Evolutie van planten onderzocht (Rogier van Vugt

Barbara met Erycina pusilla [foto] Petra Sonius

Evolutievan planten onderzocht

Sommige onderzoekers komen eenmalig naar de Hortus botanicus, terwijl andere bijna tot het vaste personeel gerekend kunnen worden en zelfs de sleutel hebben tot de tuin en

kassen. Professor Barbara Gravendeel behoort tot de laatste

categorie. Zij heeft heel veel onderzoeken naar de Hortus gebracht. In een interview vertelt ze hoe dat zo is gekomen.

Chelonistele dentifera [foto] Jan Meijvogel

WWe kennen je als een onderzoekster die veel mensen begeleidt in hun studie. Maar wat is je eigen achtergrond? Hoe ben je bij planten terecht gekomen? Ik ben in 1968 in Utrecht geboren en opgegroeid in wat nu Leidsche Rijn heet. Toen was dat nog een landelijk gebied vol oude hoogstamboomgaarden. Nu ligt daar een grote woonwijk. Ik wist al vroeg dat ik later iets met wilde planten wilde doen. Daarom ben ik biologie gaan studeren aan de Universiteit Utrecht. Voor mijn afstudeerstages heb ik onderzoek gedaan naar de invloed van kapbeheer op orchideeën en andere inheemse planten, zowel in het Savelsbos in Zuid Limburg als in het tropisch regenwoud in de Guyana’s. In 2000 ben ik in Leiden bij het voormalige Nationaal Herbarium Nederland gepromoveerd op inheemse orchideeën van Zuidoost-Azië.

Het Nationaal Herbarium lag natuurlijk in Leiden.

Ben je zo bij de Hortus botanicus terecht gekomen? Ik herinner me mijn allereerste bezoek aan de Hortus botanicus in Leiden nog goed. Dat was in de winter van 1996. Leiden was bedekt met een dik pak sneeuw. Samen met Ed de Vogel en André Schuiteman glibberde ik over beijzelde tegels naar de tropische kassen. Het contrast met de witte kou buiten en de overweldigende hoeveelheid felgekleurde tropische orchideeën en andere planten onder het warme glas vond ik heel indrukwekkend. Tijdens en na mijn promotieonderzoek heb ik samen met PhD-studenten uit Nepal en Indonesië de systematiek van de Coelogyne’s helpen moderniseren met behulp van DNA. Uit DNA-onderzoek bleek dat de Chelonistele’s en Dendrochilum’s uit de kassen van de Leidse Hortus ook tot de Coelogyne’s behoren. Dat begrepen we eerst niet zo goed vanwege de morfologische verschillen. Maar inmiddels worden in de laatste ‘witte vlekken op de wereldkaart’ steeds meer inheemse soorten ontdekt met intermediaire uiterlijke

Coelogyne punctulata [foto] Jan Meijvogel

kenmerken die onze moleculaire indeling ondersteunen. Nadat de Tree of Life* voor planten grotendeels was opgehelderd, ben ik tussen 2011 en 2019 als lector bij de Hogeschool Leiden samen met promovendi en postdocs uit Nederland, Duitsland en Indonesië de genetische basis van bloemen en vruchten gaan ontrafelen. Sommige planten, waaronder veel orchideeën, zijn bedriegers. Ze bieden bestuivers géén beloning in de vorm van nectar of pollen. Door het nabootsen van de vorm, kleur en/of geur van de bloem van een plant die wel een beloning biedt, of een vrouwtjesinsect, worden bedriegende bloemen door insecten bezocht. De bloemen van de zandraket hebben die eigenschap niet, terwijl juist daarop alle genetische modellen waren gebaseerd. Inmiddels hebben we nieuwe modellen ontwikkeld, die verklaren waarom orchideeën als Erycina en Phalaenopsis en de lantaarnplant Ceropegia veel complexere bloemen hebben dan de zandraket.

Na de tropische orchideeën kwam uiteindelijk ook weer een inheemse groep orchideeën op je pad, de bijenorchis-soorten. Dat zijn van die bedriegers. De Hortus heeft er een grote collectie van. Zijn aan deze collectie recentelijk nog mooie ontdekkingen gedaan? Jazeker. Bij Ophrys (de bijenorchissen) ging men er lang van uit dat alleen de lip van de bloem een rol speelde in het lokken van mannetjesbijen. De bijenorchis wordt bestoven door mannelijke langhoornbijen,

die de bloem voor een vrouwelijke bij aanzien en ermee proberen te paren. Casper van der Kooi deed hierover een interessante ontdekking. Hij heeft samen met een masterstudent en mij onderzocht waarom de bijenorchis het de laatste jaren zo goed doet in de Randstad. Het blijkt dat de roze kelkblaadjes van de bijenorchis ook meedoen met dit bedrog. Vrouwelijke Langhoornbijen zoeken namelijk naar honing in bloemen van rode klaver en nauwe verwanten met veelal dezelfde bloemkleur. De bijenorchis doet dus niet alleen een vrouwtjesbij na, maar ook een vrouwtjesbij op haar favoriete drachtplant! Juist die drachtplanten doen het goed in de steden. Daarvan profiteren kritischere soorten als de bijenorchis.

Heeft een bestuiver eenmaal een bloem bezocht, dan ontwikkelt het vruchtbeginsel zich doorgaans tot één of meer vruchten vol met zaden. Daarin blijkt verrassend veel variatie te zitten. Door bloemen in de kassen van de Leidse Hortus met de hand te bestuiven hebben we vruchten laten rijpen en die onder de microscoop bekeken. Sommige plantensoorten ontwikkelen vruchten die als ze rij zij openspringen. Andere soorten maken vruchten die gesloten blijven en door dieren worden opgegeten en verspreid. Planten verplaatsen zich voornamelijk via hun vruchten en/of zaden. Door aanpassingen in het aantal openingen van een vrucht, het al dan niet verhouten van bepaalde cellen, in zaadgewicht en/of grootte kan een plantensoort zich aanpassen aan een veranderende wereld.

Het is duidelijk dat orchideeën je specialiteit zijn. Maar naast orchideeën werk je ook regelmatig aan andere onderwerpen. Wat zijn enkele hoogtepunten volgens jou? Als bijzonder hoogleraar bij Naturalis en de Radboud Universiteit in Nijmegen ben ik in de afgelopen twee jaar gestart met onderzoek aan wilde planten in het antropoceen**. Bachelorstudenten ontdekten dat de zaadpluizen van de paardenbloem in steden veel meer in grootte en gewicht variëren dan in de vrije natuur. Zo is de kans op succesvolle kieming in een nog onbezette voeg tussen straatstenen zo groot mogelijk. We hebben in het herbarium van Naturalis een paardenbloem gevonden die meer dan 100 jaar geleden in de Leidse Hortus verzameld is. Die konden we mooi vergelijken met de huidige populatie. In de afgelopen eeuw veranderde Leiden in één van de meest versteende steden van Nederland. Door transplantatieexperimenten met paardenbloemen, uitgevoerd op het NIOO (Nederlands Instituut voor Ecologie), en kruisingen met de orchideeënsoort Erycina pusilla in het lab van Naturalis krijgen we steeds meer aanwijzingen dat variatie in zaadgrootte bij deze plantensoorten genetisch bepaald wordt. We hopen de komende jaren de genetische basis voor zaadgrootte verder te ontrafelen. Door het DNA van plantensoorten uit herbaria met dat van moderne planten te vergelijken, kunnen we de snelheid van aanpassingen in zaadgrootte berekenen. Zo kunnen we voorspellen welke inheemse plantensoorten in de toekomst onder meer in de Leidse Hortus (blijven) leven en welke daar zullen verdwijnen als Leiden nog verder versteent.

Barbara ziet een mooie toekomst voor de Hortus. Planten worden steeds belangrijker geacht en de collectie van de Hortus is qua onderzoeksmogelijkheden nog lang niet uitgeput. We hopen nog lang samen te kunnen werken.

Dendrobium polysema [foto] Jan Meijvogel

Barbara heeft in de bovenstaande tekst verwezen naar onderzoek aan: Coelogyne’s Proefschriften van Barbara zelf (2000), Abishkar Subedi (2011) en Richa Kusuma Wati (2021), allen gepromoveerd bij Universiteit Leiden Erycina pusilla Proefschrift van Anita Dirks-Mulder (2020), ook gepromoveerd bij Universiteit Leiden Phalaenopsis Publicatie van Dewi Pramanik https://evodevojournal.biomedcentral.com/ articles/10.1186/s13227-020-00160-z Ceropegia Publicatie van Annemarie Heiduk https://www.mdpi.com/2223-7747/9/12/1767 Taraxacum Publicatie van Kitty Vijverberg https://www.mdpi.com/2223-7747/10/8/1682

*De Tree of Life is een fylogenetische stamboom waarin de afstamming van levende organismen wordt beschreven. Charles Darwin heeft dit begrip geïntroduceerd.

** Het antropoceen is het tijdperk van toenemende invloed van de mensheid op de aarde. Lantaarnplant Ceropegia sandersonii [foto] Jan Meijvogel

Zandraket

Barbara in het DNA-lab [foto] Bram Beloni Bijenorchis [foto] Adri Mulder

Evolution of plants examined

Rogier van Vugt interviewed professor Barbara Gravendeel. Together with her PhD students, she has done a lot of research in the Hortus botanicus. During her own PhD research project, she joined forces with PhD students from Nepal and Indonesia and helped modernise the systematics for Coelogyne by using DNA. DNA research showed that the Chelonistele and species in the glasshouses of Leiden’s Hortus belong to the genus Coelogyne. Much of Barbara’s research concerns the properties of species that produce flowers imitating female insects. Insects pollinate these orchids by ‘mating’ with several of the flowers.

As a professor at Naturalis and Radboud University in Nijmegen, Barbara has been researching wild plant in the Anthropocene over the past two years. The seeds of dandelions vary more in size and weight in stony cities than in free nature. Experiments suggest that seed size is genetically determined. This can be used to predict which indigenous plant species will (continue to) survive in Leiden’s Hortus and which will disappear as more stones appear. Barbara hopes to continue working with the Hortus for a long time to come.