiskundig onderzoek naar de invloed hiervan op de genetische diversiteit van een populatie. Op vrijdag 18 november promoveerde ze cum laude op dit onderzoek.
Dit principe, waarbij klaprooszaadjes ‘slapen’ en zich niet voortplanten, is een voorbeeld van een natuurlijke zaadbank. Na een paar jaar kunnen de zaadjes ontwaken en weer meedoen met de actieve populatie van klaprozen. Het zaadbankfenomeen komt naast planten ook voor bij bacteriën. Die kunnen bij ongunstige omstandigheden, bijvoorbeeld als er weinig voedsel is, veranderen in zogeheten endosporen – een slapende toestand waarin ze extreme omstandigheden overleven. ‘Ze kunnen jarenlang endosporen blijven tot de omstandigheden beter zijn en ze weer transformeren in bacteriën,’ vertelt Oomen.
Wist je dat?
Wist je dat het Leidse biologen in 2019 is gelukt om 40.000-jaar-oude endosporen uit mammoetpoep weer 'tot leven' te wekken? De onderzoekers waren op zoek naar nuttige informatie voor het maken van nieuwe antibiotica.
Zaadbanken verhogen diversiteit
Tijdens haar promotieonderzoek bij het Mathematisch Instituut bestudeerde Oomen met haar promotoren Frank den Hollander (UL) en Andreas Greven (Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg) aan de hand van een wiskundig model het effect van een zaadbank op de diversiteit in een populatie van planten of bacteriën. Het blijkt dat het zaadbankfenomeen de genetische diversiteit van een populatie verhoogt en zelfs kan voorkomen dat diversiteit verloren gaat.
Rode en paarse klaprozen
Neem bijvoorbeeld een weiland vol rode en paarse klaprozen. Zonder zaadbank verspreiden deze bloemen een keer per jaar zaadjes waarvan een deel gunstig terecht komt en de winter overleeft, waardoor ze de volgende lente uitkomen. Uit de zaadjes van de rode bloemen ontkiemen rode klaprozen, uit de paarse bloemen paarse. Hoeveel van elke kleur wordt bepaald door kans en door de vorige generatie. Hoe meer rode klaprozen in de eerste generatie, hoe groter de kans dat na een paar jaar alle bloemen rood zijn. ‘De diversiteit is dan verloren gegaan,’ zegt Oomen. ‘De kans dat dat gebeurt kun je berekenen met het wiskundige Fisher-Wright model. Ik heb gekeken hoe de diversiteit verandert als je aan dat model een zaadbank toevoegt.’
Als slapende zaadjes ontwaken
Slapende zaadjes in een zaadbank dragen jarenlang niet bij aan de voortplanting. ‘Het kan gebeuren dat in die periode de diversiteit verdwijnt in de actieve, voortplantende generatie; je hebt dan bijvoorbeeld een weiland vol rode klaprozen,’ zegt Oomen. De diversiteit lijkt verloren. Maar als er in de zaadbank nog wel paarse zaadjes zitten, dan kunnen die ontwaken en zorgen dat er weer paarse klaprozen in je weiland staan, die zich vervolgens weer voortplanten. Zo kan de zaadbank als een soort reservoir dienen en de diversiteit verhogen en zelfs voorkomen dat diversiteit verloren gaat.
Mede mogelijk gemaakt door wiskundige truc
‘Dat een zaadbank de diversiteit verhoogt was geen verrassing,’ zegt Oomen. ‘Maar hoe dat precies verloopt was wiskundig lastig te modelleren. Wij hebben een truc bedacht waardoor dat nu wel mogelijk is.’ De ontdekking dat lang slapende zaden het verschil kunnen maken tussen het al dan niet verloren gaan van diversiteit, was wel nieuw.
Oomen schat dat het nog even zal duren voordat het model – dat ook toepassingen heeft in andere takken van de wiskunde – doorsijpelt naar de biologie. ‘Het resultaat is nog erg theoretisch en abstract.’
Tekst: Dorine Schenk