Kantelpunten in de adaptatie van populaties in een veranderende omgeving
Als gevolg van een opwarmend klimaat, invasieve exoten, vervuiling en andere negatieve invloeden staan vele populaties van planten en dieren voor een belangrijke uitdaging: slagen ze er in om zich snel genoeg aan te passen of sterven ze uit? Een kritieke factor is vaak of populaties met elkaar verbonden zijn en onderlinge uitwisseling van genetisch materiaal mogelijk is. De ruimtelijke configuratie van habitats en populaties is tegenwoordig echter sterk aan verandering onderhevig: habitats raken steeds meer versnipperd of worden net terug met elkaar verbonden door herstelmaatregelen. In dit onderzoek gingen we met wiskundige modellen en simulaties na op welke manier dergelijke veranderingen het aanpassingsvermogen van natuurlijke populatie beïnvloeden.
Verbreiding kan voor- en nadelig zijn
De verbreiding of uitwisseling van individuen tussen populaties kan belangrijke evolutionaire gevolgen hebben. Kleine populaties herbergen vaak een lage genetische diversiteit. Genetische diversiteit is echter uiterst belangrijk om een populatie in staat te stellen zich te kunnen aanpassen aan veranderende en vaak ongunstige omgevingsomstandigheden. Voor deze populaties biedt verbeiding vaak een belangrijk voordeel: dankzij de genetische uitwisseling met andere populaties, kunnen genetisch verarmde populaties allelen (varianten van bepaalde genen) verwerven die voordelig zijn om zich beter aan te kunnen passen. In sterk heterogene landschappen, kan de uitwisseling van allelen echter ook een negatieve invloed uitoefenen op populaties. Een optimaal aangepaste populatie kan bijvoorbeeld belangrijke nadelen ondervinden van een sterke influx van individuen die aangepast zijn aan een andere omgeving.
Onverwachte kantelpunten
Verschillende mechanismen verhinderen dat slecht aangepaste individuen zich kunnen vestigen en voortplanten in populaties die bestaan uit goed aangepaste individuen. Omgekeerd kunnen slecht aangepaste individuen zich wel makkelijk vestigen in een populatie die zelf bestaat uit slecht aangepaste individuen, waardoor die populatie slecht aangepast blijft. Hierdoor kan verwacht worden dat populaties verkeren in een ofwel goed aangepaste ofwel in een slecht aangepaste toestand, die beide relatief stabiel zijn. Eenvoudige wiskundige modellen suggereren dat beide stabiele toestanden op een weinig intuïtieve wijze in elkaar kunnen overgaan. Van zodra een kritisch aantal uitgewisselde individuen bereikt wordt, kan de populatie omkantelen naar een andere toestand.
Uitbreiding op landschapsschaal
De centrale vraag van dit onderzoek was of dergelijke kantelpunten ook kunnen optreden in meer realistische, complexe landschappen. Met behulp van verschillende computergegenereerde landschappen gingen we na hoe gemodelleerde populaties reageren op veranderingen in de intensiteit van uitwisseling van individuen tussen populaties. We stelden vast dat kantelpunten inderdaad optreden in heterogene landschappen en zelfs op een meer abrupte manier plaatsvinden dan in meer simpele modellen. De aard van de reactie op veranderingen wordt ook beïnvloed door de precieze landschapsconfiguratie. Populaties zijn bijvoorbeeld beter bestand tegen de invloed van slecht geadapteerde individuen wanneer habitattypes geclusterd voorkomen.
Habitatomzettingen en het plots verdwijnen van specialisatie
De omzetting van natuurlijke habitats naar bijvoorbeeld rurale of urbane vormen van landgebruik vormt tegenwoordig een belangrijke bedreiging voor de biodiversiteit. Een van de gekende gevolgen ervan is het optreden van homogenisatie van soorten: enkel generalistische soorten overleven terwijl meer gespecialiseerde soorten verdwijnen. Met een reeks simulaties gingen we na wat het effect is van het omzetten van habitattypes op goed aangepaste populaties. Onze resultaten wijzen uit dat homogenisatie ook binnen een soort kan optreden. Initieel blijken populaties goed bestand te zijn tegen verandering wanneer het habitattype, waar ze aan zijn aangepast, omgezet wordt. Van zodra een kritische hoeveelheid habitat omgezet is, treden echter eensklaps drastische veranderingen op in de genetische samenstelling van populaties. Elke vorm van specialisatie binnen een soort gaat daarbij op korte termijn verdwenen. Dit betekent dat de gevolgen van habitatomzetting op populaties gedurende lange tijd onopgemerkt kunnen blijven, maar van zodra een kantelpunt bereikt wordt, onomkeerbare gevolgen kunnen optreden.
