Hoe de mens de evolutie van andere dieren beïnvloedt

Beeld: Boomzwaluwjongen kregen tussen 2011 en 2015 dubbel zo vaak met een koudeprik te maken als jongen in de jaren 1970. Eén gevolg was een groter aantal volledig mislukte broedsels. Credit: Donald M. Jones/Minden Pictures

De peper-en-zoutvlinder (Biston betularia) is een schoolvoorbeeld van Darwins evolutietheorie door natuurlijke selectie. Eeuwenlang kwamen deze nachtvlinders algemeen voor in onder meer de bossen rond Manchester. Wanneer ze overdag op lichtgrijze boomstammen uitrustten, waren ze dankzij hun lichtgekleurde vleugels vrijwel onzichtbaar voor predatoren. In de negentiende eeuw bracht de industriële revolutie een nieuwe omgeving: roet bedekte nu de bomen, waardoor donkere nachtvlinders beter gecamoufleerd waren dan lichtere. In de jaren 1950-1960 ontdekten evolutiebiologen dat tachtig procent van deze nachtvlinders in geïndustrialiseerde regio’s donkerkleurig was en dat hun overlevingskans twee keer hoger lag dan van lichtere vlinders in dezelfde streek. Vandaag weten we dat deze mutatie – die vermoedelijk rond 1819 gebeurde – het gevolg was van ‘springende genen’, stukjes DNA die in het genoom van plaats verwisselen en waarbij een mutatie kan ontstaan.

Tegelijk is de verdonkering van de peper-en-zoutvlinder een voorbeeld van antropogene evolutie: een evolutionaire aanpassing aan een omgevingsverandering die de mens heeft veroorzaakt. Intussen zijn er nog meer gevallen van evolutie door menselijke tussenkomst geïdentificeerd bij dieren over de hele wereld. De omvang en effecten hiervan worden stilaan duidelijk. Door onze invloed veranderen cruciale aspecten in het gedrag van dieren: de omgeving waarin zij leven en zich voortplanten, wat ze eten, wie ze bekampen en wie ze helpen. We transformeren niet alleen hun leefomgeving, maar veranderen ook de soorten zelf: zij evolueren als reactie op de impact die wij in hun omgeving veroorzaken.

Het gevolg zijn discrepanties tussen dieren en de omstandigheden waarin ze ooit zijn geëvolueerd. Wezens die vroeger perfect uitgerust waren voor de uitdagingen in hun omgeving worden plots geconfronteerd met een wereld waarin hun subtiele gedragsaanpassingen helemaal niet meer adaptief zijn. Bij sommige soorten hermodelleert de natuurlijke selectie nu het gedrag, zodat individuen beter aan die nieuwe omstandigheden zijn aangepast. De vraag is of dit wel snel genoeg gebeurt om het tempo te volgen waarmee wij de planeet transformeren.

De evolutie heeft bij veel dieren bijvoorbeeld geleidelijk een sterke link geselecteerd tussen de omgevingstemperatuur en het begin van het voortplantingsseizoen. Als het warmer wordt, komen hormonen die belangrijk zijn voor de voortplanting op gang. Bij boomzwaluwen (Tachycineta bicolor) is de dooi die trigger. In de staat New York steeg de gemiddelde lentetemperatuur tussen 1972 en 2015 met ongeveer 1,9°C, grotendeels door de hogere CO2-uitstoot. Bijgevolg komt de dooi tegenwoordig vroeger en beginnen de boomzwaluwen dertien dagen eerder te broeden. Maar de omgevingsfactor waarop deze vogels afgaan om hun broedtiming te bepalen, is niet meer goed afgestemd op de gewijzigde omstandigheden. Door die discrepantie riskeren broedende zwaluwen immers koudeprikken waaraan ze anders niet zouden blootgesteld worden. Die kou heeft geen rechtstreekse invloed op volwassen boomzwaluwen, maar vermindert wél de activiteit van de insecten die zij voor hun jongen verzamelen. Ouders vinden niet genoeg voedsel, waardoor hun nakomelingen minder kans maken om te overleven en zich voort te planten.

Uit data van 11.236 jongen uit meer dan 2.000 nesten ontdekten J. Ryan Shipley (nu bij het Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research WSL) en zijn collega’s dat boomzwaluwjongen tussen 2011 en 2015 tijdens hun vroege ontwikkeling dubbel zo vaak met een koudeprik te maken kregen dan jongen in de jaren 1970. Eén gevolg was een groter aantal volledig mislukte broedsels, waarbij geen enkel vogeljong overleefde. Een gemene kou in juni 2016 leidde toen tot de dood van 71 procent van de nestjongen. Die massasterfte was niet de enige ravage: ook in nesten waar de jongen vóór de laatste koudeprik uitkwamen, overleefde gemiddeld één vogeltje minder dan in nesten waar de eieren ná de koudeperiode uitgebroed waren.

Natuurlijk reageert niet elke boomzwaluw op dezelfde manier op de dooi. Sommige vogels beginnen misschien vroeger te broeden, andere later. Als die variatie op onderliggende genetische verschillen is gebaseerd, kun je redelijkerwijs verwachten dat de natuurlijke selectie vogels zal bevoordelen die later beginnen broeden. Alleen is die mismatch voor de natuurlijke selectie een bijzonder lastig probleem. In tegenstelling tot het lichter of donkerder ‘maken’ van een vleugelkleur, is het ontzettend complex om de link te ‘herbekijken’ tussen temperatuur en de start van de broedperiode – daarbij spelen hormonale, neurobiologische en gedragsveranderingen een rol. Dat zou weleens meer tijd kunnen vragen dan de zwaluwen hebben.

Ook nachtelijk kunstlicht (artificial light at night of ALAN), van straatlantaarns en koplampen tot verlichte woonwijken, kan de voortplanting verstoren. Ariel Firebaugh en Kyle Haynes (University of Virginia) onderzochten de impact van lichtvervuiling op het paringsritueel van de Photuris versicolor, een vuurvlieg-soort waarbij zowel mannetjes als vrouwtjes lichtsignalen uitsturen. Zij zetten een experiment op met percelen waarin een koker uit gaas stond. Tien nachten na elkaar zetten ze tussen half tien en half twaalf in elke koker een vrouwtje. Ze registreerden zowel het tempo van haar flitssignalen als het aantal mannetjes dat haar benaderde en hun flitstempo. Sommige proefpercelen werden verlicht door twee witte schijnwerpers, bij andere was er geen kunstlicht. De onverlichte percelen trokken relatief weinig vuurvliegen aan, maar die flitsten wel ijverig: negentig procent van de aanwezige vrouwtjes en 65 procent van de bezoekende mannetjes deed dit. De verlichte percelen kregen significant meer bezoek, maar geen enkel mannetje of vrouwtje stuurde hier lichtsignalen uit – zelfs niet één enkele keer. Hier gaven de vuurvliegen hun normale paringsritueel op. Ook ALAN plaatst dieren dus in omstandigheden die drastisch verschillen van de omgeving waarin hun voorouders evolueerden. Of de Photuris versicolor zich uiteindelijk aan die veranderde omgeving kan aanpassen, zal nog moeten blijken.

Oude autobanden

Een ander gevolg van antropogene verandering zijn ecologische vallen. Die ontstaan als dieren, na een relatief snelle wijziging in hun omgeving, de voorkeur geven aan minder optimale leefgebieden die hun voortplantingssucces kunnen inperken. Eén voorbeeld draait rond oude autobanden die in de natuur gedumpt worden.

Toen Atsushi Sogabe en Kiichi Takatsuji (Hirosaki University in Japan) grote aantallen slakkenhuisjes in een autoband op de bodem van de Mutsubaai in Noord-Japan zagen, wilden ze achterhalen hoe die oude banden een ecologische val voor heremietkreeften worden. De meeste heremietkreeftsoorten hebben een exoskelet dat hun hoofd en borstholte bedekt. Om hun kwetsbare buik te beschermen, gebruiken ze afgedankte schelpen van weekdieren, zoals slakken. Heremietkreeften zijn voortdurend op zoek naar betere schelpen: Sogabe en Takatsuji zagen dan ook heel wat diertjes rondscharrelen in de schelpen die zich in de autoband hadden verzameld. Hun hypothese was dat de kreeftjes niet meer uit de holle binnenwand zouden geraken en uiteindelijk in de band zouden sterven. Uit een labexperiment bleek alvast dat geen enkele heremietkreeft uit zo’n autoband kon ontsnappen.

Vervolgens zetten Sogabe en Takatsuji een veldexperiment op met zes banden die ze op de bodem van de Mutsubaai plaatsten. Door algengroei op de banden waren daarin na anderhalf jaar genoeg lege schelpen van algenetende slakken aanwezig. Vanaf dan haalden de wetenschappers elke maand heremietkreeftjes uit de banden. In twaalf maanden tijd verzamelden ze 1.278 kreeften die vast waren komen te zitten. Of de heremietkreeftjes een evolutionaire aanpassing zullen ontwikkelen – fysiek of in gedrag – waarmee ze misschien aan deze ecologische val kunnen ontsnappen, is niet duidelijk.

Verstedelijking is een drijvende kracht achter antropogene evolutie. De omvang ervan kan worden gemeten met de Human Footprint Index, die rekening houdt met bevolkingsdichtheid, landgebruik, nachtelijk kunstlicht, wegen, spoorwegen, bevaarbare rivieren enzovoort. Marlee Tucker en haar collega’s (Radboud Universiteit Nijmegen) analyseerden de gps-data van 803 individuen van 57 zoogdiersoorten wereldwijd, waaronder de Mongoolse wilde ezel (Equus hemionus hemionus), de giraf (Giraffa camelopardalis), de bruine beer (Ursus arctos), de ree (Capreolus capreolus), de Europese haas (Lepus europaeus) en de voskoesoe (Trichosurus vulpecula). Ze stelden vast dat dieren in gebieden met een grote menselijke voetafdruk, zoals stedelijke agglomeraties, maar half zo veel verplaatsingen maken dan dieren in landelijke gebieden met een lage voetafdruk.

In en rond onze steden hebben dieren volstrekt andere levens opgebouwd. Zij komen ander voedsel, andere vijanden, ander licht en andere ondergronden tegen. Ook de stedelijke geluidsomgeving is totaal verschillend: door onze luidruchtigheid wordt de communicatie tussen dieren vaak gemaskeerd, vervormd of op andere manieren gehinderd.

In stedelijke omgevingen ligt de temperatuur ook tot vijf graden hoger dan in de aanpalende landelijke gebieden, wees een onderzoek in 57 Scandinavische steden uit. Asfalt en het metaal in gebouwen zijn immers uitstekende warmtegeleiders, waardoor hitte-eilanden ontstaan. Evolutiebiologen, zoals Shane Campbell-Staton (Princeton University), zoeken nu uit hoe stedelijke hitte-eilanden een nieuwe evolutionaire druk uitoefenen. Samen met zijn collega’s bestudeerde hij de effecten van hitte-eilanden en antropogene evolutie bij de Anolis cristatellus, een hagedissoort in Puerto Rico. Ze deden onderzoek op vier verschillende locaties, die elk uit een stedelijke site en een naburig bosgebied bestonden. Zoals gevreesd lagen de omgevingstemperaturen in de stedelijke sites hoger: in vergelijking met de boshagedissen waren de rustplaatsen van de stadshagedissen warmer, ook hun lichaamstemperatuur was hoger.

Bij stedelijke hagedispopulaties zouden de hitte-eilanden dus tot een andere evolutionaire selectiedruk voor warmtetolerantie moeten leiden. Om dit te onderzoeken, brachten Campbell-Staton en zijn team hagedissen uit al hun sites naar het lab. Ze maten hun gedragsrespons op stijgende temperaturen door de hagedissen onder hittelampen te zetten die elke minuut één graad Celsius warmer werden. Tijdens de temperatuurstijging legde een medewerker geregeld een hagedis op zijn rug en raakte die aan met een pincet, om te zien of het diertje zich weer zou omdraaien. Als hagedissen in het wild op hun rug belanden, kan dat een kwestie van leven of dood worden, zeker als er een natuurlijke vijand in de buurt is. Het is dus cruciaal dat hagedissen weer overeind geraken. Het team van Campbell-Staton ontdekte dat de maximumtemperatuur waarbij een hagedis weer op zijn vier poten kon belanden hoger lag bij populaties uit stedelijke hitte-eilanden.

Die betere hitte-tolerantie heeft mogelijk een genetische basis. Een follow-uponderzoek ontdekte dat een specifieke genvariant vaker bij stadshagedissen voorkwam: een gen waarvan bekend is dat het een flexibele respons op temperatuursveranderingen genereert. We weten niet of die genvariant recent is ontstaan, dan wel of die al langer in kleine hoeveelheden bij de hagedispopulatie bestond en onlangs couranter is geworden. In elk geval heeft antropogene evolutie nu al de gedrags- en genetische constitutie van stadshagedissen gehermodelleerd.

Ook het licht in de steden kan tot evolutionaire mismatches leiden. Om te onderzoeken welke invloed nachtelijk kunstlicht heeft op de voortplanting van dieren in steden, vingen Davide Dominoni (University of Glasgow) en zijn collega’s mannelijke merels (Turdus merula) in München en in een bos op veertig kilometer van de stad. Ze voorzagen de vogels van een kleine lichtsensor die om de twee minuten een lichtwaarde registreerde. In het bos ervaarden de merels ’s nachts heel weinig omgevingslicht (gemiddeld 0,00006 lux), maar in München was het omgevingslicht veel helderder (gemiddeld 0,2 lux).

Daarna brachten de onderzoekers merels uit beide locaties over naar een volière voor een langetermijnexperiment. Er werden twee groepen getest, met telkens tien vogels uit München en tien uit het bos. Elke merel kreeg een eigen kooi binnen de volière. Overdag werden beide groepen aan hetzelfde daglichtregime blootgesteld. Maar ’s nachts kregen de vogels in de controlegroep net genoeg licht om zich te kunnen oriënteren (0,0001 lux), terwijl de merels in de experimentele groep aan nachtelijke lichtvervuiling werden blootgesteld (0,3 lux).

De resultaten waren frappant: de merels uit de experimentele groep werden 26 dagen vroeger geslachtsrijp. Tijdens het zeven maanden durende experiment werd het broedseizoen van de stadsvogels in de experimentele groep ook twaalf dagen langer dan van de stadsmerels in de controlegroep. Iets gelijkaardigs gebeurde bij de bosmerels: het broedseizoen van de experimentele groep duurde negen dagen langer. Voor dat langere broedseizoen werd een hoge prijs betaald. Het jaar daarop werden beide groepen merels opnieuw aan dezelfde omstandigheden blootgesteld: nu vertoonden de mannetjes in de experimentele groep echter geen enkel teken van voortplantingsactiviteit. Het nachtelijke licht in onze steden verstoort dus de voortplanting van merels, en vermoedelijk van veel andere soorten.

Durf en ontdekkingszin

Verstedelijking beïnvloedt ook de ‘persoonlijkheid’: dus reeksen gedragingen die consistent over langere periodes worden vertoond en individueel verschillen binnen dezelfde soort. Melanie Dammhahn (Universität Münster in Duitsland) en haar medewerkers onderzochten de persoonlijkheid in brandmuispopulaties (Apodemus agrarius) in een zone die vier stadslocaties in Berlijn en vijf landelijke gebieden noordelijk van de stad overspande. Ze vingen 96 brandmuizen uit die negen populaties en plaatsten ze binnen een omheining in hun natuurlijke habitat. Daarna voerden ze gedragstesten uit met vallen die verbonden waren met een ondoorzichtige plastic buis: die had één open kant die naar een natuurlijk verlichte arena leidde.

Om hun durf (boldness) te meten, noteerden de onderzoekers wanneer de muizen van de donkere buis naar het open veld liepen. Hun ontdekkingszin (exploration) werd gemeten door naar hun gedrag te kijken op dit terrein: hoe lang deden ze erover om zich naar het midden van de arena te begeven? En hoeveel tijd besteedden ze aan het verkennen van het volledige terrein? Stadsmuizen bleken doorgaans dapperder en gingen meer op onderzoek uit dan hun landelijke tegenhangers – misschien omdat moedige nieuwsgierige dieren sowieso meer geneigd zijn om zich naar stedelijk gebied te wagen. In de stad zelf zijn diezelfde eigenschappen mogelijk opnieuw voordelig, omdat stedelijke omgevingen door wegen en nieuwbouw voortdurend in kleinere secties opgesplitst worden. Tijdens die versnippering zullen onbevreesde ontdekkingsreizigers eerder verhuizen naar een nieuwe habitat met beter eten en minder vijanden. Verder zullen moedige muizen waarschijnlijk meer moedige muizen verwekken. Bij andere diersoorten is aangetoond dat moed en exploratie gedeeltelijk genetisch bepaald zijn, wat op populatieniveau dus leidt tot de waargenomen verschillen in persoonlijkheid tussen stads- en bosmuizen.

Niet alle reacties van dieren op antropogene veranderingen zijn aangeboren. Sommige soorten leren misschien wel hoe ze de schadelijke effecten van menselijke invloeden kunnen beperken. We weten nog niet goed in welke mate dat gebeurt, omdat dit pas sinds kort in het wild wordt onderzocht. Toch is er bij vogels al wat bewijs dat ‘leren’ de impact van menselijke verstoring kan verminderen.

De meeste papegaaisoorten van de Nieuwe Wereld bouwen nesten in boomholten en worden beschouwd als vogels die uitsluitend in holtes nestelen (obligate cavity nesters). Door de houtkap sneuvelen er echter veel van hun favoriete bomen. Pedro Romero-Vidal (Universidad Pablo de Olavide in Spanje) en zijn collega’s bestudeerden systematisch zulke papegaaisoorten op acht sites in Argentinië, Bolivia, Costa Rica en Panama. In streken waar boomholten erg schaars waren geworden, bleken de vogels vindingrijker. Zo bouwden de papegaaien in Buenos Aires nesten in holtes in allerlei muren. Uit data van 137 vogelparen van acht verschillende papegaaisoorten blijkt dat zij ook nestelden in dekbladen van palmbomen (die niet gekapt werden) in plaats van in de eiken, beuken en pijnbomen die ze verkiezen. Die vindingrijkheid geeft hen misschien wat respijt bij de toenemende ontbossing. Maar hoe lang nog? En voor hoeveel soorten?

Vogels kunnen ook nieuwe overlevingsskills leren, bijvoorbeeld hoe ze een nieuwe vijand kunnen vermijden. De treurmaina (Acridotheres tristis), zo’n 150 jaar geleden in Australië geïntroduceerd, wordt als invasieve bedreiging beschouwd omdat hij nestplaatsen van inheemse vogels inpikt. Australië heeft programma’s om de maina’s te vangen en te doden. Tussen 2005 en 2012 werden meer dan 50.000 treurmaina’s in de val gelokt en gedood door hun nieuwe vijand: de mens. De overlevende vogels én hun nakomelingen hebben zich goed aan die nieuwe bedreiging aangepast. In gebieden van intensieve vangst vertonen treurmaina’s vaker gedrag om zich tegen die vijand te wapenen: ze blijven bijvoorbeeld dichter bij hun schuilplaatsen.

Zijn hun tactieken om de mens te vermijden door natuurlijke selectie ontstaan, een voordeel van aangeboren vermijdingsgedrag? Of hebben de treurmaina’s iets geleerd over het grotere gevaar in streken met intensieve vangst? Om dat te ontdekken bedachten Marie C. Diquelou (Université de Rennes in Frankrijk) en Andrea Griffin (University of Newcastle in Australië) een experiment. Gedurende vier dagen benaderden zij de maina’s bij de voederplaatsen die ze hadden ingericht: ofwel droegen ze een masker, een witte laboratoriumjas en een zwarte hoge hoed, ofwel alleen een donkere jas. Op dag vijf gingen ze opnieuw naar de voederplek in een van beide outfits. Maar ze namen ook twee levende treurmaina’s in een kooi mee en een versterker die hun alarmroep afspeelde.

In het laatste deel van het experiment ging een van de wetenschappers verkleed naar het voederstation, legde er eten neer en registreerde het gedrag van de vogels. Diquelou en Griffin stelden vast dat de treurmaina’s de meeste alarmroepen produceerden tijdens de laatste dagen van de studie, maar enkel als de onderzoeker hetzelfde pak droeg als op dag vijf, dus toen de vogels een link hadden kunnen leggen tussen onderzoeker en alarmroep. De treurmaina’s hadden geleerd dat mensen met bepaalde kenmerken (in dit geval hun kledij) extra gevaarlijk waren.

Geluidsvervuiling

Nu wetenschappers de effecten van door mensen veroorzaakte omgevingsveranderingen beter begrijpen, proberen ze ook voorspellingen te maken over welke soorten wellicht het meest onderhevig zullen zijn aan antropogene evolutie. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat bepaalde bestaande gedragsadaptaties individuen gevoeliger maken voor antropogene verstoring. Patrick Miller (University of St Andrews in Scotland) en zijn team onderzochten die mogelijkheid door het gedrag van verschillende walvissoorten tegenover hun vijanden te bestuderen. Zij testten of de mate waarin walvissen predatoren via akoestische signalen opsporen ook voorspelt of hun voedingsgedrag evenredig zal verstoord worden door onze geluidsvervuiling onder water door seismische exploratie, onderwaterboringen en sonars. Ze vergeleken veranderingen in foerageergedrag bij noordelijke butskoppen (Hyperoodon ampullatus), bultruggen (Megaptera novaeangliae), potvissen (Physeter macrocephalus) en grienden (Globicephala melas), wanneer zij maritieme sonargeluiden of geluiden van zoogdieretende orka’s (Orcinus orca) hoorden. Om uit te sluiten dat om het even welke klank hun foerageergedrag negatief zou beïnvloeden, werden de vier walvissoorten ook blootgesteld aan breedbandlawaai en geluiden van visetende orka’s.

De onderzoeksresultaten waren verbijsterend: noordelijke butskoppen stopten volledig met eten toen ze de geluiden van zoogdieretende orka’s of de sonar hoorden. Globaal bleek er bij de vier soorten walvissen een positieve correlatie tussen een kortere foerageertijd als reactie op de klanken van hun predator en een verminderde foerageertijd bij sonargeluiden. Het gedrag van walvissen tegenover hun predator voorspelt dus de mate waarin antropogene geluiden hun voedingsgedrag overhoop gooien.

We denken vaak dat evolutiebiologie focust op gebeurtenissen die langzaam en in een ver verleden plaatsvonden. Maar antropogene evolutie gebeurt hier en nu. Wij drijven immense én snelle evolutionaire veranderingen aan in soorten rondom ons. Als we iets aan de ongewenste, vaak onbedoelde, gevolgen van onze handelingen willen doen, moeten we zoveel mogelijk leren begrijpen hoe dieren reageren op de veranderingen die wij aanbrengen.