De verwarrende wereld van hybride dieren

Diep in het Amazonewoud leven twee groene vogels. De sneeuwkuifmanakin heeft een witte vlek op zijn kop. De opaalkroonmanakin lijkt er sterk op. Maar de kroon van deze soort kan wit, blauw of rood lijken, afhankelijk van het licht. Het is “als een regenboog”, zegt Alfredo Barrera-Guzmán. Hij is bioloog aan de Autonome Universiteit van Yucatán in Mérida, Mexico.

Duizenden jaren geleden begonnen deze twee vogelsoorten met elkaar te paren. De nakomelingen hadden aanvankelijk doffe witgrijze kronen, vermoedt Barrera-Guzmán. Maar in latere generaties kregen sommige vogels gele veren. Deze felle kleur maakte de mannetjes aantrekkelijker voor de vrouwtjes. Deze vrouwtjes paarden misschien liever met geelgekuifde mannetjes dan met sneeuw- of opaalgekuifde mannetjes.

Eindelijk werden deze vogels afzonderlijk genoeg van de twee oorspronkelijke soorten om een eigen, aparte soort te worden: de goudgekroonde manakin. Dit is het eerste geval van een hybride vogelsoort in het Amazonegebied, zegt hij.

Normaal gesproken paren verschillende soorten niet. Maar als ze paren, zijn hun nakomelingen zogenaamde hybriden.

De DNA-moleculen in de cellen van elk dier bevatten instructies. Deze geven aan hoe een dier eruitziet, hoe het zich gedraagt en welke geluiden het maakt. Als dieren paren, krijgen hun jongen een mengsel van het DNA van de ouders. En ze kunnen eindigen met een mengeling van de eigenschappen van de ouders.

Als de ouders tot dezelfde soort behoren, lijkt hun DNA sterk op elkaar. Maar DNA van verschillende soorten of soortengroepen zal meer variaties vertonen. Hybride nakomelingen krijgen meer variatie in het DNA dat ze erven.

Dus wat gebeurt er als het DNA van twee diergroepen zich vermengt in een hybride? Er zijn veel mogelijke uitkomsten. Soms is de hybride zwakker dan de ouders, of overleeft niet eens. Soms is hij sterker. Soms gedraagt hij zich meer als de ene soort dan als de andere.

Wetenschappers proberen te begrijpen hoe dit proces – dat hybridisatie (HY-brih-dih-ZAY-shun) wordt genoemd – in zijn werk gaat. Hybride vogels kunnen nieuwe trekroutes nemen, zo ontdekten zij. Sommige hybride vissen lijken kwetsbaarder voor roofdieren. En de paringsgewoonten van knaagdieren kunnen van invloed zijn op wat hun hybride nakomelingen kunnen eten.

Hybridiseren is verstandig?

Hybridiseren gebeurt om vele redenen. Zo kan het territorium van twee gelijksoortige diersoorten elkaar overlappen. Dit gebeurt bij ijsberen en grizzlyberen. Leden van de twee diergroepen hebben gepaard, waardoor hybride beren zijn ontstaan.

Wanneer het klimaat verandert, kan het leefgebied van een soort zich verplaatsen naar een nieuw gebied. Deze dieren kunnen andere, soortgelijke soorten tegenkomen. De twee groepen kunnen per ongeluk paren. Onderzoekers hebben bijvoorbeeld hybriden gevonden van zuidelijke vliegende eekhoorns en noordelijke vliegende eekhoorns. Toen het klimaat opwarmde, trok de zuidelijke soort naar het noorden en paarde met de andere soort.

Als dieren niet genoeg partners van hun eigen soort kunnen vinden, kunnen ze een partner van een andere soort kiezen. “Je moet het beste uit de situatie zien te halen,” zegt Kira Delmore. Zij is biologe aan het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Biologie in Plön, Duitsland.

Wetenschappers hebben dit zien gebeuren met twee antilopensoorten in zuidelijk Afrika. Stropers hadden de populaties van de reuzenmarterilope en de roanantilope uitgedund. Later hebben de twee soorten zich met elkaar voortgeplant.

Mensen kunnen ook onbewust mogelijkheden scheppen voor hybridisatie. Ze kunnen in een dierentuin twee nauw verwante soorten in hetzelfde verblijf plaatsen. Of naarmate steden zich uitbreiden, kunnen stedelijke soorten steeds vaker in aanraking komen met plattelandsdieren. Mensen kunnen zelfs per ongeluk of met opzet dieren uit andere landen loslaten in een nieuwe habitat. Deze exotische soorten kunnen nu de inheemse dieren tegenkomen en met hen paren.

Veel hybride dieren zijn steriel. Dat betekent dat ze wel kunnen paren, maar geen nakomelingen kunnen voortbrengen. Muildieren zijn bijvoorbeeld de hybride nakomelingen van paarden en ezels. De meeste zijn steriel: twee ezels kunnen niet meer ezels maken. Alleen een paard dat paart met een ezel kan nog een muilezel voortbrengen.

Biodiversiteit is een maat voor het aantal soorten. In het verleden gingen veel wetenschappers ervan uit dat hybridisatie niet goed was voor de biodiversiteit. Als er veel hybriden worden geproduceerd, kunnen de twee oudersoorten samensmelten tot één soort. Dat zou de verscheidenheid aan soorten verminderen. Daarom werd “hybridisatie vaak gezien als iets slechts”, aldus Delmore.

Maar soms kan hybridisatie de biodiversiteit stimuleren. Een hybride kan misschien een bepaald voedsel eten dat zijn oudersoort niet kan eten. Of misschien kan hij gedijen in een andere habitat. Uiteindelijk kan het een eigen soort worden, zoals de goudkroonmanakin. En dat zou de verscheidenheid van het leven op aarde doen toenemen – niet afnemen. Hybridisatie, concludeert Delmore, is “eigenlijk een creatieve kracht.”

Zijn eigen weg gaan

Hybriden kunnen op veel manieren van hun ouders verschillen. Uiterlijk is er maar één van. Delmore wilde weten hoe hybriden zich anders kunnen gedragen dan hun ouders. Ze keek naar een zangvogel, de Swainson’s lijster.

Deze soort heeft zich in de loop der tijd in ondersoorten gesplitst. Dit zijn groepen dieren van dezelfde soort die in verschillende gebieden leven. Maar als ze elkaar tegenkomen, kunnen ze toch broeden en vruchtbare jongen voortbrengen.

Een ondersoort is de roodruglijster, die leeft aan de westkust van de Verenigde Staten en Canada. Zoals zijn naam al aangeeft, heeft hij roodachtige veren. De olijfruglijster heeft groenbruine veren en leeft verder landinwaarts. Maar deze ondersoorten overlappen elkaar langs de Coast Mountains in het westen van Noord-Amerika. Daar kunnen ze paren en hybriden voortbrengen.

Eén verschil tussen de twee ondersoorten is hun trekgedrag. Beide groepen vogels broeden in Noord-Amerika en vliegen in de winter naar het zuiden. Maar de roodrug lijsters trekken langs de westkust om in Mexico en Centraal Amerika aan land te gaan. Lijsterachtigen vliegen over het midden en oosten van de Verenigde Staten om zich in Zuid-Amerika te vestigen. Hun routes zijn “super verschillend”, zegt Delmore.

Het DNA van de vogels bevat instructies over waar ze naartoe moeten vliegen. Welke richtingen krijgen de hybriden? Om dit te onderzoeken, ving Delmore hybride vogels in het westen van Canada. Ze deed ze kleine rugzakjes om. Een lichtsensor in elke rugzak registreerde waar de vogels heen gingen. De vogels vlogen naar het zuiden, naar hun overwinteringsgebieden, en droegen de rugzakjes op hun reis mee.

De volgende zomer ving Delmore een aantal van deze vogels opnieuw in Canada. Uit de lichtgegevens van de sensoren kon ze opmaken hoe laat de zon opkwam en onderging op elk punt van de reis van de vogels. De lengte van de dag en het tijdstip van de middag verschilt per locatie. Daaruit kon Delmore de trekroutes van de vogels afleiden.

Sommige hybriden volgden ruwweg een van de routes van hun ouders. Maar anderen volgden geen van beide paden. Zij vlogen ergens in het midden. Deze trektochten voerden de vogels echter over ruiger terrein, zoals woestijnen en bergen. Dat kan een probleem zijn, omdat die omgevingen misschien minder voedsel bieden om de lange reis te overleven.

Een andere groep hybriden nam de route van de olijflijster naar het zuiden. Daarna keerden ze terug via het pad van de roodborstlijster. Maar die strategie kan ook problemen veroorzaken. Normaal leren vogels op hun weg naar het zuiden signalen die hen helpen om terug naar huis te navigeren. Ze kunnen herkenningspunten opmerken, zoals bergen. Maar als ze via een ander pad terugkeren, zullen die herkenningspunten ontbreken. Eén resultaat: De trek van de vogels kan langer duren.

Deze nieuwe gegevens kunnen verklaren waarom de ondersoorten gescheiden zijn gebleven, zegt Delmore. Het volgen van een ander pad kan betekenen dat hybride vogels zwakker zijn als ze de paringsgebieden bereiken – of een kleinere kans hebben om hun jaarlijkse reis te overleven. Als hybriden even goed overleven als hun ouders, zou het DNA van de twee ondersoorten zich vaker vermengen. Uiteindelijk zouden deze ondersoorten samensmelten tot één groep. “Verschillen in migratie zouden deze jongens kunnen helpen om verschillen in stand te houden,” concludeert Delmore.

Perikelen van roofdieren

Soms zijn hybriden anders gevormd dan hun ouders. En dat kan van invloed zijn op hoe goed ze roofdieren kunnen ontwijken.

Anders Nilsson stuitte onlangs op deze bevinding. Hij is bioloog aan de Lund Universiteit in Zweden. In 2005 bestudeerde zijn team twee vissoorten: de brasem en de blankvoorn (niet te verwarren met het insect). Beide vissen leven in een meer in Denemarken en migreren in de winter naar de beken.

Om hun gedrag te bestuderen, implanteerden Nilsson en zijn collega’s minuscule elektronische tags in de vissen. Met deze tags konden de wetenschappers de bewegingen van de vissen volgen. Het team gebruikte een apparaat dat een radiosignaal uitzond. Tags die het signaal ontvingen, zonden een eigen signaal terug dat het team kon detecteren.

In eerste instantie was het team van Nilsson alleen geïnteresseerd in voorn en brasem. Maar de onderzoekers merkten andere vissen op die er tussenin leken te zitten. Het belangrijkste verschil was hun lichaamsvorm. Van opzij gezien lijkt de brasem ruitvormig met een hoger midden dan de uiteinden. De voorn is meer gestroomlijnd. Hij lijkt meer op een slanke ovaal. De vorm van de derde vis lag ergens tussen die twee in.

“Voor het ongetrainde oog lijken ze gewoon op vissen,” geeft Nilsson toe. “

Roach en brasem moeten gepaard hebben om deze tussenvissen te produceren, dachten de wetenschappers. Dat zou van deze vissen hybriden maken. En dus begon het team ook die vissen te merken.

In hetzelfde gebied als de vissen leven visetende vogels, de grote aalscholvers. Andere wetenschappers bestudeerden de aalscholverpredatie van forel en zalm. Het team van Nilsson vroeg zich af of de vogels ook voorn, brasem en hybriden aten.

Aalscholvers slokken de vis in zijn geheel op. Daarna spugen ze ongewenste onderdelen uit, waaronder elektronische tags. Een paar jaar nadat de onderzoekers de vis hadden gemerkt, bezochten ze de nest- en slaapplaatsen van de aalscholvers. De huizen van de vogels waren behoorlijk smerig. “Ze kotsen en poepen overal”, zegt Nilsson. “Het is niet mooi.”

Maar de zoektocht van de onderzoekers was de moeite waard. Ze vonden veel visplaatjes in de troep van de vogels. En de hybriden leken er het slechtst aan toe te zijn. Het team vond 9 procent van de markeringen voor brasem en 14 procent van de markeringen voor blankvoorn. Maar 41 procent van de hybriden werd ook in de nesten aangetroffen.

Nilsson weet niet zeker waarom hybriden vaker worden opgegeten. Maar misschien zijn ze door hun vorm een makkelijker doelwit. De diamantachtige vorm maakt brasem moeilijk te slikken. Het gestroomlijnde lichaam van de voorn helpt hem snel weg te zwemmen van gevaar. Omdat de hybride ertussenin zit, heeft hij misschien geen van beide voordelen.

Of misschien zijn hybriden gewoon niet erg slim. “Ze zouden een soort van dom kunnen zijn en niet reageren op de dreiging van het roofdier,” zegt Nilsson.

Kieskeurige paringen

Want wetenschappers vinden hybriden, betekent niet dat de twee soorten zich altijd met elkaar zullen voortplanten. Sommige dieren zijn kieskeurig over welke partners ze accepteren van een andere soort.

Marjorie Matocq bestudeerde deze kwestie bij knaagdieren, bosratten genaamd. Matocq is bioloog aan de Universiteit van Nevada, Reno. Ze begon de Californische bosratten te bestuderen in de jaren 1990. Matocq vond deze beestjes interessant omdat ze veel voorkomen, maar wetenschappers zo weinig over ze wisten.

In een recente studie richtte haar team zich op twee soorten: de woestijnbosrat en de Bryantbosrat. Beide soorten leven in het westen van de Verenigde Staten. Maar woestijnratten zijn kleiner en leven in droge gebieden. De grotere Bryant’s bosratten leven in struikachtige en beboste gebieden.

Op een plek in Californië overlapten de twee soorten elkaar. De dieren hier paarden en produceerden hybriden, maar Matocq wist niet hoe vaak dit voorkwam. “Is het gewoon een toevallig toeval, of gebeurt dit de hele tijd?” vroeg ze zich af.

Om daar achter te komen, brachten de onderzoekers bosratten naar hun lab. Ze zetten buizen op in de vorm van een T. Bij elk experiment plaatsten de wetenschappers een vrouwtjeswildrat of Bryant’s woudrat onderin de T. Daarna plaatsten ze een mannetjeswildrat en een mannetjes Bryant’s woudrat aan weerszijden van de bovenkant van de T. De mannetjes werden vastgebonden met harnassen. Het vrouwtje kon dan een van beide mannetjes bezoeken en beslissen of ze wilde paren.

Vrouwelijke woestijnpissebedden paarden bijna altijd met hun eigen soort, ontdekten de wetenschappers. Deze vrouwtjes hebben misschien Bryant’s woudratten vermeden omdat deze mannetjes groter en agressiever waren. De mannetjes beten en krabden de vrouwtjes namelijk vaak.

Maar de vrouwelijke Bryant’s woudratten vonden het niet erg om te paren met mannelijke woestijnwoudratten. Deze mannetjes waren kleiner en volgzamer. “Er was niet zoveel gevaar,” merkt Matocq op.

De onderzoekers vermoeden dat veel wilde hybrides een vader hebben van een woestijn bosrat en een moeder van een Bryant’s bosrat. Dat kan belangrijk zijn omdat zoogdieren, zoals bosratten, bacteriën van hun moeder erven. Deze bacteriën blijven in de darmen van het dier en worden hun microbioom genoemd (My-kroh-BY-ohm).

Het microbioom van een dier kan van invloed zijn op zijn vermogen om voedsel te verteren. Woestijnratten en Bryant’s bosratten eten waarschijnlijk verschillende planten. Sommige van die planten zijn giftig. Elke soort kan manieren hebben ontwikkeld om veilig te verteren wat ze kiezen te eten. En hun microbiomen kunnen zich hebben ontwikkeld om daar ook een rol in te spelen.

Als dat waar is, kunnen hybriden bacteriën hebben geërfd die hen helpen de planten te verteren die Bryant’s woudratten gewoonlijk consumeren. Dat betekent dat deze dieren misschien beter geschikt zijn om te eten wat een Bryant’s bosrat eet. Het team van Matocq voert nu verschillende planten aan de oudersoorten en hun hybriden. De onderzoekers zullen in de gaten houden of de dieren ziek worden. Sommige hybriden doen het misschien beter of slechter, afhankelijk van de mix van DNA en darmbacteriën.

Het spannende aan hybriden is dat je ze allemaal kunt beschouwen “als een klein experiment”, zegt Matocq. “Sommige werken, en sommige niet.”