De studie van kruisingszones helpt wetenschappers begrijpen hoe twee soorten gescheiden blijven ondanks regelmatige kruisingen.

Als je ooit op vakantie bent geweest naar Oost-Europa of Scandinavië, dan heb je misschien gemerkt dat de kraaien er anders uitzien. In tegenstelling tot onze zwarte kraaien, hebben de kraaien in die landen een grijs jasje aan. Het betreft hier een andere soort: de bonte kraai. In Centraal Europa komen deze kraaiensoorten met elkaar in contact en kruisen ze ook regelmatig.

Kruisingszones
In de natuur zijn er verschillende van deze plekken waar twee soorten elkaar ontmoeten en met elkaar kruisen. Deze kruisingszones of hybride zones bieden wetenschappers een natuurlijk laboratorium om te bestuderen hoe twee soorten gescheiden blijven ondanks regelmatige kruisingen.

S-curve
Stel dat een witte vogelsoort en een zwarte vogelsoort een kruisingszone vormen. Om deze zone in kaart te brengen wandel je van het gebied waar alleen witte vogels leven naar het gebied waar alleen zwarte vogels gezien worden. Onderweg doorkruis je ook de hybride zone waar je diverse grijze vogels (de kruisingen) ziet rondvliegen. Tijdens je wandeling noteer je waar je een bepaalde vogel ziet en welke kleur deze vogel heeft. Als je vervolgens alle waarnemingen in een grafiek zou zetten dan komt er een S-vormige curve tevoorschijn.

Een fictief voorbeeld van een S-curve op basis van veerkleur. Afbeelding: Jente Ottenburghs.

Breed of smal?
Je zou het op het eerste zicht niet verwachten, maar de vorm van deze curve (in het Engels: cline) vertelt veel over de interactie tussen beide vogelsoorten. De breedte van de curve geeft bijvoorbeeld aan hoe vaak twee soorten kruisen. Stel dat de vogelsoorten in mijn voorbeeld heel kieskierig zijn en alleen kiezen voor een partner met dezelfde kleur. Als dat het geval zou zijn, dan verwacht je een smalle kruisingszone met slechts een handvol grijze vogels. Deze situatie resulteert in een abrupte overgang van witte naar zwarte vogels, een steile S-curve. Maar wat als er regelmatig gekruist wordt en als die grijze kruisingen ook nog eens nakomelingen produceren (onder elkaar of met één van de andere soorten)? Dan zien we een bredere kruisingszone met vogels in diverse (vijftig?) tinten grijs. Het resultaat is een brede, uitgerekte S-curve.

“De kruisingszone tussen de Beringmeeuw en de Californische meeuw suggereert dat de meeuwen hun partner kiezen door diep in elkaars ogen te kijken: hoe romantisch!”

Romantische meeuwen
Wetenschappers maken deze S-curves voor uiteenlopende kenmerken. De verwachting is dat kenmerken die een belangrijke rol spelen in partnerkeuze een snelle overgang vertonen. Met andere woorden, een steile S-curve. Laurène Gay en collega’s bestudeerden bijvoorbeeld een kruisingszone tussen de Beringmeeuw en Californische meeuw in Noord-Amerika. De S-curve van kleur van de oogring vertoonde een plotse overgang. Beringmeeuwen hebben een rode oogring, terwijl Californische meeuwen een gele ring rond het oog hebben. Dit suggereert dat meeuwen hun partner kiezen door diep in elkaars ogen te kijken. Hoe romantisch!

De oogringen van Beringmeeuw en Californische Meeuw hebben verschillende kleuren. De steile S-curve geeft aan dat dit kenmerk belangrijk is in partnerkeuze. Figuur aangepast uit Gay et al. (2008).

Rode elfjes
Naast de vorm van de curve is ook de positie van de curve belangrijk. In het algemeen is de curve gecentreerd op het middelpunt van de kruisingszone. Wanneer een curve afwijkt van dit middelpunt, kan het zijn dat een kenmerk zich heeft verspreid van de ene naar de andere soort. Biologen noemen dit fenomeen introgressie. Een mooi voorbeeld hiervan komt uit het noorden van Australië waar twee ondersoorten van het Roodrugelfje elkaar ontmoeten. Diverse S-curves liggen in het midden van de kruisingszone, maar de curve van veerkleur ligt verder naar het oosten. Wat is hier aan de hand? De rugkleur van de twee ondersoorten is verschillend, één ondersoort heeft een oranje kleur, terwijl de andere een rode kleur heeft. Blijkbaar verkiezen oranje vrouwtjes ook rode mannetjes. Hierdoor verspreidt het rode kenmerk zich door de populatie van de oranje ondersoort. En dus ligt de S-curve verder naar het oosten.

De vrouwjes van Roodrugelfjes verkiezen rode mannetjes. De grijze curve geeft het centrum van de kruisingszone aan. De rode curve – die veerkleur vertegenwoordigt – ligt verder naar het oosten. Het rode kenmerk verspreidt zich dus door de populatie van de oranje ondersoort. Figuur aangepast uit Baldassarre et al. (2014).

Genetische gegevens
Tot nu toe heb ik S-curves op basis van uiterlijke kenmerken besproken, maar dezelfde analyses kunnen ook toegepast worden op genetische data. Nicholas Barton ontwikkelde diverse wiskundige modellen om genetische S-curves te tekenen. Genen die een steile S-curve vertonen, worden niet uitgewisseld tussen soorten en spelen mogelijk een belangrijke rol in het gescheiden houden van twee soorten. Als twee soorten namelijk teveel genetisch materiaal uitwisselen, zouden ze wel eens kunnen samensmelten tot één soort.

En dat brengt me terug bij de kraaien die ik aan het begin van dit artikel aan je voorstelde. Hoe komt het dat de zwarte kraai en de bonte kraai niet samensmelten tot één kraaiensoort? Jelmer Poelstra en zijn collega’s vonden een regio in het genoom die niet wordt uitgewisseld wanneer deze soorten kruisen. In deze regio liggen diverse genen die een rol spelen in veerkleur en visuele perceptie. Waarschijnlijk kiezen de kraaien hun partner op basis van veerkleur en zijn kruisingen (die een mengelmoes zijn van beide soorten) niet aantrekkelijk. Zo blijven deze kraaien aparte soorten ondanks de occasionele kruising.

Jente Ottenburghs promoveerde aan de Universiteit Wageningen waar hij onderzoek deed naar de evolutie van ganzen. Na een stage bij de wetenschapsredactie van de Volkskrant werkt hij nu als postdoc aan het Karolinska Institutet in Stockholm (Zweden). Meer weten over Jente? Neem een kijkje op zijn website. Recent kon je in een artikel van de hand van Jente al lezen hoe een genoom in kaart wordt gebracht. Nieuwsgierig? Klik hier! En hier kun je lezen hoe de genetische code precies werkt.